كيف تعمل مجموعات أجهزة الكمبيوتر المحمولة Raspberry Pi؟
تعمل مجموعات الكمبيوتر المحمول Raspberry Pi من خلال الجمع بين كمبيوتر لوحي واحد -من Raspberry Pi ومكونات الكمبيوتر المحمول الأساسية-شاشة عرض ولوحة مفاتيح وبطارية وحاوية-متصلة من خلال منافذ GPIO وHDMI وUSB الخاصة بـ Pi. يعمل Pi كمعالج مركزي، بينما تقوم لوحة المحور بإدارة توزيع الطاقة واتصالات المكونات.
تعمل هذه المجموعات على تحويل Raspberry Pi بحجم بطاقة الائتمان -إلى كمبيوتر محمول. تتضمن معظم المجموعات تصميمًا معياريًا حيث تقوم بإدخال لوحة Pi في سكة مخصصة أو نظام تثبيت داخل هيكل الكمبيوتر المحمول. يتعامل محور PCB المتخصص مع التعقيد الفني، حيث يقوم بتحويل الإشارات بين مكونات Pi والكمبيوتر المحمول أثناء إدارة شحن البطارية وتنظيم الجهد الكهربي.
المكونات الأساسية واتصالاتها
تعتمد كل مجموعة كمبيوتر محمول Raspberry Pi على ثلاث مجموعات مكونات أساسية تعمل معًا.
يتكون مركز المعالجة من لوحة Raspberry Pi-عادةً Pi 4 أو Pi 5 أو Compute Module. لا تأتي هذه اللوحة مع معظم المجموعات ويجب شراؤها بشكل منفصل. يتولى Pi جميع مهام الحوسبة، ويعمل بنظام التشغيل Linux-المخزن على بطاقة microSD. وهو يتصل بالمكونات الأخرى من خلال المنافذ-المدمجة ورأس GPIO ذو 40 سنًا.
يتصل نظام العرض عبر موصل HDMI أو موصل Pi's DSI (واجهة العرض التسلسلية). تشتمل المجموعات -المنشأة مسبقًا مثل CrowPi2 على شاشات يتراوح حجمها من 7 إلى 14 بوصة ودقة تتراوح بين 800 × 480 و1920 × 1080 بكسل. توجد لوحة تشغيل العرض بين الشاشة وPi، وتحول الإشارات الرقمية إلى الصورة التي تراها. تستخدم بعض المجموعات كابلات شريطية لاتصالات DSI، وهي حساسة ويمكن أن تنقطع عند التجميع المتكرر. توفر اتصالات HDMI مزيدًا من المتانة ولكنها تتطلب إدارة إضافية للطاقة.
تمثل إدارة الطاقة التحدي التقني الأكبر. يتطلب Pi طاقة ثابتة تبلغ 5 فولت، لكن بطاريات الكمبيوتر المحمول عادةً ما تنتج 3.7 فولت لكل خلية. تعمل المجموعات على حل هذه المشكلة من خلال دائرة تحويل معززة تعمل على زيادة جهد البطارية أثناء تنظيم التيار. على سبيل المثال، يحتوي Pi-Top Hub على أكثر من 150 مكونًا مخصصًا لإدارة الطاقة وقيادة الشاشة والتحكم الطرفي. يتصل هذا المحور بدبابيس GPIO الخاصة بـ Pi ويتعامل مع شحن البطارية وتنظيم الجهد وإيقاف التشغيل الرائع.
عملية التجميع والتصميم المعياري
يتبع التجميع المادي أسلوبًا-مدمجًا سريعًا مستوحى من مكعبات الليغو، على الرغم من أن الواقع أكثر دقة.
تستخدم معظم المجموعات التجارية مثل CrowPi-L نظام تثبيت مغناطيسي أو آلية حاجز. قم بتحريك Raspberry Pi على السكة حتى يستقر في مكانه، مع محاذاة منافذ اللوحة مع القواطع الموجودة في الهيكل. تظل فتحة بطاقة microSD الخاصة بـ Pi قابلة للوصول لتبديل أنظمة التشغيل. ليست هناك حاجة إلى لحام لهذه المجموعات-كل شيء يتصل عبر كابلات شريطية، أو أسلاك توصيل، أو اتصالات USB.
يحتوي الجزء السفلي من القاعدة على حجرة البطارية والسكك الحديدية المعيارية. تتراوح البطاريات في المجموعات التجارية من 5000 مللي أمبير في الساعة إلى 10000 مللي أمبير في الساعة، مما يوفر 6-12 ساعة من وقت التشغيل اعتمادًا على طراز Pi وسطوع الشاشة. تتصل البطارية بلوحة إدارة الطاقة، والتي تقوم بعد ذلك بتغذية 5 فولت منظم إلى Pi من خلال USB-C أو دبابيس GPIO. يتحكم مفتاح الطاقة الموجود على الهيكل في الدائرة.
يتم توصيل مجموعة الشاشة عبر المفصلات بالقاعدة. يتم فتح المفصلات المعدنية بين قوسين على كل من إطار الشاشة وأسفل القاعدة، مما يخلق تصميمًا صدفيًا. يتم تشغيل كبل شريطي واحد أو اتصال HDMI عبر المفصلة لتوصيل الشاشة. يتم تثبيت الجراب العلوي على مجموعة الشاشة، مما يؤمن جميع المكونات مع ترك التهوية لمعالج Pi.
تتصل لوحة المفاتيح ولوحة التتبع عبر USB إما بـ Pi مباشرة أو من خلال محور USB مدمج في لوحة إدارة الطاقة. يتميز CrowPi2 بلوحة مفاتيح قابلة للإزالة تكشف عن لوحة ورشة عمل إلكترونية تحت 22 مستشعرًا ووحدات متصلة بدبابيس GPIO لمشاريع التعلم.
