Hola a todos! Soy Artem Litvinovich, un desarrollador con muchos años de experiencia, un radioaficionado desde la infancia, y yo mismo diseñé los lectores. En mi opinión, hacerlo usted mismo según sus requisitos: es mucho más interesante y conveniente que comprar un producto terminado. Por ejemplo, el mismo lector. En mi cuenta hay cuatro modelos de lectores ensamblados personalmente de componentes encontrados en el mercado de la radio y ordenados desde China.
Por ejemplo,
aquí se describe la tinta, Leonid Kaganov todavía la consideró
aquí , todas las artesanías anteriores están
aquí . Imprimo los estuches yo mismo en una impresora 3D, que también diseñé yo mismo. Y cuando eres demasiado vago para escribir, esculpo en epoxy.
La experiencia, como saben, se ha acumulado muy seria y hasta cierto punto única. Y ahora los chicos de PocketBook recurrieron a mí con una propuesta para hacer algún tipo de mod uno de sus modelos. Como resultado, decidimos armar un lector con una batería solar basada en
PocketBook 631 Plus , uno de los principales lectores de la línea. Hablaré sobre esto en una publicación.
No entraré en detalles sobre el funcionamiento de este modelo desde el punto de vista del usuario. Muchos escribieron cuántos formatos admite, qué aplicaciones tiene, cómo funciona el soporte de audio y qué tan bien este Pocketbook habla libros en quince idiomas. Solo señalaré que, en general, estoy de acuerdo con estas declaraciones: el lector es experimentado y realmente sofisticado.
Habiendo recibido el lector en mis manos, ni siquiera lo encendí, lo desarme inmediatamente. Por lo tanto, comenzaremos examinando lo que hay dentro de ella. Esto es más interesante para mí. Desmontar el lector es solo uno, dos, tres. Vamos!
Una vez, con la ayuda de una cuña de plástico, el panel frontal se ajusta.
Dos: el marco de la pantalla desde el panel frontal está perfectamente despegado. Sospecho que está sellado para complicar la entrada de humedad y polvo en el interior a través del espacio. En
PocketBook 631 Plus , a diferencia del mismo
PocketBook 641 Aqua 2 , oficialmente no se declara la protección contra el agua. Sin embargo, los "principios" de protección están presentes aquí. Con tales elementos estructurales, el rocío de humedad de este modelo, presumiblemente, no da mucho miedo.
Y tres: los tornillos que sujetan el lector en el estuche se aflojan.
¿En qué consiste un lector moderno?
A primera vista, puede parecer que todo es terriblemente complicado aquí, pero, en general, el dispositivo es bastante simple.
Para simplificar, compare con mi lector casero, que se encuentra a la derecha.
Tres bloques claramente se destacan en mi tablero.
- Esquema de energía de pantalla roja. La pantalla de tinta electrónica está controlada electrostáticamente y requiere varios niveles de voltaje, positivo y negativo.
- Verde: controlador de potencia, carga y descarga de la batería. Las baterías de litio se cargan con corriente continua y producen un voltaje inestable. La electrónica requiere una constante de 3.3V. La batería solar produce una corriente incómoda. En consecuencia, necesita un controlador de CC para cargar, un convertidor de voltaje para descarga y un limitador de potencia para el panel solar.
- El amarillo es una unidad de computadora. Hay un procesador, memoria y almacenamiento de datos, con todos los flejes.
Sorprendentemente, en esencia, el lector es solo una computadora que ahorra energía con una pantalla especial y un relleno de software.
Ahora eche un vistazo al interior del lector desde PocketBook
Aquí puede ver bloques similares: energía, trabajo con la pantalla y una computadora. Además, hay dos unidades más: un módulo Wi-Fi azul y un códec de audio rosa. Esto último es bastante inusual: en casi todos los lectores modernos con pantallas E Ink no hay capacidades de sonido. Su presencia es uno de los "trucos" únicos del PocketBook 631 Plus.
Echemos un vistazo más de cerca al interior del lector PocketBook.
