Mazda 3 + моторизованный CarPC на основе Cube U51GT-C4

[pivnya4ok]

Всем привет!
Долго руки не доходили до создания темы, но видимо время пришло
Проект готов!
Видео работы:


Итак, идея пришла в голову внезапно 1.5 года назад, в начале лета, после чего так же внезапно исчезла после собирания болванки-прототипа из дерева

Идея: сделать выездной экран (как его еще можно назвать?) со встроенным планшетом на Андроиде. Перед этим (наверно как и многие тут) смотрел варианты 2-диновой магнитолы на Андроиде, но из-за своего архаизма и стоимости они были отметены.
Одновременно я не хотел серьезно менять логику работы встроенной магнитолы в машине.
В моей голове всё это выглядело так:

1. В качестве планшета беру дешевый китайский, с требованиями:
   • Андроид не ниже версии 4.2,
   • ОЗУ >= 1Gb,
   • слот для МикроСД
   • наличие OTG
   • экран с разрешением >= 1280*800, 16x10, IPS
   • Наличие 3G, GPS
   Cube U51GT-C4 оказался идеальным вариантом, да еще с хорошим процессором MTK8382, и всего за 83$ на момент покупки! Да, можно было бы еще подождать и купить что-то посерьезней (сейчас вовсю наступают планшеты на Intel Atom Z37**), но пришлось бы ждать и цена уже была бы выше.
2. Выездной экран делаю из оргстекла - дёшево, много возможностей для изменений. Сначала думал о печати на 3D-принтере, но, увидев цены за печать 1см3, сразу же отказался.
3. Все элементы основы с движущейся кареткой для планшета - самые простые: алюминий, разнообразные уголки, винты, гайки и т.д.
4. Открывать,закрывать экран буду с помощью обычной сервомашинки (у меня оказалась старая советская) со спиленными ограничителями, т.е. использую ее как простой редуктор
5. Питание для планшета сначала хотел сделать с помощью самого простого преобразователя DC-DC, но потом, прочитав о наводках на звук, решил делать на основе преобразователя с гальванической развязкой (MeanWell NSD15-12S5)

Стоимость идеи должна была быть минимальной насколько это возможно.
Во-первых, это мое хобби, и мне интересен сам процесс, а не насколько дорогие компоненты я использую.
Во-вторых, у меня семья, поэтому бюджет ограничен.
В-третьих, для меня это был вызов, смогу ли я сделать что-то подобное не дороже обычной 1-диновой магнитолы (т.е. до 5-6тыс.руб.)

Реализация:
Во-первых, не хотелось делать что-то без чертежа. Т.к. пример болванки-деревяшки показал, что я представляю чисто теоретически, как проект будет работать, какие трудности ожидаются, то я решил сделать проект в 3D-модели.
Использовал программу SolidWorks (это было первое использование), и вот что вышло:

Ссылка, если так не видно.

Собственно идея выездного экрана пришла мне в том числе потому, что у Мазды 3 (1 поколение) есть самодостаточная крышка на торпедо по центру с 2 дефлекторами обдува, которая довольно просто снимается и в которой в американской версии стоит свой выкидной экран (правда довольно убогий):

У меня это (была) просто крышка. И т.к. планшет сенсорный, то основная идея была в том, чтобы в открытом положении разместить его как можно ближе к водителю (а не как на картинке).
Внутри под крышкой оказалось достаточно места для размещения всей конструкции.

Собственной по внутренним размера крышки я и определил, что "вплотную" с небольшим запасом влезает конструкция под 7" планшет, причем как по ширине, так и по глубине.
Подбор размеров для всех элементов конструкции заслуживает отдельного рассказа, но это не сейчас

В постах ниже я подробно опишу, как делал саму основу для выездного экрана (с картинками), доделал планшет под свои нужды и про установку этого в машину.
Данный пост буду обновлять по мере завершения работы над проектом.

Сейчас же отмечу то, что уже сделано или не сделано:
[+] Сделана основа с выездным экраном
[+] Покрашена рамка для планшета в черный глянцевый цвет
[+] Вырезана крышка для рамки из верхней панели, готовы крепления для нее и крепления всей конструкции в машину
[+] Процесс открывания/закрывания реализован, кнопки "открыть/закрыть" и "кнопка питания планшета (вкл/откл экран, включение/выключение)" выведены на панель
[+] Из планшета выведены провода управления, вынут аккумулятор
[+] Сделана проводка внутри планшета/основы для него

