使用Pi Box构建一个可以运行系统和玩游戏的设备

Pi Box是一款集所有功能于一身的树莓派4设置，结合了MIPI 5英寸显示器和板载电源。

大家好，欢迎回来。这是一个便携又有趣的东西。

Pi Box是一款基于树莓派4的一体化迷你电脑，内置电源和令人印象深刻的5英寸IPS显示屏。我们目前在树莓派盒子上运行Recalbox操作系统来玩游戏，但这个配置也可以作为运行Linux和其他操作系统的树莓派桌面。

在这里，我们将Rasperry Pi 4与DFRobot的5英寸800x480 IPS显示屏结合使用，两者都由我们为之前的项目创建的电池组电路供电。我们使用的是11.1V的锂电池组。Pi 4和显示器需要稳定的5V才能工作，因此为了从电池组降压11.1V，我们准备了一个定制的Buck转换器电路，为Pi提供稳定的5V 3A电源。

在这里，我们使用的是带有DFRobot 5英寸800x480 IPS显示屏的树莓派4，两者都由我们为以前的项目创建的电池组电路供电。我们使用的是11.1V的锂电池组。

Pi 4和显示器需要稳定的5V才能运行;因此，我们设计了一个定制的Buck转换电路，从电池组降压11.1V，为Pi提供稳定的5V 3A供电。

在设计方面，我们创造了一个盒子状的外壳，分为两部分：前面的部分容纳Pi 4的显示器，后面的部分容纳电池组电路。为了改善设计的外观，我们在前部和后部的左侧增加了一个手柄状的部分，并以两种颜色印刷外壳，使整个设计具有双色的氛围。

该设备可以用作Pi桌面或与操作系统(如Octoprint或其他通用操作系统)一起使用。这个设备的一个用途是作为一个游戏模拟器站，是的，这个设置可以运行毁灭战士。

本文是关于这个项目的整个构建过程，所以让我们从构建开始。

材料要求

这些是在这个项目中使用的组件

•定制PCB (HQ NextPCB提供)

•树莓派4型号4GB

•树莓派DFROBOT 5”IPS显示屏

•IP6505集成电路

•22uH SMD电感器

•10uF电容器1206封装

•22uF电容器1206封装

•M7二极管SMC封装

•LED 0603封装

•1K电阻0603封装

•电池组电路(来自以前的项目)

•12 v / 4一个适配器

•M3 HEX PCB支架

•M2螺丝

•双色(白色和橙色)3D打印部件

•摇臂开关

树莓派4和5“显示器

我们在这个项目中使用的是Raspberry Pi 4 Model 4GB的变体，它在功率和功能方面比以前的Raspberry Pi 3有了很大的改进。

它具有四核1.8GHz处理器，高达8GB的RAM，并通过微hdmi端口支持双4K显示器，使其适合各种苛刻的应用。

它提供了出色的连接选项，包括千兆以太网，双频Wi-Fi和蓝牙5.0，确保快速可靠的网络连接。包含两个USB 3.0端口和两个USB 2.0端口，提供增强的数据传输能力。该机型还配备了先进的多媒体支持，包括H.265视频解码和OpenGL ES 3.1，使其成为多媒体项目的理想选择

至于显示器，我们使用的是DFRobot的5英寸800x480 IPS显示器，这是一个支持树莓派DSI显示接口的IPS显示器，并配有电容触摸面板

该显示器的工作电压为3.3V，由树莓派显示接口提供，最大工作电流为320 mA，屏幕关闭电流为100 mA。它的分辨率为800x480，并通过树莓派DSI视频接口连接。它支持多达5个触点，具有80度的全方位视角。

颜色深度为RGB888，提供16兆真彩色，显示器的刷新频率为60Hz。此外，IPS面板包括光学键合，以提高亮度和清晰度，抗指纹和抗眩光涂层，以在各种照明条件下获得更好的可视性。

三维设计

本项目从模型的创建开始，首先在Fusion360中导入5英寸显示器、树莓派和电池组电路的模型。所有三个关键组件的位置都是这样的：显示器在前面，Pi放在显示器后面，但不是放在显示器背面的安装孔上，但是Pi稍微向左移动，这样我们就可以从模型的左侧访问I/O。

电池电路位于树莓派的后面。通过把这些组件安排在合适的位置，我们开始在它们周围形成一个盒子状的主体，显示屏在前面，Pi在中间，电池组电路在后面。我们设计了这个模型，并将其分为两个部分，前面的部分放置了显示器、树莓派和电源开关。电池组电路位于后半部分，也就是后部。

此外，我们设计了一个Pi支架部分，以保持树莓派4在前面部分的位置。树莓派4通过四个十六进制支架连接到这个Pi支架组件。

我们在两边都放了两个把手，给模型一点工业元素，摇杆开关位于这两个把手之间。

此外，为了给模型的美学带来双色的感觉，我们只打印了两种颜色，PLA，白色和橙色。

电池组电路

对于电源，我们使用我们以前创建的一个旧项目的电池组电路板。

我们基本上有一个电路，包括一个BMS(电池管理系统)电路，连接到三个锂电池支架。还有一个连接到二极管的直流插孔，它允许我们使用12V适配器为电池充电。

该板配备三个3.7V， 2900mAh锂电池。

电源模块电路

为了给树莓派和显示装置供电，我们正在使用的电池组电路是一个11.1V 3S锂电池电池组，我们需要一个Buck转换器板，它可以将11.1V降至稳定的5V，以运行树莓派和显示。

