Tworzenie własnego urządzenia z Androidem na Raspberry Pi

Smartfony stały się domyślną technologią, na której większość z nas obecnie polega na co dzień. Niezależnie od tego, czy jest to praca, rozrywka, czy oboje, coraz częściej korzystamy z inteligentnych urządzeń. Nasze telefony nie tylko stały się „inteligentne”, ale nawet podstawowe odtwarzacze MP3 stały się smart. Od czasu wydania darmowego systemu operacyjnego Android, producenci odeszli od niestandardowych systemów operacyjnych na rzecz gotowych rozwiązań z Androidem. Od urządzeń infotainment znajdujących się w samochodach i samolotach po podstawowe kioski, Android stał się tak wszechobecny, że znalazł swoje miejsce nawet w najprostszych urządzeniach.

Gdy szukałem w internecie prostego odtwarzacza MP3 dla mojego syna, szybko odkryłem, że istnieje mnóstwo opcji z systemem Android na urządzeniach przypominających smartfony. Te urządzenia nie posiadają radiowych modułów komórkowych (do wykonywania połączeń telefonicznych), ale są równie dobrze wyposażone jak przeciętny tablet - tylko trochę mniejsze. Moim celem było znalezienie czegoś, co mogłoby po prostu odtwarzać pobraną muzykę lub uruchamiać jedną lub dwie aplikacje (np. Spotify lub Audible). Chociaż większość urządzeń, które znalazłem w internecie, miała jakąś aplikację do „kontroli rodzicielskiej”, nie wydawała mi się ona zbyt wszechstronna i nadal pozostawiała wiele ustawień, a nawet aplikacje (takie jak Chrome) otwarte. Co więcej, aplikacje do blokowania przez rodziców były po prostu aplikacjami. Nie były one wbudowane w system operacyjny, co oznacza, że można było znaleźć sposoby, aby je obejść. Gdy badałem dalej, odkryłem, że większość tych urządzeń działała na dość starych wersjach systemu Android OS. Oznaczało to, że nowsze aplikacje i funkcje nie mogły działać na tych urządzeniach. 

Bardzo szybko odkryłem, że jeśli naprawdę chciałem mieć kontrolę nad moim urządzeniem z Androidem, musiałbym albo kupić pełnoprawny smartfon/tablet (od jednego z głównych graczy na rynku), albo zbudować własne urządzenie. Naturalnie, jako inżynier, postanowiłem zbudować własne i zabrałem ze sobą syna, aby pokazać mu, co trzeba zrobić, aby coś takiego złożyć. Ten artykuł opisuje moje doświadczenia podczas tej podróży i jak zbudowaliśmy własne urządzenie z Androidem.

Skróty, kiedy są potrzebne

Budowanie przenośnego urządzenia z Androidem (takiego jak tablet lub smartfon) od podstaw jest dość skomplikowane. Komponenty, układy elektroniczne, a nawet układ PCB urządzenia mogą być niezwykle złożone. W rezultacie, początkowy koszt złożenia czegoś, nawet na podstawie płyt ewaluacyjnych od producentów takich jak Qualcomm, może być niezwykle wysoki. 

Wprowadź Raspberry Pi. Ten jednopłytkowy komputer (SBC) stał się niezwykle potężny przy bardzo konkurencyjnej cenie. W chwili pisania tego tekstu, Raspberry Pi 5 mogło uruchomić najnowszą wersję Androida (15) w cenie zakupu 50 dolarów za najniższy model. Ten SBC zawiera wszystko, czego potrzebujesz, w tym porty USB, gniazdo słuchawkowe i wyjścia wideo do połączenia z ekranem dotykowym lub monitorem. Chociaż wymaga zewnętrznego źródła zasilania, można zmniejszyć rozmiar końcowego pakietu, dodając niestandardową płytę PCB do modułu obliczeniowego, który zawiera akumulatory i obwód ładowania. Niestandardowe urządzenie „przenośne” z Androidem, które zdecydowaliśmy się zbudować z moim synem, używało zewnętrznego ekranu dotykowego, obudowy i Raspberry Pi 4 (z Androidem 14).

