Commute Deck:為了電車通勤而生的超長橫式自製電腦

七月 7, 2017
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2年前,我開始通勤往來距離自家1個半小時路程的新公司上班;從那時開始,我便深深體會到要在電車裡使用筆電有多麼不便。螢幕開太大的話,機體部分會抵住肚子;將機體放在方便打字的地方的話,螢幕又只能打開得了一半。於是我就明白:要解決這個問題,必須得從電腦本身的設計下手才行。於是,這臺Commute Deck就此誕生。
Commute Deck是為了讓使用者可於電車跟飛機等狹小場所中處理需要用到UNIX 裝置的工作而設計。既可以手持,也可以掛在包包上。機體能承受外力和屈曲,甚至有可以對抗惡劣天氣的的密閉設計。機械式鍵盤的設計,則採用易於打字的寬度及配置。電池也十分耐用,無論是橫跨美國的長途飛機,或是持續一整天的會議,都絕對沒問題。

這次專題的主題是要鎖定真正想解決的問題,並將其解決。雖然聽上去的意思好像有所重覆,但是要去解決那些相對沒那麼重要的問題,意外地得花上不少時間。簡單來說,為了能更便宜、更快地完成專題,我用了不少市售零件,所以就只好犧牲部分的外觀了。

 題外話 :Commute Deck 這個名字是由威廉‧吉布森的《神經漫遊者》中一臺所有90年代的駭客都會懷念的虛構電腦裝置「Cyber Deck」而來。下圖為SEGA Genesis(美:Mega Drive)遊戲《Shadowrun》中登場的角色 Decker,他手中正拿著一臺類似的裝置。

外殼

本體是以雷射切割好的6mm厚合板層疊而成。這樣的話既可以將鍵盤排列在正確的位置,又能在最上方合板與底板上安裝上其他部件(雖然需要在周邊開洞)。

因為是木製的關係,不但牢固,又可以手工製作與修整,同時具備充足的耐久性。更重要的是,它十分便宜!合板只要去一般家居裝修店就能輕易買到。一塊60× 120 平方大小的合板就足夠做出一臺。縱使設計出錯,只要用這個方法即可輕易修正。

鍵盤原理

Commute Deck最突出的一點就是它的鍵盤了。我想會有不少人會認為,那只不過是將市售鍵盤切成兩半而已,不過答案是:NO 。
一般的鍵盤是由做為按鍵的開關組成矩陣,再焊接到堅固的印刷電路板上。雖然的確可以用鋸子將電路板鋸成兩半,但要將所有的電路重新連接起來可不是開玩笑的大工程。不過不管它困難與否,這樣做的話可就沒有滿足感了。既然都要做一個鍵盤出來,還不如做一個可以完全客製化的鍵盤。由於我已經有過好幾次自製鍵盤的經驗,所以這次也決定從零開始打造一個。
我先親自設計了鍵盤的配置(內行人一般稱為「 60% 鍵盤」),再使用可自動生成CAD 檔案的免費網頁工具製作出鍵盤。到現在為止都還是開始階段。接著還要將各個按鍵東移西移,分成兩側,然後再逐一調整好鍵位配置。

這個鍵盤配置有些奇怪之處:Y跟B鍵各有兩個,空白鍵則是分成了兩半(使用了右邊的Shift鍵);沒有方向鍵,滑鼠游標則是由W、A、S及D鍵來控制。

鍵盤組裝

鍵盤通常都是由2~3個部分組成。其中手指按壓的部分稱為鍵軸(key switch)。鍵軸一般會被安裝在經沖壓或雷射切割成型的1.5mm金屬板上。各個鍵軸會被焊接到印刷電路板上形成電路。這個組合會使鍵盤更耐用、手感更好。而Commute Deck 雖然也是使用鍵軸,但並沒有用上金屬板和印刷電路板。雖然這個專題跟一開始相比已經省下了不少費用,但要進行這個尺寸的金屬板加工和商用等級的印刷電路板還是太昂貴了。
既然沒有電路板事情就簡單了。鍵軸原本是設計用來嵌在1.5mm的金屬板上,6mm的合板雖然厚了一些,但只要調整好孔的大小,再用雷射切割準確地開孔的話,還是可以將鍵軸牢牢地嵌入孔中。最後只要用熱熔膠固定就完成了。

即使沒有印刷電路板,鍵盤的電路原理還是一樣的。利用分成行和列的矩陣將按鍵連接起來,再透過單晶片進行掃描,從而判是哪個鍵被按下。由於沒有印刷電路板,配線是以手工進行,也能減少銅線的浪費。雖然要花不少時間,但並不是太困難的工程。如果只打算製作一個鍵盤的話,這個方法反而更有效率。

用來連接鍵位矩陣的是一個運行tmk、名為Teensy 2.0的開源鍵盤韌體。可以完全模擬一般的USB鍵盤和滑鼠。

螢幕

適用於Raspberry Pi的螢幕有許多種類,性能也有所不同。在合理的預算內,我可以買到的最大螢幕是一個7吋720p的顯示螢幕,支援HDMI 輸出,解析度也不算遜色。

最後我選用了一個Adafruit的螢幕。螢幕本體跟控制板是一套的,要連接兩者才能使用HDMI和背光功能。運行電壓為5V。重要的是只支援5V電源,這點要留意。
除了放置螢幕的正面之外,主體的外殼各面都開有溝槽。螢幕並不是直接固定於外殼上,而是蓋上壓克力板並以螺絲固定,以確保不會脫落。就算拆下鍵盤板,壓克力板仍會壓住螢幕。控制板則配置於鍵盤板背面,固定在鍵盤矩陣上方。

內部

電源方面,我找到了一個薄型USB電池。我將電池上用來充電與收納電路的面板拆下,再安裝到Commute Deck的背面。這樣就能直接目視確認電池充電的狀態了。我也將USB接頭拆下,直接將電源線連接至系統。
剩下的零件幾乎未經改造就直接使用了。鍵盤矩陣和螢幕與一般USB裝置相同,只要連接上任何電腦裝置就能輕鬆充電和配對。我選用了比較便於使用的 Raspberry Pi 2 ,內建USB Wi-Fi和藍牙傳輸器。此外,正面側邊設有USB插槽,可用來連接內部系統。

給下個版本的小筆記

我對於這個版本的Commute Deck成品感到十分滿意。不只具備實用性,對追求這樣的產品的人來說,更是一個非常時髦的配件。
 
在下個版本中,我希望可以加入符合人體工學的改良。長時間維持低頭看螢幕的使用姿勢的確會感到疲憊。因此我在構思將這個裝置模組化,並讓分拆出來的螢幕變得可調整位置。此外,我還希望能將螢幕控制器與Raspberry Pi上多餘的零件拆掉,讓整體厚度能再減薄1~2層。

對於想製作Commute Deck,或是想進行部分應用的讀者,我在此公開了必要資訊

(譯:Samuel)

原文

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