7インチHDMIモニター モバイルPC風 Raspberry Pi 3B

以前より7インチモニターサイズのPi-PCに興味があったのですが最近になってあくまでインチ比ですがある程度納得のいく価格帯になってきました。
手元にはRaspberry Pi 3があることからモバイルPCサイズのPi-PCを組み上げて見ようと思います。用途はメインのPi4B新規インストール時のサポート、RasPiOSの新規カードインストール、またほかOSのインストール実験などいろいろ考えられます。

7インチHDMIモニター


AliExpress
1024*600
ケーブル付き $ 33.19(33.08 + 送0.11)

キーボード付きケース


6〜7年前androidのために購入(555円)キーボードはお世辞にも使いやすいとは言えませんが無いよりは遥かに役に立ちます。
マイクロUSBを変換して延長

組み立て


ディスプレイ背面カバーは廃材のアルミ板(0.5mm)を加工(ネジはケーブルセットに付属)
ケースはバネの効いた金具がありうまく引っかかるように加工
POWER(+5V)は直接リード線をハンダ付け


Pi3は裏面にアルミ板を敷いてファスナーテープで固定(取り外し可)


付属のHDMIケーブルと電源ケーブル
スイッチ、コネクタ基板作成
加工、作成したケーブル


Pi3側


Pi3本体,HDMIケーブルは盛大にはみ出していますが仕様です。


電源はPi3とモニターに供給
USB端子はPi3から延長
電源入力はマイクロUSB

低電圧警告対策(稲妻マーク)

このHDMIモニターを最初に使う場合稲妻マークを目にする人が多いかもしれません。パネル単体で電源を供給すると0.7〜0.8A、Pi3に接続して1.5A前後消費しています。
パネルにはTOUCHとPOWERのマイクロUSBがありTOUCHから全ての電力を供給できますが不足した場合は別アダプタからPOWERに供給します。

ここで2個のアダプタを接続することはモバイルPC(?)として許せないので2Aクラスのアダプタ1個でなんとか稲妻マークを撃退する方法を考慮してみることにします。

電源基板


Pi3本体とモニターに電源を振り分けるために一旦電源アダプタからの出力をコネクタで受けます。テストではマイクロUSB経由の電源は不安定なのでメインの電源受けはUSB_Bコネクタを採用することにしました。比較テスト用にマイクロBコネクタはパラに接続しています。

電源は背が低めのスライドスイッチを経由して3系統のピンヘッダに接続、1個は電圧チェックに使用します。
スライドスイッチは十分電流を通してくれそうです。

Piに直接続してネックになるのがUSB経由のモニタ電源になると思います。電源基板からはモニターへ直に接続していますがUSB経由の電源を完全に切るためVCC電源を接続しないケーブルを作成しました。TOUCH動作は問題ありません。
但しこれは後述する条件が整えば不要と思います。

テスト電源


テスト用の電源を用意しました。5V 2A
一般的な低電圧ユニット。古いものですが現在はもう少し小型で効率も良くなっていると思います。
出力電圧を可変できるのがメリットです。
5.2Vにセット(多少の変動はあります)


USB A – USB B ケーブルを作成、線材は0.75mm いわゆる赤黒のスピーカーケーブル
マイクロBケーブルはモニター(ケーブルセット)に含まれていたもの
スマホ付属などのケーブルは全滅です。

テスト開始


Pi3、モニタのコネクタは外しています。無負荷なので低電圧ユニットの設定値を表示


Pi3、モニタのコネクタを接続、USB B – マイクロBとも電源供給して起動(マイクロBはスマホケーブル)
起動中は5V台をキープ稲妻マークも出現することもありません。
起動後マイクロBケーブルを外して作成したUSB Bケーブルのみで確認、常に変動しますが約0.02V降下、低電圧ユニットの設定値からは約0.1V降下
0.1Vのロスは線材の長さ、太さ、コネクタの接触抵抗、基板側のスイッチ、半田付けなど微小な抵抗が流れる電流によって全てマイナス方向に作用してきます。
モニタ側ではバックライトの消灯時以外大きな変動は無いと考えています。(消灯時はプラス方向)
ここでPiが多少踏ん張っても5V台をキープしていれば通常の動作になります。


今度はUSB Bケーブルを外してマイクロBケーブルに交代
稲妻マークが出現してまもなくwarnningメッセージ表示、スクショでは稲妻マークは撮れませんでした。
モニタ付属のケーブルでは約5.0Vをマークしますが稲妻マークを抑えるためには低電圧ユニットの出力を5.35V位にする必要があります。

0.2Vの差はマイクロUSBを経由するPi3側の影響も大きくなります。

電源アダプタ1個で構成するRaspberry Pi3B + 7インチHDMIモニターのまとめ

今回は手持ちの都合で5V 2A電源アダプタで実験をしています。
電源アダプタの出力電圧は5.2V以上とする(5.3V以内が安全)
ケーブルその他十分電流の通る部品を使用する
HDMIモニタにはPOWERラインから電源を供給する
マイクロBケーブルを使用する際はマイクロBコネクタを含めて吟味する(難しいかも)

手持ちのアダプタの中に定格5V2A 実測5.3Vを出力するアダプタでは実験同様問題無く運用出来ています。 ・・・>続く

追記 2021年2月27日
動画再生は電源アダプタの出力を高めに設定する必要があります。Pi3のマイクロBコネクタ経由の電圧はPi3内部で電圧降下が大きくなります。GPIO 5Vラインに直接供給することにしました。

電圧チェック用TPから供給。抵抗の大きいマイクロBコネクタ、ポリスイッチを経由しないことからほとんどGPIOピンから電流は流れます。3.3Vピンに5Vを加えるとPi3を壊してしまうことになるので基板を用いて物理的に誤刺し出来ないようにしています。

USB_A – USB_Bケーブルでは電源アダプタ電圧5.1Vで稲妻マークを排除することが出来ました。マイクロBケーブルでは5.3V必要になります。どうしても工作用マイクロBコネクタがネックになります。