Olá pessoal! Sou Artem Litvinovich, desenvolvedor com muitos anos de experiência, radioamador desde a infância, e eu mesmo projetei os leitores. Na minha opinião, fazer você mesmo de acordo com suas necessidades - é de todo modo mais interessante e conveniente do que comprar uma coisa pronta. Por exemplo, o mesmo leitor. Na minha conta, existem quatro modelos de leitores montados pessoalmente a partir de componentes encontrados no mercado de rádio e encomendados na China.
Por exemplo, e a tinta é descrita
aqui , ainda era considerada por Leonid Kaganov
aqui , os trabalhos anteriores estão todos
aqui . Eu mesmo imprimo os estojos em uma impressora 3D, que também fui projetada. E quando você está com preguiça de digitar, esculpo em epóxi.
A experiência, como você sabe, acumulou-se muito séria e, até certo ponto, única. E agora os caras do PocketBook se voltaram para mim com uma proposta de fazer algum tipo de mod em seus modelos. Como resultado, decidimos montar um leitor com uma bateria solar baseada no
PocketBook 631 Plus , um dos principais leitores da linha. Vou falar sobre isso em um post.
Não entrarei em detalhes do funcionamento desse modelo do ponto de vista do usuário. Muitos escreveram quantos formatos suporta, quais aplicativos possuem, como o suporte a áudio funciona e quão bem este Pocketbook fala livros em quinze idiomas. Observarei apenas que, em geral, concordo com essas afirmações - o leitor é experiente e realmente sofisticado.
Tendo recebido o leitor em minhas mãos, eu nem o liguei - eu o desmontei imediatamente. Portanto, começaremos examinando o que está dentro dela. Isso é mais interessante para mim. Desmontar o leitor é apenas um, dois, três. Vamos lá!
Uma vez - com a ajuda de uma cunha plástica, o painel frontal se encaixa.
Dois - a moldura da tela do painel frontal é cuidadosamente removida. Suspeito que ele esteja selado para complicar a entrada de umidade e poeira no interior através do vão. No
PocketBook 631 Plus , diferentemente do mesmo
PocketBook 641 Aqua 2 , a proteção oficialmente contra a água não é declarada. No entanto, os "primórdios" da proteção estão presentes aqui. Com esses elementos estruturais, o spray de umidade deste modelo, presumivelmente, não é muito assustador.
E três - os parafusos que prendem o próprio leitor no estojo estão desapertados.
Em que consiste um leitor moderno?
Pode parecer inexperiente que tudo seja terrivelmente complicado aqui, mas, em geral, o dispositivo é bastante simples.
Para simplificar, compare com o meu leitor caseiro, que está à direita.
Três blocos claramente se destacam no meu quadro.
- Esquema de energia de tela vermelha. A tela de tinta eletrônica é controlada eletrostaticamente e requer vários níveis de tensão, positivos e negativos.
- Verde - controlador para energia, carga e descarga da bateria. As baterias de lítio são carregadas com corrente contínua e produzem uma tensão instável. A eletrônica requer uma constante de 3,3V. A bateria solar produz uma corrente desconfortável. Portanto, você precisa de um controlador DC para carregar, um conversor de voltagem para descarga e um limitador de energia para o painel solar.
- Amarelo é uma unidade de computador. Há um processador, memória e armazenamento de dados, com todas as correias.
Surpreendentemente, em essência, o leitor é apenas um computador com eficiência energética, com uma tela especial e preenchimento de software.
Agora dê uma olhada no interior do leitor do PocketBook
Aqui você pode ver blocos semelhantes - poder, trabalhar com a tela e um computador. Além disso, existem mais duas unidades - um módulo Wi-Fi azul e um codec de áudio rosa. O último é bastante incomum - em quase todos os leitores modernos com telas E Ink, não há recursos de som. A presença deles é um dos "truques" únicos do PocketBook 631 Plus.
Vamos dar uma olhada mais de perto no interior do leitor PocketBook.
