کیت نوت بوک رزبری پای

کیت های نوت بوک Raspberry Pi چگونه کار می کنند؟

کیت‌های نوت‌بوک Raspberry Pi با ترکیب یک رایانه تک‌برد Raspberry Pi با اجزای ضروری لپ‌تاپ-نمایشگر، صفحه‌کلید، باتری و محفظه- که از طریق پین‌های GPIO، HDMI و پورت‌های USB Pi وصل شده‌اند، کار می‌کنند. Pi به عنوان پردازنده مرکزی عمل می کند، در حالی که یک هاب برد توزیع برق و ارتباطات اجزا را مدیریت می کند.

این کیت‌ها کارت اعتباری{0}}راسببری پای را به یک رایانه قابل حمل تبدیل می‌کنند. اکثر کیت ها دارای طراحی مدولار هستند که در آن برد Pi را در یک ریل یا سیستم نصب شده در داخل شاسی لپ تاپ قرار می دهید. یک PCB هاب تخصصی پیچیدگی فنی را مدیریت می کند و سیگنال ها را بین اجزای Pi و لپ تاپ تبدیل می کند و در عین حال شارژ باتری و تنظیم ولتاژ را مدیریت می کند.

اجزای اصلی و اتصالات آنها

هر کیت لپ تاپ Raspberry Pi به سه گروه اصلی که با هم کار می کنند متکی است.

هسته پردازش شامل برد Raspberry Pi شما است-معمولاً Pi 4، Pi 5 یا Compute Module. این برد با اکثر کیت ها ارائه نمی شود و باید جداگانه خریداری شود. Pi با اجرای یک سیستم عامل مبتنی بر لینوکس که روی کارت microSD ذخیره شده است، همه وظایف محاسباتی را انجام می دهد. از طریق درگاه‌های داخلی- و سربرگ GPIO 40 پین خود با سایر اجزا ارتباط برقرار می‌کند.

سیستم نمایشگر از طریق HDMI یا کانکتور Pi's DSI (Display Serial Interface) متصل می شود. کیت های از قبل ساخته شده مانند CrowPi2 شامل نمایشگرهایی از 7 تا 14 اینچ با وضوح بین 800x480 و 1920x1080 پیکسل هستند. یک برد درایور نمایشگر بین صفحه نمایش و Pi قرار دارد و سیگنال های دیجیتال را به تصویری که می بینید تبدیل می کند. برخی از کیت ها از کابل های نواری برای اتصالات DSI استفاده می کنند که حساس هستند و می توانند با مونتاژ مکرر پاره شوند. اتصالات HDMI دوام بیشتری دارند اما نیاز به مدیریت انرژی بیشتری دارند.

مدیریت نیرو بزرگترین چالش فنی را ارائه می دهد. Pi به برق 5 ولت پایدار نیاز دارد، اما باتری های لپ تاپ معمولاً 3.7 ولت در هر سلول خروجی دارند. کیت ها این مشکل را با یک مدار مبدل تقویت کننده حل می کنند که ولتاژ باتری را افزایش می دهد و جریان را تنظیم می کند. به عنوان مثال، Pi{5}}Top Hub دارای بیش از 150 جزء است که به مدیریت انرژی، رانندگی صفحه و کنترل محیطی اختصاص داده شده است. این هاب به پین‌های GPIO Pi متصل می‌شود و شارژ باتری، تنظیم ولتاژ و خاموش شدن‌های دلپذیر را انجام می‌دهد.

فرآیند مونتاژ و طراحی مدولار

مونتاژ فیزیکی از یک رویکرد{0}}در کنار هم پیروی می‌کند که از بلوک‌های لگو الهام گرفته شده است، اگرچه واقعیت ظریف‌تر است.

اکثر کیت های تجاری مانند CrowPi{0}}L از یک سیستم نصب مغناطیسی یا مکانیزم ریلی استفاده می کنند. Raspberry Pi را روی ریل می‌لغزید تا زمانی که در جای خود کلیک کند و درگاه‌های برد را با بریدگی‌هایی در شاسی تراز کنید. اسلات کارت میکرو اس دی Pi برای تعویض سیستم عامل در دسترس است. برای این کیت‌ها نیازی به لحیم کاری نیست.

پایین پایه شامل محفظه باتری و ریل مدولار است. باتری‌های کیت‌های تجاری از 5000 میلی‌آمپر ساعت تا 10000 میلی‌آمپر ساعت متغیر هستند که بسته به مدل Pi و روشنایی صفحه نمایش، 6-12 ساعت کار می‌کنند. باتری به برد مدیریت انرژی متصل می شود، که سپس 5 ولت تنظیم شده را از طریق پین های USB-C یا GPIO به Pi تغذیه می کند. یک کلید برق روی شاسی مدار را کنترل می کند.

مجموعه صفحه از طریق لولاها به پایه متصل می شود. لولاهای فلزی هم در قاب صفحه و هم در قسمت پایین پایه در براکت ها قرار می گیرند و طراحی تاشو را ایجاد می کنند. یک کابل نواری یا اتصال HDMI از طریق لولا برای اتصال صفحه نمایش عبور می کند. قاب بالایی روی مجموعه صفحه می‌چسبد و همه اجزا را ایمن می‌کند و در عین حال تهویه را برای پردازنده Pi باقی می‌گذارد.

صفحه‌کلید و ترک‌پد از طریق USB مستقیماً به Pi یا از طریق یک هاب USB ادغام شده در برد مدیریت انرژی متصل می‌شوند. CrowPi2 دارای یک صفحه کلید قابل جابجایی است که یک برد کارگاه الکترونیکی را در زیر 22 سنسور و ماژول های متصل به پین ​​های GPIO برای پروژه های یادگیری نشان می دهد.