يختلف وقت التجميع بشكل كبير. تصل-المجموعات التي تم إنشاؤها مسبقًا مثل CrowView Note مجمعة في الغالب-ما عليك سوى توصيل Pi بلوحة محول وتثبيتها في العلبة، مما يستغرق حوالي 10 دقائق. تتطلب مجموعات التجميع الكاملة مثل Pi-Top الأصلي ما بين 30 إلى 60 دقيقة من العمل الدقيق باتباع التعليمات التفصيلية. يمكن أن يستغرق إنشاء DIY من الصفر أيامًا أو أسابيع اعتمادًا على طريقة التصنيع الخاصة بك.
أنظمة الطاقة وعمر البطارية
يحدد نظام إدارة الطاقة ما إذا كان الكمبيوتر المحمول Pi الخاص بك يعمل بشكل موثوق أم أنه محبط باستمرار.
اختيار البطارية مهم بشكل كبير. تستخدم معظم المجموعات بطاريات ليثيوم بوليمر (LiPo) لكثافة الطاقة العالية ومنحنى التفريغ المسطح. يمكن لبطارية LiPo بسعة 5000 مللي أمبير في الساعة والتي تزن حوالي 100 جرام تشغيل جهاز Pi 4 بشاشة لمدة 4-6 ساعات في ظل الاستخدام العادي. يقوم بعض المصنعين بإعادة استخدام بنوك الطاقة، والتي تتضمن دوائر شحن مدمجة ومخرجات USB، مما يبسط تصميم إدارة الطاقة.
تقبل دائرة الشحن إدخال 12 فولت من خلال مقبس أسطواني أو منفذ USB -C. تستخدم الأطقم الحديثة أجهزة شحن متوافقة مع USB-C Power Delivery (PD)، على الرغم من أن جميع منافذ USB-C الموجودة على أجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi تدعم PD-يحذر CrowPi-L على وجه التحديد من استخدام الشاحن المرفق مع أجهزة USB-C الأخرى بسبب خرج ثابت بجهد 12 فولت.
يتطلب توزيع الطاقة تنظيمًا دقيقًا للجهد. يحتاج Pi إلى طاقة 5 فولت نظيفة مع الحد الأدنى من التموج. تتسبب الطاقة غير الكافية في ظهور رمز "صاعقة البرق" المخيف، مما يؤدي إلى اختناق الأداء أو التسبب في عمليات إيقاف تشغيل عشوائية. تتضمن مجموعات الجودة دوائر PowerBoost أو ما يعادلها من محولات التيار المستمر -التي تحافظ على خرج ثابت بقدرة 5 فولت حتى مع انخفاض جهد البطارية من 4.2 فولت إلى 3.0 فولت أثناء التفريغ.
تضيف مراقبة البطارية طبقة أخرى من التعقيد. لا يشتمل جهاز Pi على-مقياس بطارية مدمج، لذا تشتمل المجموعات إما على Arduino أو وحدة تحكم دقيقة منفصلة لمراقبة الجهد الكهربي، أو تستخدم قبعات مخصصة مثل PiJuice التي تنقل حالة البطارية من خلال I2C. يعرض CrowPi2 النسبة المئوية للبطارية على الشاشة-من خلال برنامج يقرأ الجهد الكهربي من لوحة إدارة الطاقة.
إدارة الإشارة واتصالات المكونات
خلف الكواليس، تعمل بروتوكولات الاتصال المتعددة على الحفاظ على مزامنة المكونات.
يعمل رأس GPIO ذو 40 سنًا بمثابة ناقل الاتصال الأساسي. تتصل لوحات إدارة الطاقة بالطرفين 2 (5 فولت) و6 (الأرضي) لتوصيل الطاقة، أثناء استخدام بروتوكولات I2C أو SPI على الأطراف الأخرى لتبادل البيانات. يتم تكديس قبعة PiJuice HAT، المستخدمة في العديد من تصميمات DIY، مباشرة على رأس GPIO وتبلغ عن حالة البطارية، والضغط على زر الطاقة، وحالة الشحن من خلال I2C.
يتعامل USB مع معظم الاتصالات الطرفية. تتصل لوحات المفاتيح ولوحات التتبع وأي أجهزة إضافية مثل كاميرات الويب عبر منافذ USB الخاصة بـ Pi أو لوحة وصل USB مدمجة على لوحة إدارة الطاقة. يتعرف Pi على هذه الأجهزة كأجهزة طرفية HID (جهاز واجهة بشرية) قياسية، ولا تتطلب أي برامج تشغيل خاصة على نظام التشغيل Raspberry Pi OS.
تختلف اتصالات العرض حسب نوع المجموعة. توفر اتصالات DSI نطاقًا تردديًا أعلى وأسلاكًا أبسط-يحمل كبل شريطي واحد مكون من 15 سنًا أو 50 سنًا كلاً من إشارة الفيديو وبيانات اللمس للشاشات المتوافقة. ومع ذلك، فإن هذه الشرائط هشة. تتطلب اتصالات HDMI كبلات منفصلة للفيديو وUSB لوظيفة اللمس على شاشات اللمس، بالإضافة إلى أسلاك إضافية لطاقة الإضاءة الخلفية، ولكنها أكثر قوة للتجميع/التفكيك المتكرر.
يستخدم توجيه الصوت عادةً مقبس Pi مقاس 3.5 مم أو مخرج صوت HDMI. تتضمن بعض تصميمات DIY لوحة مضخم صوت منفصلة متصلة بدبابيس Pi's PWM للحصول على جودة صوت أفضل. يقوم مكبر الصوت بعد ذلك بتشغيل مكبرات الصوت الصغيرة المثبتة في الهيكل. يتضمن مشروع الكمبيوتر المحمول Raspberry Pi وArduino الموثق في Instructables لوحة Arduino مخصصة لمراقبة البطارية فقط، ومتصلة عبر USB ومبرمجة لعرض الجهد على شاشة OLED.
