Собираем свой собственный смартфон
Это руководство описывает от начала до конца конструирование своего собственного смартфона. Начинается дело с печати на 3D-принтере корпуса, затем спаиваются печатные платы, всё это дело собирается, и, в конце концов, на смартфон устанавливается мобильная операционная система, и с помощью языка программирования Python она становится персонально Вашей. Вы можете ознакомиться с подробностями о данном проекте по ссылке.
Необходимые навыки:
— базовые навыки пайки;
— знакомство с Raspberry Pi.
Или:
— много свободного времени и терпения.
Шаг 1: Собираем необходимые материалы
Перед тем, как начать, давайте-ка закажем все компоненты, которые нам потребуются. Итак, вам потребуются следующие электронные компоненты и печатные платы (в России компоненты можно приобрести, например, в таких магазинах):
1. Raspberry Pi A+ 256MB
2. модуль GSM Adafruit FONA uFL Version
3. 3.5′ PiTFT сенсорный экран
4. Raspberry Pi Camera 5MP
5. преобразователь Powerboost 500 Basic
6. GSM антенна
7. 1В 8Ом динамик
8. адаптер USB — Wifi
9. электретный микрофон
10. 1200мА литий-ионная батарея
11. 4-40 x 3/8′ винты
12. M2.5 x 5mm винты
13. M2.5 x 20mm винты
14. M2 x 5mm винты
15. ползунковый переключатель
16. провода
Ну а пока вы ждете доставки заказа со всем перечисленным, можно напечатать корпус.
Шаг 2: Печатаем корпус на 3D принтере
Шаг 3: Основная сборка
Теперь давайте соединим всё вместе. На диаграмме изображен Raspberry Pi. Вместо того, чтобы сразу подключаться к нему, подключите провод к 26 контакту на PiTFT. Теперь дальше.
1. Присоедините контакт «bat» на модуле GSM (Adafruit FONA) к такому же контакту на преобразователе (PowerBoost).
2. Припаяйте провод от контакта GND (земля) на модуле GSM к такому же контакту на преобразователе.
3. Припаяйте провод от контакта GND на преобразователе к одному из контактов полузнкового переключателя.
4. Также присоедните контакт GND от преобразователя к «земле» дисплея PiTFT (Такая же распиновка первых 26 контактов, как у Raspberry Pi, обратите внимание, что стрелка и «1» обозначаются первый контакт).
5. Присоедините 5В линию от преобразователя к 5В линии дисплея.
6. Припаяйте провод от центрального контакта ползункового переключателя к контакту «EN» (Включено) на преобразователе.
7. Припаяйте провод от контакта «KEY» на модуле GSM к контакту 12 (GPIO 18) на дисплее.
8. Поместите дисплей над Raspberry Pi.
9. Перепроверьте все соеднинения!
ВНИМАНИЕ: Пока проходит тестирование, убедитесь, что 5В разъем micro USB не подключен. Raspberry Pi уже запитан от батареи.
Если вы переключите ползунковый переключатель, светодиоды на преобразователе должны загореться и Raspberry Pi должен включиться. Подсветка дисплея также должна включиться. Если у вас на SD карте Raspberry Pi настроена отправка картинки на дисплей, то она должны отобразиться на нем. В противно случае, дисплей будет просто гореть белым, что на данный момент тоже пойдет. Скорее всего, на модуле GSM не загорятся светодиоды. Чтобы его включить, удерживайте кнопку включения на нем в течении пары секунд. Или подайте сигнал на разъем GPIO 18 на Raspberry Pi в течении того же времени. Если вам удалось запитать Raspberry Pi, дисплей и модуль GSM от батареи, пора переходить к следующему шагу.
Шаг 4: Финальная сборка
Если вы попытаетесь все включить сейчас, то поведение устройства должно быть аналогичным, как на предыдущем шаге. На следующем шаге мы установим сим-карту в модуль GSM, что позволит устройству контактировать с сотовой сетью.
Шаг 5: Установка сим-карты
Теперь, когда соединение модулей завершено, можно установить сим-карту, чтобы модуль GSM мог контактировать с сотовой сетью. Данный модуль использует сети 2G для передачи данных, например T-Mobile. Обратите внимание, что модуль не работает с сетями 3G и 4G. AT&T планирует отключить поддержку 2G сетей к 2016 году, так что мы будем использовать сим-карту T-Mobile. Данный модуль GSM использует сим-карту стандартного формата, так что микро или нано сим-карты сюда не пойдут. Активируйте карту согласно инструкциям оператора. Затем установите сим-карту в модуль GSM и включите его. Если красный светодиод модуля будет моргать каждые 3 секунды, значит он подключился к сотовой сети! На следующем шаге мы установим программное обеспечение, чтобы Raspberry Pi смог общаться с модулем GSM.