O módulo do processador, MCIMX6L7DVN10AB, é exibido no módulo do processador. Este é um ARM Cortex-A9, núcleo único, 32 bits, nominalmente 1 GHz. A coisa é significativamente mais poderosa do que o que eu uso. Não é de surpreender que o Pocketbook leia 18 formatos sem conversão preliminar (PDF, PDF-DRM, EPUB, EPUB-DRM, DJVU, FB2, FB2.ZIP, DOC, DOCX, RTF, PRF, TCR, TXT, CHM, HTM, HTML, MOBI e ACSM), além de voz sobre texto, navega na Internet, joga e sabe como organizar quebras de palavras. Para a manutenção e implementação de todo esse material, é necessário ferro apropriado.
À direita do processador está uma memória, NT5CC256M16DP. Isso é DDR3, 4 Gbps (512 MB).
Por trás da memória, há um slot MicroSD comum com um cartão de 8 GB, que atua como armazenamento embutido. Barato, alegre e conveniente -
se desejado, a memória interna pode ser facilmente expandida (a verificação mostrou que o cartão está vinculado por algum tipo de identificador de hardware; portanto, a palavra "fácil" é inapropriada neste caso) e no caso de uma reunião catastrófica do leitor com o firmamento da Terra, recuperação de dados requer apenas um leitor de cartão.
No cartão, o Linux comum é detectado, o que é bom. À direita está o conector de depuração UART. Se você fizer uma análise, verá a tela inicial do U-Boot 2009.08 e várias informações de depuração.
Ao lado do módulo do processador, há uma unidade Wi-Fi com um interruptor e um chicote de fios. RTL8189FTV, módulo all-in-one 802.11b / g / n conectado via barramento SDIO.
Colocar módulos prontos para esse tipo de função, em vez de soldá-los discretamente, é uma das práticas padrão no desenvolvimento de eletrônicos.
Do outro lado está o codec - um conversor de som de digital para atual em fones de ouvido. O ALC5640 ainda é da mesma empresa Realtek, captura som via I2S e fornece som estéreo de 1,5 W a um alto-falante de 8 Ohm através de um amplificador de classe D. Também é uma coisa típica.
Acima do som está a unidade de controle da tela.
O TPS65185 é um gerador de voltagem para telas de tinta eletrônica. Não foi possível identificar o NN2003, ou algo semelhante a "2" na parte superior da marcação, mas parece algo relacionado ao poder da luz de fundo. E o zForce NN1001 é como um controlador de tela de toque IR.
Finalmente, a principal fonte de alimentação. No centro é o chip principal - RC5T619. Este é um controlador de energia multifuncional com conversores embutidos, cálculo de consumo, carregamento de bateria, interfaces para comunicação com o processador, etc. Ele também possui um relógio em tempo real que deve funcionar mesmo quando todo o resto está desligado. Uma fonte de alimentação altamente integrada desempenha um papel significativo no fato de que uma única carga do leitor é suficiente para cerca de um mês e meio de uso ativo. Veremos mais de perto esse chip mais tarde, quando anexaremos um painel solar ao leitor.
Virando o quadro, encontramos a tela - a mais interessante neste livro.
A tela é colada ao quadro; do outro lado, a bateria é colada. A placa está aparafusada a ela e, em certa medida, a caixa inteira.
Qual é a diferença entre a tela “E Ink Carta” de 6 polegadas e a última geração da tela regular E Ink que você pode comprar na loja?
Para comparação - aqui está a minha tela de 7 polegadas de uma empresa chinesa.
Colocando a mesma imagem nos dois, você pode notar imediatamente as diferenças. Minha tela, embora maior, tem uma resolução de apenas 480 x 800 e 120 DPI, enquanto o Pocket tem uma resolução de 1072 x 1448 e 300 DPI. Bem, a qualidade da matriz em si é mais alta - como principal fabricante do primeiro escalão, o PocketBook utiliza displays do mais alto nível de qualidade - Grau A ("primeiro grau", antes da rejeição). Para marcas menores e à venda na forma de peças de reposição, há telas de grau B com alguns (padrões aceitáveis) número de defeitos.
Se você olhar de perto, poderá ver outra grande diferença - na tela do Pocket, as “cores” são mais suaves.
Isso não é surpreendente, porque, diferentemente dos chineses em preto e branco, a tela do Pocket é monocromática e suporta
50 16 tons de cinza.