زمان مونتاژ به طور چشمگیری متفاوت است. کیت‌های از قبل ساخته‌شده مانند CrowView Note عمدتاً مونتاژ می‌شوند-به سادگی Pi را به یک برد آداپتور وصل می‌کنید و آن را در قاب قرار می‌دهید، حدود 10 دقیقه طول می‌کشد. کیت های مونتاژ کامل مانند Pi اصلی{5}}Top به 30-60 دقیقه کار دقیق و پیروی از دستورالعمل های دقیق نیاز دارد. ساخت‌های DIY از ابتدا بسته به روش ساخت شما ممکن است روزها یا هفته‌ها طول بکشد.

سیستم های قدرت و عمر باتری

سیستم مدیریت انرژی تعیین می کند که آیا لپ تاپ Pi شما به طور قابل اعتماد کار می کند یا دائماً ناامید می شود.

انتخاب باتری اهمیت زیادی دارد. اکثر کیت ها از باتری های لیتیوم پلیمری (LiPo) به دلیل چگالی انرژی بالا و منحنی دشارژ صاف استفاده می کنند. یک باتری 5000 میلی آمپر ساعتی LiPo با وزن حدود 100 گرم می تواند یک Pi 4 با صفحه نمایش را به مدت 4-6 ساعت تحت استفاده معمولی تغذیه کند. برخی از سازندگان پاوربانک‌ها را تغییر کاربری می‌دهند، که شامل مدارهای شارژ داخلی و خروجی‌های USB است که طراحی مدیریت انرژی را ساده‌تر می‌کند.

مدار شارژ ورودی 12 ولت را از طریق جک بشکه ای یا پورت USB{1}}C می پذیرد. کیت‌های مدرن از شارژرهای سازگار با USB-C Power Delivery (PD) استفاده می‌کنند، اگرچه همه پورت‌های USB{4}C در لپ‌تاپ‌های Pi از PD-CrowPi-L به طور خاص نسبت به استفاده از شارژر همراه آن با سایر دستگاه‌های USB-C به دلیل خروجی 12 ولت ثابت هشدار می‌دهد.

توزیع برق نیاز به تنظیم دقیق ولتاژ دارد. Pi به برق 5 ولت تمیز با حداقل ریپل نیاز دارد. قدرت ناکافی باعث می شود نماد ترسناک "رعد و برق"، عملکرد را کاهش دهد یا باعث خاموش شدن تصادفی شود. کیت‌های باکیفیت شامل مدارهای PowerBoost یا مبدل‌های DC{4} معادل آن می‌شوند که خروجی 5 ولت پایدار را حفظ می‌کنند، حتی اگر ولتاژ باتری از 4.2 ولت به 3.0 ولت در حین تخلیه کاهش یابد.

نظارت بر باتری لایه دیگری از پیچیدگی را اضافه می کند. Pi گیج باتری داخلی{1} ندارد، بنابراین کیت ها شامل یک Arduino یا میکروکنترلر جداگانه برای نظارت بر ولتاژ هستند، یا از کلاه های تخصصی مانند PiJuice استفاده می کنند که وضعیت باتری را از طریق I2C ارتباط برقرار می کند. CrowPi2 درصد باتری را روی صفحه-از طریق نرم افزاری که ولتاژ را از برد مدیریت انرژی می خواند نشان می دهد.

مدیریت سیگنال و ارتباط اجزا

در پشت صحنه، پروتکل های ارتباطی متعدد، اجزا را هماهنگ نگه می دارند.

هدر 40 پین GPIO به عنوان گذرگاه ارتباطی اولیه عمل می کند. بردهای مدیریت انرژی به پین‌های 2 (5 ولت) و 6 (زمین) برای انتقال برق متصل می‌شوند، در حالی که از پروتکل‌های I2C یا SPI روی پین‌های دیگر برای تبادل داده استفاده می‌کنند. کلاه PiJuice، که در چندین ساخت DIY استفاده می‌شود، مستقیماً روی هدر GPIO قرار می‌گیرد و وضعیت باتری، فشار دادن دکمه روشن/خاموش و وضعیت شارژ را از طریق I2C ارتباط برقرار می‌کند.

USB اکثر ارتباطات جانبی را اداره می کند. صفحه‌کلید، ترک‌پد و هر وسیله اضافی مانند وب‌کم از طریق درگاه‌های USB Pi یا هاب USB یکپارچه روی برد مدیریت انرژی متصل می‌شوند. Pi اینها را به عنوان تجهیزات جانبی استاندارد HID (دستگاه رابط انسانی) می شناسد و نیازی به درایور خاصی در سیستم عامل Raspberry Pi ندارد.

اتصالات نمایشگر بر اساس نوع کیت متفاوت است. اتصالات DSI پهنای باند بالاتر و سیم‌کشی ساده‌تر را ارائه می‌دهند-یک کابل نواری 15 پین یا 50 پین هم سیگنال ویدیویی و هم داده‌های لمسی را برای صفحه‌های سازگار حمل می‌کند. با این حال، این روبان ها شکننده هستند. اتصالات HDMI به کابل‌های جداگانه برای ویدیو و USB برای عملکرد لمسی روی صفحه‌های لمسی، به‌علاوه سیم‌کشی اضافی برای قدرت نور پس‌زمینه نیاز دارند، اما برای مونتاژ/جدا کردن مکرر آن‌ها قوی‌تر هستند.

مسیریابی صدا معمولاً از جک 3.5 میلی متری Pi یا خروجی صدای HDMI استفاده می کند. برخی از ساخت‌های DIY شامل یک برد تقویت‌کننده صوتی جداگانه است که به پین‌های PWM Pi برای کیفیت صدای بهتر متصل است. سپس تقویت کننده بلندگوهای کوچک نصب شده در شاسی را به حرکت در می آورد. پروژه لپ‌تاپ Raspberry Pi و Arduino که در Instructables مستند شده است شامل یک برد آردوینو اختصاصی است که صرفاً برای نظارت بر باتری است که از طریق USB متصل شده و برای نمایش ولتاژ روی صفحه‌نمایش OLED برنامه‌ریزی شده است.

پیکربندی نرم افزار و سیستم عامل

مونتاژ سخت‌افزار فقط نیمی از معادله است{0}پیکربندی نرم‌افزار باعث می‌شود همه چیز به‌خوبی کار کند.

