OpenBookプロジェクトとE-BookFeatherWingアセンブリ

私たちは携帯機器に囲まれています。多くの場合、私たちはそれらをガラスとシリコンから作成されたものとして認識します。これは私たちの生活の中ですでに完全に使用できる状態になっています。そして通常、たとえばKindleのようなものがどのように機能するかを正しく理解する方法の問題でさえありません。そのようなデバイスを自分で作成することは言うまでもありません。 Open Bookプロジェクトの目標は、誰でも簡単に見つけられる一般的なツールを使用して、既存の言語のいずれかでシンプルでアクセス可能な電子書籍リーダーを構築できることです。



E-Book FeatherWing（以下、単に「FeatherWing」）は、プロジェクト内で作成された電子書籍の最も単純なバージョンです。機能的な観点から、これはAdafruit Feather M4 Expressプラットフォームとドッキングする拡張ボードであり、デバイスにマイクロコンピューターとバッテリーを充電するためのシステムを提供します。FeatherWingの表面実装コンポーネントのほとんどすべては、手でボードにはんだ付けするのに十分な大きさです。これにより、FeatherWingは、はんだ付けを使用して電子部品を表面実装する方法を学びたいと考えている人にとって素晴らしいプロジェクトになります。

OpenBookプロジェクトによって作成された電子書籍



このガイドでは、4.2インチの電子ペーパー画面と7つのフロントパネルボタンを備えた独自のFeatherWing電子ペーパーリーダーを作成する方法を説明します。その結果、電子書籍を読むのに最適なデバイスになります。しかし、このプロジェクトで使用されるプラットフォームの機能はこれに限定されません。特に、プラットフォームでは、ヘッドフォン出力を介してオーディオを再生できます。STEMMAポートに接続されたセンサーからの情報を処理することができます。また、Adafruit AirLift FeatherWingデバイスに接続すると、ワイヤレスでインターネットに接続することもできます。

1.仕事の準備

E-Book FeatherWingPCBが必要になります。Tindieで注文できます。ボードの作成に必要なファイルをOSHParkなどのPCBメーカーに送信して、PCBの製造を注文することもできます。



さらに、ボードに配置するコンポーネントを注文する必要があります。それらのほとんどすべてはDigi-Keyで見つけることができます。このフォームを使用して、Kitspace（eBook-Wingプロジェクト）で資料をすばやく注文できます。ディスプレイはメーカーから直接提供されます-GoodDisplay。



ArduinoIDEとAdafruitSAMボードサポートパッケージが必要になります。これらはFeatherM4Expressで使用する必要があります。さらに、次のArduinoライブラリが必要になります。

• Adafruit gfx
• Adafruit BusIO
• アダフルーツMCP23008
• アダフルーツEPD
• Adafruit SPIFlash
• SDFat-Adafruitフォーク
• arduino-menusystem
• 開いた本
• バベル

すべての整理、構成されたソフトウェア、およびハードウェアコンポーネントを入手したら、準備を整える必要があります。つまり、すでにボードにはんだ付けしたコンポーネントにマークを付けることができるコンポーネントのリストを印刷します。ボードの裏側のプリントアウトも手元に置いておくと便利です。ボード自体に印刷されている部品仕様が読めない場合に便利です。はんだ除去剤とフラックスを手元に置いておきます。あなたが何かを再はんだ付けする必要がある場合、それらはあなたに役立ちます。作業を開始する前でも、プロジェクトリポジトリにあるFeatherWingの構築に関する私のビデオを見ると便利 です。

2.パッシブコンポーネントのはんだ付け

ミニチュア電子部品をはんだ付けしたことがなく、自分の能力に自信がない場合は、何も心配しないことをお勧めします。これは、一見したところよりもはるかに簡単です。抵抗とコンデンサから始めましょう。ここでは標準サイズ0805の部品を使用しています。もちろん小さいですが、特別な拡大装置を使用せずに手ではんだ付けできないほど小さくはありません。





図A



ボードにはんだ付けする最初のピースを見つけます。R1とします。まず、2つのパッドの1つにはんだを一滴垂らします（図A）。





図B



次に、ピンセットを使用して、はんだの滴の近くに部品を配置する必要があります。次に、はんだを加熱し、部品を目的の方向、つまり加熱されたはんだがある場所に移動します。その後、パーツは本来あるべき場所にロックされます（図B）。