تكوين البرمجيات وأنظمة التشغيل
تجميع الأجهزة هو نصف المعادلة فقط.-تكوين البرنامج يجعل كل شيء يعمل بسلاسة.
يعد Raspberry Pi OS (المعروف سابقًا باسم Raspbian) هو الخيار الافتراضي، حيث يتم تحميله مسبقًا-على بطاقات microSD المضمنة في معظم المجموعات. يشتمل توزيع Linux المستند إلى Debian- على برامج تشغيل لأجهزة Pi ويأتي مزودًا ببرامج تعليمية وبيئات برمجة وLibreOffice لزيادة الإنتاجية. تأتي مجموعة Pi-Top مع Pi-topOS، وهو إصدار مخصص يتميز بـ CEEDuniverse-، وهي لعبة تعلم البرمجة والإلكترونيات.
يتطلب تكوين العرض تحرير /boot/config.txt على بطاقة microSD. بالنسبة للشاشات غير القياسية-، يمكنك تمكين برامج تشغيل محددة وفرض إخراج HDMI حتى في حالة عدم اكتشاف أي شاشة. يضمن الخط الحرج hdmi_force_hotplug=1 أن يقوم Pi بإخراج الفيديو إلى الشاشة المدمجة. بالنسبة لشاشات DSI، يمكنك تحميل تراكبات محددة تتوافق مع شريحة التحكم في شاشتك.
يختلف التحكم في سطوع الشاشة حسب المجموعة. تدعم بعض شاشات العرض تعديل سطوع البرنامج من خلال ملفات /sys/class/backlight/، بينما تتطلب شاشات أخرى التحكم في PWM للأجهزة من خلال دبابيس GPIO. تتم معايرة شاشة اللمس من خلال أوامر xinput أو أدوات المعايرة المضمنة في نظام التشغيل.
يقوم برنامج إدارة البطارية بمراقبة مستوى الشحن وتشغيل عمليات إيقاف التشغيل بشكل سلس قبل تفريغها بالكامل. يوفر برنامج PiJuice، المتوفر كبرنامج خفي، واجهة مستخدم رسومية توضح نسبة البطارية والجهد وتيار الشحن. يمكنه تنفيذ نصوص برمجية مخصصة عند مستويات محددة للبطارية-مثل تعتيم الشاشة بنسبة 20% أو بدء إيقاف التشغيل عند نسبة 5%.
الميزات التعليمية ومنصات التعلم
العديد من مجموعات أجهزة الكمبيوتر المحمول Pi تضع نفسها كأدوات تعليمية، وليس فقط أجهزة كمبيوتر محمولة.
يتضمن CrowPi2 76 درسًا منظمًا يغطي برمجة Python، والبرمجة المرئية Scratch، وإصدار Minecraft Pi، وأساسيات الذكاء الاصطناعي/التعلم الآلي. تعرض لوحة المفاتيح القابلة للإزالة 22 وحدة إلكترونية: مصفوفات LED، وأجهزة استشعار للحركة، وقارئات RFID، ومفاتيح الترحيل. يكتب الطلاب التعليمات البرمجية التي تتفاعل مع الأجهزة المادية من خلال دبابيس GPIO، مما يسد الفجوة بين البرامج والإلكترونيات.
يحدد التعلم القائم على المشروعات-هذه المجموعات. بدلاً من تمارين البرمجة المجردة، يقوم الطلاب ببناء أجهزة وظيفية. يجمع نظام مراقبة درجة الحرارة بين وحدة الاستشعار DHT11 مع برنامج Python النصي الذي يسجل البيانات ويشغل المروحة فوق الحد. يقوم نظام قفل الباب RFID بتعليم مفاهيم المصادقة أثناء التحكم في محرك سيرفو. هذه المشاريع اللمسية تجعل مفاهيم البرمجة ملموسة.
تميز واجهة GPIO المعيارية أجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi عن أجهزة الكمبيوتر التقليدية. يقوم الكمبيوتر المحمول القياسي بإغلاق كل شيء داخل علبة خاصة. تعرض مجموعات الكمبيوتر المحمول Pi دبابيس GPIO خارجيًا، مما يشجع على توسيع الأجهزة. يمكنك توصيل أجهزة الاستشعار الخارجية أو وحدات التحكم في المحركات أو حتى لوحات Arduino للمشاريع الهجينة. يستخدم Pi-Top نظام سكة PCB حيث يمكنك الانزلاق في اللوحات المخصصة التي تصل إلى دبابيس GPIO وقضبان الطاقة.
تحتوي بعض المجموعات على مكونات إضافية للتعلم الموسع. تشتمل مجموعة CrowPi2 Deluxe على وحدات Crowtail-وسلسلة من أجهزة الاستشعار والمشغلات -والتشغيل-المشابهة لوحدات Grove. تستخدم هذه الموصلات القياسية ذات 4 سنون، مما يمنع أسلاك لوحة التجارب للطلاب الأصغر سنًا أثناء تدريس مفاهيم التفاعل بين أجهزة الاستشعار.
البناء الذي يمكنك تنفيذه بنفسك مقابل المجموعات-المُصممة مسبقًا
يتضمن الاختيار بين البناء من الصفر أو شراء مجموعة كاملة مقايضات في التكلفة والتخصيص والتعقيد.
تركز مزايا المجموعة-المسبقة على الراحة والموثوقية. تبلغ تكلفة CrowPi-L 280 دولارًا-340 دولارًا أمريكيًا، بما في ذلك لوحة Pi 4، مما يوفر حلاً تم اختباره ومضمونًا ويتم تجميعه في 15 دقيقة. يتم الحصول على جميع المكونات من أجل التوافق. يتعامل نظام إدارة الطاقة مع حالات الحافة مثل الحماية من الشحن الزائد والإغلاق الحراري. تتم كتابة التعليمات بشكل احترافي باستخدام مخططات عالية الجودة. تساعد منتديات الدعم وخدمة العملاء في استكشاف المشكلات وإصلاحها.