为了解决这个问题，我们选择了一个Buck转换器设置，其中包括IP6505 IC，一个带集成同步开关的降压转换器，能够处理高达10A的输出，用于快速充电协议。

IP6505具有集成功率MOSFET，输出电压范围为3V至12V，输入电压范围为10.5V至28V。它可以根据公认的快速充电协议自动调节电压和电流，提供高达24W的输出功率，对于我们的树莓派4和显示设置来说已经足够了。

原理图最初是根据数据表的示例布局创建和定制的。该电路板上的所有组件都是表面安装的，这减少了手工焊接的需要。

HQ NextPCB服务

PCB设计完成后，我们导出Gerber数据，发送给HQ NextPCB取样。

Gerber数据发送到HQ NextPCB，并订购了白色屏幕的绿色阻焊PCB。

下订单后，PCB在一周内收到，PCB质量非常好。

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电源模块装配流程

这个项目的PCB组装过程开始于用锡膏点焊针将锡膏涂在每个组件板上。我们用的是63/37 Sn-Pb锡膏。

接下来，我们选择所有的SMD组件并将它们放置在正确的位置。

接下来，我们将电路板放在Mini Reflow热板上，该热板从下面加热PCB到大约200°C的锡膏熔化温度。锡膏永久融化，并将所有SMD组件连接到它们的焊盘上。

Pi4框架架

我们通过将四个十六进制M3 PCB支架连接到Pi 4的四个安装孔开始组装过程。我们用了四个6.7毫米长的六进制木桩。

接下来，我们将Pi持有人部分安装到Pi 4使用M3僵局的底部。

前车身准备

为了提高设计的美观性，我们创建了两个附加部件：一条用橙色PLA打印的线并放置在正面，以及一个用两种颜色打印的铭牌并放置在前机身的顶部。

我们在3D打印线的底部涂上强力胶，然后将其放置在车身前部。

然后将强力胶涂在Pi Box铭牌的背面，然后将其放在前机身的顶部。

前车身与显示器和Pi4组件

我们现在开始前部分的组装程序，滑动5英寸显示屏内的前车身部分。为了保持固定，我们使用热熔胶将屏幕粘在机身上。

我们按照正确的顺序将FPC电缆(随显示器提供)连接到Pi 4的MIPI DSI连接器。

然后将FPC电缆的另一端连接到5英寸显示器上的DSI连接器上。

然后将Pi放置在前机身内，并使用四个M2螺钉拧紧Pi支架和定位在机身内的螺钉座。

电源模块Pi4组件

电源模块现在位于显示器的PCB支架上，并用M2.5螺栓固定。

然后，我们使用JST线束连接器将其正负端子连接到电源模块的Vout和GND端子。

接下来，JST线束连接器通过40针GPIO头连接器连接到树莓派的5V和GND。

电源与前车身总成

我们先定位摇杆开关，然后将电源模块的GND端子连接到摇杆开关的NC上，开始电源前部的组装过程。

然后我们将一根红色电线连接到电源模块的VIN，另一根连接到摇杆开关的NO端子。附加在NO端子上的额外导线将连接到电池组的GND;开关将作为电源模块和电池组电路之间的断开。

摇杆开关端子靠近连接显示器和树莓派的FPC电缆;因此，我们使用卡普顿胶带包裹摇杆开关端子。

我们将VIN和GND线连接到电池组电路的VCC和GND端子。

总装

最后的组装过程开始于将电池组电路放入后部。

电池组电路随后用两个M2螺钉固定到位，将其放入后部的螺钉凸台中。

然后我们将前部分放在后部分的顶部，其次是设备底部的底座支架。然后用4个M2螺钉固定。这个基础持有人部分连接前面和后面的部分从底部。

我们将两个M2螺钉分别放在左右面，将两个组件永久固定在一起，完成组装过程。

Recabox操作系统

我们目前使用的是RecalBox操作系统，这是一款复古游戏模拟操作系统，支持大量以前的游戏机，包括GameCube、PS1、PS2和Xbox。

Recalbox操作系统使用简单，预装了大量免费游戏。

此外，它结构紧凑，可以在低端树莓派电脑上高效运行，非常适合直接使用SD卡操作的派4。

安装过程很简单：

我们下载并安装了Raspberry Pi Imager，一个类似于Etcher或Rufus的成像工具应用程序。它包括一个Raspberry pi支持的操作系统列表，您可以下载并直接刻录到引导USB。

接下来，我们选择要安装的操作系统，这是用于Pi4的Recalbox操作系统。

之后，树莓派成像仪完成安装过程，我们只需在Pi4上安装SD卡并通电即可;第一次启动将额外花费2-3分钟。

结论

这是这个小构建的最终结果：一个工作的迷你树莓派PC或控制台。因为这款设备介于迷你PC和主机之间，所以很难为它定义一个特定的用例;目前，我们正在利用Recalbox OS将其用作复古游戏模拟站。由于Raspberry Pi 4，这个设置也可以运行DOOM。

使用树莓派4的蓝牙，我们可以连接我们的控制器玩游戏或连接任何设备，如键盘，使用USB端口。

由于内置的电池组，我们可以把Pi BOX带到任何地方。该设备的备用时间超过一个半小时，考虑到所使用的电池组，这是足够的，因为我们只是选择了一个3S电池组。也许在未来的版本中，我们会在这个设计中添加一个更大容量的电池组，让它可以持续使用一整天。

本文编译自hackster.io