Porque é necessário
A ideia de montar um computador tablet caseiro me veio à mente alguns anos atrás. No final dos anos 2000, os chamados UMPCs eram populares - dispositivos baseados em processadores de arquitetura x86, capazes de executar todos os programas usuais para computadores desktop (bem, não todos, mas aqueles que o poder do hardware permite), mas ao mesmo tempo cabem, se não no bolso da calça, então, pelo menos no bolso de sua jaqueta de inverno. Muitas vezes tais aparelhos, além de uma tela sensível ao toque, possuíam um teclado QWERTY, aliás, em formato otimizado para trabalhar "sobre o peso", bem como um touchpad ou trackball para o posicionamento preciso do cursor do mouse (o que era especialmente importante dada a baixa precisão das telas sensíveis ao toque da época e da interface " programas de desktop não projetados para telas pequenas e entrada de toque). Naquela época, muitos pensavam que o futuro pertencia a tais dispositivos.Eles deveriam se tornar verdadeiros ajudantes no trabalho, permitindo que você trabalhe não só no escritório e em casa, mas em geral em qualquer lugar, e nem mesmo é necessário que ao mesmo tempo haja uma superfície horizontal para colocar o seu gadget. Eu mesmo era o orgulhoso proprietário de um desses dispositivos. Meu UMPC era um formato deslizante horizontal com teclado QWERTY, touchpad e tela sensível ao toque de 7 polegadas. E esse dispositivo realmente ajudou a economizar tempo. Com a ajuda dele, uma parte significativa da minha tese foi feita - e não apenas uma nota explicativa foi escrita, mas também o código do programa foi escrito, compilado e depurado. Fiz tudo isso direito no metrô no caminho para a faculdade, para o trabalho e depois para casa,e para isso nem foi necessário procurar um lugar para sentar - o tamanho e o formato do aparelho permitiam trabalhar com segurança em pé. As horas de viagem não eram mais perdidas e, quando voltasse para casa, poderia passar a noite fazendo outras coisas.
No entanto, não existem dispositivos eternos, os equipamentos eletrônicos estão rapidamente se tornando obsoletos. Meu UMPC inicialmente tinha um hardware muito fraco, mesmo para os padrões de sua época, e depois de alguns anos não era mais possível usá-lo mesmo para as tarefas mais simples. Tentei por muito tempo encontrar um substituto para ele, mas esses dispositivos saíram de moda e deixaram de ser produzidos. Então (vários anos depois) decidi montar esse dispositivo sozinho. Como resultado, o processo de montagem demorava muito, eu estava envolvido nele aos trancos e barrancos, ao mesmo tempo desenvolvendo a habilidade de trabalhar com um ferro de soldar. Agora, muitas coisas tiveram que ser abandonadas, e a aparência do dispositivo ainda deixa muito a desejar. Mas, curiosamente, apesar da abordagem absolutamente amadora ao design, em geral, o dispositivo acabou sendo eficiente.
O que é importante sobre um laptop caseiro
Existem muitas descrições de vários laptops caseiros na Internet. Placas-mãe industriais de vários formatos compactos são freqüentemente usadas como base para eles. Essas placas-mãe geralmente contêm uma CPU com baixo ou ultrabaixo consumo de energia, slot (s) de memória SO-DIMM para "laptop" ou memória já soldada e um conector LVDS que permite conectar uma tela de laptop. Eu fui da mesma maneira. Mas o principal problema que não consegui resolver por muito tempo foi como fazer o computador montado "se considerar portátil", ou seja, ao nível do sistema operacional que ele "soubesse" da presença de bateria, mostraria seu estado atual e a previsão dos demais tempo de tela,suportava vários modos de consumo de energia (incluindo o modo de economia de energia máxima) e alternava esses modos em alguns cliques, e não em uma sequência complexa de ações, e no caso de uma diminuição crítica no nível da bateria, ela entrava automaticamente no modo de hibernação antes que a tensão caísse tanto que o trabalho fosse interrompido Ordem de "emergência". Em todas as descrições de dispositivos vestíveis caseiros que pude encontrar, esse problema foi contornado ou um sistema operacional com o código-fonte mais aberto e grandes oportunidades foi usado para desenvolver drivers de dispositivo, modificar os principais módulos do sistema ou criar novos (geralmente baseados em Arduino). Eu precisava fornecer suporte para sistemas operacionais tradicionais de "desktop", incluindo Windows. Curiosamente, não há informações pertinentes sobrecomo fazer o gerenciamento de bateria compatível com o Windows, eu não encontrei. Isso ainda me surpreende, talvez eu estivesse apenas procurando no lugar errado, mas, mesmo assim, a ideia descrita a seguir veio à minha mente por conta própria e, portanto, estou falando sobre ela aqui.
