Raspberry Pi Zero用の小型電源とUSB WiFiモジュール用USBコネクタを自作する

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Raspberry Pi Zeroを小さくまとめたい

 最近Raspberry Pi Zeroを購入しました。

 小さくて気に入っているのですが、周辺機器や電源の方が大きくてアンバランスです。

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 こんな感じ

 せめて、必要な電源や周辺機器をRaspberry Pi Zeroと同じくらいの大きさにして全体を小さくまとめたいです。なので、Raspberry Pi Zeroにネットワーク経由でログインする前提として、Raspberry Pi Zero + 電源 + WiFiモジュールをコンパクトにまとめることに取り組んでみました。

必要なもの

Raspberry Pi Zero

 必須ですね。購入方法は下記記事を参照下さい。

小型電源

 小型電源に必要なものです。

 電池ケース 単4x3 スイッチ付き

PowerBoost 1000 Basic - 5V USB Boost @ 1000mA from 1.8V+

PowerBoost 1000 Basic - 5V USB Boost @ 1000mA from 1.8V+

 昇圧電源 1A@5V from 1.8V~

 eneloopとかの充電池と充電器のセットも買っておくとGood

USB WiFiモジュール用USBコネクタ


 USBコネクタ

PLANEX 無線LAN子機 (USBアダプター型) 11n/g/b 150Mbps MacOS X10.10対応 GW-USNANO2A (FFP)

PLANEX 無線LAN子機 (USBアダプター型) 11n/g/b 150Mbps MacOS X10.10対応 GW-USNANO2A (FFP)

 PLANEX GW-USNANO2A

 WiFiモジュールはPLANEXのものが電力小さくてRaspberry Pi Zeroにピッタリです。電力比較した記事は下記

道具+その他

 はんだこて

Sanwa(三和電気計器) デジタルマルチメーター PM-3

Sanwa(三和電気計器) デジタルマルチメーター PM-3

 テスター。あった方がよいです。

 線材。アマゾンでよいやつ見つからないので秋月で

作り方

小型電源

 電源は、リチウムポリマ使うと小さくなるのですが、リチウムポリマは結構危険です。購入しようとするとわかるのですが、どこで購入するにしても、必ず「危険なので取扱注意」という但し書きが目に入ると思います。これは別に脅しているわけではなくて、実際に簡単に発火、爆発するからです。もちろん取り扱い気をつければ必要以上に恐れることはないのですが(今時のスマートフォン等の電子機器にはほとんど使われていますし)、自分は結構ずさんなのと、小さい子供がいるので手軽に安全に使えて交換充電が可能な単四電池を使うことにしました。

f:id:karaage:20160906215219j:plain:w640  電池ケース。Raspberry Pi Zeroには電源スイッチないので、スイッチ有りのものを買うとよいです。単四電池は2個でもよいですが、3個のケースがちょうどRaspberry Pi Zeroのサイズに近いので3個にしました。

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 単四電池の充電器も買っておくとグッド

 電池だけだと4.5V(=1.5Vx3)とRaspberry Piの電圧(5V)に足りないのでコンバータを間にかまして5Vまで昇圧してやります。特に写真のようなニッケル水素系の充電池だと1.2Vなので更に電圧低くなります。また、市販のUSBケーブルを使うと大きくなるのでRaspberry Pi Zeroに電源ケーブルを直接はんだ付けしてやります。TP(Test Point)のPP15VPP6GNDです。

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 こんな感じに接続すればOK

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 上からみたところ

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 横からみたところ

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 下からみたところ

 後は、電源ボックスに電池入れてスイッチオンしてRaspberry Pi Zeroが立ち上がればOK

USBコネクタ

 Raspberry Pi ZeroのUSBコネクタはマイクロUSBコネクタです。マイクロUSBコネクタのUSB WiFiモジュール探してもなかったので、普通サイズのUSBコネクタに変換してやる必要があります。ただ、市販のもの接続しても大きいのでメスコネクタとRaspberry Pi Zeroを直接はんだ付けしてやることにします。

 Raspberry Pi Zeroの回路図見つからなかったので(公開されていない?)基板の配線をテスタで追っていくと、どうもRaspberry Pi ZeroのUSBポートのVBUSはRaspberry Pi Zeroに供給された5V電源をそのまま使っているようです。なので、PP1から電源をとってもよいのですが、不器用なのでUSBコネクタ近くのコンデンサから電源をとります。

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 電源は赤にしましょう

 PP22USB+, PP23USB-, PP35GNDPP40ID portです。Raspberry PiのUSBポートはUSB OTG(On the Go)なので、ケーブルもOTGに対応したものを使用したものを使う必要があります。今回の場合だとPP40ID portGNDにつないでやる必要があります(最初気づかず動きませんでした)。  USB+-の信号線は、USB2.0の規格から差動90Ωでインピーダンスコントロールをする必要があるのですが、10-20mmくらいなら普通の配線でも大丈夫でしょう(適当)。心配な方や長めに伸ばしたい方は、余っている適当なUSBのケーブルをぶった切って使うのがよいです。

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 こんな感じに接続

 USBには赤が5V、黒がGND、緑がUSB+、白がUSB-という鉄の掟があるので厳守しましょう。たまに守ってないやつあるけど 

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 メスコネクタは嵌合面から見て、左から5V、USB-、USB+、GNDの並びで接続

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 USBコネクタを接続した様子

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 まとめると手のひらに収まるサイズ感

まとめ

 Raspberry Pi Zeroを電源・WiFi含めてコンパクトにまとめることができました。ちょっとしたIoTモジュールと呼んでも過言ではないかもしれません(過言です)。もっとキレイにパッケージングして誰か売ってくれないかしらん。

 例えばこれにカメラモジュール付けたら、あっという間に超小型のWiFiカメラとなります。全部合わせて1万円くらいで、WiFi対応してLinuxが動くマイコンのついた超小型カメラなんて普通無いのじゃないでしょうか。これだけで、色々な応用例が考えられそうですね。次は、こいつを使った電子工作に取り組んでみたいなと思っています。というか実は大体出来てますw 公開はこの記事が公開される2週間後くらいかな?

 公開しました

Raspberry Pi Raspberry Pi Camera V2

Raspberry Pi Raspberry Pi Camera V2

関連サイト

 Raspberry Pi関係の自己まとめサイトです

参考記事

Raspberry Pi ZeroをUSBケーブル1本で遊ぶ | Japanese Raspberry Pi Users Group

USBホストケーブル(OTGケーブル)について | ゆゆぶろぐ

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