项目说明

模块化工业平板电脑：QPad。
模块化设计：核心板和功能模块可以根据需求更换，兼容树莓派、香橙派等商业模块作为核心板。
适用工业场景：现场调试、通信测试、传感器数据采集、监测终端、轨迹记录等。

目前版本V1.0，难免存在一些不足之处， 后期计划一直更新该项目，可收藏持续关注。后期会在B站陆续更新各种应用场景的视频。

B站视频：失踪人员回归，手搓我的第一台定制化Ubuntu平板电脑[星火计划]_哔哩哔哩_bilibili

优化版本已搞定，主要更新内容：

1、将所有板卡安装在一个面上，减少线缆数量及长度。

2、设计独立IO面板，更换模块可以只改面板，不用打印整个外壳。

3、优化电源管理模块。

千呼万唤始出来，终于把3D打印的赶出来了。（因为壁厚和材质的原因，外壳些许变形，暂且忽略，后期会跟进CNC的外壳。）

图1--windows版本（第一次打印版，白色的材料有点透光，后期改了深色。）

图2--Ubuntu版本（第二次打印外壳，效果好了很多。）

图3--顶部接口图（屏幕背光开关主要应用场景是，用作服务器时，可以主动关闭屏幕）

图3.1--更新后的独立顶部接口图

图4--背部示意图（其中为CNC外壳设计的天线区域没有用上，因为CNC没通过，后期也懒得改模型了，还是按CNC的模型打印的。）

图5--整体效果图

图6--内部布局图

功能模块（项目设计各种功能板卡较多，可去工程文件查看）：

1、GPS+BD定位模块（轨迹记录等GIS产品）

2、NBIot通信模块（物联网产品测试）

3、4G通信模块

4、WiFi和有线网络（标配）

5、串口模块（支持TTL、RS485/422/232电平，工业调试必备）

6、2.4G无线模块（作数据采集终端时多节点汇聚功能）

7、存储扩展模块（扩展大容量硬盘存储数据）

开源协议：

GPL

 

项目相关功能

1、显示：最终采用了性价比极高的9.7寸IPS屏，拥有2K分辨率，想必大家已经知道是什么屏幕了。

2、核心板：核心板兼容树莓派、香橙派等单板机作为核心板使用（有时间的话下一步适配泰山派）。

为了满足性能的需求，决定最大支持12x12的主板，这次设计可以兼容NUC6i5的主板，

 

3、功能模块：

关于扩展模块的接口，笔者思考了很久，一开始是想参考PCI-E类似的接口，但是鉴于模块功能并没有那么复杂，使用太多Pin的接口有点大材小用了，然后又想定制私有接口……

想来想去，突然发现桌子角落的优盘，为什么不用USB接口呢？

于是，本设计所有的扩展功能都走USB接口，既方便有简单。

将所有功能分为两类：高速和低速。高速的走USB3.0,低速的走USB2.0.

USB3.0模块：

• 存储扩展模块
• RJ45网口扩展模块
• USB3.0扩展

USB2.0模块：

• GPS+BD定位模块
• NBIot通信模块
• 4G通信模块
• 串口模块
• 2.4G无线模块

 4.过度的模块化就会显得繁琐，过度的集成化就显得不灵活。两者平衡，决定把部分常用（必须功能）功能集成，包含如下功能：

• RJ45网口扩展
• M.2硬盘扩展
• 屏幕驱动部分采用了DP转EDP直驱，有效节约了电路复杂程度，如果使用HDMI接口时，可以使用去年星火计划的NCS8803模块.
• 电池管理部分采用LM25116芯片将电池电压降到12V供系统使用，另外屏幕背光专门使用一颗TD1583芯片。
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• USB3.0扩展、USB2.0扩展接口，左侧提供4路2.0接口，右侧提供4路3.0接口。该模块在使用的核心板USB数量不足时使用。
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然后是非必须功能，通过模块的方式扩展：