Então, percebi que precisava de algum tipo de controlador de bateria que suporte o padrão ACPI. E eu sabia que existem algumas fontes de alimentação não intermitentes que suportam esse padrão. Em computadores aos quais esse no-break está conectado (por meio de uma porta USB), o ícone de bateria padrão do Windows aparece na barra de tarefas e todas as funções descritas acima também aparecem com ele. Eu já estava pensando em comprar um no-break semelhante, limpar a placa de controle dele e tentar atualizá-lo para as novas características da bateria, mas encontrei uma maneira mais fácil - usar um dispositivo chamado OpenUPS. Este dispositivo é uma placa controladora de bateria universal facilmente personalizável para uma variedade de necessidades. Ele suporta diferentes tipos de baterias (polímero de chumbo e lítio) e um número diferente de células de bateria.Também existe a função de balancear as células durante o carregamento, e é muito fácil definir todos os parâmetros necessários usando um programa especial com uma interface gráfica. Era disso que eu precisava.
Conjunto de componentes
Assim, o conceito geral do dispositivo foi formado. Deve conter os seguintes componentes obrigatórios:
- Placa-mãe PicoITX;
- Controlador de bateria OpenUPS;
- bateria de polímero de lítio de 4 células conectadas em série (para fornecer uma tensão de alimentação de pelo menos 12 volts, mesmo com uma carga mínima);
- tela com conector LVDS, painel de toque integrado ou separado com controlador que suporta o modo multitoque.
Além disso, são possíveis componentes adicionais - de acordo com o tamanho do dispositivo e a capacidade da bateria. É altamente desejável ter um módulo GSM integrado, e se possível com funções de voz, para que o dispositivo possa ser usado como um smartphone. Também gostaria de equipar o dispositivo com um teclado QWERTY físico, localizado sob a tela (deslizando na forma de um controle deslizante horizontal) ou consistindo em duas metades em ambos os lados da tela. Afinal, esse deve ser um dispositivo para trabalho, e não apenas para assistir fotos nas redes sociais?
Além disso:
- o processador deve ser de arquitetura x86-64, série "notebook" com consumo de energia reduzido, mas ao mesmo tempo o mais potente disponível;
- o dispositivo deve caber normalmente na palma da sua mão se você pegá-lo pelo lado estreito da tela (ou seja, como mostrado na foto do título) e, pelo menos, caber no maior bolso de todas as minhas jaquetas - tanto de inverno quanto verão. Os casacos de inverno são mais fáceis - geralmente têm bolsos grandes. O verão é mais difícil.
Isso é mais ou menos o que eu queria obter:
Bem, as condições de contorno estão definidas, alguns detalhes já foram selecionados. Ir trabalhar!
Processo de construção
Depois de examinar várias placas-mãe PicoITX, encontrei o modelo Axiomtek PICO512. Ele era alimentado por um processador Intel Core i7-7600U e, pelo menos na época, era a opção mais poderosa que pude encontrar. Um módulo de RAM de fator de forma SO-DIMM com capacidade de até 16 GB pode ser instalado na placa. Eu queria construir o dispositivo mais poderoso e imediatamente comprei 16 gigabytes de RAM, bem como um SSD mSATA de terabyte.