Raspberry Pi OS (راسپبین سابق) انتخاب پیش‌فرض است که از قبل روی کارت‌های microSD همراه با اکثر کیت‌ها بارگذاری شده است. این توزیع لینوکس مبتنی بر{2}}دبیان شامل درایورهایی برای سخت افزار Pi است و با نرم افزار آموزشی، محیط های برنامه نویسی و LibreOffice برای بهره وری ارائه می شود. کیت Pi{4}}به همراه Pi-topOS عرضه می‌شود، یک نسخه سفارشی‌شده با CEEDuniverse{6}}یک بازی که کدنویسی و الکترونیک را آموزش می‌دهد.

پیکربندی نمایشگر نیاز به ویرایش /boot/config.txt در کارت microSD دارد. برای نمایشگرهای غیر استاندارد، درایورهای خاصی را فعال می‌کنید و خروجی HDMI را حتی زمانی که هیچ مانیتوری شناسایی نمی‌شود، مجبور می‌کنید. خط بحرانی hdmi_force_hotplug=1 تضمین می‌کند که Pi ویدیو را به صفحه یکپارچه خروجی می‌دهد. برای نمایشگرهای DSI، همپوشانی های خاصی را بارگذاری می کنید که با تراشه کنترل کننده صفحه نمایش شما مطابقت دارد.

کنترل روشنایی صفحه نمایش بسته به کیت متفاوت است. برخی از نمایشگرها از تنظیم روشنایی نرم افزار از طریق فایل های /sys/class/backlight/ پشتیبانی می کنند، در حالی که برخی دیگر نیاز به کنترل سخت افزاری PWM از طریق پین های GPIO دارند. کالیبراسیون صفحه لمسی از طریق دستورات xinput یا ابزارهای کالیبراسیون موجود در سیستم عامل انجام می شود.

نرم افزار مدیریت باتری سطح شارژ را کنترل می کند و قبل از تخلیه کامل، خاموش شدن های دلپذیر را آغاز می کند. نرم افزار PiJuice که به صورت دیمون در دسترس است، یک رابط کاربری گرافیکی ارائه می دهد که درصد باتری، ولتاژ و جریان شارژ را نشان می دهد. می‌تواند اسکریپت‌های سفارشی را در سطوح باتری خاص اجرا کند-مانند کم‌نور کردن صفحه در 20% یا شروع خاموش شدن در 5%.

ویژگی های آموزشی و بسترهای یادگیری

بسیاری از کیت‌های لپ‌تاپ Pi خود را به عنوان ابزار آموزشی، نه فقط رایانه‌های قابل حمل، قرار می‌دهند.

CrowPi2 شامل 76 درس ساختاریافته است که برنامه نویسی پایتون، برنامه نویسی بصری Scratch، نسخه Minecraft Pi و اصول یادگیری هوش مصنوعی/ماشین را پوشش می دهد. صفحه کلید قابل جابجایی 22 ماژول الکترونیکی را در معرض دید قرار می دهد: ماتریس های LED، زنگ ها، سنسورهای حرکت، خوانندگان RFID و سوئیچ های رله. دانش آموزان کدی را می نویسند که از طریق پین های GPIO با سخت افزار فیزیکی در تعامل است و شکاف بین نرم افزار و الکترونیک را پر می کند.

یادگیری مبتنی بر پروژه{0}}این کیت ها را تعریف می کند. به جای تمرین های برنامه نویسی انتزاعی، دانش آموزان دستگاه های کاربردی می سازند. یک سیستم مانیتورینگ دما، ماژول حسگر DHT11 را با یک اسکریپت پایتون ترکیب می‌کند که داده‌ها را ثبت می‌کند و یک فن بالای یک آستانه را راه‌اندازی می‌کند. یک سیستم قفل درب RFID مفاهیم احراز هویت را در حین کنترل موتور سروو آموزش می دهد. این پروژه های لمسی مفاهیم برنامه نویسی را عینی می کند.

رابط ماژولار GPIO لپ تاپ های Pi را از کامپیوترهای سنتی متمایز می کند. یک لپ تاپ استاندارد همه چیز را در داخل یک کیس اختصاصی مهر و موم می کند. کیت‌های لپ‌تاپ Pi پین‌های GPIO را به صورت خارجی در معرض دید قرار می‌دهند و توسعه سخت‌افزار را تشویق می‌کنند. برای پروژه های هیبریدی می توانید سنسورهای خارجی، کنترل کننده های موتور یا حتی بردهای آردوینو را متصل کنید. Pi{4}}Top از یک سیستم ریلی PCB استفاده می‌کند که در آن تخته‌های سفارشی که به پین‌های GPIO و ریل‌های برق دسترسی دارند می‌کشید.

برخی از کیت‌ها اجزای اضافی را برای یادگیری طولانی‌مدت بسته‌بندی می‌کنند. کیت CrowPi2 Deluxe شامل ماژول‌های Crowtail-مجموعه‌ای از حسگرها و محرک‌های پلاگین-و- مشابه ماژول‌های Grove است. اینها از کانکتورهای استاندارد 4 پین استفاده می‌کنند و سیم‌کشی تخته نان را برای دانش‌آموزان جوان‌تر حذف می‌کنند و در عین حال مفاهیم رابط حسگر را آموزش می‌دهند.

ساخت‌وساز DIY در مقابل کیت‌های قبلی{1}}

انتخاب بین ساختن از ابتدا یا خرید یک کیت کامل شامل معاوضه هایی در هزینه، سفارشی سازی و پیچیدگی است.

مزایای کیت از قبل ساخته شده بر راحتی و قابلیت اطمینان تمرکز دارد. قیمت CrowPi-L 280-340 دلار است که شامل یک برد Pi 4 می‌شود، که راه‌حلی آزمایش‌شده و تضمین شده را ارائه می‌کند که در 15 دقیقه مونتاژ می‌شود. همه اجزا برای سازگاری تهیه شده اند. سیستم مدیریت انرژی موارد لبه مانند حفاظت از شارژ بیش از حد و خاموش شدن حرارتی را کنترل می کند. دستورالعمل ها به صورت حرفه ای با نمودارهای با کیفیت بالا نوشته شده است. انجمن های پشتیبانی و خدمات مشتری به عیب یابی مشکلات کمک می کنند.

