スクラッチから独自の携帯電話を作ります。

DIYの携帯電話は、自分で作ることができる(基本的ではあるが)機能する携帯電話です。 電話の発信とテキストメッセージの送受信、名前と電話番号の保存、時刻の表示、目覚まし時計としての機能があります。 通常の(フルサイズの)SIMカードを使用して、GSMネットワーク(米国のAT&TやT-Mobileなど)に接続します。 Arduino GSM Shieldのハードウェアとソフトウェア上に構築されていますが、ディスプレイ、ボタン、スピーカー、マイクなどを含む完全なインターフェースで拡張されています。電話は約60電子のカスタム電子回路基板(PCB)で構成されていますコンポーネント、およびレーザーカットエンクロージャ。 そのハードウェアとソフトウェアはオープンソースであり、GitHub(ハードウェア、ソフトウェア)で入手できます。

携帯電話を作るための、そして他の人が同じことをするのを支援するための私の動機の一部は、携帯電話は私たちの社会で遍在しているが、私たちのほとんどは彼らが何で作られているか、どのように機能するのかほとんどわからないという事実です。 実際、携帯電話は、他の方法とほぼ同じ方法で作成できます。適切な部品を見つけ、それらを接続する方法を見つけ、魅力的で堅牢な方法でそれを試してください。 携帯電話はどこにでもあるため、それらの部品を製造している会社があります。 少し掘り下げてみると、少量で購入でき、手作業で組み立てることができるこれらの部品のバージョンを見つけることができました。 これは必ずしも簡単なことではありませんでしたが、携帯電話の塔がどのように機能するかを理解するために必要な物理学を学習しようとすることとは非常に異なる問題です。

私はこの電話のさまざまなバージョンを主なデバイスとしてほぼ1年間使用しており、他の人が自分で電話を作ったワークショップを教えてきました。 エレクトロニクスに関する特別な知識は必要ありませんが、ソフトウェアの構成、多くの小さなコンポーネントのはんだ付け、レーザー切断などが必要です。 このプロジェクトは、Arduinoとはんだ付けの経験が既にあるか、手助けをしてくれる人を見つけることができる場合にのみお勧めします。 また、レーザーカッターにアクセスするか、電話のエンクロージャーを作成する別の方法を見つける必要があります。

ステップ1:回路基板とコンポーネントの注文。

回路基板(PCB)はOSH Parkから注文できます。 費用は約60ドルで、ボードのコピーが3部手に入ります。

ボードのコンポーネントは、Digi-Key、SparkFun、およびArduinoの3社から提供されています。 完全なリストは、このPDFで入手できます。 総費用は約135ドルプラス送料です。

回路を組み立てるには、かなり優れたはんだ付けのセットアップが必要です。はんだごて(例:WES51)の良いチップ、細かいピッチのはんだ、はんだ除去芯、ピンセットなど。マイクロコントローラーをプログラムするには、 AVRインシステムプログラマー(AVRISP mkIIなど)および3.3V FTDIケーブル(または同等のブレイクアウトボード)。 バッテリーを充電するには、ミニUSBケーブルが必要です。 まだこれらをお持ちでなく、独自のエレクトロニクスラボのセットアップに興味がない場合は、地元のハッカースペース、メーカースペース、またはファブラボを探してみてください。 それらのほとんどには、必要なツールが備わっているはずです。 (そうでない場合は、これを入手するよう説得するのに十分な理由になります!)

レーザーカットエンクロージャには、次のものが必要です。
  • 多くの画材店で販売されているMidwest Productsのクラフト合板のような、1/4 "/ 6 mmの合板のシート。MidwestProductsのマイクロライト航空機合板や、焦げやすい傾向がある接着剤層が暗い他の合板は避けてください。レーザーカッター。)
  • できれば粘着性の裏地が付いている木製のベニヤのシート。
  • 6本のM0、5 / 8 "、なべ頭小ネジ(たとえば、McMaster-Carrのこの100パック)
  • 6個のM0ナット(たとえば、McMaster-Carrのこの50パック)
または、別のエンクロージャーを作成してみてください(3D印刷または金型のフライス加工など)。

また、GSMプロバイダーのフルサイズのSIMカードも必要です。 私は米国でT-Mobileを使用していますが、電話はAT&Tおよびインド、中国、ヨーロッパでもテストされています。

PCBおよびGSMモジュールが届くまでに数週間かかる場合があります。 その間にはんだ付けを練習してみてください!