De fato, isso se deve não tanto à tela (embora, é claro, também), mas a um circuito de controle mais sofisticado que o meu. Fundamentalmente, essas duas telas não são muito diferentes uma da outra e a principal diferença está na ligação.
Vamos dar uma olhada na própria tecnologia. Uma tela com tinta eletrônica é um vidro, de um lado uma matriz de eletrodos de controle e, do outro lado, uma série de bolhas com líquido selado em plástico transparente, no qual bolas microscópicas flutuam. Branco é positivo, preto é negativo. A matriz de controle gira eletrostaticamente as bolas, exibindo a imagem.
No verso, essa tela é espelhada e a fiação dos sinais de controle gravados no vidro é visível.
Se você observar a tela no lúmen, poderá ver uma fina grade de controle por trás do ruído das cápsulas desigualmente aplicadas. Devido a essa irregularidade, a luz de fundo de uma tela de tinta eletrônica é uma tarefa não trivial - se você a destacar por trás, ela parecerá uma migalha de vidro.
De certa forma, parece até papel comum.
A tela da carteira está firmemente colada ao quadro, e as tentativas de separá-las provavelmente terminarão tristemente. No entanto, há um lugar na borda onde você também pode iluminá-lo e ver uma estrutura semelhante.
Vemos que há uma moldura preta na parte superior da tela e, no quadro abaixo, há um conjunto de alguns detalhes.
O que é isso
Além disso, o quadro não é simples, mas transparente na luz infravermelha! E as saliências nele parecem lentes. Para que serve tudo isso?
O enigma é resolvido de maneira muito simples. Recordamos um interfone comum com um teclado de ferro, que estranhamente para de funcionar quando suas bordas estão manchadas de neve. Nas bordas deste teclado há um conjunto de luz e fotodiodos nos quais eles brilham. Ao rastrear a sombra dessa iluminação, o processador pode entender em que número o dedo apareceu.
No nosso leitor de livros poket, o design é semelhante, apenas mais preciso. Nas bordas estão os LEDs infravermelhos, que enquadram o foco nos fotodiodos do lado oposto e, sombreando, o processador calcula a localização do dedo.
Uma placa flexível com LEDs é colada na parte inferior da tela com uma tira. Esta é a famosa iluminação com uma temperatura variável da luz. Você vai para a esquerda - a luz está ficando mais fria, para a direita - está ficando mais quente. A idéia é a seguinte: antes de ir para a cama, é melhor ler com luz de fundo quente, graças a isso o aparelho visual relaxa mais rapidamente. Existem duas versões dessa luz de fundo, uma desenvolvida pela E Ink e a outra uma cópia chinesa dela. Uma cópia é pior porque consome cerca de um terço a mais de energia. No PocketBook 631 Plus está o E Inca correto.
Você vai para a direita - a luz está ficando mais quenteComo todos os engenhosos, o segredo é simples - a luz de fundo consiste em LEDs alternados: quente, frio, quente, frio etc.
O brilho de cada metade é controlado de forma independente, o que permite uma transição suave do frio para o calor.
Nesta revisão do interior pode ser concluída, monte o leitor de volta e continue com o carregamento. Sob condições normais, o livro é carregado do USB padrão com uma corrente de 0,9A.
Isso é 4,5 W e deve fornecer uma carga completa de sua bateria de 1,5 A / h por cerca de uma hora.
À medida que a corrente disponível diminui, o livro continua cobrando calmamente até quase zero. Parece que o controlador de carregamento é de pouco interesse para o padrão USB e pode carregar de qualquer voltagem até a voltagem da própria bateria.
O que acontece ao carregar e descarregar? Recordamos o RC5T619, que controla o subsistema de energia. Este é um controlador integrado para energia, carga e medição. Possui dois canais de entrada para carregamento e energia externa, conversores de voltagem embutidos, saída para a bateria e saídas do consumidor, entradas de sensor (por exemplo, temperatura da bateria) e muito mais. Tudo isso é configurado no nível do circuito e programaticamente no barramento I2C.
No mesmo barramento, o processador recebe informações sobre a carga restante na bateria, sobre o estado da carga, sobre a hora atual, etc.