Imediatamente ocorreu um problema de resfriamento. Como de costume, a placa era refrigerada por um grande radiador de alumínio, cujas dimensões permitiam considerar que a placa satisfazia o padrão PicoITX apenas formalmente: as dimensões do radiador ultrapassavam significativamente as dimensões da própria placa. Por razões óbvias, essa opção não me convinha. Portanto, optei por usar um dissipador de calor bem pequeno de cobre instalado no processador, e do outro lado, este dissipador deve ser fixado através de pasta térmica na estrutura geral do aparelho, feita de alumínio. Ao mesmo tempo, a estrutura deve se tornar um radiador substituto adicional. Uma pequena ventoinha de laptop deve ser localizada na lateral do radiador de cobre.Infelizmente, eu não tive sucesso no tipo de notebook com refrigeração líquida. O termotubo simplesmente não tinha para onde ir - o dispositivo deve ser muito pequeno,e o único espaço livre estava logo acima do processador. Tive medo de que o novo sistema de resfriamento não desse certo. Mas descobriu-se que nem tudo é tão assustador, embora longe do ideal. No modo "escritório", o sistema de resfriamento lida com a dissipação de calor do processador. Com carga total, dura cerca de alguns minutos - então começa o superaquecimento e a aceleração. Isso não é adequado para jogos, mas no trabalho diário de um programador (nós escrevemos código por um longo tempo, enquanto o processador está quase ocioso, então compilamos esse código o mais rápido possível) esse sistema de refrigeração se manifesta normalmente. E em alguns planos distantes - para tentar usar a câmara de evaporação. Talvez ajude a colocar o dissipador de calor no nível ideal.que nem tudo é tão assustador, embora longe do ideal. No modo "escritório", o sistema de resfriamento lida com a dissipação de calor do processador. Com carga total, dura cerca de alguns minutos - então começa o superaquecimento e a aceleração. Isso não é adequado para jogos, mas no trabalho diário de um programador (escrevemos código por um longo tempo, enquanto o processador está quase ocioso, então compilamos esse código o mais rápido possível) esse sistema de resfriamento se manifesta normalmente. E em alguns planos distantes - para tentar usar a câmara de evaporação. Talvez ajude a colocar o dissipador de calor no nível ideal.que nem tudo é tão assustador, embora longe do ideal. No modo "escritório", o sistema de resfriamento lida com a dissipação de calor do processador. Com carga total, dura cerca de alguns minutos - então começa o superaquecimento e a aceleração. Isso não é adequado para jogos, mas no trabalho diário de um programador (escrevemos o código por um longo tempo, enquanto o processador está quase ocioso, então compilamos esse código o mais rápido possível) esse sistema de refrigeração se manifesta normalmente. E em alguns planos distantes - para tentar usar a câmara de evaporação. Talvez ajude a colocar o dissipador de calor no nível ideal.mas no trabalho diário de um programador (nós escrevemos código por um longo tempo, enquanto o processador está quase todo ocioso, então compilamos esse código o mais rápido possível) esse sistema de resfriamento se manifesta normalmente. E em alguns planos distantes - para tentar usar a câmara de evaporação. Talvez ajude a colocar o dissipador de calor no nível ideal.mas no trabalho cotidiano de um programador (escrevemos código por um longo tempo, enquanto o processador está quase ocioso, então compilamos esse código o mais rápido possível) esse sistema de resfriamento se manifesta normalmente. E em alguns planos distantes - para tentar usar a câmara de evaporação. Talvez ajude a colocar o dissipador de calor no nível ideal.
Quanto ao ventilador, havia um problema adicional com ele. Havia apenas dois fios da placa-mãe até a ventoinha. Nenhum programa de controle de ventilador viu sua presença no sistema. Isso significa que sua velocidade não é regulada de forma alguma e, sempre gira na mesma velocidade máxima, mesmo quando não é necessária. Em termos de consumo de bateria e ruído do dispositivo, isso não era bom. Mas imaginei que apenas conectaria a ventoinha por meio de um transistor acionado por um termistor e isso resolveria o problema.