添付ファイル

  • BOM-2.pdfダウンロード

ステップ2:電子機器のはんだ付け。

携帯電話は多くの小型の表面実装部品を使用していますが、優れたはんだごてといくつかの練習を使用して、手で一緒にはんだ付けすることができます。 以前に表面実装はんだ付けを行ったことがない場合、Adafruit Industriesにはいくつかの優れたチュートリアルがあります:Adafruit Guide to Excellent Soldering、SMT Breadboard Prototyping Using Breakout PCBs。

ほとんどのコンポーネントは、(サイズが小さいことを除いて)はんだ付けが簡単ですが、注意すべき点がいくつかあります。
  • コンデンサ :大きい(1000 uF)コンデンサの極性に注意してください。逆向きにはんだ付けすると爆発する場合があります。 オレンジ色のストライプを使用して、正しい方向に向けます。
  • 極性極性を持つ他のコンポーネントには、スーパーキャパシタ、LED(片側に2つの小さな緑色の点に注意)、ATmega1284Pマイクロコントローラー(一方の角に丸に注意)、M10 GSMモジュール(一方の角に矢印があります) )、SIMカードソケット、マイク、およびダイオード(片側の薄い灰色の線に注意してください)。 水晶(8 MHz)、スピーカー、リセットボタン、小さなコンデンサ、抵抗など、これらのコンポーネントには極性がありません(どちらの方法でもはんだ付けできます)。 他のコンポーネントは物理的に一方向にのみ整列します(ただし、トランジスタが上下逆になっていないこと、およびボタンが90度回転していないことを確認してください)。
  • アンテナアンテナをはんだ付けするときは、GSMモジュールに面するパッドから始めます。 それが電気信号を運ぶものです。 他のものは、構造的なサポートのためだけにあります(アンテナを抑えるため)。 アンテナの上部からそのパッドのはんだを加熱することもできます。熱は、その中の2つのビア(小さな穴)を介して伝導できます。
  • はんだジャンパー :ボードの底面には、「セル」と「uC」というラベルの付いた2 つのはんだジャンパーがあります。 それぞれの中央パッドを「uC」というラベルの付いたパッドにはんだ付けします。 (これにより、RXDIおよびTXラインがFTDIヘッダーからボード上のATmega1284Pに接続され、シリアル通信が可能になります。センターパッドを「セル」パッドにはんだ付けする場合、FTDIケーブルはGSMモジュールに直接接続されます。コンピューターから通信できます。)
  • スピーカー :スピーカーには脚がないため、はんだ付けが困難です。 まず、PCBのパッドにはんだを塗布します。 次に、スピーカーをPCBの上部に置き(パッドをボード上のパッドに合わせて)、下部からはんだ付けします。 はんだを供給するか、下から事前に塗布したはんだを溶かすことができます。 機能しない場合は、スピーカーを取り外さないでください(パッドをはがす可能性があります)。 代わりに、下から穴に鉄を挿入して、パッドのはんだを再溶融してみてください。
  • USBコネクタUSBコネクタの外側の(5つの小さな)脚2つだけが使用されるため、中央の3つの脚をはんだ付けする必要はありません。 (ただし、構造的なサポートを提供するために、四隅をはんだ付けしてください)。
  • ISPヘッダー :ブートローダーを1回だけ書き込む必要があるため、通常、ISP(2x3)ヘッダーにピンをはんだ付けしません。 代わりに、ISPのコネクタにピンを挿入し、ブートローダーの書き込み中にピンに対して(ボードの上部から)保持することができます。 問題が発生した場合は、ピンを穴にはんだ付けできますが、ケースを調整してスペースを確保する必要があります。

ステップ3:ソフトウェアをアップロードします。

ステップ4:ネットワーク接続のトラブルシューティング。

ネットワークへの接続には多くの要素が関係するため、機能しない可能性のある多くの要素があります。 電話機のディスプレイに永遠に「接続」が表示される場合、ネットワークへの接続に問題があります。 いくつかの潜在的な問題と考えられる解決策を次に示します。 (ディスプレイに何も表示されない場合は、ピンとマイクロコントローラーのピンのはんだ付けを確認し、ソフトウェアが正しくアップロードされていることを確認するために前の手順を確認してください。)