Qual é a dificuldade de determinar o nível de carga de uma bateria de lítio? Você não pode simplesmente medir a tensão? Infelizmente, a tensão é não linear, na maior parte constante, e altamente dependente da carga.
Na prática, um contador pendente é usado para determinar o nível de carga. Como um medidor elétrico em um apartamento, ele considera quanta carga fluiu da bateria para a carga e do carregamento para a bateria. Esta é a única maneira confiável de mostrar de forma confiável o nível da bateria. E esse medidor geralmente é embutido no controlador de energia. O processo de carregamento de uma bateria de lítio também não é fácil, ao contrário do chumbo, por exemplo. O processo de carregamento consiste em dois estágios - corrente contínua e tensão constante. No primeiro estágio, a corrente é fornecida, limitada ao valor máximo de segurança, geralmente a 1C (uma capacidade da bateria por hora). Quando a voltagem da bateria atinge seu valor máximo (4,20V), o segundo estágio começa, quando essa voltagem é mantida na entrada e a corrente cai. No final, a corrente atinge um limite mais baixo, geralmente 0,1C, e o carregamento é interrompido.
Tudo isso, novamente, é o controlador de potência integrado.
Obviamente, para conectar outra fonte de energia, você precisará passar por ela. Idealmente, você pode usar a segunda entrada de carga, VADP, mas há um pequeno problema - não está separado na placa do nosso leitor, e o controlador é um chip BGA, um retângulo de plástico com bolas de contato na parte inferior e acessar as entradas VADP, essencialmente impossível.
Portanto, você precisa se conectar à entrada VUSB, ou seja, ao conector de alimentação padrão do leitor. Portanto, é bom que continue a carregar, mesmo com tensão e corrente muito baixas.
Com essa conexão, há algumas coisas a considerar.
Em primeiro lugar, não deve interferir no carregamento normal. Ou seja, o fluxo de corrente do sol para o carregamento ou o computador não é permitido. Em segundo lugar, não deve absorver a corrente durante o carregamento externo. I.e. O fluxo de corrente do carregamento no circuito do painel solar não é permitido.
A primeira é bastante simples - aplicaremos uma voltagem muito menor que a de uma carga ou de um computador. O leitor pode ser carregado, mas a fonte externa não notará.
O segundo também não é difícil - para o painel solar, você precisará de um controlador de ponto de potência máximo, dentro ou na saída do qual haverá um diodo.
Que tipo de controlador é esse e por que é necessário? Vamos dar uma olhada nos painéis solares.
Existem muitos tipos de células solares. Convencional, familiar a todos os elementos de silicone com tonalidade azulada e fiação na superfície (na foto à esquerda) é mais eficaz. A desvantagem é que, com o tempo, são destruídas pela luz solar e, em dez anos, perdem a maior parte de seu poder.
Meu livro usa um elemento de camada fina sobre seleneto de cobre-índio-gálio (à direita), que é uma vez e meia menos eficaz, mas mais durável.
Ambos os painéis consistem em 11 elementos conectados em série.Surge a pergunta - qual painel colocar no nosso PocketBook? Normalmente sou a favor da longevidade, mas, neste caso, levado ao canto mais distante do senso de beleza, ele precisava ser ouvido e decidi pela opção à esquerda - é muito bom um painel de silício típico se encaixar na estante de livros.
A bateria solar é uma fonte de energia não linear. Uma simples bateria ou fonte de alimentação é geralmente descrita pela lei de Ohm - à medida que a resistência aplicada a eles diminui, a corrente aumenta e a tensão cai. Em outras palavras, eles são uma fonte de tensão com resistência de série equivalente.
Com uma bateria solar, com uma diminuição na resistência, a corrente permanece aproximadamente constante e a tensão cai. Isso é mais próximo da fonte de corrente com tensão superior limitada. Aqui, por exemplo, há um gráfico de corrente em tensão para um dos meus grandes painéis solares.
Se você conectar um controlador de carga de bateria convencional a uma fonte, o carregamento tentará extrair a corrente disponível (será uma resistência baixa), a tensão no painel diminuirá e, com isso, a energia diminuirá - a energia total estará disponível apenas perto do ponto de operação, onde o produto de corrente e tensão é máximo.