El módulo del procesador, MCIMX6L7DVN10AB, se ve en el módulo del procesador. Este es un ARM Cortex-A9, de un solo núcleo, 32 bits, nominalmente 1 GHz. La cosa es significativamente más poderosa que la que uso. Lo que no es sorprendente: Pocketbook lee 18 formatos sin conversión preliminar (PDF, PDF-DRM, EPUB, EPUB-DRM, DJVU, FB2, FB2.ZIP, DOC, DOCX, RTF, PRC, TCR, TXT, CHM, HTM, HTML, MOBI y ACSM), así como voz sobre texto, navega por Internet, juega juegos y sabe cómo organizar saltos de palabras. Para el mantenimiento y la implementación de todo esto, se necesita hierro adecuado.
A la derecha del procesador hay una memoria, NT5CC256M16DP. Esto es DDR3, 4 Gbps (512 MB).
Detrás de la memoria hay una ranura MicroSD normal con una tarjeta de 8 GB, que actúa como almacenamiento incorporado. Es barato, alegre y conveniente:
si lo desea, la memoria interna se puede ampliar fácilmente (la verificación mostró que la tarjeta está atada por algún tipo de identificador de hardware, por lo que la palabra "fácil" es inapropiada en este caso), y en caso de una reunión catastrófica del lector con el firmamento de la Tierra, La recuperación de datos requiere solo un lector de tarjetas.
En la tarjeta, se detecta Linux ordinario, lo cual es bueno. A la derecha está el conector de depuración UART. Si lo explora, verá la pantalla de bienvenida de U-Boot 2009.08 y un montón de información de depuración.
Al lado del módulo del procesador hay una unidad Wi-Fi con un interruptor y un arnés. RTL8189FTV, módulo todo en uno 802.11b / g / n conectado a través del bus SDIO.
Poner módulos listos para este tipo de función, en lugar de soldarlos discretamente en la placa, es una de las prácticas estándar en el desarrollo de la electrónica.
En el otro lado está el códec, un convertidor de sonido de digital a actual en auriculares. ALC5640 sigue siendo de la misma compañía Realtek, toma sonido a través de I2S y emite sonido estéreo de 1.5 W a un altavoz de 8 Ohm a través de un amplificador de clase D. También es algo típico.
Sobre el sonido está la unidad de control de pantalla.
TPS65185 es un generador de voltaje para pantallas de tinta electrónica. NN2003, o algo similar con "2" en la parte superior de la marca no se pudo identificar, pero parece algo relacionado con el poder de la luz de fondo. Y el zForce NN1001 es algo así como un controlador de pantalla táctil IR.
Finalmente, la fuente de alimentación principal. En el centro está el chip principal: RC5T619. Este es un controlador de potencia multifuncional con convertidores incorporados, cálculo de consumo, carga de batería, interfaces para comunicarse con el procesador, etc. También tiene un reloj en tiempo real que debería funcionar incluso cuando todo lo demás está apagado. Una fuente de alimentación tan altamente integrada juega un papel importante en el hecho de que una sola carga del lector es suficiente para aproximadamente un mes y medio de uso activo. Veremos más de cerca este chip más tarde, cuando conectaremos un panel solar al lector.
Dando la vuelta al tablero, encontramos la pantalla, la más interesante de este libro.
La pantalla está pegada al marco; en el otro lado del marco, la batería está pegada. La placa está atornillada y, en cierta medida, todo el caso.
¿Cuán diferente es esta pantalla de 6 pulgadas "E Ink Carta" de última generación de la pantalla normal de E Ink que puedes comprar en la tienda?
A modo de comparación, aquí está mi pantalla de 7 pulgadas de una empresa china.
Al poner la misma imagen en ambos, inmediatamente puede notar las diferencias. Mi pantalla, aunque más grande, tiene una resolución de solo 480 x 800 y 120 DPI, mientras que la Pocket tiene una resolución de 1072 x 1448 y 300 DPI. Bueno, la calidad de la matriz en sí misma es más alta: como fabricante principal del primer escalón, PocketBook usa pantallas del más alto nivel de calidad: Grado A ("primer grado", antes del rechazo). Para marcas más pequeñas, y para la venta en forma de repuestos, hay Grado B - pantallas con algunos defectos (estándares aceptables).
Si observa de cerca, puede ver otra gran diferencia: en la pantalla de bolsillo, los "colores" son más suaves.
Esto no es sorprendente, porque, a diferencia del "chino" en blanco y negro, la pantalla de bolsillo es monocroma y admite
50 16 tonos de gris.
