Machen Sie Ihr eigenes Handy von Grund auf neu.

Das DIY-Handy ist ein funktionierendes (wenn auch einfaches) Handy, das Sie selbst herstellen können. Es kann Anrufe und Textnachrichten tätigen und empfangen, Namen und Telefonnummern speichern, die Uhrzeit anzeigen und als Wecker dienen. Es wird über eine normale SIM-Karte (in voller Größe) mit GSM-Netzen (wie AT & T und T-Mobile in den USA) verbunden. Es baut auf der Hardware und Software des Arduino GSM Shield auf, erweitert es jedoch um eine vollständige Schnittstelle, einschließlich Display, Tasten, Lautsprecher, Mikrofon usw. Das Telefon besteht aus einer benutzerdefinierten elektronischen Leiterplatte (PCB), etwa 60 elektronischen Komponenten und ein lasergeschnittenes Gehäuse. Die Hardware und Software sind Open Source und auf GitHub (Hardware, Software) verfügbar.

Ein Teil meiner Motivation, das Telefon herzustellen - und anderen zu helfen, dasselbe zu tun - ist die Tatsache, dass Mobiltelefone in unserer Gesellschaft zwar allgegenwärtig sind, die meisten von uns jedoch keine Ahnung haben, woraus sie bestehen oder wie sie funktionieren. Tatsächlich können Sie ein Mobiltelefon genauso herstellen wie alles andere: Finden Sie die richtigen Teile, finden Sie heraus, wie Sie sie miteinander verbinden können, und versuchen Sie, dies auf attraktive und robuste Weise zu tun. Aufgrund der Allgegenwart von Mobiltelefonen gibt es Unternehmen, die die Komponenten herstellen, aus denen sie bestehen. Mit einigem Graben konnte ich Versionen dieser Teile finden, die in kleinen Mengen gekauft und von Hand zusammengebaut werden können. Das war nicht unbedingt einfach, aber es ist ein ganz anderes Problem als der Versuch, die Physik zu erlernen, die erforderlich ist, um zu verstehen, wie ein Handyturm funktioniert.

Ich benutze seit fast einem Jahr verschiedene Versionen dieses Telefons als Hauptgerät und habe Workshops unterrichtet, in denen andere das Telefon für sich selbst hergestellt haben. Es erfordert keine spezifischen Kenntnisse der Elektronik, aber es umfasst das Konfigurieren von Software, das Löten vieler kleiner Komponenten und das Laserschneiden. All dies kann schwierig sein, wenn Sie dies noch nicht getan haben. Ich würde dieses Projekt nur empfehlen, wenn Sie bereits Erfahrung mit Arduino und Löten haben oder jemanden finden, der Ihnen hilft. Sie müssen auch Zugang zu einem Laserschneider erhalten oder einen alternativen Weg finden, um das Gehäuse für das Telefon herzustellen.

Schritt 1: Bestellung der Leiterplatte und der Komponenten.

Sie können die Leiterplatte bei OSH Park bestellen. Es kostet ungefähr 60 US-Dollar und Sie erhalten drei Exemplare des Boards.

Die Komponenten für das Board stammen von drei Unternehmen: Digi-Key, SparkFun und Arduino. Die vollständige Liste finden Sie in diesem PDF. Die Gesamtkosten betragen ca. 135 USD zzgl. Versand.

Um die Schaltung zusammenzubauen, benötigen Sie einen ziemlich guten Lötaufbau: einen Lötkolben (z. B. den WES51) mit einer guten Spitze, Feinlot, Entlötdocht, Pinzette usw. Zum Programmieren des Mikrocontrollers benötigen Sie einen Systeminterner AVR-Programmierer (wie der AVRISP mkII) und ein 3, 3-V-FTDI-Kabel (oder ein gleichwertiges Breakout-Board). Zum Laden des Akkus benötigen Sie ein Mini-USB-Kabel. Wenn Sie diese noch nicht haben und kein eigenes Elektroniklabor einrichten möchten, suchen Sie möglicherweise nach einem lokalen Hacker-, Maker- oder Fab-Labor. Die meisten von ihnen sollten die Werkzeuge haben, die Sie benötigen. (Und wenn nicht, wäre dies ein guter Grund, sie davon zu überzeugen, sie zu bekommen!)