توفر تصميمات DIY تخصيصًا جذريًا وتوفيرًا في التكاليف، ولكنها تتطلب مهارة فنية كبيرة. التصميم الأساسي باستخدام شاشة HDMI مقاس 7-بوصة (50 دولارًا) ولوحة مفاتيح لاسلكية (15 دولارًا) وبنك طاقة (20 دولارًا) وحافظة مطبوعة ثلاثية الأبعاد (10 دولارات) يبلغ إجماليها أقل من 100 دولار قبل Pi. يمكنك اختيار حجم الشاشة الدقيق ونمط لوحة المفاتيح وسعة البطارية بما يتناسب مع احتياجاتك. تجربة التعلم أعمق - أنت تفهم كل اتصال لأنك قمت به.
ومع ذلك، تواجه مشاريع DIY تحديات خفية. العثور على المكونات المتوافقة يستهلك ساعات من البحث. تتطلب لوحات LCD للكمبيوتر المحمول لوحات تحكم محددة تختلف حسب طراز اللوحة-يؤدي برنامج التشغيل الخاطئ إلى جعل الشاشة غير قابلة للاستخدام. تتطلب إدارة البطارية معرفة بالهندسة الكهربائية لتجنب مخاطر الحريق الناتجة عن الشحن غير المناسب باستخدام LiPo. ويواجه التصميم الميكانيكي صعوباته الخاصة: يجب أن تكون المفصلات قوية بما يكفي للفتح المتكرر مع السماح بتوجيه الكابل، ويؤثر توزيع الوزن على الاستقرار عندما تكون الشاشة مفتوحة.
تضيف الطباعة ثلاثية الأبعاد متغيرًا آخر. تبدو تصميمات العلبة المتوفرة على Thingiverse جذابة ولكن قد تواجه مشكلات في التخليص مع مكوناتك المحددة. تتراوح أوقات الطباعة من 8-12 ساعة لحالة كاملة. المطبوعات الفاشلة تهدر الخيوط والوقت. ما بعد-المعالجة-صقل الحواف الخشنة، الحرارة-إعداد الإدخالات الملولبة - تتطلب أدوات إضافية.
غالبًا ما يتم الحصول على مصادر المكونات للإنشاءات اليدوية من خلال AliExpress أو eBay لتقليل التكاليف، مما يؤدي إلى أوقات شحن طويلة ومفاجآت توافق عرضية. تبلغ تكلفة مكونات Raspberry Pi Recovery Kit من back7.co المشهورة على r/cyberdeck أقل من 100 دولار عند الحصول عليها من الصين، ولكن التسليم خلال 3-6 أسابيع يجعل التكرار بطيئًا.
تحديات التكوين المشتركة
تظهر العديد من المشكلات الفنية بشكل متكرر عبر إصدارات الكمبيوتر المحمول Pi، ولكل منها حلول محددة.
لا يتم عرض شاشة HDMI على الرغم من الاتصالات الصحيحة التي عادةً ما تعود إلى مشكلات الطاقة أو إعدادات config.txt غير الصحيحة. قد يتم تشغيل Pi (يُشار إليه بوميض LED الأخضر) ولكنه لا يرسل أي إشارة فيديو. تتضمن الحلول فرض إخراج HDMI باستخدام hdmi_force_hotplug=1، وتعيين قيم hdmi_group وhdmi_mode المحددة للدقة الأصلية لشاشتك، والتأكد من توصيل لوحة المحور بشكل صحيح لـ EDID (بيانات تعريف العرض الموسعة) إلى Pi.
تظهر الطاقة غير الكافية على شكل عمليات إيقاف تشغيل عشوائية، أو رمز صاعقة، أو فشل Pi في التمهيد. يتطلب Pi 4 3A عند 5V تحت الحمل، بينما يحتاج Pi 5 إلى 5A. لا تستطيع العديد من بنوك الطاقة العامة توفير ذلك عبر USB، خاصة عند تشغيل شاشة العرض أيضًا. استخدم لوحة إدارة طاقة مخصصة ذات تصنيف تيار مناسب، أو بنك طاقة مُصنف خصيصًا لشحن الكمبيوتر المحمول. قم بقياس الجهد الفعلي عند منافذ GPIO الخاصة بـ Pi-يجب أن يظل أعلى من 4.8 فولت تحت الحمل.
يتطلب الإبلاغ عن النسبة المئوية للبطارية أجهزة تتجاوز قدرات Pi. لا يحتوي Pi على ADC (محول تناظري-إلى-رقمي) على دبابيس GPIO الخاصة به لقراءة جهد البطارية مباشرة. تتضمن الحلول استخدام Arduino أو Pico لقياس الجهد من خلال مقسم الجهد ونقل تلك البيانات عبر USB، أو استخدام HAT مثل حزم PiJuice أو UPS المصممة لـ Pi والتي تتضمن دوائر متكاملة لمراقبة البطارية.
تحدث حالات فشل كبل الشريط بشكل متكرر مع اتصالات DSI. تتآكل الكابلات المسطحة الرفيعة بسبب التوصيل/الفصل المتكرر أو الانحناء المفرط. عند التعامل، لا تسحب الكابل نفسه أبدًا-اضغط على الألسنة البلاستيكية لتحرير الموصلات. قم بتوجيه الكابلات باستخدام حلقات خدمة سخية لتجنب الضغط عند نقاط الاتصال. فكر في توصيلات HDMI للبنيات التي تتطلب تفكيكًا متكررًا.