図C



最後に、パーツの反対側をもう一方のパッドにはんだ付けします（図C）。





図D以上



です！詳細R1がボード上で配置されました（図D）。



パーツリストのすべての抵抗とコンデンサについて同じことを行います。コイルL1も同様にはんだ付けします。





図E



非常に類似した戦略をダイオードD1〜D5で使用できます。ボード上の位置の方向を考慮して、ダイオードを取り付ける必要があることに注意してください。ダイオードのプラスチックハウジングに小さな灰色の線があります。ダイオードは、この線がボードに描かれたダイオードシンボル線と同じ側になるように配置する必要があります（図E）。



ここでは、さらに2種類のダイオードを使用しています。 2つのZenerダイオードをExtraPortsブロックに配置し、3つのSchottkyダイオードをE-PaperDisplayブロックに配置する必要があります。





図F



パッシブコンポーネントの作業を行っているので、ボタンをボードにはんだ付けすることもできます。それらは抵抗器やコンデンサーと同じ方法ではんだ付けされます。1滴のはんだが1つの接点パッドに配置され、ボタン接点の1つがこのパッドにはんだ付けされ、次に2番目の接点が2番目のパッドにはんだ付けされます（図F）。



MOSFET Q1を取り付ける場合も、同じアプローチを使用できます。ただし、この部分には3つの接点があるため、注意して、ボード上の接点パッドにすべてしっかりと固定されていることを確認してください。

3.集積回路のはんだ付け

図G



プロジェクトでは、フラッシュメモリチップ、SRAMチップ、GPIOポートエクスパンダの3つの集積回路を使用しています。それらをボードにはんだ付けするときは、ダイオードの場合と同様に、それらの方向に注意を払う必要があります。各マイクロサーキットのプラスチックケースには小さな点があります。その位置は、ボードに描かれたポイントに対応している必要があります（図G）。





図H



ここでのはんだ付け戦略はダイオードの場合と同じです。つまり、最初にコーナーパッドの1つにはんだを一滴垂らします（図H）。





図I



次に、このはんだを溶かした後、マイクロ回路を目的の場所に配置する必要があります（図I）。



残りのピンをボードにはんだ付けする前に、チップの位置合わせを確認する価値があります。つまり、そのすべての出力は、接触パッド上に正確に配置する必要があります。そうでない場合は、すでにはんだ付けされた接点のはんだを再溶融し、正しく位置合わせされるまでチップを移動する必要があります。次に、反対側のコーナーにあるチップの出力をボードにはんだ付けする必要があります。これにより、チップが正しい位置に固定されます。





図J



作業のこの段階で、チップが正しく配置されていることが明らかな場合は、残りの出力をコンタクトパッドにはんだ付けできます（図J）。





図K





図L





図M





図N



はんだが2つの隣接するピンを接続していることが判明した場合-慌てる必要はありません！これはブリッジングと呼ばれます。この欠陥は簡単に修正できます。ジャンパーが少量のはんだで形成されている場合は、フラックスを使用してリードを加熱することですべてを修正することができます（図K、L、M、N）。フラックスは、はんだが金属リードに付着するのを助けます。





図O





図P



簡単な方法でジャンパーを取り除くことができない場合は、はんだ除去剤を使用できます。はんだはこの媒体で加熱して収集する必要があります（図OおよびP）。

4.microSDカードスロットのはんだ付け

描画Q



この部分をはんだ付けするのは大変な作業のように思えるかもしれませんが、それほど悪くはありません。まず、前回と同じように、取り付けパッドの1つにはんだを一滴垂らし、はんだを溶融状態に保ちながら、microSDカードスロットをボードに正しく配置します（図Q）。





図R



このスロットの上部には大きくて便利な開口部があります。これらを使用して、接点の正しい位置合わせを確認できます（図R）。それらが正しく位置合わせされていない場合は、スロットを固定するために使用されるパッドのはんだを温め、接点がパッドと一致するまでパーツを移動する必要があります。次に、まだはんだ付けされていないものをすべてはんだ付けする必要があります。