確認事項
  • ソケットにSIMカードはありますか?
  • SIMソケットは正しくはんだ付けされていますか? 22オームの抵抗器(GSMモジュールをSIMソケットに接続するもの) GSMモジュールの対応するパッドは?
  • アンテナは正しくはんだ付けされていますか? GSMモジュールの対応するパッド?
  • 0オームの抵抗器は(M10 GSMモジュールをアンテナに接続するトレースに)正しくはんだ付けされていますか?
  • レセプションはありますか? 電話を外に出してみてください。 場合によっては、屋内で受信できたとしても、電話機が初めて内部に接続すると問題が発生します。
  • SIMカードは別の電話にロックされていますか?
  • AT&T(およびおそらく他のキャリア):AT&TのWebサイトでSIMカードと電話を有効にしましたか? M10 GSMモジュールに印刷されたIMEI番号が必要です。

シリアルデバッグ
マイクロコントローラーをプロキシとして使用して、コンピューターとのシリアル通信を介してGSMモジュールと通信することにより、電話をさらにデバッグできます。 これを行うには、SerialProxyスケッチを電話にアップロードします(3.3V FTDIケーブルまたはブレークアウトボードを使用)。 次に、シリアルモニターを開き、ボーレートを9600に設定し、回線の末尾を「キャリッジリターン」に設定します。 数秒後に、次が表示されます。
 準備完了 
AT
OK
これは、GSMがATコマンド(ほとんどが「AT」で始まるテキスト文字列)を受信する準備ができていることを意味します。 コマンドの詳細はGSMモジュールのデータシートに記載されていますが、基本的なものは次のとおりです。

AT
テスト/同期コマンド。 シリアルモニターに「AT」と入力すると(「キャリッジリターン」行が終了する)、「OK」の応答が返されます。

AT CREG?
ネットワーク登録(接続)のステータスを確認してください。 応答は「CREG 0、N」の形式で、Nは0(ネットワークに登録されていない)、1(ネットワークに登録されている)、2(ネットワークを検索している)、3(ネットワーク登録が拒否された)、または5(登録済み、ローミング)。

AT + CPBS?
現在選択されている電話帳を表示します。 サンプル応答:「CPBS:「SM」、50、250」、「SM」はSIMカードが現在の電話帳であることを示します(その他のオプションには、不在着信リストの「MC」、着信通話リストの「RC」、およびGSMモジュールの電話帳の「ME」)およびその250エントリのうち50エントリが使用中であること。 このコマンドは、GSMモジュールがSIMカードと通信できることを確認するのに役立ちます。

AT CPBS = "SM"
SIMカードの電話帳を選択します。 「SM」を前述のその他の電話帳の略語に置き換えることもできます。

AT CPBR = 1
現在選択されている電話帳の最初のエントリを読みます。 1を読みたいエントリの番号に置き換えます(AT CPBSによって報告される電話帳の合計サイズまで?)。

ステップ5:電話の使用。

電話のロック解除
電話が正常に起動すると、ロックされ、画面が空白になります。 電話のロックを解除するには、任意のボタンを押します。 日付と時刻は画面を前後にスクロールします(これが「ロック解除」画面です)。 この間に「ロック解除」キー(左上のボタン)を押すと、電話のロックが解除されます。 時間はスクロールせずにディスプレイに残ります。 これがホーム画面です。

電話をロックする
ホーム画面から、左のソフトキーボタン(左上のボタン)を押して電話をロックできます。 画面とバックライトはオフになりますが、電話はオンのままで、電話やテキストメッセージを受信できます。

コントラスト/明るさの調整
電話機が「ロック解除」画面にある場合、上下ボタン(画面のすぐ下にある4つのボタンのグループの中央の2つのボタン)を使用して、明るさを調整できます。

電話番号をダイヤルする
ホーム画面から番号をダイヤルできます。 番号の最初の桁に対応するボタンを押すだけです。 ダイヤル画面が表示され、残りの番号を入力できます。 *を押して最後に入力した数字を削除するか、「戻る」(左のソフトキー)を押してホーム画面に戻ります。 #を連続して1回以上押すと、#、*、またはを入力できます。 番号を呼び出すには、右のソフトキーを押します(「呼び出し」)。

電話帳(連絡先リスト)を使用する
ホーム画面から、下矢印(ディスプレイのすぐ下にある4つのボタンのグループの下部)を押して、電話帳を入力します。 下矢印と上矢印を使用して、目的のエントリに移動します。 右のソフトキー(「大丈夫」)を押して、その連絡先に電話をかけたり、その連絡先にテキストメッセージを送信したり、アドレス帳に新しいエントリを追加したり、連絡先を編集または削除したりできます。