عادةً ما تتضمن مشكلات التعرف على لوحة التتبع توقيت تهيئة USB. لا تتم تهيئة بعض لوحات التتبع بالسرعة الكافية أثناء التمهيد. أضف usb_max_current_enable=1 إلى ملف config.txt لتعزيز طاقة USB، أو قم بتوصيل لوحة التتبع من خلال موزع USB مزود بالطاقة. تتضمن الحلول البديلة إضافة قاعدة udev لإعادة ضبط أجهزة USB بعد التمهيد.
توقعات الأداء
إن فهم ما يمكن لجهاز الكمبيوتر المحمول Pi أن يفعله وما لا يمكنه فعله يمنع خيبة الأمل ويوجه حالات الاستخدام.
يتعامل جهاز Raspberry Pi 4 مع ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بسعة 4 جيجابايت مع مهام الحوسبة الأساسية بكفاءة. يعمل تصفح الويب في Chromium مع معظم المواقع، على الرغم من أن تطبيقات JavaScript الثقيلة قد تتأخر. تبدو الكتابة في LibreOffice Writer سريعة الاستجابة، وتعمل جداول البيانات التي تحتوي على بضع مئات من الصفوف بشكل مناسب. يتم تشغيل مقاطع فيديو YouTube بسلاسة بدقة 1080 بكسل مع تمكين تسريع الأجهزة، على الرغم من تعثر تشغيل 4K.
بيئات البرمجة والتطوير تعمل بشكل جيد. يتم تنفيذ نصوص بايثون بسرعة للمشاريع التعليمية أو مشاريع الهواة النموذجية. يتم تحميل VSCode في غضون ثوانٍ على Pi 4. ويستغرق تجميع برامج C الصغيرة ثوانٍ، بينما قد تتطلب المشاريع الأكبر دقائق. يتفوق Pi في المشاريع القائمة على GPIO--ويحدث قراءة أجهزة الاستشعار والتحكم في المحركات في الوقت الفعلي-بدون مشكلة.
يجب أن تكون توقعات الألعاب واقعية. تعمل الألعاب القديمة من خلال RetroPie بشكل ممتاز للأنظمة حتى PlayStation 1. يعمل إصدار Minecraft Pi بسلاسة. الألعاب ثلاثية الأبعاد الحديثة ليست قابلة للحياة. قد تعمل الألعاب المستندة إلى المتصفح- والعناوين المستقلة البسيطة المنقولة إلى ARM.
يقدم Pi 5 تحسينات ذات معنى في الأداء. تعمل وحدة المعالجة المركزية Cortex-Quad-A76 CPU بتردد 2.4 جيجا هرتز على مضاعفة النتائج المعيارية مقارنةً بـ Pi 4. ويصبح تحرير الفيديو باستخدام أدوات بسيطة أمرًا ممكنًا. لا تتسبب علامات تبويب المتصفح المتعددة في تباطؤ النظام. ينخفض وقت التمهيد إلى أقل من 20 ثانية باستخدام بطاقات microSD السريعة أو وحدة تخزين NVMe عبر واجهة PCIe 2.0.
تؤثر سرعة التخزين بشكل كبير على تجربة المستخدم. تعمل بطاقة microSD السريعة (UHS-3 أو أفضل) على جعل النظام يشعر بالاستجابة. تعمل محركات أقراص NVMe SSD، المتوفرة في Pi 5 إلى M.2 HATs، على تحويل تحميل تطبيقات التجربة على الفور تقريبًا، وتكتمل عمليات الملفات الكبيرة بسرعة. يكون فرق السرعة أكثر وضوحًا من ترقيات وحدة المعالجة المركزية.
متوسط عمر البطارية في ظل الاستخدام الواقعي هو 4-8 ساعات اعتمادًا على طراز Pi وسعة البطارية وسطوع الشاشة. يستهلك جهاز Pi 4 المزود بشاشة مقاس 11.6 بوصة وسطوع 50% ما يقرب من 10-15 واط، مما يعني أن بطارية بسعة 5000 مللي أمبير عند 7.4 فولت (37 واط في الساعة) توفر حوالي 3-4 ساعات. يمكن لجهاز Pi Zero 2 W ذو الشاشة الصغيرة أن يحقق 8-10 ساعات من نفس البطارية. يقلل استهلاك الطاقة العالي لجهاز Pi 5 من وقت التشغيل بنسبة 30-40% مقارنةً بـ Pi 4 مع البطاريات المكافئة.
المقارنة: أجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi مقابل أجهزة الكمبيوتر المحمولة التقليدية
تحتل أجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi مكانة متميزة لا تتنافس بشكل مباشر مع أجهزة الكمبيوتر المحمولة التقليدية ولا تحل محلها.
تفضل حسابات التكلفة أجهزة الكمبيوتر المحمولة التقليدية ذات الميزانية المحدودة للحصول على قيمة حوسبة خالصة. يوفر جهاز Chromebook بقيمة 200 دولار أو كمبيوتر محمول مجدد يعمل بنظام التشغيل Windows أداءً فائقًا وعمر بطارية أطول وجودة تصميم احترافية. يمكنك تثبيت توزيعات Linux خفيفة الوزن على أجهزة الكمبيوتر المحمولة القديمة للحصول على تجربة تشبه Pi-مع أجهزة أفضل. تعتمد الحالة الاقتصادية لأجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi على القيمة التعليمية أو حالات الاستخدام المحددة التي تتطلب الوصول إلى GPIO.