Para corrigir esse problema, o painel solar geralmente é conectado através de um controlador de ponto de energia constante. Um conversor de pulsos que não permite que a carga tente extrair mais energia do painel do que é capaz de fornecer na sua tensão ideal. De fato, converte a característica não linear do painel em ôhmico.
A implementação mais simples desse controlador é um conversor abaixador, com feedback também sobre a tensão de entrada, e não apenas sobre a saída.
À medida que a resistência de saída diminui, esse conversor diminui a tensão (e aumenta a corrente) para que uma tensão constante permaneça na entrada.
Dê uma olhada em um simples circuito conversor de buck caseiro no controlador P3M MC34063.
Este chip possui uma chave embutida que abre e fecha a uma frequência de dezenas de quilohertz. Quando está aberta, a corrente flui através dele e através da indutância, ganhando gradualmente a tensão de saída. Quando fechada, a corrente flui através do diodo e da indutância (o indutor tende a resistir a uma mudança na corrente que flui através dele), perdendo gradualmente a tensão. A tensão "triangular" resultante é suavizada pelo capacitor de saída para ficar quase constante.
Quanto mais tempo a tecla estiver aberta (largura de pulso), maior será a tensão de saída. Porque Geralmente é necessária uma tensão constante, na saída existe um divisor de feedback que fornece um sinal ao amplificador de erro no controlador. Isso permite que ele reduza a largura do pulso se a tensão estiver muito alta e aumente quando vice-versa.
Como fazer um controlador com retenção máxima de energia deste circuito? É necessário adicionar um pequeno prefixo a ele.
O transistor está aberto quando a tensão de entrada é maior que a tensão definida, a tensão do lado do diodo é zero e o controlador limita a tensão de saída, como de costume.
Se a tensão de entrada cair abaixo do valor definido, o transistor começa a fechar e uma tensão proporcional à entrada chega à linha de feedback. E bloqueia o sinal da saída. O controlador percebe isso como um aumento da tensão de saída e reduz o comprimento do pulso, impedindo que a carga absorva muita energia e diminua a tensão de entrada.
Se testarmos este circuito em uma placa de ensaio, ele estará mais ou menos funcionando, mas com características terríveis.
Na prática, fazer seu próprio conversor de pulso é uma tarefa ingrata e não muito eficaz. Especialmente em detalhes antigos como o MC34063.
Portanto, usaremos a prática padrão, ou seja, módulos prontos.
A parte principal do nosso circuito é um prefixo inverso de feedback da tensão de entrada. E pode ser conectado a qualquer circuito conversor abaixador padrão, que possui um divisor externo para feedback da tensão de saída. Consequentemente, tomamos um módulo de redução típico para vários watts e soldamos a saída do diodo prefixo.
Como esperado, tudo funciona quase sem problemas.
Agora você pode remover peças desnecessárias e verificar o circuito no modo de tensão de corrente constante, simulando um painel solar.
Como você pode ver, o circuito mantém perfeitamente a tensão de entrada mínimaTransferimos o circuito de uma placa de ensaio conveniente para uma permanente, e o resultado é um design compacto e bastante plano.
Dentro do leitor, não há espaço livre em excesso, e o design ainda não é plano o suficiente para caber entre a tampa traseira e a placa; portanto, em qualquer caso, você deve montar tudo do lado de fora e sacrificar o design.
Se o livro foi originalmente feito com a expectativa de carregamento solar, esse problema não teria surgido - como lembramos, havia muito espaço livre no próprio painel.
O único local mais ou menos conveniente onde você pode colocar o controlador fica na parte traseira do painel solar. Há até um quadro pontilhado sugerindo isso.
Antes da assembléia final, faz sentido testar tudo, mas a sombria primavera de Moscou no X-Day teimosamente se recusou a cooperar.
Eu tenho que pegar meu “substituto solar” - um bloco de LEDs com potência total de 1 kW e temperatura de cor de 4000K, previamente calibrada com um medidor de luz. Dá luz do dia de verão a uma distância de 29 cm.