図Sここでの



主なトリックは次のとおりです。細いはんだワイヤーを接点に押し付け、スロット上部の穴に通し、はんだ付け鉄の先端を側面から持ち込みます。ここでPCBホルダーが役に立ちます。ボードはテーブルの端に置くだけで、はんだ付けアイロンでの作業に便利です。





図T



拡大鏡を使用して接点の正しいはんだ付けを確認できます（図T）。

5.表面実装技術コンポーネントを使用したコネクタのはんだ付け

ボードに7つのコネクタをはんだ付けする必要があります。これは、ヘッドフォンジャック、3つのSTEMMAポート、2つのフェザーポート、および24ピンディスプレイコネクタです。



最も簡単な方法は、ヘッドフォンジャックをはんだ付けすることです。 2つのプラスチックガイドがあり、ボードには2つの穴があります。コネクタは、本来あるべき場所に取り付ける必要があります。その後、4本のピンをボードにはんだ付けするだけです。



STEMMAポートのはんだ付けは、ICのはんだ付けに似ています。つまり、ピボットポイントにはんだを配置し、ポートをボードに描かれた線に合わせてから、残りのピンをはんだ付けすることができます。 4ピンポートはボードの中央にあり、3ピンポートはボードの両側にある必要があることに注意してください。



フェザーポートについても同じことが言えます。まず、ポートの角の1つを固定し、次にもう1つを固定してから、パーツの正しい位置をチェックし、その後、残りの接点をはんだ付けします。ポートを上から少し押し下げて、最終的にボードにしっかりと固定できるようにすると便利です。





図U



最後に、24ピンコネクタのはんだ付けを開始します。これはおそらく私たちのすべての仕事の中で最も難しいことです。ただし、はんだ除去剤とフラックスが手元にあれば、このコネクタのはんだ付けに簡単に対処できます。まず、いつものように、どちらに関係なく、2つの大きな取り付けパッドの1つにはんだを一滴垂らします。次に、はんだを加熱し、コネクタを位置合わせします（図U）。





図V



次に、拡大鏡を使用して、24ピンすべての正しい位置合わせを確認する必要があります。それらが正しく整列されているかどうかを知ることは非常に簡単です。ボードの青い表面がすべての接点の間に見える場合は、すべてが正常に実行されます。次に、はんだ付けアイロンを伸ばし、これらのピンに沿ってはんだ付けし、はんだ付けする必要があります！フラックスを使用して、はんだが付着するはずの場所に付着させることは問題ありません（図V）。





図W





図X



一部のピンは、ほぼ必然的にはんだストラップで接続されます。しかし、これは完全に正常です。それらを取り除くには、はんだ付けアイロンの先端をきれいにし、問題のある領域に少量のフラックスを置き（図W）、接点からジャンパーを取り外す必要があります（図X）。ジャンパーが十分に大きい場合は、はんだ除去剤がジャンパーの除去に役立ちます。



おそらく、最初の試行ではこのコネクタをはんだ付けしませんが、しばらくして接点間にジャンパーがなく、すべてがボードにしっかりとはんだ付けされていることが判明した場合、これは私たちのビジネスがほぼ完了していることを意味します。

6.ボードのテスト

身を守るために、マルチメーターを使用して3VラインとGNDラインの短絡をチェックします。マルチメータを導通モードに切り替え、フェザーポートの3VピンとGNDピンにプローブを接触させます。ビープ音が聞こえたら、ボード上に3VラインとGNDラインを接続できるはんだジャンパーがないか確認します。音が出ない場合は、FeatherM4ボードに接続する準備ができていることを意味します。





図Y



壊れやすい電子紙ディスプレイを保護パッケージから慎重に取り出します。ディスプレイフレックスケーブルをボードの穴に通して適切なコネクタに接続します（図Y）。



ディスプレイを傷つけないように注意しながら、ボードを裏返します。そのため、デバイスを操作するときにそれを確認できます。フェザーの電源を入れます。



OpenBookのOpen_Book_Screen_Test



例からスケッチをダウンロードし ます。フェザーM4ボードが選択されていることを確認してから、スケッチを実行してください。ディスプレイがオンになり、OpenBookプロジェクトのロゴが表示されます。