القيمة التعليمية هي المكان الذي تبرر فيه أجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi وجودها. إن تعلم الإلكترونيات والبرمجة معًا من خلال مشروعات GPIO يوفر-تدريبًا عمليًا على فهم المستحيل مع أجهزة الكمبيوتر المحمولة المغلقة. إن تبديل أنظمة التشغيل عن طريق تغيير بطاقات microSD يعلمك حول أدوات تحميل التشغيل وأنظمة الملفات. يؤدي استكشاف أخطاء اتصالات الأجهزة وإصلاحها إلى بناء مهارات-حل المشكلات. يكشف التصميم المعياري الشفاف عن كيفية عمل أجهزة الكمبيوتر بدلاً من إخفاء التعقيد خلف غلاف مصقول.
تتجاوز إمكانات التخصيص أجهزة الكمبيوتر المحمولة التقليدية من حيث الحجم. هل تريد إضافة SSD خارجي عبر USB؟ جهاز استقبال حقوق السحب الخاصة لمشاريع الراديو؟ مستشعر LIDAR للروبوتات؟ يستوعب الكمبيوتر المحمول Pi هذه الإضافات بسهولة. تقتصر أجهزة الكمبيوتر المحمولة التقليدية على التوسع في أجهزة USB وربما فتحة M.2 داخلية. تعرض أجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi واجهات GPIO وSPI وI2C والتسلسلية للتحكم المباشر في الأجهزة.
تختلف إمكانية النقل عن أجهزة الكمبيوتر المحمولة التقليدية بطرق خفية. تزن أجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi أقل-عادةً من 1 إلى 1.5 كجم مقابل 1.5 إلى 2.5 كجم لأجهزة الكمبيوتر المحمولة التقليدية ذات الميزانية المحدودة. ولكنها أيضًا أكثر هشاشة، حيث تحتوي على مكونات مكشوفة وهيكل أقل قوة. يتخلف عمر البطارية بشكل عام عن أجهزة الكمبيوتر المحمولة الحديثة المزودة بوحدات معالجة مركزية ARM أو Intel فعالة مُحسّنة للاستخدام المحمول.
تشتمل حالة الاستخدام الرائعة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi على تعلم البرمجة والإلكترونيات، وتطوير مشاريع إنترنت الأشياء التي تتطلب إمكانية النقل، والحوسبة خفيفة الوزن للسفر عندما لا يكون الأداء حرجًا، وبيئات التدريس حيث يقوم الطلاب ببناء أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم وتخصيصها. بالنسبة للحوسبة الأساسية أو العمل الاحترافي أو الألعاب، تظل أجهزة الكمبيوتر المحمولة التقليدية هي الاختيارات الأفضل.
خيارات المجموعة والاعتبارات
يقدم السوق الحالي العديد من الأساليب المتميزة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi، تم تحسين كل منها لأولويات مختلفة.
يستهدف CrowPi2 (340 دولارًا-440 دولارًا حسب التكوين) التعليم من خلال ورشة الإلكترونيات المتكاملة الخاصة به. توفر شاشة IPS مقاس 11.6-بوصة بدقة 1920 × 1080 صورًا واضحة. يتم رفع لوحة المفاتيح لتكشف عن وحدات التعلم الموجودة أسفلها، دون الحاجة إلى استخدام اللوح. يتضمن 76 درسًا ويعمل مع Pi 4 أو Pi 5. ويبلغ وزن المقايضة 7.3 رطل وحجم كبير مما يقلل من قابلية النقل الحقيقية. وهذا يناسب محطات التعلم في الفصول الدراسية أو المنزل بشكل أفضل من الحوسبة المحمولة.
يأخذ CrowView Note (169 دولارًا) أسلوبًا مختلفًا: فهو ليس كمبيوتر محمولًا ولكنه شاشة محمولة على شكل كمبيوتر محمول. تتصل الشاشة مقاس 14.1-بوصة بدقة 1080 بكسل ولوحة المفاتيح ولوحة اللمس بالأجهزة الخارجية عبر HDMI وUSB-C. يتم توصيل Pi 5 أو Pi 4 عبر لوحة محول (5 دولارات إضافية) يتم تثبيتها في الجانب، مما يتيح إمكانية الوصول إلى دبابيس GPIO. يوفر هذا التصميم مرونة في استخدامه مع جهاز Pi الخاص بك للتعلم، أو توصيل هاتفك بوضع سطح المكتب، أو توصيل وحدة تحكم الألعاب. تعمل بطارية 5000 مللي أمبير في الساعة على تشغيل الشاشة و Pi لمدة 4-6 ساعات. جودة البناء مناسبة ولكنها ليست ممتازة، مع هيكل بلاستيكي في جميع الأنحاء.
يوفر LapPi 2.0 (119 دولارًا-155 دولارًا) أسلوبًا بسيطًا مع بنية أكريليك شفافة تعرض جميع المكونات. تجعل الشاشة التي تعمل باللمس مقاس 7 بوصات هذا الكمبيوتر المحمول أكثر من الكمبيوتر المحمول. متوافق مع جميع موديلات Pi من Zero إلى 5، ويتضمن كاميرا ومكبرات صوت ولوحة مفاتيح. خمسة خيارات للألوان تتيح لك اختيار الجماليات. الحجم الصغير (أصغر من معظم الأجهزة اللوحية) يجعله محمولاً في الجيب، على الرغم من أن الشاشة الصغيرة تحد من إنتاجية العمل.
بالنسبة للسياق التاريخي، كان جهاز Pi-Top الأصلي (تم إيقاف إنتاجه ولكنه متاح للاستخدام في بعض الأحيان) رائدًا في مفهوم مجموعة الكمبيوتر المحمول Pi مع شاشة عرض كاملة-بحجم 13.3-بوصة ونظام سكك معياري. توفر اللوحة العلوية المنزلقة سهولة الوصول إلى المكونات. عمر البطارية تجاوز 10 ساعات. ومع ذلك، أصبح العثور على قطع الغيار أمرًا صعبًا الآن، وهو يدعم فقط نماذج Pi الأقدم.
