Не все столь радостно восприняли технологический путь развития мобильных устройств. Как оказывается, некоторые одаренные мечтатели ожидали от него совсем другого и теперь, не желая мириться с возникшей ситуацией, противопоставляют ей весьма изящные и вполне функциональные альтернативы, способные по некоторым параметрам утереть нос даже новомодным устройствам. Вашему вниманию инструкция по сборке собственного сотового телефона с дисковым циферблатом.
Предыстория
Когда сенсорные экраны только начали появляться, я, как и большинство людей, с восхищением смотрела в будущее графических интерфейсов. Но оказалось это будущее ужасным.
Вместо точного контроля, описанного в научной фантастике, мы получили мудреные устройства, в которых толком не разберешь, открыта вообще программа (приложение) или нет. Они погружают нас в мир по-детски цветастых окон, беспощадно жертвующих точностью и служащих для поддержания культуры гиперсвязанности.
Складывается ощущение, что весь мир перешел от использования электронной почты и телефонов к ожиданию мгновенных текстовых сообщений. У меня же к этому сформировалось устойчивое отторжение. Я до сих пор хожу с «раскладушкой» и буквально месяц в виде исключения использовала смартфон. Меня радовало наличие исключительно базовой функциональности и отличного повода не писать сообщения, ведь все понимают, насколько неудобно это делать на раскладушках. Но даже в таких простых телефонах проглядывается бестолковый дизайн интерфейса.
Долгие годы мне не терпелось в каком-нибудь проекте задействовать в качестве интерфейса ввода дисковый номеронабиратель. К нему не сложно реализовать электрическое подключение, поэтому я представляла себе такой диск в качестве блока дополнительных клавиш для компьютера или даже в роли устройства ввода небесных координат на монтировке стимпанковского телескопа.
Но когда я узнала о плате Adafruit Fona, возможность собрать сотовый телефон представилась мне не такой уж сложной, и номеронабиратель смотрелся бы на нем весьма забавно. Наконец-то, мне удастся заполучить телефон, работающий так, как мне нужно. Он будет полностью моим, вплоть до нужной степени тактильности, и при этом можно не писать прошивку, нужную для обмена сообщениями, а просто использовать скетч.
Задачей стало не собрать нечто эксцентричное, а получить реальный, функциональный телефон, который бы мне хотелось использовать в качестве основного. При этом я смогу демонстрировать его как аппарат, максимально далекий от сенсорных технологий и в то же время способный дать «оплеуху» смартфонам за счет своего превосходства по ряду параметров.
У него будет реальная внешняя антенна с превосходящим качеством приема. Я реализую в нем отдельные физические клавиши: две для вызова самых близких людей и одну для голосовой почты. Мой телефон будет снабжен индикаторами мгновенной мощности сигнала и заряда батареи с точностью выше, чем стандартные 4 или 5 сегментов. Я встрою в него дисплей на жидких чернилах – совершенно недооцененное бистатическое решение, которое не потребует энергии на отображение фиксированных сообщений и смотреться будет прекрасно. Выключатель питания я сделаю слайдером, чтобы не пришлось удерживать эту дурацкую кнопку запуска в догадках, что же там она такое делает.
Самое же главное – у меня будет контроль. Если мне понадобится изменить что-то в поведении телефона, то я просто это изменю. Ну а если мне что-то не понравится, то винить я буду только себя.
Компактность готового устройства будет на должном уровне, и оно вполне поместится в карман. Звонить своим близким я смогу быстрее, чем со старой раскладушки, а батареи будет хватать более, чем на сутки.
По правде говоря, теперь это и есть мой основной телефон.
Дополнительную информацию по сборке всех компонентов и настройке можно найти здесь skysedge.com/unsmartphones/rotarycellphone_3g/build.
Что понадобится
Комплектующие
- основная плата для дискового сотового телефона. Можете собрать ее по файлам KiCad или по ним же заказать изготовление у производителя печатных плат вроде pcbway.com. Как вариант, я также предлагаю готовый комплект на skysedge.com.