De hecho, esto se debe no tanto a la pantalla (aunque, por supuesto, también), sino a un circuito de control más sofisticado que el mío. Básicamente, estas dos pantallas no son muy diferentes entre sí, y la principal diferencia está en el enlace.
Echemos un vistazo más de cerca a la tecnología en sí. Una pantalla de tinta electrónica es un cristal, en un lado del cual hay una matriz de electrodos de control, y en el otro, una serie de burbujas con líquido sellado en plástico transparente, en el que flotan las bolas microscópicas. El blanco es positivo, el negro es negativo. La matriz de control gira electrostáticamente las bolas, mostrando así la imagen.
En la parte posterior, dicha pantalla está reflejada, y el cableado de las señales de control talladas en el vidrio es visible.
Si mira la pantalla a la luz, puede ver una cuadrícula de control delgada detrás del ruido de las cápsulas aplicadas de manera desigual. Debido a esta irregularidad, la retroiluminación de una pantalla de tinta electrónica es una tarea bastante trivial: si solo la resalta desde atrás, se verá como una miga de vidrio.
De alguna manera, incluso se parece al papel normal.
La pantalla de la billetera está pegada al marco, y es probable que los intentos de separarlos terminen tristemente. Sin embargo, hay un lugar en el borde donde también puede iluminarlo y ver una estructura similar.
Vemos que hay un marco negro en la parte superior de la pantalla, y en el tablero debajo hay un conjunto de algunos detalles.
Que es esto
¡Además, el marco no es simple, sino transparente en luz infrarroja! Y las protuberancias en él parecen lentes. ¿Para qué es todo esto?
El enigma se resuelve de manera muy simple. Recordamos un intercomunicador ordinario con un teclado de hierro, que extrañamente deja de funcionar cuando sus bordes están cubiertos de nieve. En los bordes de este teclado hay un conjunto de luz y fotodiodos en los que brillan. Al rastrear la sombra de esta iluminación, el procesador puede entender en qué número apareció el dedo.
En nuestro lector de poketbook, el diseño es similar, solo que más preciso. En los bordes hay LED infrarrojos, que se enfocan en los fotodiodos desde el lado opuesto, y al sombrear el procesador calcula la ubicación del dedo.
Una placa flexible con LED está pegada en la parte inferior de la pantalla con una tira. Esta es la famosa iluminación con una temperatura de luz variable. Vas a la izquierda, la luz se está enfriando, a la derecha, se está calentando. La idea es esta: antes de acostarse, es mejor leer con una luz de fondo cálida, gracias a esto el aparato visual se relaja más rápido. Hay dos versiones de este tipo de resaltado, una desarrollada por E Ink y la otra una copia china. Una copia es peor porque consume aproximadamente un tercio más de energía. En PocketBook 631 Plus es el correcto, E Inca.
Ve a la derecha: la luz se está calentandoComo todo ingenioso, el secreto es simple: la retroiluminación consta de LED alternos: cálido, frío, cálido, frío, etc.
El brillo de cada mitad se controla de forma independiente, lo que permite una transición suave del frío al calor.
En esta revisión de los interiores se puede completar, vuelva a armar el lector y proceda a la carga. En condiciones normales, el libro se carga desde un USB estándar con una corriente de 0.9A.
Esto es de 4,5 W y debería proporcionar una carga completa de su batería de 1,5 A / h durante aproximadamente una hora.
A medida que disminuye la corriente disponible, el libro continúa cargando tranquilamente hasta casi cero. Parece que el controlador de carga es de poco interés para el estándar USB, y puede cargar desde cualquier voltaje hasta el voltaje de la batería.
¿Qué sucede al cargar y descargar? Recordamos el RC5T619, que controla el subsistema de energía. Este es un controlador integrado para alimentación, carga y medición. Tiene dos canales para la entrada de carga y alimentación externa, convertidores de voltaje integrados, salida a la batería y salidas de consumo, entradas de sensor (por ejemplo, temperatura de la batería) y mucho más. Todo esto está configurado tanto a nivel de circuito como programáticamente en el bus I2C.
En el mismo bus, el procesador recibe información de él sobre la carga restante en la batería, sobre el estado de carga, sobre la hora actual, etc.