[Х] Проводка подсоединения конструкции к машине (в процессе)
[Х] Обтягивание передней панели планшета виниловой пленкой (передняя панель планшета белая)
[Х] Решение вопроса с открытыми внутренностями основы при открытии планшета. Не критично, но проблема в том, что я вообще забыл про это и сейчас "дорабатываю напильником". Если не получится, значит не получится
[Х] Плата с преобразователем питания
[Х] USB-OTG выход, кнопка полного выключения питания около прикуривателя

Честно признаюсь, в электротехнике я на уровне школьника (а может даже и хуже), поэтому плату управления открыванием/закрыванием планшета делал мой отец, как и плату преобразования питания, за что ему огромное спасибо. Если бы такой помощи не было - наверно узнал бы чуть больше, но делал чуть дольше

Больше всего у меня ушло времени на сборку основы для планшета и всех ее элементов.
Если смотреть по таймингу, то:

• июнь 2013: появление идеи, сборка болванки из дерева
• ноябрь 2013: создание 3D-модели
• май 2014 - н.в.: разработка основы для планшета, ее "рефакторинг", решение возникающих по пути проблем
• август 2014: заказ планшета, его получение и доработка
• август 2014-н.в.: доработка крышки торпедо Мазды, добавление кнопок управления

Сборка происходила очень долго потому, что была возможность делать что-то более-менее точное (а это было необходимо для основы) только на даче, т.е. по выходным.

Если вернуться назад, то сделал бы всё так же, за исключением пары ненужных вещей. В проекте мне очень помогла удача, т.к. некоторые моменты подгонки деталей не иначе как волшебными не назовешь
Завершить проект очень надеюсь к декабрю.

UPD!
Обновил много всего в планшете, из видимых изменений - спрятал шляпки винтов. Настроил Automagic на поведение при открытии/закрытии планшета:

[pivnya4ok]

Создание основы.
Для основы было выбрано прозрачное оргстекло толщиной 4мм, купленное где-то в производственно-рекламной компании за 700р/1.5м^2. Мне этого куска было более чем достаточно, еще осталось где-то 2/3.
Я его расчертил по 3Д-модели и вырезал частично электролобзиком, частично фрезеровочной машиной, дорабатывая напильником
При обработке оргстекло временами плавилось, временами ломалось, но через некоторое время все детали были готовы!
Далее в качестве направляющих для перемещения каретки использовались П-образные алюминиевые уголки, купленные то ли в Кастораме, то ли в Леруа. Далее я просверлил дырки где нужно для соединения, в алюминии - 3мм, в оргстекле - 2.6мм с последующей нарезкой резьбы. Склеивались детали с помощью обычного "Момента", и стружка не понадобилась (надеюсь, конструкция окажется крепкой)
Вот что получилось:

На удивление конструкция получилась жизнеспособной, размеры совпали. Далее была собрана рамка для планшета:

Тут она уже немного доработана напильником по краям
Изначально в ней были сделаны отверстия 3мм для винтов (соединения движущихся частей), но потом выяснилось, что есть люфт, поэтому отверстия были расширены до 4мм, а на винты надеты муфты, созданные из термоусадочной трубки:

В рамке же внизу были вставлены обрезанные дюбеля:

Такое решение исключило люфт, и ход стал чуть "внатяг".

Далее было подготовлено место для сервомашинки:


Конструкция движения предполагала размещение зубчатой рейки внизу основы и мелнькую шестеренку на вале сервомашинки. Но об этом чуть позже.
На тот момент первая проблема была в том, чтобы заставить каретку нормально ездить по направляющим. Для этого должен был отсутствовать люфт, при этом движение не должно было быть затруднено. Поэтому сначала был использован фторопласт в качестве направляющей каретки:

Тут была ювелирная работа, и, к сожалению, я не смог сделать всё очень точно. Поэтому отверстия для направляющей были +/-0.2-0.5мм выше или ниже нужного. Это произошло потому, что я сверлил отверстия обычным шуруповертом, соответственно уход сверла был неизбежен. Из-за этого каретка двигалась, но с затруднениями. Пришлось обрезать ножом фторопласт, из-за чего появился небольшой люфт, который недопустим.