ساخت‌های DIY سفارشی‌سازی اساسی و صرفه‌جویی در هزینه را ارائه می‌کنند، اما به مهارت فنی قابل توجهی نیاز دارند. یک ساخت پایه با استفاده از صفحه نمایش HDMI 7 اینچی (50 دلار)، صفحه‌کلید بی‌سیم (15 دلار)، پاوربانک (20 دلار) و کیف چاپی 3 بعدی (در رشته‌ای 10 دلار) در مجموع کمتر از 100 دلار است. اندازه دقیق صفحه نمایش، سبک صفحه کلید و ظرفیت باتری را متناسب با نیاز خود انتخاب می کنید. تجربه یادگیری عمیق تر است - شما هر ارتباطی را درک می کنید زیرا آن را ایجاد کرده اید.

با این حال، پروژه های DIY با چالش های پنهانی روبرو هستند. یافتن اجزای سازگار ساعت ها تحقیق را می طلبد. پانل‌های LCD لپ‌تاپ به بردهای کنترلی خاصی نیاز دارند که بسته به مدل پنل متفاوت است-درایور اشتباه صفحه را غیرقابل استفاده می‌کند. مدیریت باتری به دانش مهندسی برق نیاز دارد تا از خطرات آتش سوزی ناشی از شارژ نادرست LiPo جلوگیری کند. طراحی مکانیکی مشکلات خاص خود را دارد: لولاها باید برای باز شدن مکرر به اندازه کافی محکم باشند و در عین حال امکان مسیریابی کابل را فراهم کنند، و توزیع وزن هنگام باز بودن صفحه نمایش بر پایداری تأثیر می گذارد.

چاپ سه بعدی متغیر دیگری را اضافه می کند. طرح‌های قاب موجود در Thingiverse جذاب به نظر می‌رسند، اما ممکن است مشکلات مربوط به ترخیص قطعات خاص شما را داشته باشند. زمان چاپ از 8{6}}12 ساعت برای یک کیس کامل متغیر است. چاپ ناموفق رشته و زمان را تلف می کند. ارسال-پردازش-سنباده زدن لبه های ناهموار، گرما-تنظیم درج های رزوه ای - به ابزارهای اضافی نیاز دارد.

منبع یابی قطعات برای ساخت‌های DIY اغلب از طریق AliExpress یا eBay برای به حداقل رساندن هزینه‌ها انجام می‌شود که در نتیجه زمان‌های حمل و نقل طولانی و گهگاه شگفتی‌های سازگاری را به همراه دارد. اجزای Raspberry Pi Recovery Kit از back7.co که در r/cyberdeck رایج شده است، هنگام تهیه از چین کمتر از 100 دلار قیمت دارند، اما تحویل 3-6 هفته ای تکرار را کند می کند.

چالش های رایج پیکربندی

چندین مشکل فنی به طور مکرر در ساخت لپ‌تاپ Pi ظاهر می‌شود که هر کدام راه‌حل‌های خاصی دارند.

صفحه HDMI با وجود اتصالات صحیح نمایش داده نمی شود، معمولاً به مشکلات برق یا تنظیمات نادرست config.txt مربوط می شود. Pi ممکن است بوت شود (با چراغ سبز چشمک زن نشان داده می شود) اما سیگنال ویدیویی ارسال نمی کند. راه حل ها شامل اجباری کردن خروجی HDMI با hdmi_force_hotplug=1، تنظیم مقادیر خاص hdmi_group و hdmi_mode برای وضوح اصلی صفحه شما، و اطمینان از اینکه برد هاب به درستی EDID (داده های شناسایی نمایشگر توسعه یافته) را به Pi ارتباط می دهد.

قدرت ناکافی به صورت خاموش شدن تصادفی، نماد رعد و برق یا بوت نشدن Pi ظاهر می شود. Pi 4 به 3A در 5V تحت بار نیاز دارد، در حالی که Pi 5 به 5A نیاز دارد. بسیاری از پاوربانک‌های عمومی نمی‌توانند این را از طریق USB تامین کنند، مخصوصاً هنگامی که یک صفحه نمایش را نیز تغذیه می‌کنند. از یک برد مدیریت انرژی اختصاصی با درجه جریان مناسب یا یک پاوربانک مخصوص شارژ لپ تاپ استفاده کنید. ولتاژ واقعی را در پین‌های GPIO Pi اندازه‌گیری کنید-باید در زیر بار بالای 4.8 ولت باقی بماند.

گزارش درصد باتری به سخت افزاری فراتر از قابلیت های Pi نیاز دارد. Pi هیچ ADC (مبدل آنالوگ-به-دیجیتال) روی پین های GPIO خود برای خواندن مستقیم ولتاژ باتری ندارد. راه حل ها شامل استفاده از آردوینو یا پیکو برای اندازه گیری ولتاژ از طریق تقسیم کننده ولتاژ و رله آن داده ها از طریق USB، یا استفاده از کلاهک مانند PiJuice یا بسته های UPS طراحی شده برای Pi است که شامل آی سی های مانیتورینگ باتری است.

خرابی کابل نواری اغلب با اتصالات DSI رخ می دهد. کابل‌های مسطح نازک با وصل/قطع مکرر یا خم شدن بیش از حد از بین می‌روند. هنگام جابجایی، هرگز خود کابل را نکشید- زبانه های پلاستیکی را فشار دهید تا رابط ها آزاد شوند. برای جلوگیری از استرس در نقاط اتصال، کابل ها را با حلقه های سرویس سخاوتمندانه مسیریابی کنید. اتصالات HDMI را برای سازه هایی که نیاز به جداسازی مکرر دارند در نظر بگیرید.