A primitividade do sistema de refrigeração do modelo “grande pedaço de alumínio” leva ao fato de que a unidade pode superaquecer e queimar em 6 minutos, dos quais o destino a imperfeição das baterias modernas pode salvá-lo, que dura apenas 5 minutos.
É difícil acreditar quão intensa é a luz solar - um quilowatt de luz por metro quadrado. Somente se você colocar essas lâmpadas a um metro uma da outra na metade do planeta, poderá obter algo próximo à potência do sol.
Devido ao brilho, não é possível ver o que o dispositivo mostra - o carregamento é fornecido com uma potência de cerca de 0,7W. Isso está próximo do esperado - painel de 1 W e eficiência do conversor de 70%. A essa velocidade, o leitor cobrará do zero por cerca de 8 horas.
Na realidade, em nossas latitudes e clima inconstante, será necessário duas vezes mais - o valor nominal da potência do painel de 1 W é fornecido para a luz solar nominal de 1000 W por m2. O que acontece ao meio-dia nos trópicos ou em um laboratório sob um substituto solar.
Agora que o teste passou, você pode finalmente anexar o painel ao próprio livro.
Devido à espessura do transdutor, existe um espaço de meio centímetro entre o painel e o alojamento. Você precisa fechá-lo para aquecer a impressora 3D e imprimir o quadro.
A estrutura é presa ao corpo e, dentro dela, fazemos um orifício para os fios.
Os pinos do controlador são passados pelos orifícios e soldados na entrada.
Obviamente, esse design não ganhará nenhum concurso de beleza e design. E, na prática, o aumento da espessura de um fator de 1,5 é bastante notável - o leitor não é mais tão conveniente no seu bolso e não se encaixa nas capas.
Para que o local não desapareça em vão, pode-se, por exemplo, enchê-lo com uma bateria mais espaçosa. Ou coloque um suporte articulado sob o painel - e é conveniente colocá-lo sobre a mesa, e o design será mais simétrico. Mas, de fato, esse elemento de design seria mais razoável para integrar inicialmente ao leitor ou fazê-lo como um dispositivo separado. Ao colocar o controlador na placa e fazer um recorte para o painel no gabinete, você poderá obter um leitor com a mesma espessura do modelo original.
Enquanto isso, através da neblina de nuvens, o sol finalmente eclodiu e você pode ver ao vivo que a unidade está funcionando.
No total, podemos concluir que seria ótimo para o fabricante - a empresa PocketBook - adotar painéis solares e, algum dia, produzir leitores com eles.
O volume do projeto caseiro resultante não significa que o produto de fábrica será o mesmo - é como comparar um carro movido a gasolina convertido em motores elétricos, com um porta-malas cheio de baterias e um centro de gravidade derrubado, com uma máquina que foi originalmente projetada como carro elétrico.
Em palavras inteligentes, a energia solar está agora em tendência, a tecnologia está avançando, os preços dos painéis estão caindo rapidamente. E todo mundo acredita que o futuro está com eles. Assim, um leitor com carregamento solar embutido pode muito bem iniciar a moda em dispositivos móveis com essa conveniência. Leitor - um dispositivo com consumo de energia extremamente baixo e, é claro, uma grande área de habitação. O que torna o caso de uso quase ideal nessa direção.
Para resumir o projeto em si, a parte mais difícil foi tornar o controlador do ponto de potência máximo em uma escala tão pequena. Essa é uma daquelas áreas em que praticamente não existem módulos prontos até agora e, portanto, cada um é para si.
A parte mais interessante para mim foi descobrir como os leitores e telas modernos se comportam. A última vez (por volta de 2007), desmontei um leitor bastante antigo, que foi um dos primeiros no mercado, e não foi muito mais difícil que o meu. O design da tela sensível ao toque acabou sendo inesperado - eu nunca havia encontrado a tecnologia de uma grade de infravermelho com tamanho e precisão tão altos e não esperava encontrá-la lá. Bem, os outros momentos de engenharia no
PocketBook 631 Plus pareciam bastante lógicos e pensados - pode-se ver que o leitor foi desenvolvido de boa fé - longe do joelho e nem um pouco de amadores.
Tais são as coisas. É tudo, e espero que você tenha aprendido algo novo hoje. Vou responder as perguntas nos comentários, escreva.