Небольшое отступление:
в какой-то момент еще до сборки основы я подумал, что делаю всё неправильно и что у меня не получится достичь нужной точности для каретки. Поэтому я начал смотреть, как можно по-другому сделать направляющие. И набрел на систему линейных подшипников:

Ура! Обрадовался я и заказал из Китая за 500р (вроде) набор из 2 направляющих, 2 подшипников (самые верхние на картинке) и 4 стоек. Диаметр направляющих был один из минимальных - 8мм. Пока это ехало, я переделал 3Д-модель под них и обрадованный стал ждать посылку. Но не тут-то было! Я облажался и сильно.
Проблема была в том, что размер такой конструкции увеличивал ширину основы где-то на 16мм, и я совершенно забыл, что размеры для нее были максимальными для ее вставки в машину! Это была наверно самая большая ошибка (тьфу-тьфу) и зря потраченные 500р

В общем, я вернулся к исходной идее и продолжил ее дорабатывать. В общем и целом движение с фторопластом было приемлемо после небольших манипуляций с "кручу-верчу" направляющих на каретке.
Через некоторое время я наткнулся на маленькие подшипники (обычные круглые) с диаметром 6мм и отверстием 3мм и подумал, что это-то мне и нужно! К сожалению, в нашей Великой и Могучей такие было достать невозможно по адекватной цене, поэтому они были заказаны снова из Китая по 5$/10шт. И снова промах! Как-то я не так измерил, но в П-образных направляющих основы было внутри 7мм! Короче я еще раз заказал подшипники, только диаметром 7мм и после томительного ожидания овчинка стоила выделки!
Подшипники подошли и, немного смазав Солидолом направляющие, каретка поехала как по маслу

Между этими проблемами возникла другая.
Шестеренки я купил вот такие (не реклама):

и установил рейку внизу, а ответная шестерня на сервомашинку же была накручена на вал с помощью винта М3.
Вид сверху на основу (тут уже стоит плата управления и концевики):


Проблема оказалась в том, что я не совсем (точнее совсем не) рассчитал угол наклона рейки, являющейся рычагом для подъема планшета и поэтому даже без нагрузки в виде планшета шестерня на валу разворачивалась, но конструкция поднималась. В общем, угол был очень маленький. А зависел он только от уголков на основе и отверстия в них для крепления рейки:

Т.к. менять кардинально что-либо было уже поздно, я сделал программу на JavaScript для расчета всех возможных вариантов перемещения этого отверстия (вниз и влево-вправо) так, чтобы угол подъема был больше, но это не влияло на длину хода каретки. И оптимальный вариант был найден! Угол составил (насколько помню) 12 градусов, или в 2 раза больше, чем было
В дополнение я зафиксировал окончательно шестерню на валу сервомашинки с помощью клея и попробовал запустить.
Результат порадовал - каретка двигалась хорошо, сильной нагрузки не было.

[pivnya4ok]

Продолжу.
Следующим этапом стало расположение концевиков (в данном случае - таковых кнопок) на основе и каретке. Первоначальная идея расположить сами кнопки на каретке и при достижении крайних положений просто зажимать кнопки провалилась - у кнопок очень маленький ход (0.3мм), соответственно движение каретки должно было быть идеальным чтобы точно вставать на нужные позиции. К тому же инерция от движения (и время остановки мотора сервомашинки) внесла свой вклад - при таком подходе каретка билась об борта как раненая птица
Тогда я решил сделать что-то вроде скользящего контакта: кнопки располагаются на основе, а на каретке находятся уголки, расположенные под небольшим углом к линии движения. Таким образом, при движении контакт наступает где-то на середине уголков, а инерция двигает каретку до конечной точки. Вот фото:

Тут видно, что есть парочка лишних отверстий, оставшихся от предыдущей идеи
Тест показал, что такой подход работает, и подстройка кнопок достаточно удобна - не надо ничего снимать, если их положение надо будет изменить.

Следующим этапом была подгонка крышки торпедо под основу и вырезание крышки на рамку. Собственно тут самой большой проблемой было держать руки прямыми и точно резать крышку
С внутренней стороны крышки были ребра жесткости, но т.к. они не нужны больше, то просто были удалены. Ну и разметка и вперед!

Тут кстати в дело вступила удача (или я хорошо померил) - размеры основы по ширине идеально вписались в крышку с учетом ее пазов!
Крепление основы к крышке было сделано с помощью 4 обычных алюминиевых уголков 10х10х1.2мм (куплены в том же месте, что и предыдущие), нарезанных из метрового уголка. В крышке сделаны 4 дырки под винты с потайной головкой, а шляпки винтов покрашены в черный цвет. Может позже сделаю нашлепки на них по типу мебельных.