مشکلات تشخیص صفحه نمایش معمولاً شامل زمان بندی اولیه USB است. برخی از ترک‌پدها در طول بوت به اندازه کافی سریع اولیه نمی‌شوند. usb_max_current_enable{5}} را به config.txt اضافه کنید تا برق USB را تقویت کنید، یا صفحه لمسی را از طریق یک هاب USB برقی متصل کنید. راه حل های جایگزین شامل اضافه کردن یک قانون udev برای بازنشانی دستگاه های USB پس از راه اندازی است.

انتظارات عملکرد

درک اینکه لپ تاپ Pi می تواند و نمی تواند انجام دهد از ناامیدی جلوگیری می کند و موارد استفاده را راهنمایی می کند.

Raspberry Pi 4 با رم 4 گیگابایتی وظایف محاسباتی اولیه را به خوبی انجام می دهد. مرور وب در Chromium برای اکثر سایت‌ها کار می‌کند، اگرچه برنامه‌های سنگین جاوا اسکریپت ممکن است تاخیر داشته باشند. تایپ در LibreOffice Writer پاسخگو است و صفحات گسترده با چند صد ردیف عملکرد مناسبی دارند. ویدیوهای یوتیوب با رزولوشن 1080p با شتاب سخت‌افزاری فعال پخش می‌شوند، اگرچه پخش 4K دچار لکنت می‌شود.

محیط های برنامه نویسی و توسعه به خوبی اجرا می شوند. اسکریپت های پایتون برای پروژه های آموزشی معمولی یا سرگرمی به سرعت اجرا می شوند. VSCode در عرض چند ثانیه در Pi 4 بارگیری می شود. کامپایل برنامه های کوچک C چند ثانیه طول می کشد، در حالی که پروژه های بزرگتر ممکن است به چند دقیقه نیاز داشته باشند. Pi در پروژه‌های مبتنی بر GPIO-خواندن حسگرها و کنترل محرک‌ها در زمان واقعی-بدون مشکل انجام می‌شود.

انتظارات بازی باید واقع بینانه باشد. بازی‌های یکپارچهسازی با سیستمعامل از طریق RetroPie برای سیستم‌هایی که از طریق پلی‌استیشن 1 بالا می‌روند بسیار عالی کار می‌کند. نسخه Minecraft Pi به آرامی اجرا می‌شود. بازی های سه بعدی مدرن قابل اجرا نیستند. بازی‌های مبتنی بر مرورگر{5}}و عناوین مستقل ساده که برای ARM منتقل شده‌اند ممکن است کارساز باشند.

Pi 5 بهبود عملکرد قابل توجهی را به ارمغان می آورد. پردازنده چهار هسته‌ای-Cortex-A76 آن با فرکانس 2.4 گیگاهرتز، امتیازات معیار را در مقایسه با Pi 4 بیش از دو برابر می‌کند. ویرایش ویدیو با ابزارهای ساده امکان‌پذیر می‌شود. چندین برگه مرورگر باعث کندی سیستم نمی شود. زمان راه‌اندازی با کارت‌های microSD سریع یا حافظه NVMe از طریق رابط PCIe 2.0 به کمتر از 20 ثانیه کاهش می‌یابد.

سرعت ذخیره سازی به طور قابل توجهی بر تجربه کاربر تأثیر می گذارد. کارت microSD سریع (UHS-3 یا بهتر) باعث می‌شود سیستم پاسخگو باشد. درایوهای SSD NVMe، موجود در Pi 5 تا M.2 HAT، بارگذاری تجربه-برنامه‌ها را تقریباً بلافاصله تغییر می‌دهند و عملیات فایل‌های بزرگ به سرعت کامل می‌شوند. تفاوت سرعت بیشتر از ارتقاء CPU است.

عمر باتری در استفاده واقعی بسته به مدل Pi، ظرفیت باتری و روشنایی صفحه نمایش به طور متوسط ​​4 تا 8 ساعت است. یک Pi 4 با صفحه نمایش 11.6 اینچی با روشنایی 50 درصد تقریباً 10-15 وات مصرف می کند، به این معنی که یک باتری 5000 میلی آمپر ساعتی در 7.4 ولت (37 وات ساعت) حدود 3-4 ساعت زمان می برد. Pi Zero 2 W با نمایشگر کوچک می تواند 8 تا 10 ساعت با همان باتری کار کند. مصرف انرژی بیشتر Pi 5 در مقایسه با Pi 4 با باتری های مشابه، زمان اجرا را 30 تا 40 درصد کاهش می دهد.

مقایسه: لپ تاپ های Pi در مقابل لپ تاپ های سنتی

لپ‌تاپ‌های Pi جایگاه مشخصی را اشغال می‌کنند که نه مستقیماً با لپ‌تاپ‌های سنتی رقابت می‌کند و نه جایگزین آن‌ها می‌شود.

محاسبات هزینه به نفع لپ‌تاپ‌های ارزان قیمت سنتی برای ارزش محاسباتی خالص است. یک کروم بوک 200 دلاری یا لپ تاپ ویندوز بازسازی شده عملکردی عالی، عمر باتری بیشتر و کیفیت ساخت حرفه ای ارائه می دهد. می‌توانید توزیع‌های لینوکس سبک وزن را روی لپ‌تاپ‌های قدیمی نصب کنید تا تجربه‌ای مانند Pi{3}} با سخت‌افزار بهتر داشته باشید. مورد اقتصادی لپ‌تاپ‌های Pi مبتنی بر ارزش آموزشی یا موارد استفاده خاص است که به دسترسی GPIO نیاز دارند.

ارزش آموزشی جایی است که لپ تاپ های Pi وجود خود را توجیه می کنند. یادگیری الکترونیک و برنامه‌نویسی با هم از طریق پروژه‌های GPIO، درک غیرممکن با لپ‌تاپ‌های مهر و موم شده را{1} می‌آموزد. تعویض سیستم عامل ها با تغییر کارت های microSD در مورد بوت لودرها و سیستم های فایل آموزش می دهد. عیب‌یابی اتصالات سخت‌افزاری مهارت‌های حل مشکل-را ایجاد می‌کند. طراحی شفاف و مدولار نشان می دهد که کامپیوترها به جای پنهان کردن پیچیدگی در پشت یک پوسته صیقلی، چگونه کار می کنند.

