Hackaday.io上的树莓派项目-Solar Pi Platter
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Hackaday.io上的树莓派项目-Solar Pi Platter
关于项目
项目描述：太阳能皮盘是树莓派零的电池功率扩展板。它的设计足够灵活，适用于从太阳能遥感到小型文件服务器内置的 UPS 功能等许多应用。虽然尚未得到证实，但这个想法是让电路板坐在零下，并使用4个pogo引脚连接到测试板。这保留了传统 Pi RT 的 40 针扩展标头。我还包括 4 个垫子， 允许连接到主板的这个转速上的 Usb 电缆， 以防 pogo - pin 的想法有问题。虽然我设计这个板为我自己的想法和一些项目，我的本地制造商空间的其他成员感兴趣，我决定把它输入 HAD/Adafruit Pi-Zero 比赛，看看其他人可能有兴趣。这是一个有点有趣的项目，因为它的成本会比Pi（特别是在低容量）高很多。这就是为什么我开玩笑地称它为一个扩展板， 可以运行 linux 5 美元更多。
项目图片
组件选择
TI bq24210 锂离子充电器支持高阻抗和低阻抗电源。配置为与外部电池的最大 750 mA 充电电流。支持连接到电池的可选外部热敏电阻（103AT-4 型）。
PIC16F1459 PMIC/RTC.支持 USB 接口的廉价微型控制器，因此主板可以像 CDC 级串行端口一样出现在 Pi 上。外部 32 kHz 晶体支持非常简单的 RTC（秒自点）和闹钟功能，能够在特定时间唤醒电路板。外部电源按钮，用于手动打开（和关闭）板。充电状态、电池电量不足检测（警告后关闭）、USB 电源故障检测。两个模拟输入引脚和 2 个 PWM 输出引脚，实现简单的 IO 功能，无需进一步连接到 Pi。模拟输入可参考内部电压参考或 PIC VDD。我希望 PWM 输出既支持伺服电机控制，也支持传统的 PWM 输出。
TI tps61232 升压转换器。提供高达 2 A × 5 伏的电源，供系统其余部分使用（USB/以太网、Pi、Pi HAT 和任何连接的 USB 设备）。请注意，您需要从电池中进行足够多的布线，以在全功率输出时支持此电源，因为您将在较低的电池电压下从电池中绘制 3+ A。
LAN9514 USB 集线器/以太网控制器。不太便宜的控制器，我选择，因为我觉得它与Pi兼容，并支持USB和以太网。我假设它可以运行没有外部 Eeprom， 但我带来了信号以防万一。
NCP382 USB 电源开关。每个 USB 连接器都有单独的电源控制，允许在 Pi 上运行的代码可以打开和关闭 USB 设备以节省电源。一个连接器将 NCP382 的两个输出连接在一起，标称最大输出电流为 2A。其他连接器连接到一个 NCP382 输出，最大电流为 1 A（这是 NCP382 的额定最大值，其电流限制之前 - 我想有用的最大电流稍低一些）。
连接
4 铣削 - 最果针与 Pi PP1 、 PP6 、 PP22 和 PP23 测试点接触，以向 Pi 提供电源和数据。该板使用 0.25" 尼龙对子连接到 Pi。
3 针 0.1" 分空接头和 2 针 JST 连接器，具有单芯锂离子电池的反向极性保护（例如，由 Adafruit 和 Sparkfun 或 18650 型销售的 2000 mA 设备）。使用外部热敏电阻时拆下的焊跳线 （J1）。
5.5x2.1 mm 桶连接器 6 伏太阳能电池板输入，带反向极性保护，专为可在线找到的典型 6-9 瓦面板而设计（7 伏最大开路电压）
用于 500-1000mA USB 充电器的微型 B USB 连接器
3 个用于 USB 扩展的 A 型 USB 连接器。高电流 USB 连接器从下一个 USB 连接器的 25 mm 中分一个，以允许"胖"USB 设备（如蜂窝调制解调器）。
13 针 0.1" 的分空头（沿主板的"顶部"），用于 MagJack 以太网连接器分离板（如 Sparkfun BOB-13021）。两个焊接跳线（J3，J4），可以添加，使MagJack上的LED工作（以稍微多一点功耗为代价）。
16 针 0.1" 分空头（位于 Pi 扩展头下），用于用户信号，包括模拟输入、PWM 输出和电路板上使用的各种电压。我想象使用直角标头来访问。PWM 输出稍微分离，便于连接 3 线伺服电机（数据，+5，接地）。