Идем дальше (для тех, кто еще не устал читать).
Кнопки открытия/закрытия экрана и кнопка питания планшета должны были быть выведены на крышку рядом с экраном. Кнопки - тактовые, большие, с 4 ножками, поверх них - декоративные шляпки. Для них был подготовлена площадка из оргстекла и там просверлены дырки. Площадка крепится к крышке с помощью винтов - по краям площадки есть отверстия для них, а на крышке изнутри приклеены ответные мини-площадки с резьбовыми отверстиями:


Покраска рамки. Тут всё будет только текстом и коротко.
красил рамку из обычного баллончика BOSNY черным глянцем. Сначала обезжирил, покрасил оргстекло грунтовкой, дал засохнуть, обезжирил (и так 3 раза), начал красить краской и.... появилось вздутие краски! Она в прямом смысле сморщилась. Почитал про это (до этого красил колёса и ничего такого не было) и самым подходящим вариантом стало то, что не подходит по составу краска и грунтовка друг другу (марки были разные). Содрал грунтовку, обезжирил, нанес краску - отлично!
Покрасил наверно слоёв 6, и после этого всплыл самый большой минус краски - она очень плохо держится и убирается ногтем. А уж про царапины и говорить нечего. Ну да ладно, если что, покрою пленкой

Далее произошла самая большая неприятность - после прихода планшета оказалось, что у его экрана другое соотношение сторон - он шире и уже, чем я вырезал отверстие в рамке. Ох уж эти китайцы... А рамка была уже покрашена. Пришлось брать лобзик, расширять отверстие, шкурить и красить снова.

Проводка к планшету.
Тут всё достаточно просто - делаем прорезь в рамке, вставляем туда коннекторы, подключаем к ним провода:


Проводка к основе делалась почти так же - коннекторы и алюминиевая пластинка для прижима:


Продолжение следует...

[pivnya4ok]

Посты оказались больше, чем я думал, поэтому продолжу завтра

[pivnya4ok]

На прошедших больших выходных таки удалось позаниматься проектом.
Собрал обвязку проводов для подключения в машину к питанию и AUX, а также отдельно USB OTG вход. Его вставил в панельку под кондиционером рядом с прикуривателем. Дополнительно добавил туда светодиод, чтобы было понятно, что USB сейчас работает и может подзаряжать устройства.

Ставить было трудновато, т.к. было достаточно холодно, а сидеть 1.5 часа в машине в одной позе - всё затекает после проверки мультиметром оказалось, что не работает правый канал AUX'а надо было уже идти, поэтому был в печали, но дома проверил обвязку основы с рамкой - проблема оказалась там, просто плохо обжал контакт для разъема

Теперь осталось только подождать плату питания и возможно сделать уже шторку для закрывания внутренностей основы

P.S. кто-нибудь может подсказать по опыту использования планшетов - как у них с чувствительностью микрофона и авторегулировкой яркости? Т.к. у меня перед планшетом 4мм рамка из оргстекла, то надо сверлить отверстия под микрофон и датчик, вот думаю - а надо ли? Была мысль вынести микрофон куда-нибудь ближе к водителю, но пока оставлю эту затею.

[Taifunfly]

Сообщение от pivnya4ok

Ставить было трудновато, т.к. было достаточно холодно, а сидеть 1.5 часа в машине в одной позе - всё затекает после проверки мультиметром оказалось, что не работает правый канал AUX'а надо было уже идти, поэтому был в печали, но дома проверил обвязку основы с рамкой - проблема оказалась там, просто плохо обжал контакт для разъема

Теперь осталось только подождать плату питания и возможно сделать уже шторку для закрывания внутренностей основы

P.S. кто-нибудь может подсказать по опыту использования планшетов - как у них с чувствительностью микрофона и авторегулировкой яркости? Т.к. у меня перед планшетом 4мм рамка из оргстекла, то надо сверлить отверстия под микрофон и датчик, вот думаю - а надо ли? Была мысль вынести микрофон куда-нибудь ближе к водителю, но пока оставлю эту затею.

Микрофон лучше вынести.Слежу за твоим проектом-очень интересно.Единственное что смущает материал...Оргстекло хрупкий материал,на морозе и при перепадах трескается от вибраций..На будущее порекомендую стекло-текстолит в листах..Он и режется так же..пилиться,способен выдерживать нагрузки,красится клеиться шпаклюется,можно резьбу мелкую нарезать..

[pivnya4ok]

Сообщение от Taifunfly

Микрофон лучше вынести.Слежу за твоим проектом-очень интересно.Единственное что смущает материал...Оргстекло хрупкий материал,на морозе и при перепадах трескается от вибраций..На будущее порекомендую стекло-текстолит в листах..Он и режется так же..пилиться,способен выдерживать нагрузки,красится клеиться шпаклюется,можно резьбу мелкую нарезать..