پتانسیل سفارشی سازی بیشتر از لپ تاپ های سنتی است. آیا می خواهید یک SSD خارجی از طریق USB اضافه کنید؟ گیرنده SDR برای پروژه های رادیویی؟ حسگر LIDAR برای روباتیک؟ لپ‌تاپ Pi به راحتی این موارد را در خود جای می‌دهد. لپ تاپ های سنتی گسترش را به دستگاه های USB و شاید یک اسلات داخلی M.2 محدود می کنند. لپ‌تاپ‌های Pi رابط‌های GPIO، SPI، I2C و سریال را برای کنترل مستقیم سخت‌افزار در معرض نمایش قرار می‌دهند.

قابل حمل بودن با لپ تاپ های سنتی از جنبه های ظریف متفاوت است. لپ‌تاپ‌های Pi وزن کمتری دارند-معمولاً 1-1.5 کیلوگرم در مقابل 1.5-2.5 کیلوگرم برای لپ‌تاپ‌های سنتی ارزان قیمت. اما آنها همچنین شکننده‌تر هستند، با اجزای در معرض دید و ساختار شاسی مقاوم‌تر. عمر باتری عموماً از لپ‌تاپ‌های مدرن با پردازنده‌های ARM کارآمد یا اینتل که برای استفاده موبایل بهینه شده‌اند، عقب‌تر است.

نکته شیرین مورد استفاده برای لپ‌تاپ‌های Pi شامل یادگیری برنامه‌نویسی و الکترونیک، توسعه پروژه اینترنت اشیا که به قابلیت حمل نیاز دارد، محاسبات سبک وزن برای سفر در زمانی که عملکرد حیاتی نیست، و محیط‌های آموزشی که در آن دانش‌آموزان رایانه‌های خود را می‌سازند و سفارشی می‌کنند، می‌شود. برای محاسبات اولیه، کار حرفه ای یا بازی، لپ تاپ های سنتی گزینه های برتر باقی می مانند.

گزینه ها و ملاحظات کیت

بازار فعلی چندین رویکرد متمایز را برای لپ‌تاپ‌های Pi ارائه می‌کند که هر کدام برای اولویت‌های مختلف بهینه شده‌اند.

CrowPi2 ($340-440 بسته به پیکربندی) آموزش را با کارگاه الکترونیکی یکپارچه خود هدف قرار می دهد. صفحه نمایش 11.6{12}}اینچی 1920x1080 IPS تصاویری واضح ارائه می دهد. صفحه‌کلید بلند می‌شود تا ماژول‌های یادگیری در زیر آن‌ها نشان داده شود، بدون نیاز به تخته‌ی نان برد. این شامل 76 درس است و با Pi 4 یا Pi 5 کار می کند. تعادل وزن 7.3 پوندی و حجیم است که قابلیت حمل واقعی را کاهش می دهد. این برای ایستگاه های یادگیری کلاس درس یا خانه بهتر از محاسبات سیار مناسب است.

CrowView Note (169 دلار) رویکرد متفاوتی دارد: این یک لپ‌تاپ نیست، بلکه یک مانیتور قابل حمل به شکل لپ‌تاپ است. صفحه‌کلید، صفحه‌کلید و صفحه لمسی 14.1 اینچی با کیفیت 1080p از طریق HDMI و USB{10}}C به دستگاه‌های خارجی متصل می‌شوند. یک Pi 5 یا Pi 4 از طریق یک برد آداپتور (5 دلار اضافی) متصل می شود که به کناره متصل می شود و پین های GPIO را در دسترس نگه می دارد. این طراحی انعطاف‌پذیری را ارائه می‌دهد - از آن برای یادگیری با Pi خود استفاده کنید، تلفن خود را برای حالت دسکتاپ وصل کنید یا یک کنسول بازی را وصل کنید. باتری 5000 میلی آمپر ساعتی هم نمایشگر و هم Pi را برای 4 تا 6 ساعت انرژی می دهد. کیفیت ساخت کافی است اما نه درجه یک، با ساخت پلاستیک در سرتاسر.

LapPi 2.0 ($119-155) یک رویکرد مینیمالیستی را با ساختار اکریلیک شفاف ارائه می دهد که همه اجزا را نشان می دهد. صفحه نمایش لمسی خازنی 7 اینچی این نت بوک را بیشتر از لپ تاپ می کند. سازگار با تمام مدل های Pi از صفر تا 5، شامل دوربین، بلندگو و صفحه کلید است. پنج گزینه رنگ به شما امکان می دهد زیبایی شناسی را انتخاب کنید. اندازه جمع و جور (کوچکتر از اکثر تبلت ها) آن را واقعاً قابل حمل جیبی می کند، اگرچه صفحه نمایش کوچک کارایی را محدود می کند.

از نظر بافت تاریخی، Pi{0}}Top اصلی (تخریب شده اما گاهی اوقات در دسترس استفاده می‌شود) در مفهوم کیت لپ‌تاپ Pi با صفحه-13.3{4}}اینچی کامل و سیستم ریلی مدولار پیشگام بود. صفحه رویی کشویی دسترسی آسان به قطعات را فراهم می کرد. عمر باتری بیش از 10 ساعت است. با این حال، یافتن قطعات جایگزین در حال حاضر دشوار است و فقط از مدل های قدیمی Pi پشتیبانی می کند.