图片固件
目前，我希望在PIC上实现以下功能。这可能是棘手的，因为我想看看是否可能使用免费编译器。
通过 CDC 级串行端口发送/接收的简单 ASCII 字符命令集。沿"A0<CR>"的想法获取模拟输入 0 或"P1=120<CR>"上的模拟电压以设置 PWM 值。控制主板电源的其他命令、USB 端口电源、设置/读取 RTC 和报警、设置/读取 EEPROM 值。
简单的RTC，本质上是第二个计数器（从用户设置的点）由32 kHz振荡器递增。可以使用的报警值
电池电压监控。能够向软件报告电池电压、低电池检测消息生成、低电池关机（故障消息后）。
可配置的模拟输入。选择电压参考（VDD、1.024、2.048 或 4.096 伏特）。我想调查一下比较器是否也可用于在某些条件下唤醒系统（例如，光探测器的电压指示系统外部有光）。
可配置的 PWM 输出。选择伺服型，传统的"Arduino-ish"490 Hz 或一些更高的 Hz，用于简单的 RC 滤波器 DAC 功能。
电源开关感应。按住几秒钟即可打开电源。按住更长时间（可能 4 秒）以关闭电源（软件通常应关闭电源）。
EEPROM 可配置性。默认 USB 端口电源状态、默认 IO 端口配置（ADC 参考选择、PWM 类型）、低电池电量消息和断电之间的时间，可能是低电池检测/断电级别。
应用理念
远程传感器控制器。使用太阳能电池板和卫星调制解调器（如 RockBLOCK）从几乎任何地方进行传感器数据通信。
远程野生动物/安全摄像头。使用太阳能电池板、USB 摄像机、两个用于平移/倾斜的伺服器以及蜂窝调制解调器或 WiFi 适配器。也许不能运行24/7，除非有很多太阳，但肯定可以有用的拍摄快照或在白天运行。
简单的机器人。使用一对连续驱动伺服器或 PWM 控制的电机用于罐式驱动器、WiFi 适配器和可选摄像头。这将是很酷的， 看看相机是否可以使用的东西， 如 Opencv， 使机器人跟随或跟踪一个对象。
简单的文件服务器与电池备份。WiFi 或以太网。电池通常由 USB 充电器供电，可以保持其正常状态一小段时间，并且它可能有足够的电量为多个 USB 记忆棒或小型外部驱动器供电。
身体磨损的项目，如LED控制器。
项目待办事项
最终示意图和布局审查
订购板（Iteadstudio）、模具（OSH公园）和零件（鼠标/数字键）。
设计固件
使用原型板上的 DIP PIC 部件进行写入和调试
生成和调试
做有趣的事！
项目文件
带伺服和屏幕显示的扩展Motioneyeos
这是一个我想做很长一段时间的项目，终于找到了一些时间。Calin Crisan 的运动眼是一个完整的 Linux 发行版， 将像树莓派零零这样的 Sbc 变成完整的网络凸轮。*和*它是可扩展的。
Pi Platter 的 USB UPS 功能非常适合制造内置电池备份的网络摄像头。通过将 talkpp 实用程序和五个简单的 bash 脚本包括在 motioneyeos 系统中，可以轻松添加平移/倾斜伺服和屏幕电源状态显示。
如果有人想制作自己的指令，可以在 github上找到完整的说明。
只是一个注意一个有趣的项目与皮普拉特， 可能是其他人感兴趣。一个简单的脚本使用 Pi 拼盘的功能来制作独立的延时摄像机。该脚本从 /etc/rc.local 运行，从 Pi Platter 的 RTC 获取时间，拍照，然后在未来设置唤醒警报五分钟，然后关闭 Pi 并关闭电源以节省电源。连接到 Pi Platter 模拟输入之一的开关可用于禁用延时摄影系统，并允许 Pi 引导到命令提示符以卸载图片。
一个完整的写入，包括操作系统配置和脚本可以在我的网站上找到。该脚本还收集电池和充电数据，在一周期间，我运行这个在科罗拉多夏天，4400 mAh电池保持完全充电，即使在阴天和雨天使用9W 6v面板。
尽管生产测试夹具 PCB 发生发货事故（在罢工期间被送往巴西），我们还是能够按计划完成启动活动，12 月将板运到支持者那里。接下来是找到一个分销渠道来销售，至少，我们生产运行板的其余部分。如果有持续的兴趣，那么我们可以进行另一个生产运行。
我还向 github 存储库添加了一组软件实用程序（与板和 ppd 守护进程通信的 talkpp 实用程序）、示例代码和文档（在项目描述中）。
