Cyberdeck

Tento ručně vyrobený cyberdeck je navržen jako odolný, kompaktní a plně funkční mobilní systém inspirovaný postapokalyptickou estetikou.

💾 Srdcem cyberdecku je Raspberry Pi 4 Model B (4GB), doplněný o 120GB SSD. Napájení zajišťují tři 10Ah Li-Pol baterie (111Wh).
🖥 Hlavní ovládání je přes 7″ LCD dotykovou obrazovku, vestavěnou kompaktní klávesnici a přehledný ovládací panel.
⚡ Cyberdeck je vybaven řadou vstupů a výstupů pro rozšíření včetně zdířek pro regulovaný zdroj (1,2-39V), univerzálních I/O zásuvek s podporou I2C, 1-Wire a dalších rozhraní, osciloskopu a funkčního generátoru.
🚀 Cílem je vytvořit vysoce odolné a funkční zařízení, které zvládne extrémní podmínky a umožní i práci v terénu. Základní koncept je jasný – nezničitelný cyberdeck s dlouhou životností a širokými možnostmi připojení.

O něčem takovém jsem přemýšlel už dávno, přenosný univerzální systém na kterém můžu kdykoli a kdekoli provádět prototypování, ladění, měření, řízení, programování, a vůbec všechny ty super věci. A mimo jiné bude sloužit i pro paření starých her – k tomu slouží DOSbox.

Základní otázkou byl výběr pouzdra které bude sloužit jako ochranný obal a zároveň držet všechno pohromadě. Mělo to být něco dostatečně pevného a robustního, nejlépe voděodolného, ale zase ne moc velkého. Jako rozumný kompromis jsem nakonec vybral plastový vodotěsný kufr Tactix.

Technické parametry:

• Rozměry (š x d x v): 345 x 295 x 154 mm
• Materiál: plast.
• Voděodolný: IP 65
• Předřezaná pěnová výplň.
• Možnost uzamknutí pomocí visacích zámků.

Vnitřní rozměry:

• Šířka: 315 mm.
• Délka: 235 mm.
• Hloubka spodní části: 100 mm.
• Hloubka horní části: 30 mm.

Kufr je opravdu masivní a vypadá že něco vydrží. Tím by byl daný základ do kterého je potřeba naskládat všechno potřebné.

Další na řadě bylo osazení víka. Po rozměřování, prohrabání zásob a rozhodování co tam všechno dát bylo rozhodnuto:

• 7″ 1024×600 IPS monitor pro Raspberry Pi, HDMI, dotykový
• 4.0″ 480×320 TFT displej, ST7796, SPI – pro zobrazování systémových informací
• Digitální Osciloskop DSO138 200khz
• GPS Modul GY-NEO6MV2

Monitor jsem přilepil oboustrannou páskou 3M VHB, GPS modul připáskoval ke kabelům a pojistil tavným lepidlem a zbytek přišrouboval nebo přilepil ke krycímu panelu. Ten je vyřezaný z 3mm překližky. Ovládací prvky osciloskopu jsem musel vybavit novými hmatníky (upravené šrouby M8) a posuvníky (6mm kolíky s vnitřním závitem) a na konektor pro připojení nasadit úhlovou redukci.

Panel drží na několika distančních sloupcích – 6mm kolíky s vnitřním závitem zalisované a zalepené do převrtaných šestihranných matek – přilepených do kufru lepidlem Mamut. Rámečky kolem displejů zakrývající nerovnosti a kraje jsou z izolační pásky. Svazek kabelů je omotaný spirálovým chráničem.

Tím bylo víko dokončené.

Před začátkem osazování těla kufru bylo potřeba vyvrtat jediné díry ve vnějším obalu a to 4 díry pro konektory v boční straně.

Použil jsem vodotěsné konektory a ještě je pojistil silikonem. Z leva:

• USB-C
• RJ45
• 9-pin I/O
• 4-pin pro nabíjení

Teď už bylo na řadě osazení vnitřku těla.

Jako hlavní mozek slouží RPi 4B s 4GB RAM s chladící krabičkou a 5V ventilátorem řízeným z RPi jednoduchým tranzistorovým spínačem.

Pro uložení systému a dat je použitý 120GB USB SSD disk a pro rozšíření USB 3.2 HUB a USB 2.0 HUB s vypínači. Jako vstupní zařízení je použitá nízká USB klávesnice a bezdrátová USB myš. Případně lze využít dotykový displej nebo připojit USB retro SNES ovladač.

Pro připojení k síti lze použít kabel se standartním RJ45 konektorem. Bohužel použití chladící krabičky odstínilo wifi v RPi která se tím stala nepoužitelnou, proto jsem pořídil USB wifi adaptér který problém vyřešil.