يجب على منشئي الأعمال اليدوية أن يأخذوا في الاعتبار النظام البيئي للمكونات. توفر Adafruit وPi Supply وSB Components أجزاء فردية وأدلة مشروع تفصيلية للإصدارات المخصصة. . 3تستضيف مجتمعات الطباعة ثلاثية الأبعاد على Thingiverse وPrintables المئات من تصميمات الكمبيوتر المحمول Pi بدرجات متفاوتة من التعقيد. لقد ألهمت جمالية Cyberdeck المشهورة في مجتمع Reddit's r/cyberdeck العشرات من أجهزة الكمبيوتر المحمول Pi الفريدة التي تم تصميمها بتصميمات كمبيوتر عسكرية أو Steampunk أو قديمة.
التعديلات والتحسينات المتقدمة
بالإضافة إلى التجميع الأساسي، هناك العديد من التعديلات التي تعمل على تحسين قدرات الكمبيوتر المحمول Pi.
تعمل إضافة NVMe SSD على تحسين استجابة النظام بشكل كبير على إصدارات Pi 5. يتصل M.2 HAT+ بواجهة PCIe 2.0، مما يسمح بمحركات أقراص SSD بسعة 512 جيجابايت أو أكبر. تنخفض أوقات التمهيد إلى 10 ثوانٍ، ويتم تشغيل التطبيقات على الفور، وتكتمل عمليات الملفات الكبيرة بسرعة. تعتبر الزيادة في استهلاك الطاقة في حدها الأدنى-حوالي 1-2 واط، مما يجعل ذلك جديرًا بالاهتمام على الرغم من تأثير البطارية الصغير.
تعمل تعديلات الهوائي الخارجي على تحسين نطاق -WiFi واستقراره، وهو أمر مهم بشكل خاص للحوسبة المحمولة. يتضمن Pi 4 و5 فتحات تركيب للهوائيات الخارجية. تعمل كابلات U.FL إلى SMA على توصيل موصلات هوائي Pi بلوحة -مقابس SMA المثبتة على الهيكل، حيث تقوم بتوصيل هوائيات كسب أعلى-. وهذا مهم بشكل خاص في الحالات المعدنية التي تحمي الهوائي الداخلي.
تعمل حلول التبريد على منع الاختناق الحراري أثناء الأحمال المستمرة. تعمل المبددات الحرارية السلبية للاستخدام الخفيف، لكن التبريد النشط يحافظ على الأداء الكامل. يتم تركيب مراوح صغيرة بجهد 5 فولت مباشرة على منافذ GPIO للحصول على الطاقة، ويتم التحكم فيها بواسطة نصوص Python التي تضبط سرعة المروحة بناءً على درجة حرارة وحدة المعالجة المركزية. يدمج Active Cooler الرسمي لجهاز Pi 5 مستشعر درجة الحرارة والتحكم في المروحة في تصميم العلبة.
تسمح ترقيات العرض بالتبديل إلى شاشات ذات دقة أعلى أو شاشات أكبر إذا كنت ترغب في تعديل الهيكل. تعمل أي شاشة HDMI بمتطلبات الجهد الكهربي المتوافقة، على الرغم من أنك قد تحتاج إلى طباعة حواف أو مفصلات جديدة ثلاثية الأبعاد. تتطلب وظيفة اللمس وحدة تحكم USB تعمل باللمس أو شاشة عرض مزودة بـ USB مدمج باللمس-.
تضيف لوحات توسيع GPIO وظائف. تعمل القبعات الخاصة براديو LoRa أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو الاتصال الخلوي على تحويل الكمبيوتر المحمول Pi إلى جهاز حوسبة ميداني. تستقبل قبعة Raspberry Pi TV HAT البث التلفزيوني الرقمي. تعمل قبعات الاستشعار المزودة بأجهزة استشعار بيئية وجيروسكوبات ومصفوفات LED على تمكين المشاريع التفاعلية بدون مكونات خارجية.
-التطبيقات العالمية وحالات الاستخدام
تخدم مجموعات الكمبيوتر المحمول Pi مجالات محددة حيث توفر خصائصها الفريدة قيمة تتجاوز البدائل التقليدية.
تستفيد البيئات التعليمية بشكل مباشر. تستخدم المدارس ومعسكرات البرمجة CrowPi2 ومجموعات مماثلة لتعليم البرمجة مع ردود فعل مادية فورية. يكتب الطلاب كود Python الذي يضيء مصابيح LED، أو يقرأ أجهزة استشعار درجة الحرارة، أو يتحكم في المحركات المؤازرة-، وكل ذلك مرئي على لوحة مساحة العمل المدمجة في الكمبيوتر المحمول. تتيح القدرة على تبديل بطاقات microSD للعديد من الطلاب استخدام نفس الأجهزة في مشاريع مخصصة. أبلغ أحد المعلمين عن زيادة بنسبة 30% في التفاعل عندما تمكن الطلاب من رؤية الكود الخاص بهم فعليًا وهو يؤثر على الأجهزة مقارنة بتمارين البرامج البحتة.
يعمل العمل الميداني في المواقع النائية على زيادة استهلاك الطاقة المنخفض للكمبيوتر المحمول Pi ونمطيته. يستخدم الباحثون البيئيون أجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi المخصصة المزودة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والقبعات الخلوية لتسجيل بيانات المستشعر أثناء المشي لمسافات طويلة. يتحمل عمر البطارية الطويل وحافظات DIY القوية الظروف التي من شأنها أن تلحق الضرر بأجهزة الكمبيوتر المحمولة باهظة الثمن. تؤدي إضافة الاتصال الخلوي من خلال LTE HATs إلى تمكين تحميل البيانات من المواقع دون شبكة Wi-Fi. تتصل دبابيس GPIO مباشرة بالأدوات العلمية بدون محولات USB.