سازندگان DIY باید اکوسیستم جزء را در نظر بگیرند. Adafruit، Pi Supply و SB Components بخش‌های جداگانه و راهنمای پروژه‌های دقیق را برای ساخت‌های سفارشی ارائه می‌دهند. 3جمعیت‌های چاپ D در Thingiverse و Printables میزبان صدها طرح لپ‌تاپ Pi با پیچیدگی‌های متفاوت هستند. زیبایی شناسی سایبردک که در جامعه r/cyberdeck ردیت رایج شده است، الهام‌بخش ده‌ها لپ‌تاپ منحصربه‌فرد Pi با استایل‌های نظامی، استیم‌پانک یا یکپارچه‌سازی با سیستم‌عامل کامپیوتری است.

اصلاحات و بهبودهای پیشرفته

فراتر از مونتاژ اولیه، چندین اصلاح قابلیت‌های لپ‌تاپ Pi را افزایش می‌دهد.

افزودن SSD NVMe به طور چشمگیری پاسخگویی سیستم را در ساخت‌های Pi 5 بهبود می‌بخشد. M.2 HAT+ به رابط PCIe 2.0 متصل می شود و SSD های 512 گیگابایتی یا بزرگتر را امکان پذیر می کند. زمان راه‌اندازی به 10 ثانیه کاهش می‌یابد، برنامه‌ها بلافاصله راه‌اندازی می‌شوند و عملیات فایل‌های بزرگ به سرعت کامل می‌شوند. افزایش مصرف برق حداقل-حدود 1-2 وات است که علیرغم تأثیر کوچک باتری، این کار را ارزشمند می‌کند.

تغییرات آنتن خارجی، دامنه و پایداری Wi{0}}را بهبود می بخشد، به ویژه برای محاسبات قابل حمل. Pi 4 و 5 دارای سوراخ‌هایی برای نصب آنتن‌های خارجی هستند. کابل‌های پیگتیل U.FL به SMA، کانکتورهای آنتن Pi را به پانل-جک‌های SMA روی شاسی متصل می‌کنند، جایی که شما آنتن‌های با بهره بالاتر- را وصل می‌کنید. این به ویژه در موارد فلزی که از آنتن داخلی محافظت می کنند بسیار ارزشمند است.

محلول های خنک کننده از دریچه گاز حرارتی در طول بارهای پایدار جلوگیری می کنند. هیت سینک های غیرفعال برای استفاده سبک کار می کنند، اما خنک کننده فعال عملکرد کامل را حفظ می کند. فن‌های کوچک 5 ولتی مستقیماً روی پین‌های GPIO نصب می‌شوند که توسط اسکریپت‌های پایتون کنترل می‌شوند و سرعت فن را بر اساس دمای CPU تنظیم می‌کنند. خنک کننده رسمی اکتیو Pi 5 یک سنسور دما و کنترل فن را در طراحی کیس ادغام می کند.

ارتقاء صفحه نمایش اجازه می دهد تا اگر می خواهید شاسی را تغییر دهید، به وضوح بالاتر یا صفحه نمایش بزرگتر تغییر دهید. هر نمایشگر HDMI با الزامات ولتاژ سازگار کار می کند، اگرچه ممکن است نیاز به پرینت سه بعدی قاب ها یا لولاهای جدید داشته باشید. عملکرد لمسی به یک کنترلر صفحه لمسی USB یا یک نمایشگر با USB لمسی داخلی- نیاز دارد.

بردهای توسعه GPIO عملکردی را اضافه می کنند. کلاه‌های رادیویی LoRa، GPS یا اتصال سلولی، لپ‌تاپ Pi را به یک دستگاه محاسباتی میدانی تبدیل می‌کنند. Raspberry Pi TV HAT پخش تلویزیون دیجیتال را دریافت می کند. Sense HAT با حسگرهای محیطی، ژیروسکوپ و ماتریس های LED، پروژه های تعاملی را بدون اجزای خارجی امکان پذیر می کند.

واقعی{0}}کاربردهای جهانی و موارد استفاده

کیت‌های لپ‌تاپ Pi دارای جایگاه‌های خاصی هستند که ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن‌ها ارزشی فراتر از جایگزین‌های سنتی ایجاد می‌کند.

محیط های آموزشی بیشترین سود را دارند. مدارس و اردوگاه های کدنویسی از CrowPi2 و کیت های مشابه برای آموزش برنامه نویسی با بازخورد فیزیکی فوری استفاده می کنند. دانش‌آموزان کد پایتون را می‌نویسند که LED‌ها را روشن می‌کند، حسگرهای دما را می‌خواند یا موتورهای سروو را کنترل می‌کند-همه روی برد فضای کاری که در لپ‌تاپ ادغام شده قابل مشاهده است. قابلیت تعویض کارت‌های microSD به چندین دانش‌آموز اجازه می‌دهد از سخت‌افزار مشابهی با پروژه‌های شخصی‌سازی شده استفاده کنند. یکی از معلمان زمانی که دانش‌آموزان می‌توانستند از نظر فیزیکی کدهایشان را که بر سخت‌افزار تأثیر می‌گذارد، در مقایسه با تمرین‌های نرم‌افزاری خالص ببینند، 30 درصد تعامل بیشتر گزارش کرده است.

کار میدانی در مکان‌های دور از مصرف انرژی کم و ماژولار بودن لپ‌تاپ Pi استفاده می‌کند. محققان محیط‌زیست از لپ‌تاپ‌های Pi سفارشی با GPS و کلاه‌های سلولی برای ثبت داده‌های حسگر هنگام پیاده‌روی استفاده می‌کنند. عمر باتری طولانی و قاب‌های DIY مقاوم در برابر شرایطی که به لپ‌تاپ‌های گران قیمت آسیب می‌رساند، مقاومت می‌کند. افزودن اتصال سلولی از طریق HATهای LTE، آپلود داده‌ها را از مکان‌های بدون Wi-فعال می‌کند. پین‌های GPIO مستقیماً بدون آداپتور USB به ابزارهای علمی متصل می‌شوند.