7.残りの部品をはんだ付けする

ボードの電源を切り、ディスプレイケーブルを24ピンコネクタから外し、ディスプレイをどこかに移動します。



はんだで閉じる必要のあるジャンパーが1つあります。これにより、フラッシュチップが有効になります。長いフェザーポートの上部近くにあるBCSジャンパーを見つけて、はんだを一滴垂らしてショートさせます。



それでは、ボタンに行きましょう！それらをボードの対応する貫通穴に挿入し、ボードの前面に配置してから、ボードの背面にピンをはんだ付けします。



次に、スイッチを対応する穴に挿入してボードの背面に配置し、ボードの前面にはんだ付けします。





図Z



ここで、最後に、ディスプレイリボンケーブルをボードの穴に通して、24ピンコネクタに接続します。両面テープを使用して、ディスプレイをボードの前面に固定します。おめでとうございます：組み立てが完了しました（図Z）。

8.バベル画像をフラッシュチップに書き込む

フラッシュチップの1つであるE-BookFeatherWingは、言語とフォントの情報を保存するように設計されています。空になりました。Babelをダウンロードすると、既存のすべての言語でテキストを表示する方法に関する情報を含む2MBのBLOBファイルもダウンロードしました。このファイルをmicroSDカードにコピーしてから、フラッシュチップに画像を書き込むスケッチを実行します。





図Aa





図Bb



ファイルを検索します babel.bin



。これは、babelconvert



ダウンロードしたBabelライブラリに含まれているフォルダ にあります（図Aa）。このファイルをmicroSDカードにコピーしてから、カードリーダーから取り外します。次に、カードをFeatherWingに接続します。BurnBabelBurn



Babelのサンプルスケッチを実行し、 Serial Monitorを開き、指示に従ってデータをチップに書き込みます（図Bb）。



システムがデータ記録の正確さを確認した場合、すべての準備ができています！これでbabel.bin



、microSDカードからファイルを削除できます 。これで、データは対応するチップに永続的に保存されます。

9.本を読む

ついにこの点に到達しました！非常にシンプルな電子書籍リーダーを使用しています。これは、MVBook形式に変換されたテキストファイルを読み取るために使用されるMVBookです（デバイスが将来、単純な.txtファイルをサポートすることを願っています）。



MVBookフォルダーbooks.zip



には、公開されている書籍の小さなセットを含むファイルがあります 。このファイルの内容をmicroSDカードにコピーし、カードをFeatherWingに接続します。





図Cc



パスをたどり File > Examples > Open Book



、スケッチを実行し Open_Book_MVBook



ます。書籍のタイトルと著者のリストが画面に表示されます。書籍選択インジケーターが左側に表示されているはずです（図Cc）。上下の矢印ボタンを使用して本を選択し、中央のボタンで確認します。読み取りモード（下の図Dd）で、ボードの左下隅と右下隅にあるボタンを使用してページをめくります。中央のボタンを使用してメインメニューに戻ります。





図Dd

E-BookFeatherWing拡張

E-Book FeatherWingシステムを使用すると、電子書籍を読むことができますが、その機能はこれに限定されません。

• , . SAMD51, Feather M4, JPEG-.
• E-Book FeatherWing FeatherWing. , Wi-Fi- (AirLift), (DS3231), GPS (Adafruit Ultimate GPS).
• STEMMA, , E-Book FeatherWing — , NeoPixel.
• , Adafruit #3898 400 .

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Open Bookプロジェクトは、2つのデバイスを作成しました。そのうちの1つを組み立てることについて話しましたが、これはより簡単です。もっと何かが必要だと思うなら、もっと洗練されたデバイスであるOpen BookFeatherを見てみるべきかもしれません。その機能の中には、メインボード上のSAMD51マイクロコントローラーの配置、ステレオオーディオ出力とマイク入力の存在、追加の互換性のあるボードを接続するための多数の接点があります。



どちらのボードも、学習と実験に最適なAdafruitによるMicroPythonのすばらしい派生物であるCircuitPythonをサポートしています。



電子書籍のコーパスを作成する方法など、プロジェクトに関する追加の詳細は、 こちらにあります。リポジトリ。



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