Шаг 6: Установка SD карты
Теперь, когда все железо собрано, можно приступить к настройке взаимодействия Raspberry Pi со всем этим хозяйством. Начните с прошивки последней версии PiTFT OS на SD карту Raspberry Pi. Жмите сюда чтобы скачать. Когда SD карта готова, установите ее в Raspberry Pi и включите его. Вам понадобится утилита raspi-config. Вот несколько вещей, которые потребуется настроить:
1. Развернуть файловую систему.
2. Включить поддержку камеры.
3. Выключить serial port. Так Raspberry Pi сможет общаться с модулем GSM.
4. Включить ssh. Это важно, поскольку в Raspberry Pi A+ есть только USB порт.
Закончите установку и перезапустите Raspberry Pi.
Напишите startx и Raspberry Pi запустит LXDE на дисплее. Чтобы войти через HDMI, напишите:
Шаг 7: Установка Wifi
У вашего телефона нет клавиатуры, так что для доступа к устройству через консоль, нужно установить wifi для подключения по ssh. Подключите Wifi адаптер к компьютеру и настройте подключение через Wifi Config. Выключите Raspberry Pi и подключите к нему Wifi адаптер. Если вам все еще не удается подключиться к Raspberry Pi по ssh, попробуйте использовать USB концентратор. Больше информации по настройке Wifi можно найти здесь.
Шаг 8: Финальная подготовка программного обеспечения
Тестирование модуля GSM
Чтобы протестировать модуль GSM, установите minicom с помощью команды:
Должен открыться терминал по взаимодействию с устройствами через ком-порт. Если вы напишете:
в ответ должны получить «ОК». Если не получили, то проверьте все соединения. Если же получили, значит модуль GSM готов к работе.
Вы могли заметить, что текст на экране показывается боком, а не ориентируется на положение телефона. Давайте изменим это с помощью команды:
Измените в файле значение параметра «rotate» на 180.
Наконец, чтобы добавить LXDE в автозагрузку, следуйте описанию в инструкции.
Установка программного обеспечения для камеры
Теперь давайте установим программное обеспечение, которое помогает снимать фото камерой Raspberry Pi. Для начала напишите:
Наконец, загружаем программное обеспечение:
Шаг 9: Установка TYOS
TYOS — это операционная система для мобильных устройств (Технически, модифицированная версия Raspbian — это операционная система, а TYOS — это только графическая оболочка), дающая возможность телефону отправлять и получать sms сообщения, а также делать звонки. В консоли напишите:
Для запуска TYOS напишите:
Когда TYOS запустится, убедитесь, что все работает путем отправления sms и совершения звонка. Когда вы убедитесь, что все в порядке, можно установить TYOS в автозагрузку.
чтобы открыть конфигурационный файл. Внизу, после текста и до строчки «exit 0», добавьте следующий текст:
Теперь перезапустите Raspberry Pi. TYOS должен стартовать при загрузке устройства!
Шаг 10: Собираем всё вместе
Теперь можно всё надежно упаковать в корпус.
1. Используя горячий клей, приклейте микрофон и динамик в разъемы под них.
2. Используя винты M2, закрепите камеру. Потребуется соединить ленточным кабелем камеру и Raspberry Pi, так что разместите ее подходящим образом.
3. Используя винты M2.5, закрепите Raspberry Pi вместе с установленной SD картой и адаптером Wifi вниз корпуса.
4. Присоедините ленточный кабель камеры с Raspberry Pi.
5. Также используя винты M2.5, закрепите модуль GSM с сим картой в корпус.
6. При укладке проводом убедитесь, что они не мешают никакой другой электронике.
7. Оберните преобразователь изолентой, чтобы избежать короткого замыкания.
8. Поместите преобразователь и батарею между Raspberry Pi и дисплеем.
9. С помощью горячего клея приклейте ползунковый переключатель в разъем, предназначенный для него вверху корпуса.
10. Используя винты 4-40, соедините верхнюю и нижнюю часть корпуса вместе.
11. Проверьте все соединения.
От «говорящего телеграфа» до смартфона: Как менялись телефоны
В день рождения телефона 5-tv.ru вспоминает, когда создали и как менялось главное средство связи.
Первый телефон запатентовал Александр Белл 7 марта 1876 года. Тогда это был патент на «усовершенствованную модель телеграфа». Как менялось главное средство связи XXI века?