يستخدم متخصصو الأمن السيبراني أجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi كمنصات محمولة لاختبار الاختراق. بيئة Linux خفيفة الوزن، وGPIO لأدوات اختراق الأجهزة، وعامل الشكل غير الواضح يجعلها مفيدة لتقييمات الأمان. تعمل أدوات مثل Kali Linux بفعالية على طرازات Pi 4 وPi 5. توفر القدرة على تبديل بطاقات microSD بسرعة بتكوينات مختلفة للأدوات المرونة أثناء التفاعلات.
يقدر الهواة الذين يصممون نماذج أولية لإنترنت الأشياء إمكانية النقل للاختبار على-الموقع. بدلاً من نقل إعداد Pi لسطح المكتب مع شاشة ولوحة مفاتيح منفصلتين، يتيح لك الكمبيوتر المحمول Pi تكوين أجهزة الاستشعار أو أنظمة التشغيل الآلي مباشرة حيث سيتم تثبيتها. يظل وصول GPIO متاحًا للاتصال بدوائر الاختبار مع وجود بيئة تطوير كاملة متكاملة.
تناسب سيناريوهات الحوسبة خارج الشبكة-أجهزة الكمبيوتر المحمولة التي تعمل بنظام Pi بشكل جيد نظرًا لمتطلبات الحد الأدنى من الطاقة. وبدمجها مع الألواح الشمسية وبنوك الطاقة، فإنها توفر القدرة الحاسوبية في الكبائن أو القوارب أو المركبات. قام أحد المصنعين بتوثيق استخدام كمبيوتر محمول Pi 4 مدعوم بالكامل بلوحة شمسية بقدرة 50 وات للكتابة والحوسبة الأساسية أثناء السفر في شاحنة. يتم شحن النظام بالكامل خلال 3-4 ساعات من ضوء الشمس ويوفر 6-8 ساعات من الاستخدام المسائي.
يصمم بعض المستخدمين أجهزة كمبيوتر محمولة تعمل بنظام Pi خصيصًا -للكتابة المجانية التي تشتت الانتباه. يمنع الأداء المحدود تصفح الويب والوسائط الاجتماعية دون تفكير، بينما يوفر LibreOffice إمكانية معالجة النصوص بالكامل. لقد احتضنت عبادة "البساطة الرقمية" أجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi باعتبارها أجهزة ضعيفة القوة عن عمد وتشجع العمل المركّز. أكمل أحد المؤلفين رواية باستخدام كمبيوتر محمول Pi Zero 2 W بشاشة مقاس 7 بوصات فقط، مدعيًا أن القيود عززت الإبداع.
يقوم عشاق الألعاب القديمة بإنشاء أجهزة ألعاب محمولة مخصصة تشبه أجهزة الكمبيوتر المحمولة بشكل سطحي ولكنها تعمل بنظام RetroPie. غالبًا ما تشتمل هذه الإصدارات على أزرار وحدة التحكم في الألعاب المثبتة على الهيكل جنبًا إلى جنب مع تخطيطات لوحة المفاتيح التقليدية أو بدلاً منها. يوفر عامل الشكل شاشة أكبر من الأجهزة المحمولة بينما يظل محمولاً. عمر البطارية من 6 إلى 10 ساعات يدعم جلسات اللعب الممتدة.
تمثل حوسبة الموازنة في المناطق النامية حالة استخدام أخرى، على الرغم من أن هذا يتطلب تحليلًا دقيقًا للتكاليف. وفي الأسواق حيث يشتري 200 دولار أجر عام، يمكن لجهاز كمبيوتر محمول DIY Pi بقيمة 100 دولار باستخدام الشاشات ولوحات المفاتيح المتوفرة محليًا أن يوفر إمكانية الوصول إلى الحوسبة. قامت المنظمات التي تركز على محو الأمية الرقمية بتجربة برامج باستخدام أجهزة الكمبيوتر المحمولة Pi المبنية من أجزاء المجموعة، لتعليم مهارات الحوسبة وتجميع الأجهزة في وقت واحد.
عندما تقرر استخدام مجموعة أدوات أو نهج DIY، ضع في اعتبارك حالة الاستخدام الفعلي ومستوى الراحة التقنية وقيود الميزانية. توفر عملية التجميع الفعلي نفسها قيمة تعليمية كبيرة، حتى لو كان الجهاز الناتج بمثابة جهاز كمبيوتر ثانوي بدلاً من جهازك الأساسي. يستمر النظام البيئي في التطور-تدعم المجموعات الأحدث الأداء المحسن لـ Pi 5، بينما يقوم المجتمع بإنشاء تصميمات وتعديلات جديدة شهريًا. سواء كنت تقوم بتدريس الطلاب، أو إنشاء نماذج أولية لأجهزة إنترنت الأشياء، أو مجرد استكشاف كيفية عمل أجهزة الكمبيوتر على المستوى الأساسي، فإن مجموعات الكمبيوتر المحمول Pi توفر نظامًا أساسيًا فريدًا يسد الفجوة بين الحوسبة التقليدية والاستخدام العملي للإلكترونيات-.
بالنسبة لأولئك الذين يتابعون تصميمات DIY، انضم إلى مجتمعات مثل r/cyberdeck ومنتديات Raspberry Pi وخوادم Discord المتنوعة حيث يشارك المنشئون التصميمات واستكشاف المشكلات وإصلاحها وعرض المشاريع المكتملة. تعمل المعرفة الجماعية على تسريع عملية البناء وتمنع الأخطاء الشائعة. ابدأ بتصميم مجموعة أدوات بسيطة قبل تجربة التصميمات المخصصة بالكامل-الخبرة المكتسبة من خلال فهم كيفية قيام المجموعات التجارية بحل المشكلات ستساعدك على اتخاذ قرارات التصميم المخصصة الخاصة بك.