Escolhi a tela com diagonal de 5,6 polegadas. Encontrei um modelo com conector LVDS e resolução de 1280 x 800 pixels. Pelos padrões modernos, esta resolução é bastante pequena, mas para uma tela tão pequena, parece-me suficiente (especialmente para um sistema operacional "desktop" que não foi projetado para telas pequenas). Levando em consideração as dimensões da tela, a placa-mãe (10 x 7 cm) e a placa controladora da bateria (na verdade, ela acabou sendo muito grande para os meus propósitos, tanto quanto 10 x 5 cm, e com capacitores enormes salientes), as dimensões gerais do dispositivo foram aproximadamente determinadas. O comprimento vai ser um pouco mais de 21 cm, a largura - 9 cm ... Quanto à espessura ... Sim, está tudo ruim aqui. Não menos de 3 cm, mas mais perto de 4. Comparado com smartphones modernos, sobre os quais alguém já disse que podem cortar queijo, isso é simplesmente um desastre.Mas, pelos padrões do UMPC da virada de zero décimos, esses são tamanhos normais. E na palma da mão de um dispositivo semelhante deve estar bastante confortável.
Esta é a aparência da moldura de alumínio, à qual todos os outros componentes do dispositivo são fixados. Dobrei a moldura dos cantos usuais comprados em uma loja de materiais de construção. Isso me permitiu montar um protótipo funcional, mas mais tarde tentarei encomendar a produção de um novo quadro de alguma forma de fábrica.
Duas tampas de plástico são fixadas na estrutura na parte superior e inferior. O superior é a moldura da tela, o inferior é o compartimento da bateria. Encomendei as peças de plástico a uma empresa de impressão 3D. A tela continha um painel de toque, mas era resistivo, então tive que procurar um painel capacitivo separado. Praticamente não havia escolha de painéis prontos do tamanho necessário, e o único espécime mais ou menos adequado encontrado era ligeiramente mais largo do que a tela. O painel foi capaz de ser calibrado para o tamanho real da área visível da tela, mas suas bordas se destacam fortemente para os lados, ocupando uma superfície valiosa onde algo mais poderia ser colocado.
A bateria é facilmente removível. Suas 4 células são inseridas em uma caixa de plástico separada com contatos planos em um dos lados. Os contatos de acoplamento para eles são fixados na estrutura. Há uma trava na parte de trás do tablet que permite remover facilmente a bateria do dispositivo.
Cada célula da bateria é uma bateria normal de polímero de lítio de 3500 mAh. Pelos cálculos, isso deveria ser suficiente para cerca de 5 horas de operação do dispositivo no modo "escritório". Mas, infelizmente, a capacidade real da bateria acabou sendo duas vezes menor do que a declarada. E também havia um "bug" do controlador - ele não sabe como levar em conta adequadamente a possibilidade de reduzir a capacidade da bateria. Quantos foram definidos nas configurações - contamos com muito. À medida que a bateria se esgota, o driver OpenUPS, como eu o entendo, calcula a carga atual da energia consumida (ou seja, integrando a energia e subtraindo o valor resultante do valor codificado da capacidade total original) ... e, de repente, descobre-se que a bateria está completamente zerada. Inconveniente. Eu não sei o que fazer sobre isso ainda.
Resultado atual
Infelizmente, ainda mais o processo de criação foi atrasado por vários anos. Não havia tempo livre suficiente, surgiram muitos problemas tecnológicos. A maioria desses problemas se resumia em como encaixar um grande número de componentes em um case muito compacto. Originalmente, eu queria projetar e fabricar de uma forma ou de outra uma "placa periférica" comum, na qual todos os componentes adicionais seriam soldados. Mas até agora não tenho tempo para isso. Portanto, para criar um protótipo, era necessário, nas melhores tradições dos construtores iniciantes, simplesmente enfiar todas as placas prontas possíveis na caixa que caberia ali. Como desculpa, posso dizer que o meu antigo UMPC era, embora montado de fábrica, também consistia num grande número de pequenos lenços.
Aqui está uma visão completa do exterior do dispositivo, tal como está hoje. Uma única porta USB é visível de lado (espero que haja mais delas posteriormente, mas um hub adicional será necessário para isso), bem como uma entrada / saída de áudio combinada padrão de 3,5 mm. Também na mesma extremidade existe um botão para ligar o aparelho. As ranhuras de ventilação são visíveis ao longo das bordas sob a tampa superior.