PCB 的第二次修订是返回并建造了一个单元。虽然还有一堆测试要做， 但它还活着。到目前为止，我已经找到了一套交换的晶体管丝网零件号标签。
下面是从硬盘启动的 Pi Zero 1.3 的板。
Pi 拼盘 PCB 的第二次修订几乎完成。希望唯一的添加将是各种测试点，如有必要，为制造测试夹具。主要变化是增加了 USB UPS 旁路功能，并更改使用堆叠 USB 连接器，以便 PI Zero 的 HDMI 连接器周围的区域不受干扰。我还稍微改善了各个部件的热沉降，并收紧了高速信号布局，并确保地面在几个区域得到改善。
我目前认为制造测试本质上是一个功能测试，连接到所有 IO 端口（和任何必要的其他测试点），然后在计算机的控制之下，我们将测试电源子系统并枚举 USB 总线，并确保我们可以与所有下游设备通信。我不认为我们最终会建立大量的这个板，所以也许这是确定，如果测试是有点劳动密集型（例如，手动插入USB电缆等）。
在调试主板的原始原型时，我测试的配置之一是连接到主板的西部数字硬盘驱动器，以及一个 WiFi 加密狗和键盘/鼠标，由 USB 充电器供电。平均电流消耗（即使电池充满电且输出电压最高）高于充电电路可以提供的最大 750 mA，这意味着电池缓慢放电。因此，无法将 Pi Platter 用作电池支持的文件服务器（或其他基于 HDD 的应用程序）。我简要地想过尝试找到一个不同的充电器 （750 ma 接近 bq24210 的上限） 。问题是，为了支持我们的最大负载2A，它将不得不至少是一个2A充电器，这将增加成本，并可能限制电池的选择，因为2A可能是太多的小电池。因此，我决定添加一个旁路电路，直接从 USB 充电器和电池通过太阳能应用的升压转换器供电，或者当 USB 电源发生故障时。这意味着PMIC有几个新的控制信号，这些信号目前没有备用信号。我一直在考虑的一件事是使一个USB端口"始终供电"，而不是切换，以防止的情况下，用户可以使得它不可能访问他们的Pi进行更改。这释放了一个信号。我决定从 bq24210 中删除电源良好状态信号， 因为它似乎没有那么有帮助。
UPS 功能的关键时序是从故障 USB 充电器电压切换到从升压转换器供电，而不会将 +5V 导轨降到 4.5 伏以下。定时有3个部分，一个下降的USB电压到一些阈值，表明它不再好，时间为微型控制器检测和行动的信号和时间，以及时间，为升压转换器启动。从电池电源切换到 USB 电源并不太重要，因为我们可以在验证 USB 电压和重新打开旁路时让升压转换器运行一小会儿。USB 充电器电压通过电阻分压器输入微上的比较器。其输出作为最高优先级中断路由，因此 ISR 可以打开升压转换器，然后在主代码中执行电源故障验证、状态管理等。低于 4.7 伏的电压，以提升转换器启用小于微秒。然后，提升转换器启动需要几毫秒，该电容可以由电路板上的批量电容覆盖。
旁路由两个背对背的 P 通道 MOSFET 组成，可根据各种用例（USB 电源但没有系统电源、USB 电源和系统电源、没有 USB 电源但系统电源）防止电流向错误方向流动。我最终不得不添加一个N通道MOSFET开关进行栅极控制，因为微型开关可能以较低的电压运行，并且无法使P通道晶体管完全关闭（栅极 = 关闭的高侧电压）。
我想我会在主板的下一个修订版中添加一个绿色/红色的 LED，因为在测试原始原型时，有一件事变得显而易见，我们并不总是知道何时打开或关闭电源（当系统关闭时，Pi 上的绿色 LED 熄灭）。
以下是我对新 V1.3 Pi 零电源和 USB 测试板的测量结果。如果其他人能验证或更正， 我很乐意。我也认为我在 PP22 和 PP23 的垂直尺寸上犯了一个小错误 （虽然我们从来没有见过原始 5 个原型板的问题） 。
板已启动并运行，并完成了大量测试。仍然需要做满负荷测试和一些信号质量分析，以及完全测试固件，但它已经运行在各种配置。到目前为止，唯一的额外更改是添加 22 uF 上限。
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Sen2020-08-25
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