• GPS模块，采用中科微电子的ATGM332D模块，ATGM332D系列模块采用12.2×16mm的尺寸，‌基于中科微第六代多系统GNSS SoC单芯片AT6668，‌支持北斗二号和北斗三号(B1I和B1C)、‌GALILEO、‌GPS/QZSS/SBAS、‌GLONASS等卫星导航系统。‌
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• NBIot通信模块（避免重复开发，该模块使用以前的项目模块，通过串口接入系统。）
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项目属性

本项目为首次公开，为本人原创项目。项目未曾在别的比赛中获奖。

 

项目进度

3-4月：项目系统架构搭建，明确各模块的具体实现方案和芯片选型，初步确定产片外观。（已完成）

5-6月：电路设计及打样测试。（截至5-15，已完成电路设计，申请打样测试）

7月：根据测试修改完善电路部分。

常在河边走，哪能不湿鞋。

第一版免费的SMT踩雷了，将大部分功能设计到了一块板子上，结构在设计外壳时实在时放不开了（规划时忽略了电池的体积），

而且3.0HUB芯片自己焊的，焊了三个也没搞定，遂放弃了这一版，又重新设计了分立的小板子，可以根据需要选择使用哪些板子。

调试过程：

下图这个是使用NUC6作为核心板（为什么不用最新的NUC12呢？因为经费有限/(ㄒoㄒ)/~~有没有赞助商……）

图中那根miniDP转DP的视频线买不到合适长度的，这个是自己焊的，用了我几个小时，量长度时忘记考虑插头的长度（粗心+1），所以现在看起来还是稍微长一点点。

NUC6正常使用（非满载）只有不到2A的电流，还算是比较省电的。

安装Ubuntu时电流会超过2A。

散热问题：

一是散热器直接接触CNC的铝外壳增加散热效果，图中因为使用的3D打印外壳，所以将散热器贴在了屏幕的金属背板上。

二是计划在外壳上增加一个4cm的风扇向外吸风。

此外，该核心板拥有丰富的USB接口，所以USB扩展版暂时没有安装。

空间问题：

极限就是安装NUC主板作为核心板，看见图中的空间基本已经满了，剩下的地方仅能安装几个USB扩展模块，

但是如果使用树莓派的单板机作为核心板的话，空间还是十分充裕的，可以参考后面图片。

下图是使用香橙派作为核心板的组装示意图，可见空间就十分宽裕了。

8月：根据组装情况定型产品外观，设计外壳并打印。

设计原理

1、电源部分采用4串锂电池供电，主变压将锂电转换到12V后供各模块使用，拓扑结构如下图所示：  

 

其中耗电量比较大的部分，如屏幕背光和M.2硬盘电源，采用12V直接变压到所需电压。

【12V主供电电路】

其他供电，分别独立转换。

【各电压分供电电路-部分】

 

软件说明

1、连接IMU6050模块的可视化调试程序（python）-----IMU6050-serial.py

2、Ubuntu系统下ROS下激光雷达的驱动源码---xv_11_laser_driver-hydro-devel.zip

3、GPS模块的调试软件---U-center  （室内窗口处测试，收星效果不好。）

4、IMU-6050模块（自制）上的板载单片机程序---IMU6050 - C0.1.rar

 

实物展示

正面照。

略显厚重，但是能装下NUC的极限厚度了。

顶部从右到左依次是 总电源开关、核心板开关机、屏幕开关（用作服务器时可以单独关闭屏幕）、充电接口。

内置扬声器，左右各一个。

效果图

效果图

效果图

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设计注意事项

1、使用NUC作为核心板时，必须在出风口增加风扇辅助散热，推荐使用4x4x0.7的风扇。

2、USB接口板外接大功率用电设备时，连接该模块的12V供电，并断开USB口的5V处的0欧姆电阻。

3、为了兼容高性能的NUC主板，该设计厚度控制不理想。

4、GPS模块上串口芯片CH340N的8pin需要连接一个0.1uF的去耦电容。