A borda oposta é melhor vista na foto do quadro sem a tampa superior mostrada acima. O conector HDMI está localizado nesta extremidade. Ao lado dele na placa-mãe está o conector LAN, que eu não preciso, e até mesmo interfere francamente - sem ele, seria possível tornar o design alguns milímetros mais fino. Eu não fiz um buraco no caso para isso. E o conector de alimentação que fica ao lado do HDMI também é absolutamente desnecessário e até prejudicial na configuração atual. A energia agora chega através da placa controladora da bateria e mais adiante pelos fios que são soldados aos orifícios na placa-mãe ao lado de seu conector padrão. O conector padrão deve estar completamente evaporado, e isso está nos meus planos imediatos.
Esta é a aparência do dispositivo quando ligado:
O teclado de hardware ainda não foi feito, mas espero ainda implementar este elemento importante em um futuro próximo. Então o dispositivo pode ser usado para seu propósito original. Espero que o teclado possa ser posicionado sobre a borda da placa-mãe na parte mais fina, e o dispositivo tenha o formato de um controle deslizante horizontal, como eu pretendia originalmente. Já houve artigos sobre a criação de teclados caseiros no Habré, então espero que eu também possa fazer meu teclado da mesma forma.
E já tentei instalar um módulo GSM com suporte para chamadas de voz (novamente, na forma de uma placa pronta separada). Funcionou, poderia ser usado, mas na configuração atual não se encaixava nem um pouco no case e estava saindo literalmente alguns milímetros. Até agora, eu o removi. Se eu conseguir mover um pouco todos os componentes, ele deve se encaixar e terei meu próprio smartphone pessoal baseado no Core i7.
Principais conclusões
O dispositivo, é claro, ainda está bastante "cru" agora. Consegui trazê-lo a um estado mais ou menos viável, mas o desenvolvimento posterior poderia levar anos mais se eu não o abandonasse de todo. Então, qual é o resultado mais importante desse projeto que posso compartilhar aqui? Acredito que este seja o próprio conceito do esquema "placa-mãe industrial + controlador OpenUPS ou similar". Esse esquema permite que você monte um laptop totalmente funcional para qualquer necessidade, mesmo para uma pessoa que não é muito versada em eletrônica. E se, ao criar meu dispositivo específico, eu tive que lutar constantemente com a falta de espaço para componentes e fazer concessões, então um tablet ou laptop de tamanho normal em uma plataforma semelhante estará livre desses problemas. Eles se encaixam facilmente em qualquer periférico necessário. Eu lembrohá algum tempo, alguns dos khabrovitas já sonhavam com um “laptop normal para o trabalho”, reclamando, como eu, do predomínio de dispositivos adequados apenas para visualização em redes sociais. Com um forte desejo, ele será capaz de fazer para si mesmo um "laptop dos sonhos", de acordo com o mesmo princípio do meu dispositivo. E esses computadores serão fáceis de atualizar - é claro, será possível substituir a RAM e o armazenamento de longo prazo, mas se desejar, você pode até mesmo trocar a placa-mãe se a nova tiver o mesmo formato que a antiga.E esses computadores serão fáceis de atualizar - é claro, será possível substituir a RAM e o armazenamento de longo prazo, mas se desejar, você pode até mesmo trocar a placa-mãe se a nova tiver o mesmo formato da antiga.E esses computadores serão fáceis de atualizar - é claro, será possível substituir a RAM e o armazenamento de longo prazo, mas se desejar, você pode até mesmo trocar a placa-mãe se a nova tiver o mesmo formato que a antiga.
Finalmente, gostaria de sonhar que algum dia alguém organizará uma startup para desenvolver um "conversor de placa-mãe industrial para laptop" universal - uma placa que terá um controlador de bateria compatível com ACPI, semelhante ao OpenUPS, e alguns periféricos de laptop padrão. Em primeiro lugar, deve haver interfaces sem fio, talvez também um controlador de painel de toque (se for universal o suficiente para conectar painéis de diferentes fabricantes e padrões). A criação de tal dispositivo permitiria aos entusiastas comuns do faça-você-mesmo desenvolver seus próprios laptops e tablets. Eles podem diluir um grande número de dispositivos existentes do mesmo tipo, semelhantes entre si como duas gotas de água.
Quem empreenderá tal projeto?