- диск номеронабирателя, Western Electric model 10A;
- сотовая коммутационная плата Adafruit Fona 3G. Версия Европа или США, в зависимости от места проживания (Adafruit #2687 or 2691);
- совместимая 3G SIM;
- плата Adafruit eInk Breakout Friend #4224;
- гибкий дисплей ePaper, 2.13″ Good Display #GDEW0213I5F, Adafruit #4243;
- батарея, 1.2Ah LiPo с JST-коннектором, например Adafruit #258;
- четырехдиапазонная GSM-антенна с SMA-коннектором, Adafruit #1858;
- пигтейл SMA — w/µFL Adafruit #851;
- корпус и кнопки, изготовленные на 3D-принтере;
- ярлычки на кнопки;
- прозрачный пластик из-под упаковок. Пойдет на «окошки» в отверстиях корпуса;
- резьбовые вставки M2, McMaster-Carr #94180A307;
- крепежные винты M2 с размерами головок: 6мм (2 шт.), 10мм (3 шт.) и 14мм (1 шт.);
- двухсторонняя клеевая лента 3M 468P;
- изолента, двухсторонний скотч;
- эпоксидная смола или клей для пластиковых изделий.
Инструменты
- паяльная станция;
- профессиональный паяльник с жалом 0.20″;
- флюс;
- тонкий пинцет;
- грубый пинцет или небольшие острогубцы;
- шестигранный ключ;
- ножницы;
- клеевой пистолет.
Сборка платы
Рис. A
Рис. B
Рис. C
Рис. D
Рис. D.1
Рис. D.2
Сердцем телефона выступает четырехслойная плата собственной сборки. И электрическую часть, и топологию платы я проектировала в замечательной программе KiCad, которая своими возможностями может пристыдить даже некоторые коммерческие EDA (Рис. А и В).
Спроектированные файлы я отправила изготовителю печатных плат. В компании, чьими услугами я пользуюсь, комплект из 5 штук выходит около $60 с доставкой. Всю пайку я делала вручную. Большинство компонентов имеют планарный монтаж, что может несколько пугать, но при наличии хорошей паяльной станции, пинцета и должного терпения с этой задачей вполне можно справиться вручную. Поскольку плата двухсторонняя, повозиться с ней придется немало.
При этом нужно будет припаять Adafruit ePaper Friend (Рис. С), которая будет отвечать за управление e-paper дисплеем, а также приспособить к Adafruit Fona 3G гребенку (Рис. D).
Загрузка ПО
Собрав плату, можно заняться прошивкой (т.е. загрузить скетч Arduino). Для этого потребуется скачать в Adruino IDE несколько дополнительных библиотек, а именно GxEPD от Jean-Marc Zingg для управления e-paper дисплеем, Fona от Adafruit, а также менеджера плат MegaCore от MCUdude, который позволит Arduino IDE работать с микроконтроллером ATmega2560V.
При загрузке скетчей Arduino я предпочитаю не связываться с USB-портом, который для этой цели может оказаться нестабильным, и использую программатор AVR-ISP-Mk2. На DigiKey или Mouser такой стоит в районе за $20. Подключается он к гребенке ICSP, которая всегда присутствует на платах типа Arduino (это на случай, если вы не знали, зачем она). После подключения для инициализации загрузки нужно просто нажать Ctrl+Shift+U в Arduino IDE. Выбирать тип USB-устройства уже не потребуется. Настройки платы в Arduino IDE должны быть следующими:
- Board: ATmega2560;
- Clock: External 8MHz;
- BOD: BOD 2.7v;
- Compiler LTO: LTO enabled;
- Pinout: Arduino MEGA pinout;
- Bootloader: Yes (UART0).
Механика и корпус
Рис. E
В качестве диска номеронабирателя я использовала Western Electric model 10A (Рис. E). У этой модели есть множество разновидностей, но любая модификация с обозначением 10А должна подойти. Их можно найти среди запчастей для дисковых телефонов Trimline (загляните на eBay) или заказать у поставщиков деталей. По этому поводу я делала более развернутые заметки здесь skysedge.com/unsmartphones/rotarycellphone_3g/build/dials.
В разных моделях переключатель может быть устроен по-разному, но в итоге необходимо освободить участок d и спилить/сточить сегмент с до оголения металлических контактов
Вам нужно будет доработать этот номеронабиратель, чтобы он подходил к плате и корпусу, для чего потребуется спилить по кругу металлические ушки креплений, после чего прошлифовать места их среза. Помимо этого, нужно сточить/срезать лишний сегмент крепления герконового переключателя. В зависимости от вида номеронабирателя может также потребоваться в процессе обрезки откусить провода переключателя, а в конце обратно их припаять.