1876–1926: Разговор через оператора
Многочисленные споры, кто же изобрел телефон, ведутся и сегодня. В 1850-х Антонио Меуччи обнаружил возможность услышать человека на расстоянии с помощью электрогенератора и проводов. Он хотел показать эскиз «телектрофона», но у него не получилось. В 1876-м Александр Белл запатентовал «говорящий телеграф» и представил его на выставке в Филадельфии. Дальность приема связи достигала 500 метров. Телефон работал с помощью электромагнитной индукции, но не имел звонка — его создал помощник Белла Томас Джон Ватсон. Уже через год компания «Сименс и Гальске» разработала план телефонного аппарата с двумя трубками. Одна из них служила для приема сигнала, а другая передавала речь.
Один из первых телефонов представлял собой тяжелый ящик с имитирующим трубку рычагом. Фото: © Science Museum/globallookpress.com
К началу XX века телефонные станции обслуживали несколько миллионов абонентов. Человек крутил рычаг с током и так вызывал оператора. Оператор соединял человека с абонентом. После этого можно было начать разговор.
1926–1970: Дисковые телефоны
Появление автоматических телефонных станций (АТС) сократили число телефонисток. Первую станцию в СССР построили в 1926-м в Ростове-на-Дону.
В фильме «Москва слезам не верит» собственный телефон был признаком высокого статуса. Фото: kinopoisk.ru.
Телефоны изменились: на аппаратах появился дисковый круг для набора номера. А через несколько лет появились первые телефоны с кнопками. Также изобретатели добавили символы * и # для доступа к дополнительным возможностям.
1973–1990: Первые сотовые
Американский инженер и физик Мартин Купер в 1973-м позвонил по первому в мире сотовому телефону. Тогда телефон напоминал пластиковую коробочку. На доработку аппарата ушло десять лет. Первым сотовым телефоном называют модель Motorola DynaTAC 8000X. Телефон весил около килограмма, работал 35 минут в режиме разговора и стоил более трех с половиной тысяч долларов. Покупатели отмечали, что предпочли телефон равному по стоимости Ford Mustang.
Мартин Купер с первым в мире собственным телефоном. Фото: © Dane Andrew ZUMAPRESS.com/globallookpress.com
В России сотовая связь появилась в 1991-м. Лидерами продаж стали финские Nokia. Телефоны весили по три килограмма. Их покупали представители высшего класса общества.
1991–1994: Карманные телефоны
С появлением нового стандарта связи GSM все больше людей смогли позволить себе телефон. Распространение повлияло на модные тенденции: изобретатели уменьшали размеры портативных средств связи, занимались дизайном клавиатуры. Нил Папуорт в 1992-м отправил первую в мире SMS (Short Message Service — Служба коротких сообщений) и поздравил с Рождеством.
Nokia 2110 — один из первых сотовых телефонов, появившихся в России. Фото: globallookpress.com
Лицом времени в сфере телефонов стал выпущенный в 1994-м Nokia 2110. Покупатели вместе со средством связи получали будильник, калькулятор, секундомер.
1996–2000: Первые «раскладушки»
Изобретатели и техники экспериментировали с формой телефона. Первый в мире телефон-раскладушка Motorola StarTAC стал прорывом среди средств связи. Экран и динамик встроили в верхнюю крышку устройства, а клавиатура и микрофон — в нижнюю. Телефон стал портативным и помещался в карман!
Киану Ривз звонит по сотовому телефону в фильме «Матрица». Фото: kinopoisk.ru
Первый слайдер — Nokia 8110. Устройство из двух раздвигающихся половинок держал Киану Ривз в фильме «Матрица». А вот микс телефона и персонального компьютера Nokia 9000 создали в 1997-м. В телефон встроили раздвигающуюся QWERTY-клавиатуру.
2002–2007: Неубиваемые и стильные сотовые
В нулевые телефоны получили популярность. Между компаниями-производителями началась гонка за покупателей. На рынке появились причудливые формы телефонов. Устройства проигрывали музыку, показывали картинки, выходили в сеть. С добавлением камеры телефоны вступили на рынок фотоаппаратов.
«Неубиваемый» Nokia 3310, Nokia 5700 с функцией прослушивания музыки и «икона стиля» Motorola RAZR V3. Коллаж: 5-tv.ru
В 2002-м появился первый смартфон Nokia 9210. Коммуникатор работал в режиме многозадачности благодаря новой операционной системе Symbian OS. Передовые характеристики устройств обеспечивали популярность среди покупателей. Nokia 3310 назвали самым «живучим» телефоном благодаря надежному корпусу. Nokia 5700 стал гибридом телефона и MP3-плеера. А Motorola RAZR V3 назвали «иконой стиля».