連絡先を追加する
連絡先を追加するには、最初にホーム画面から下矢印を押して連絡先リストを入力します。 次に、右ボタンを押して連絡先メニューに入ります(「呼び出し」、「テキスト」、「エントリの追加」など)。 「下へ」ボタンと「上へ」ボタンを使用して「エントリの追加」メニュー項目までスクロールし、右ボタンを押します。 これで、キーパッドを使用して連絡先の名前を入力できます(2は「abc」、3は「def」など。1はスペース、*はバックスペース、#はシフトです)。 連絡先の名前を入力したら、下矢印を押して、連絡先の電話番号を入力するフィールドに移動します。 (上矢印を押して、連絡先の名前を入力するフィールドに戻ることができます。)キーパッドを使用して連絡先の番号を入力します(*は再びバックスペースですが、#は#、*、およびの間を循環します)。 名前と電話番号の両方を入力したら、右ボタンを押して連絡先を保存します(または左ボタンを押してキャンセルします)。

連絡先に電話をかける
連絡先リストの連絡先に電話をかけるには、その連絡先までスクロールし、右ボタンを押して連絡先メニュー(「呼び出し」、「テキスト」など)を表示し、もう一度右ボタンを押して呼び出します。連絡先リストのエントリまでスクロールし、右ボタンを押して連絡先メニューを表示します。「テキスト」までスクロールして右ボタンを押します。これで、キーパッドを使用してメッセージを入力できます。連絡先の名前、2は「abc」、3は「def」など。1はスペース、*はバックスペース、#はシフトです。テキストを送信するには右ボタンを押します(キャンセルするには左ボタンを押します)。

トラブルシューティング
正しく機能していない別のコンポーネント(ディスプレイ、スピーカー、マイク、ブザーなど)を見つけた場合は、以下を確認してください。
  • コンポーネントは正しくはんだ付けされていますか?
  • 接続されているコンポーネント(マイクロコントローラーまたはGSMモジュールの対応する脚など)が正しくはんだ付けされていますか?

ステップ6:エンクロージャをレーザーカットして組み立てます。

レーザーカットされた合板とベニヤから、シンプルで機能的なエンクロージャーを、いくつかの小さなネジとともに作成できます(上記の資料を参照)
  • ケースをカットする前に、ケースファイルが回路基板と一致していることを確認してください。 特に、ネジ穴のサイズと位置に多くの調整を加えたため、PCBとケースの同じ場所にあることを確認してください。 (下のベニヤファイルの穴は他の穴よりも大きくする必要があります。これはナットを収容するためで、ナットをわずかに引っ込めます。)
  • ピンをISPヘッダーにはんだ付けした場合、合板の上部にピン用のスペースを切り取る必要があります。 それに応じて、DIY-Cellphone-Topを編集します。
  • GitHubのdamellis / cellphone2hwリポジトリのCase /フォルダーにあるDIY-Cellphone-TopファイルとDIY-Cellphone-Bottomファイルを使用して、合板(1/4 "/ 6mm)をレーザーカットします。SVGファイルはInkscapeで作成され、 CorelDrawにインポートするためにhpglにエクスポートされました。
  • DIY-Cellphone-Top-VeneerおよびDIY-Cellphone-Bottom-Veneerファイルを使用して、ベニアをレーザーカットします。 木材の前面を上に向けて(接着剤の背面を下にして)ベニアをカットします。
  • 上部のベニヤ片から接着剤の裏当てをはがし、上部のベニヤ片の外面に貼り付けます。 ベニヤをベニヤの外側の面に再び取り付けて、背面で繰り返します。
  • 各ボタンの上部とベニアの間に少し空きスペースがあります。 単板の上部に、各ボタンに1つずつ(単板の各長方形の屈曲カットアウトの中央に)小さなスペーサーを貼る必要がある場合があります。 そうすれば、ボタンを押すためにベニアを押し下げる必要はありません。
  • ケースの上部と下部を回路基板上で滑らせます。 GSMモジュールとバッテリーコネクタの間にバッテリーのワイヤーをはめ込み、半分に折り畳む必要があります。 合板片は回路基板に対して平らに置く必要があります。
  • 6本のネジを挿入し、ナットにねじ込みます。

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