متخصصان امنیت سایبری از لپ‌تاپ‌های Pi به عنوان پلتفرم‌های قابل حمل تست نفوذ استفاده می‌کنند. محیط سبک وزن لینوکس، GPIO برای ابزارهای هک سخت افزار، و فرم فاکتور نامشخص آنها را برای ارزیابی های امنیتی مفید می کند. ابزارهایی مانند Kali Linux به طور موثر بر روی مدل های Pi 4 و Pi 5 اجرا می شوند. توانایی تعویض سریع کارت‌های microSD با پیکربندی‌های مختلف ابزار، انعطاف‌پذیری را در طول تعامل فراهم می‌کند.

علاقه مندانی که نمونه های اولیه اینترنت اشیا را می سازند، از قابل حمل بودن برای آزمایش-در سایت قدردانی می کنند. لپ‌تاپ Pi به‌جای نصب دسکتاپ Pi با مانیتور و صفحه‌کلید جداگانه، به شما امکان می‌دهد حسگرها یا سیستم‌های اتوماسیون را مستقیماً در جایی که نصب می‌شوند پیکربندی کنید. دسترسی GPIO برای اتصال به مدارهای آزمایشی در حالی که یک محیط توسعه کامل یکپارچه دارد، در دسترس است.

سناریوهای محاسباتی خاموش{0}}شبکه به دلیل حداقل نیاز برق، با لپ‌تاپ‌های Pi مناسب هستند. در ترکیب با پانل های خورشیدی و پاور بانک ها، آنها قابلیت محاسباتی را در کابین، قایق یا وسایل نقلیه فراهم می کنند. یکی از سازندگان از لپ‌تاپ Pi 4 استفاده کرده است که به طور کامل از یک پنل خورشیدی 50 واتی برای نوشتن و محاسبات اولیه هنگام سفر با ون استفاده می‌کند. این سیستم در 3-4 ساعت نور خورشید به طور کامل شارژ می شود و 6-8 ساعت استفاده در عصر را فراهم می کند.

برخی از کاربران لپ‌تاپ‌های Pi را مخصوصاً برای نوشتن رایگان-می‌سازند. عملکرد محدود از مرور وب و رسانه های اجتماعی بی فکر جلوگیری می کند، در حالی که LibreOffice قابلیت کامل پردازش کلمه را ارائه می دهد. فرقه «مینیمالیسم دیجیتال» لپ‌تاپ‌های Pi را به عنوان دستگاه‌هایی که عمداً ضعیف هستند و کار متمرکز را تشویق می‌کنند، پذیرفته است. یک نویسنده رمانی را تنها با استفاده از لپ‌تاپ Pi Zero 2 W با صفحه نمایش 7 اینچی تکمیل کرد و ادعا کرد که محدودیت‌ها خلاقیت را افزایش می‌دهند.

علاقه مندان به بازی های یکپارچهسازی با سیستمعامل، دستگاه های بازی قابل حمل سفارشی را ایجاد می کنند که ظاهراً شبیه لپ تاپ هستند اما RetroPie را اجرا می کنند. این ساخت‌ها اغلب شامل دکمه‌های کنترلر بازی هستند که روی شاسی در کنار یا به جای چیدمان‌های صفحه کلید سنتی نصب می‌شوند. ضریب فرم صفحه نمایش بزرگتری نسبت به دستگاه های دستی ارائه می دهد و در عین حال قابل حمل باقی می ماند. عمر باتری 6-10 ساعت از جلسات بازی طولانی مدت پشتیبانی می کند.

محاسبات بودجه در مناطق در حال توسعه یک مورد استفاده دیگر را نشان می دهد، اگرچه این نیاز به تجزیه و تحلیل دقیق هزینه دارد. در بازارهایی که با 200 دلار دستمزد سالانه خرید می‌شود، یک لپ‌تاپ DIY Pi 100 دلاری با استفاده از صفحه‌نمایش‌ها و صفحه‌کلیدهای موجود محلی می‌تواند دسترسی محاسباتی را فراهم کند. سازمان‌هایی که بر سواد دیجیتال تمرکز می‌کنند، برنامه‌هایی را با استفاده از لپ‌تاپ‌های Pi ساخته‌شده از قطعات کیت، اجرا کرده‌اند و مهارت‌های محاسباتی و مونتاژ سخت‌افزار را به طور همزمان آموزش می‌دهند.

هنگامی که در مورد یک کیت یا رویکرد DIY تصمیم می گیرید، مورد استفاده واقعی، سطح راحتی فنی و محدودیت های بودجه را در نظر بگیرید. فرآیند مونتاژ فیزیکی خود ارزش یادگیری قابل توجهی را فراهم می کند، حتی اگر دستگاه حاصل به عنوان یک رایانه ثانویه به جای دستگاه اصلی شما عمل کند. اکوسیستم به تکامل خود ادامه می‌دهد-کیت‌های جدیدتر از عملکرد بهبود یافته Pi 5 پشتیبانی می‌کنند، در حالی که انجمن ماهانه طرح‌ها و تغییرات جدیدی ایجاد می‌کند. چه در حال آموزش به دانش‌آموزان باشید، چه نمونه‌سازی اولیه دستگاه‌های IoT، یا صرفاً در حال بررسی نحوه عملکرد رایانه‌ها در سطح اساسی باشید، کیت‌های لپ‌تاپ Pi یک پلتفرم منحصربه‌فرد را ارائه می‌دهند که فاصله بین محاسبات سنتی و الکترونیکی-را پر می‌کند.

برای کسانی که به دنبال ساخت‌های DIY هستند، به جوامعی مانند r/cyberdeck، انجمن‌های Raspberry Pi و سرورهای مختلف Discord بپیوندید که سازندگان طرح‌ها را به اشتراک می‌گذارند، مشکلات را عیب‌یابی می‌کنند و پروژه‌های تکمیل‌شده را به نمایش می‌گذارند. دانش جمعی به ساخت شما سرعت می بخشد و از اشتباهات رایج جلوگیری می کند. قبل از تلاش برای طراحی‌های کاملاً سفارشی، با ساخت کیت ساده شروع کنید-تجربه به‌دست‌آمده از درک چگونگی حل مشکلات کیت‌های تجاری تصمیمات طراحی سفارشی شما را مطلع می‌کند.