2007–2019: Эра смартфонов
К середине «нулевых» первый сенсорный телефон уже продавали, а аппарат с функцией тачскрин (управление пальцами) вошел в обиход. Тем не менее, владелец телефона с сенсорным экраном управлял им с помощью палочки-стилуса или ногтя. В результате на стекле оставались царапины.
Стив Джобс на презентации компании Apple. Фото: Krista Kennell / ТАСС
Стив Джобс на презентации компании Apple в 2007-м показал миру iPhone. Джобс совершил революцию в мире смартфонов и ввел в моду большой экран и минимум кнопок, а все приложения пролистывал пальцем. Популярность iPhone помогла Apple стать первым в мире производителем портативной техники. Самые популярные операционные системы — iOS и Android OS. Владельцы смартфонов платят за покупки с экрана, общаются с друзьями и коллегами, читают новости и смотрят фильмы.
Современные смартфоны: из чего их делают?
В настоящее время существует три основных материала для смартфонов: металл, стекло и пластик. Их обычно используют в качестве основы для корпуса. Но не забыли мы и про редко встречающуюся керамику, а также про разные варианты для отделки — кожу, дерево, резину.
Металл
Статистика и опросы пользователей уверяют: именно цельнометаллические смартфоны пользуются наибольшей популярностью у пользователей, хотя металл — это далеко не дешёвый вариант, его обработка стоит дорого и сам смартфон, следовательно, не может быть чересчур бюджетным. Правда, сейчас металлические корпуса стали использовать не только во флагманах, а вполне себе в среднебюджетных моделях.
Huawei Nova 2 Plus в корпусе из цельного анодированного алюминия
Чаще всего для металлического корпуса используют анодированный либо шлифованный алюминиевый сплав — он легче и дешевле остальных плюс не подвержен коррозии; реже — сталь, титановый сплав и магний. Не забываем и о премиальных лимитированных моделях, которые сделаны из золота или серебра.
Всё чаще слышно про авиационный алюминий — речь идёт о сплавах алюминия с магнием и другими добавками для увеличения прочности, коррозионной устойчивости и уменьшения массы. Но, в конечном итоге, это можно назвать маркетинговым ходом, потому что, в любом случае, для смартфонов не применяют исключительно алюминий — в чистом виде он слишком пластичный и мягкий.
Caviar iPhone X Titano Gold Diamonds: титан, жёлтое золото и бриллианты
Ещё металл имеет хорошую теплопроводность, поэтому он не даёт перегреваться аппаратной части смартфона. Правда, если устройство как следует «разогнать», то о металлический корпус пользователь может даже обжечься.
Nokia 8 в цельнометаллическом корпусе из авиационного алюминия с пластиковыми вставками для антенн (наш обзор)
Есть существенное «но»: металлический корпус является помехой для радиоволн и беспроводной связи, поэтому производители иногда располагают антенны в самых неожиданных местах, что может быть попросту неудобно для пользователя. Эти проблемы стали очевидны ещё во времена iPhone 4, потом его судьбу повторил Samsung Galaxy A в цельнометаллическом корпусе. Сейчас всё чаще стали делать специальные окошки из пластика или стекла рядом с антенной.
Пластик
Meizu M6 из поликарбоната (стилизация под металл)
В качестве материала пластиковых корпусов смартфонов, как правило, используется ABS-пластик или поликарбонат. Первый – обычный облегчённый пластик, второй – с примесями, которые делают его более надежным. Встречается пластик, армированный стекловолокном, который был разработан для военной промышленности.
Дизайнеры нередко играют с разными покрытиями задней панели: Soft Touch, пластик, текстурированный под кожу, металл, дерево и т.д. Иногда на первый взгляд даже сложно отличить пластиковый корпус от реально покрытого кожей или металлического.
BQ-5201 Space с задней панелью из пластика и металлическими вставками сверху и снизу (наш обзор)
Также пластик позволяет выпускать смартфоны с самыми невероятными расцветками и дизайном. Фактически, пластиковый аппарат может быть любой формы. Но на плюс приходится и минус — материал имеет низкую теплопроводность, т.е. плохо отводит тепло от «начинки» смартфона, поэтому аппарат может перегреваться. Если «железо» стоит мощное, то производители предпочитают более теплопроводные материалы.
Стекло
Корпус из стекла смотрится эффектно, его даже жалко прятать под чехол, но пачкается стекло, увы, быстро. Первые стеклянные корпуса в массовом производстве появились у iPhone 4 и Nexus 4, а выход Galaxy S6 сделал их уже более популярными.