Zdroj energie tvoří tři Li-pol články zapojené do série přes ochranný BMS obvod, které poskytují 111Wh energie při 11,1V.

Napájení všech 5V zařízení zajišťuje DC-DC měnič s výkonem až 300W.

K monitorování stavu akumulátoru tj. napětí a poskytovaného proudu jsem použil obyčejný napěťový dělič a proudový modul ACS712. Bohužel se ukázalo že přesnost je silně nevyhovující a tak jsem je nahradil modulem INA219 který monitoruje napětí i proud a odesílá data po I2C.

Pro monitorování systému jsem použil Arduino mega které načítá hodnoty, zobrazuje je na displeji, ovládá vizuální indikátor a řídí ventilátor.

Na displeji se zobrazují následující informace:

• aktuální čas a datum – načtené z GPS
• aktuální pozice – načtená z GPS
• počet GPS satelitů – načtený z GPS
• přesnost GPS – načtená z GPS
• napětí, proud, výkon a % – stavu akumulátoru
• teplota akumulátoru, kufru, venkovní a CPU
• využití CPU a RAM RPi
• otáčky ventilátoru

Kapacita akumulátoru v % je odhadnutá z napění a výkon ve W je vypočítaný z napětí a proudu. Teplota CPU a využití CPU a RAM jsou načítané z RPi po sériové lince. Teploty akumulátorů, v kufru a vzduchu venku monitorují čidla DS18B20 po 1-wire sběrnici. Ventilátor je použitý ns85b01-17f11 ze starého notebooku, otáčky se řídí pomocí PWM podle teploty a načítají přímo z ventilátoru.

Vizuální indikátor je 8ks Neopixel RGB LED diod které se rozsvěcí podle aktuálního stupně nebezpečí který je vypočítaný ze stavu akumulátoru, teplot a vytížení CPU a RAM.

Hlavní panel je opět z 3mm překližky a připevněný na distančních sloupcích ve stejném stylu jako panel ve víku (akorát ve větším).

Na panelu najdeme tyto komponenty:

• hlavní vypínač -podsvícený – odpojuje akumulátor
• vypínač na RPi – s indikující LED
• vypínač na LCD RPi – s indikující LED
• vypínač na podsvícení systémového LCD – s indikující LED
• vypínač na I/O Arduino – s indikující LED
• vypínač na regulovaný zdroj – s indikující LED
• vypínač na osciloskop – s indikující LED
• vypínač na generátor funkcí – s indikující LED
• Generátor funkcí XR2206
• regulovaný zdroj s voltmetrem – 1,2-39,2V 3A
• I/O konektory
• 3,5″ audio jack z RPi
• HDMI konektor pro druhý monitor RPi
• klávesnici
• banánkové zdířky na výstupu zdroje a generátoru
• vizuální indikátor
• výstup USB 3.1 HUBu
• výdech ventilátoru

Pro možnost jednoduchého řízení a monitorování slouží zabudované Arduino UNO s vyvedenými piny na boční 9-pinový konektor a panelové I/O konektory. Připojené je přes vypínač k RPi pro možnost programování v terénu. Napájení je vedené zvlášť pro funkci i bez RPi.

I/O konektory jsou zapojené podobně. Napájení je stejné jen levý konektor má DATA připojená na A0 (analogový vstup) a pravý konektor přes pull-up rezistor 4k7 na D9 (1-wire sběrnice).

Na boční 9-pinový konektor jsou vyvedené sběrnice I2C a SPI a pár analogových vstupů. Zapojený je následovně:

• 1- +5V
• 2- D12 – MISO (SPI)
• 3- D13 – SCK (SPI)
• 4- A5 – SCL (I2C)
• 5- D10 – SS (SPI) – PWM
• 6- D11 – MOSI (SPI) – PWM
• 7- D3 – INT1 – PWM
• 8- GND
• 9- A4 – SDA (I2C)

Nabíjecí konektor je připojený přímo na vstup BMS která si řídí balancování a ochranu akumulátorů. Zapojený je následovně:

K nabíjení používám 2A nabíječku s připojenou redukcí, což dává cca 5h nabíjení.

SW výbava

OS pro RPi je originální Raspberry Pi OS. Ve kterém mám nainstalované tyto programy:

• Arduino IDE
• DOSbox
• Chromium
• Python
• skript pro odesílání využití CPU a RAM a teploty CPU do systémového Arduina
• skript pro přepínání audio výstupu – HDMI/Jack

A ještě pár fotek

Projekt a článek byl vytvořen s podporou ChatGPT.