Примечание: с 26:30 в этом видео весь процесс обработки номеронабирателя показан подробно.
После того, как вы добьетесь совместимого с платой и корпусом размера (Рис. F), нужно прикрутить контакты проводов номеронабирателя к плате и убедиться, что вращение диска активирует светодиоды платы при наличии питания.
Рис. F
Рис. G
Что касается 3D-печати корпуса и кнопок, то все STL-файлы можно найти на Thingiverse. Вдавите резьбовые вставки M2 в посадочные места с помощью паяльника (Рис. G).
Далее установите коннектор SMA — μFL в заднюю крышку корпуса, а в качестве дополнительной опции можете добавить в прорези прозрачные пластиковые «окошки», которые позволят видеть некоторые части платы и в то же время защитят от попадания пыли. Я для этой цели использую упаковочный пластик.
Гибкий дисплей
А теперь самая затейливая часть процесса: приклеивание eInk дисплея. Несмотря на то, что называются такие дисплеи гибкими, при этом они очень хрупкие. Я загубила штук шесть, пока разобралась в их возможностях и поняла, как лучше всего крепить их к корпусу.
Рис. H
Рис. I
Ленточный кабель достаточно крепок и может сгибаться пополам, но короткий сегмент между ним и белой частью самого дисплея очень чувствителен, так как в нем содержится интегральная схема, которая не допускает изгиба. Под каптоном можно даже увидеть кремний. Если согнуть этот отрезок в обратную сторону дисплея, он просто переломится. Сгибание же в противоположную сторону приведет к разрыву соединения между кремнием и дорожками в гибком материале каптона, в результате чего на дисплее либо появятся артефакты, либо он полностью выйдет из строя. Так что старайтесь сохранять этот участок в максимально плоском положении. Я решила, что лучше всего приклеить его к плоской части корпуса с помощью быстросхватывающейся эпоксидной смолы или двухсторонней клейкой пленки (Рис. H и I).
Немало усилий потребовалось и на продумывание правильного изгиба дисплея вдоль корпуса, чтобы он прилегал максимально плотно без искажений изображения. Не уверена, что мне удалось добиться оптимального результата.
Финишная сборка
Теперь можно вставить в корпус кнопки, а после и основную плату. Но прежде желательно сразу установить в Fona подходящую SIM. В процессе стоит внимательно отнестись к правильной прокладке кабеля батареи и SMA-коннектора, а также расположить батарею именно рядом с Fona, иначе задняя крышка не закроется. При этом также придется повозиться с подключением FPC-коннектора к дочерней плате eInk Friend.
После установки основной платы и номеронабирателя можно крепить заднюю крышку и окончательно фиксировать дисплей. На этот раз для его крепления нужно взять простой двухсторонний скотч, что позволит в дальнейшем отсоединять дисплей при необходимости разборки корпуса.
В случае использования «уточной» антенны после ее крепления нужно будет дополнительно зафиксировать гайку возле коннектора, для чего я также напечатала небольшой сегмент корпуса, который назвала “SMA plug”. Его задача фиксировать гайку в слегка ослабленном положении, позволяя антенне вращаться вопреки тому, что базово для нее такая возможность не предусмотрена.
После этого остается только оформить кнопки и выключатели ярлыками. Для их изготовления я использую этикетировочную машину Epson LabelWorks, печатая белыми либо черными чернилами на светлой подложке. В нужный размер я вырезаю ярлычки ножницами, а для лучшей их фиксации к поверхности рекомендую использовать чуточку клея, который заполнит мелкие полости, остающиеся после 3D печати. В моем случае отлично подошел клей для пластиковых изделий, но наверняка есть варианты и получше.
Теперь у вас есть собственный сотовый телефон с дисковым набором. Круто.
P.S.
Автор оригинала, Жюстин Хаупт, занимается разработкой астрономического оборудования в Брукхейвенской национальной лаборатории. Она занимала одну из ведущих ролей в создании телескопа обсерватории Веры Рубин, проекта LSST (накопления исследований пространства и времени), для которого проектировала электрооптические испытательные стенды. Сейчас Жюстин работает над экспериментом по картированию барионов (телескоп-демонстратор космологического сигнала 21см) и проектом квантовой сети. Область ее компетенции охватывает оптику, механику и радиотехнику.