¿Cuál es la dificultad de determinar el nivel de carga de una batería de litio? ¿No puedes medir el voltaje en él? Por desgracia, el voltaje en él no es lineal, en su mayor parte constante, y altamente dependiente de la carga.
En la práctica, se utiliza un contador colgante para determinar el nivel de carga. Al igual que un medidor eléctrico en un departamento, considera cuánta carga fluyó de la batería a la carga y de la carga a la batería. Esta es la única forma confiable de mostrar de manera confiable el nivel de la batería. Y dicho medidor generalmente está integrado en el controlador de potencia. El proceso de cargar una batería de litio tampoco es fácil, a diferencia del plomo, por ejemplo. El proceso de carga consta de dos etapas: corriente continua y voltaje constante. En la primera etapa, se suministra corriente, limitada al valor máximo seguro, generalmente a 1C (una capacidad de batería por hora). Cuando el voltaje de la batería alcanza su valor máximo (4.20V), comienza la segunda etapa, cuando este voltaje se mantiene en la entrada y la corriente cae. Al final, la corriente alcanza un umbral más bajo, generalmente 0.1C, y la carga se detiene.
Todo esto, nuevamente, es el controlador de potencia integrado.
Obviamente, para conectar otra fuente de alimentación, deberá pasar por ella. Idealmente, podría usar la segunda entrada de carga, VADP, pero hay un pequeño problema: no está separado en la placa de nuestro lector, y el controlador es un chip BGA, un rectángulo de plástico con bolas de contacto en el lado inferior, y llega a las entradas VADP, esencialmente imposible
Por lo tanto, debe conectarse a la entrada VUSB, es decir, al conector de alimentación estándar del lector. Por lo tanto, es bueno que continúe cargándose incluso a muy bajo voltaje y corriente.
Con esta conexión, hay algunas cosas a considerar.
En primer lugar, no debe interferir con la carga normal. Es decir, no se permite el flujo de corriente del sol a la carga o la computadora. En segundo lugar, no debe absorber corriente durante la carga externa. Es decir El flujo de corriente de la carga al circuito del panel solar no está permitido.
El primero es bastante simple: aplicaremos un voltaje mucho menor que el de una carga o una computadora. El lector puede cargarse de él, pero la fuente externa no lo notará.
El segundo tampoco es difícil: para el panel solar necesitará un controlador de punto de máxima potencia, dentro o en la salida del cual habrá un diodo.
¿Qué tipo de controlador es este y por qué es necesario? Echemos un vistazo a los paneles solares.
Hay muchos tipos de células solares. Convencionales, familiares para todos los elementos de silicio con un tinte azulado y cableado en la superficie (en la foto de la izquierda) son los más efectivos. Su desventaja es que con el tiempo son destruidos por la luz solar, y en diez años pierden la mayor parte de su poder.
Mi libro utiliza un elemento de capa delgada en seleniuro de cobre-indio-galio (derecha), que es una vez y media menos efectivo, pero más duradero.
Ambos paneles constan de 11 elementos conectados en serie.Surge la pregunta: ¿qué panel poner en nuestro PocketBook? Por lo general, estoy a favor de la longevidad, pero en este caso, una sensación de belleza, llevada a una esquina lejana, requería ser escuchada, y me decidí por la opción de la izquierda: es un panel de silicona típico que encaja perfectamente en la caja del libro.
La batería solar es una fuente de energía no lineal. La ley de Ohm generalmente describe una batería o fuente de alimentación simple: a medida que la resistencia que se les aplica disminuye, la corriente aumenta y el voltaje disminuye. En otras palabras, son una fuente de voltaje con resistencia en serie equivalente.
Con una batería solar, con una disminución de la resistencia, la corriente permanece aproximadamente constante y el voltaje cae. Esto está más cerca de la fuente de corriente con voltaje superior limitado. Aquí, por ejemplo, hay un gráfico de corriente a voltaje para uno de mis grandes paneles solares.
Si conecta un controlador de carga de batería convencional a dicha fuente, la carga intentará consumir tanta corriente como esté disponible (será una resistencia baja), el voltaje en el panel caerá y, con él, la energía caerá: la potencia total está disponible solo cerca del punto de operación, donde El producto de corriente y voltaje es máximo.