Спасибо за ответ
Микрофон сейчас выношу, но думаю пока только на рамку, т.к. на крышке торпедо ближе к рулю есть место только у воздуховодов, но там будет посторонний шум из-за работающего вентилятора.

Думаешь, 4мм оргстекло тоже потрескается? Вообще у меня были сомнения в выборе материала, но на тот момент это был единственный для меня вариант, и про стеклотекстолит я, честно говоря, вообще не подумал. Хотя материал (помню еще в детстве из него что-то делал, отец приносил) хороший.
Вообще посмотрю, как поведет себя проект в реальных условиях - у нас дороги "не очень", постоянная тряска и я боюсь за соединения в основе и устойчивость планшета. Но сначала надо его поставить конечно

[pivnya4ok]

Итак, пишу об успехах (и не очень) в разработке проекта.

За последние 2 недели много удалось сделать, но главного не удалось - поставить проект в машину
Итак, по порядку.

Первым делом вынес микрофон из планшета на боковую сторону рамки под планшет. Фотки не делал, т.к. там просто кругляш виднеется сбоку Проверка дома не выявила проблем с расстояния 40см. Посмотрим, как будет в шумной машине

Далее забрал плату питания и купил преобразователь Mean Well NSD15-12S5. Впаял его в плату, проверил работу - всё ок! Питание на плате разделяется на 4.4В к планшету и 2 выхода (1 пока не используется) по 5В к USB. питание к USB подается только при наличии +ACC в машине. Питание к планшету - постоянное.

Также сделал кнопку выключения питания, которую вынес на крышку подальше от глаз. Она нужна и в случае, если при открытии/закрытии будет какая-то проблема и надо будет выключить питание


Следующий шаг - оклейка планшета виниловой плёнкой цвета черный глянец. Тут особо нечего рассказывать, самое сложное было купить плёнку


Ну и последний шаг - создание и обеспечение нормальной работы шторки, закрывающей внутренности механизма при открытии. Я уже писал, что об этом не подумал изначально, чем и поплатился сейчас.
Вот так выглядит без нее:

Единственный материал (как я думаю), подходящий для нее - ткань, т.к. она должна очень компактно собираться в закрытом положении. Позади конструкции очень мало места, т.к. там еще находится пластиковое крепление крышки торпедо и размеры "кармана" поистине мизерные
Вот как я сделал карман, но все равно ткань не хочет сминаться как нужно:

Буду дорабатывать форму каретки, точнее ее боковых частей (одна из них видна на последней фотке). Из-за скоса к задней части каретка во время движения назад приподнимает ткань и она не может упасть... Буду пилить!

Ну и последнее - почему пока что не получилось поставить всю конструкцию.
Помимо проблемы со шторкой я прикрепил коробку с платой питания к низу конструкции:

При этом подключать провода в машине таким образом крайне неудобно (приходилось изворачиваться как йог) и определить место соединения платы трудно, т.к. в машине есть большая "ступенька" в пластике в этом месте. В следующий раз коробку буду крепить к машине
И была еще одна проблема - открутился подшипник от одной из боковых сторон каретки (используется для движения по направляющим), из-за чего планшет "вставал на дыбы", но так и не смог подняться Это случилось из-за маленькой длины фиксирующего винта, который просто открутился. Заменил его на более длинный и теперь вроде всё ок.

[pivnya4ok]

Всё, работы пока что закончены, планшет поставлен в машину и работает.
Еще есть 2 проблемы:
1) стабильность закрытия - не всегда планшет складывается до конца из-за трения мотора о крышку, хотя последние разы работает нормально. Буду смотреть по эксплуатации, надо ли что-то менять в логике работы
2) статическое электричество в машине включает механизм открытия. Видимо его проводит оргстекло и передает на плату управления подъемом (она прикручена к оргстеклу без токоизолирущего материала). Думаю просто под плату положить изоленту, как думаете?

Обновил 1-й пост, добавил видео работы.

[Taifunfly]

Сообщение от pivnya4ok

2) статическое электричество в машине включает механизм открытия. Видимо его проводит оргстекло и передает на плату управления подъемом (она прикручена к оргстеклу без токоизолирущего материала). Думаю просто под плату положить изоленту, как думаете?

Можно и скотч обычный,он тоньше изоленты,можно малярный скотч,можно и виниловую плёнку..
Ни разу не слышал,чтобы оргстекло передавало "статику".По моему его наоборот используют как диэлектрик.Может всё же у тебя корпус платы,проводки или т.п. замыкает на массу кузова?
По теме-отличная реализация,молодец!Много что подчерпнул из него на будущее)