Budowanie urządzenia

Dodanie ekranu dotykowego do urządzenia Raspberry Pi stało się dzisiaj dość łatwe dzięki wielu firmom DIY, które oferują gotowe rozwiązania. Wybrałem dotykowy ekran Waveshare o przekątnej 4,3 cala, który był dostarczany z obudową. Można znaleźć wiele różnych ekranów dotykowych, w tym oficjalny ekran dla Raspberry Pi, ale należy upewnić się, że jest on dostarczany z taśmą połączeniową, która jest przyłączona do Raspberry Pi - a nie z wejściem HDMI. Wiele dostępnych ekranów dotykowych działa jako monitory z funkcją dotyku za pomocą wejścia USB (czyli HDMI + USB w przeciwieństwie do taśmy). Chociaż to działa, rozwiązanie z taśmą połączeniową jest znacznie czystsze i bardziej kompaktowe.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Podczas zakupu ekranu dotykowego (i obudowy) konieczne będzie zmontowanie pewnych elementów mechanicznych. W moim przypadku musiałem zamontować dystanse na ekranie dotykowym i wentylatorze w obudowie, tak jak to:

Będziesz również musiał zwrócić uwagę na złącze zasilania wentylatora. Wentylator musi być podłączony do źródła zasilania 5 woltów (czerwony przewód) i połączenia z masą (czarny przewód). Jak pokazano na rysunku 2, możesz to podłączyć do pinów 4 i 6 na złączu GPIO Raspberry Pi.

Po podłączeniu kabla wentylatora należy również upewnić się, że taśma połączeniowa jest podłączona do ekranu dotykowego. Może to być nieco trudne do zainstalowania, więc zwróć szczególną uwagę na mechanizm blokujący i upewnij się, że taśma jest dobrze wyjustowana i włożona idealnie.

W tym momencie możesz umieścić zestaw Raspberry Pi/Ekran dotykowy w obudowie.

Wgrywanie obrazu

Obraz LineageOS 21 dla Raspberry Pi można pobrać ze strony KonstaKANG. Używając narzędzia Raspberry Pi Imager lub Balena Etcher, zapisz obraz na szybkiej karcie MicroSD (np. SanDisk Ultra). Po zakończeniu, włoż kartę MicroSD do Raspberry Pi (co wymaga wyjęcia go z obudowy) i włącz zasilanie. Urządzenie potrzebuje trochę czasu, aby się załadować (szczególnie za pierwszym razem). Zostaniesz powitany ekranem ładowania, który wygląda tak:

Get Ready for the Electronics Design Jobs You Want

Experience hands-on learning in PCB and hardware design with Altium's Student license, cloud access & comprehensive curriculum.

Enroll for Free

Po załadowaniu ukaże się ekran główny. Możesz użyć przycisków poniżej, aby znaleźć swoje aplikacje. Na tym obrazie już zmodyfikowałem orientację i powiększyłem ikony, aby były nieco większe.

Wszystkie te opcje można znaleźć w ustawieniach. Może to chwilę potrwać, zanim znajdziesz układ, który Ci odpowiada, więc poświęć trochę czasu na eksperymentowanie ze wszystkimi ustawieniami.

Jednym z najbardziej ekscytujących aspektów tego projektu jest możliwość wykorzystania pinów GPIO Raspberry Pi. Możesz stworzyć niestandardowy przycisk włączania/wyłączania lub nawet napisać własne aplikacje do interfejsu z peryferiami za pośrednictwem nagłówków GPIO.

Ważne jest również zauważenie, że nie ma sklepu Google, skąd można pobierać aplikacje. Oznacza to, że musisz instalować pliki APK bezpośrednio lub śledzić dalsze instrukcje od KonstaKANG, aby zainstalować pakiet aplikacji Google. Możesz również włączyć dostęp root, klikając na opcję „O telefonie” w ustawieniach, a następnie kilkakrotnie stukając w numer kompilacji. Dzięki temu uzyskasz możliwość dalszego usuwania aplikacji, takich jak Chrome, lub dokonywania jakichkolwiek zmian na poziomie roota w systemie operacyjnym.

Podsumowanie

W tym artykule zbadaliśmy proces budowania niestandardowego przenośnego urządzenia z systemem Android, wykorzystując Raspberry Pi, zestaw z ekranem dotykowym oraz odrobinę dobrego, starego majsterkowania. Chociaż istnieją gotowe rozwiązania, stworzenie spersonalizowanego urządzenia oferuje większą kontrolę, możliwości dostosowania i cenną lekcję. Ten projekt nie tylko dostarczył funkcjonalnego odtwarzacza MP3, ale także praktyczną okazję do zrozumienia sprzętu, oprogramowania i integracji systemów. Niezależnie od tego, czy dla zabawy, edukacji, czy konkretnych potrzeb, budowanie własnego urządzenia z systemem Android to satysfakcjonujący projekt, który warto zbadać.

Launch Your Career in Electronics Design

Gain the skills top employers look for. Start mastering PCB design with the Altium Student Lab today!

Enroll for Free