Para solucionar este problema, el panel solar generalmente está conectado a través de un controlador de punto de alimentación constante. Un convertidor de pulso que no permite que la carga intente extraer más energía del panel de la que es capaz de entregar a su voltaje óptimo. De hecho, convierte la característica no lineal del panel en óhmico.
La implementación más simple de tal controlador es un convertidor reductor con retroalimentación también en el voltaje de entrada, y no solo en la salida.
A medida que disminuye la resistencia de salida, dicho convertidor reducirá el voltaje (y aumentará la corriente) para que permanezca un voltaje constante en la entrada.
Eche un vistazo a un circuito convertidor buck de cosecha propia en el controlador MC34063 PWM.
Este chip tiene una llave incorporada que se abre y se cierra a una frecuencia de decenas de kilohercios. Cuando está abierto, la corriente fluye a través de él y a través de la inductancia, ganando gradualmente voltaje de salida. Cuando está cerrado, la corriente fluye a través del diodo y la inductancia (el inductor tiende a resistir un cambio en la corriente que fluye a través de él), perdiendo gradualmente el voltaje. El voltaje "triangular" resultante es suavizado por el capacitor de salida para acercarse a constante.
Cuanto más tiempo esté abierta la llave (ancho de pulso), mayor será el voltaje de salida. Porque generalmente se requiere un voltaje constante, la salida es un divisor de retroalimentación que alimenta una señal al amplificador de error en el controlador. Esto le permite reducir el ancho de pulso si el voltaje es demasiado alto y aumentarlo al revés.
¿Cómo hacer un controlador con la máxima retención de energía de este circuito? Es necesario agregarle un pequeño prefijo.
El transistor está abierto cuando el voltaje de entrada es más alto que el voltaje establecido, el voltaje en su lado del diodo es cero y el controlador limita el voltaje de salida, como de costumbre.
Si el voltaje de entrada cae por debajo del valor establecido, el transistor comienza a cerrarse y un voltaje proporcional a la entrada llega a la línea de retroalimentación. Y bloquea la señal de la salida. El controlador percibe esto como un voltaje de salida incrementado y reduce la longitud del pulso, evitando así que la carga absorba demasiada potencia y caiga el voltaje de entrada.
Si probamos este circuito en una placa de pruebas, funcionará más o menos, pero con características bastante terribles.
En la práctica, hacer su propio convertidor de pulso es una tarea ingrata y no muy efectiva. Especialmente en detalles tan antiguos como el MC34063.
Por lo tanto, utilizaremos la práctica estándar, es decir, módulos listos para usar.
La parte principal de nuestro circuito es un prefijo invertido de retroalimentación del voltaje de entrada. Y se puede conectar a cualquier circuito convertidor reductor estándar, que tiene un divisor externo para la retroalimentación del voltaje de salida. En consecuencia, tomamos un módulo reductor típico para varios vatios y le soldamos la salida del diodo prefijo.
Como era de esperar, todo funciona casi sin problemas.
Ahora puede eliminar partes innecesarias y verificar el circuito en modo de voltaje de corriente constante, simulando un panel solar.
Como puede ver, el circuito mantiene perfectamente el voltaje de entrada mínimoTransferimos el circuito de una placa de prueba conveniente a una permanente, y el resultado es un diseño compacto y bastante plano.
No hay espacio libre en exceso dentro del lector, y el diseño aún no es lo suficientemente plano como para caber entre la cubierta posterior y el tablero, por lo que, en cualquier caso, debe montar todo desde el exterior y sacrificar el diseño.
Si el libro se hizo originalmente con la expectativa de carga solar, entonces tal problema no habría surgido, como recordamos, había mucho espacio libre en el tablero.
El único lugar más o menos conveniente donde puede colocar el controlador es en la parte posterior del panel solar. Incluso hay un marco punteado que lo insinúa.
Antes de la asamblea final, tiene sentido probarlo todo, pero la sombría primavera de Moscú en el Día X se negó obstinadamente a cooperar.
Tengo que conseguir mi "sustituto del sol": un bloque de LED con una potencia total de 1 kW y una temperatura de color de 4000 K, previamente calibrado con un medidor de luz. Da luz diurna de verano a una distancia de 29 cm.
La primitividad del sistema de enfriamiento del modelo de "gran pieza de aluminio" lleva al hecho de que la unidad puede sobrecalentarse y quemarse en 6 minutos, de los cuales el destino puede salvarle la imperfección de las baterías modernas, que dura solo 5 minutos.