Samsung Galaxy S9+ в стеклянном корпусе (Gorilla Glass 5) с металлической рамкой
В большей части современных флагманов используется именно стеклянный корпус: кроме привлекательного внешнего вида, он ещё позволяет оснастить смартфон беспроводной зарядкой (стекло хорошо проводит сигнал). Сейчас стекло даёт возможность дизайнерам отвести душу на визуальных эффектах: оно может менять цвет в зависимости от того, как падает свет, отражать его в виде лучей и т.д.
Apple iPhone 8 и 8 Plus в корпусе из стекла — здесь присутствует металлическая рамка из авиационного алюминия
Производители обычно используют закалённое алюмосиликатное стекло от компании Corning, для большей прочности заключая его в металлическую рамку. Хотя и обещано, что Gorilla Glass не царапается, всевозможные краш-тесты как раз показывают, что особой устойчивости к царапинам ожидать не стоит. К тому же стекло всё равно остаётся довольно хрупким и при сильном ударе оно просто разобьется, образуя сетку. Ну хотя бы не разлетится на осколки, рискуя травмировать пользователя. Кстати, про падения: смартфоны из стекла довольно скользкие, поэтому многие всё-таки приходят к необходимости чехла.
HTC U Ultra Deluxe Sapphire
Редко, но встречается высокопрочное сапфировое стекло, которое используется в HTC U Ultra Deluxe Sapphire. На сегодняшний день это самое прочное стекло в смартфонах, что было доказано тестами — оно очень устойчиво к царапинам, хорошо экранирует и полностью прозрачно.
Керамика
Смартфоны из керамики — пока экзотика. На прилавках их можно увидеть крайне редко, они не ставятся на поток, хотя смотрятся весьма привлекательно. Дело в том, что материал довольно хрупкий и производителю приходится поднапрячься, чтобы изготовить из него смартфон. Обработка керамики достаточно сложная, в процессе образуется слишком много брака, поэтому такой корпус влетает производителю «в копеечку».
Xiaomi Mi Mix 2 Ceramic Version — в белом цвете эффектнее
Но в конечном итоге после обработки керамика становится прочнее стекла. Царапины на этом материале оставить сложнее, не говоря уже о том, что он плохо бьётся. Однако керамика просто до неприличия скользкая, поэтому «выгуливать» такой смартфон без чехла будет крайне неосмотрительно. Кстати, керамический корпус может быть только чёрным или белым, зато последний выглядит уж очень эффектно.
OnePlus X Ceramic Edition
Теплопроводность керамики низкая, что позволяет спокойно «убирать под капот» мощную начинку. Пока керамические смартфоны выпускают, в основном, китайские производители и делают это в виде лимитированных серий: Xiaomi Mi 6 Ceramic Edition, Mi Mix 2, OnePlus X Ceramic Edition и т.д.
Материалы для отделки
Встречаются смартфоны с панелями из дерева либо с кожаной отделкой, но целиком смартфоны из этих материалов не делают, и это обоснованно – проблема в их прочности и теплопроводности. Обычно в таких моделях используется либо пластик, либо металл в качестве несущей конструкции. Выглядят подобные устройства красиво, стильно и их корпус очень приятен на ощупь. Однако выпускают их обычно ограниченным тиражом.
Lenovo Vibe X2
В качестве примера можно вспомнить один из необычных смартфонов, о котором мы уже рассказывали в нашей статье — Monohm Runcible, круглый аппарат, одна из частей которого целиком сделана из дерева. Если обратиться к более массовым моделям, то задняя панель Moto X изготавливалась в том числе из кожи и бамбука, а нижняя часть «слойки», из которой состоял корпус Lenovo Vibe X2 тоже был бамбуковым — смотрелось, прямо скажем, здорово.
LG G4 с задней крышкой из пластика, обтянутой кожей разных цветов
Для защищённых смартфонов используют накладки на корпус из резины, обычно в сочетании с ударопрочным пластиком и металлом. Резина не скользкая и обладает свойством амортизировать ударные нагрузки. Но смартфоны с прорезиненными корпусами громоздкие и толстые, «изящество» — это уже не про них.
Защищённый смартфон North Face M9 Pro LTE PTT с прорезиненными вставками на корпусе
В будущем же производители обещают использовать такие материалы, как графин и износоустойчивый, но пластичный жидкий металл, который являет собой аморфный сплав циркония, меди, никеля и др. На последний Apple уже зарегистрировала несколько патентов, но дальше дело пока не сдвинулось.