Es difícil creer cuán intensa es la luz solar: un kilovatio de luz por metro cuadrado. Solo si coloca tales lámparas a un metro una de la otra en la parte superior del medio planeta, puede obtener algo cercano al poder del sol.
Debido a la luminosidad, no puede ver lo que muestra el dispositivo: la carga viene con una potencia de aproximadamente 0.7W. Esto está cerca de lo esperado: panel de 1 W y 70% de eficiencia del convertidor. A esta velocidad, el lector cargará desde cero durante aproximadamente 8 horas.
En realidad, en nuestras latitudes y clima inconstante, se requerirá dos veces más: el valor nominal de la potencia del panel de 1 W se da para la luz solar nominal de 1000 W por m2. Lo que sucede al mediodía en los trópicos, o en un laboratorio bajo un sustituto del sol.
Ahora que la prueba ha pasado, finalmente puede adjuntar el panel al libro.
Debido al grosor del transductor, hay un espacio de medio centímetro entre el panel y la carcasa. Debe cerrarlo, por lo que debe calentar la impresora 3D e imprimir el marco.
El marco está unido al cuerpo, y dentro de él perforamos un agujero para los cables.
Los pines del controlador se pasan a través de los agujeros y se sueldan a la entrada.
Obviamente, tal diseño no ganará ningún concurso de belleza y diseño. Y en la práctica, el aumento de grosor en un factor de 1.5 es bastante notable: el lector ya no es tan conveniente en su bolsillo y no cabe en las cubiertas.
Para que el lugar no desaparezca en vano, uno podría, por ejemplo, llenarlo con una batería más espaciosa. O coloque un soporte con bisagras debajo del panel, y es conveniente colocarlo sobre la mesa, y el diseño será más simétrico. Pero, de hecho, tal elemento de diseño sería más razonable integrarlo inicialmente en el lector o hacerlo como un dispositivo separado. Al colocar el controlador en el tablero y hacer un recorte para el panel en la caja, puede obtener un lector del mismo grosor que el modelo original.
Mientras tanto, a través de la bruma de las nubes, el sol finalmente salió del cascarón, y puedes ver en vivo que la unidad está funcionando.
En total, podemos concluir que sería genial para el fabricante, la compañía PocketBook, adoptar paneles solares y algún día podría producir lectores con ellos.
El volumen del diseño interno resultante no significa en absoluto que el producto de fábrica sea el mismo: es como comparar un automóvil a gasolina convertido en motores eléctricos, con un baúl lleno de baterías y un centro de gravedad derribado, con una máquina que originalmente fue diseñada como un automóvil eléctrico.
En palabras inteligentes, la energía solar ahora está en tendencia, la tecnología está avanzando, los precios de los paneles están cayendo rápidamente. Y todos creen que el futuro está con ellos. Por lo tanto, un lector con carga solar incorporada puede iniciar la moda en dispositivos móviles con tanta comodidad. Lector: un dispositivo con un consumo de energía extremadamente bajo y, por supuesto, una gran área de alojamiento. Lo que lo convierte en un caso de uso casi óptimo en esta dirección.
Para resumir el proyecto en sí, la parte más difícil fue hacer que el controlador del punto de máxima potencia en una escala tan pequeña. Esta es una de esas áreas donde prácticamente no hay módulos listos hasta el momento, y por lo tanto cada uno es para sí mismo.
La parte más interesante para mí fue descubrir cómo funcionan los lectores y las pantallas modernos. La última vez (alrededor de 2007) desarme un lector bastante antiguo, que fue uno de los primeros en el mercado, y no fue mucho más difícil que el mío. El diseño de la pantalla táctil resultó ser inesperado: nunca antes había encontrado la tecnología de una red IR aérea de tal tamaño y precisión, y no esperaba encontrarla allí. Bueno, los otros aspectos de ingeniería en
PocketBook 631 Plus parecían bastante lógicos y pensados, se puede ver que el lector se desarrolló de buena fe, lejos de la rodilla y no en absoluto para los aficionados.
Así son las cosas. Eso es todo, y espero que hayas aprendido algo nuevo hoy. Contestaré las preguntas en los comentarios, escribir.