Für das lasergeschnittene Gehäuse benötigen Sie:
  • Eine 6-mm-Sperrholzplatte, wie dieses handwerkliche Sperrholz von Midwest Products, das in vielen Kunstfachgeschäften erhältlich ist. (Vermeiden Sie das Micro-Lite-Flugzeugsperrholz von Midwest Products oder anderes Sperrholz mit dunklen Klebeschichten, da diese zum Einbrennen neigen der Laserschneider.)
  • Eine Folie aus Holzfurnier, vorzugsweise mit Kleberücken.
  • Sechs M0, 5/8 "Pan-Head-Maschinenschrauben (zB diese 100er Packung von McMaster-Carr)
  • Sechs M0-Nüsse (zB diese 50er Packung von McMaster-Carr)
Oder versuchen Sie, ein unterschiedliches Gehäuse herzustellen (z. B. beim 3D-Druck oder durch Fräsen einer Form).

Sie benötigen außerdem eine SIM-Karte in voller Größe von jedem GSM-Anbieter. Ich habe T-Mobile in den USA verwendet, aber das Telefon wurde auch mit AT & T sowie in Indien, China und Europa getestet.

Das Eintreffen des PCB- und GSM-Moduls kann einige Wochen dauern. In der Zwischenzeit können Sie versuchen, das Löten zu üben!

Anhänge

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Schritt 2: Löten der Elektronik.

Während das Mobiltelefon viele kleine, oberflächenmontierte Komponenten verwendet, ist es möglich, es von Hand mit einem guten Lötkolben und etwas Übung zusammenzulöten. Wenn Sie noch nie an der Oberfläche gelötet haben, bietet Adafruit Industries einige gute Tutorials: Adafruit-Leitfaden für ausgezeichnetes Löten, SMT-Breadboard-Prototyping mit Breakout-Leiterplatten.

Die meisten Komponenten sind einfach zu löten (abgesehen von ihrer geringen Größe), aber es gibt einige Dinge zu beachten:
  • Kondensatoren : Achten Sie auf die Polarität der großen Kondensatoren (1000 uF). Sie können explodieren, wenn Sie sie rückwärts löten. Verwenden Sie den orangefarbenen Streifen, um sie richtig auszurichten.
  • Polarität : Weitere Komponenten mit Polarität sind der Superkondensator, die LEDs (beachten Sie die beiden kleinen grünen Punkte auf einer Seite), der ATmega1284P-Mikrocontroller (beachten Sie den Kreis in einer Ecke) und das M10-GSM-Modul (mit einem Pfeil in einer Ecke) ), die SIM-Kartenbuchse, das Mikrofon und die Diode (beachten Sie die schwache graue Linie auf einer Seite). Diese Komponenten haben keine Polarität (können in beide Richtungen verlötet werden): der Kristall (8 MHz), der Lautsprecher, die Reset-Taste, kleine Kondensatoren und Widerstände. Andere Komponenten sind nur physisch in einer Ausrichtung ausgerichtet (stellen Sie jedoch sicher, dass die Transistoren nicht auf dem Kopf stehen und die Tasten nicht um 90 Grad gedreht sind).
  • Antenne : Beginnen Sie beim Löten der Antenne mit dem Pad, das dem GSM-Modul zugewandt ist. Das ist derjenige, der das elektrische Signal überträgt; Die anderen dienen lediglich der strukturellen Unterstützung (um die Antenne festzuhalten). Möglicherweise können Sie das Lot auf diesem Pad sogar von der Oberseite der Antenne erwärmen. Die Wärme kann durch die beiden Durchkontaktierungen (kleine Löcher) darin geleitet werden.
  • Lötbrücken: Auf der Unterseite der Platine befinden sich zwei Lötbrücken mit der Bezeichnung "Cell" und "uC". Löten Sie jeweils das mittlere Pad mit dem Pad "uC". (Dadurch werden die RX- und TX-Leitungen vom FTDI-Header mit dem ATmega1284P auf der Karte verbunden, sodass sie über die serielle Schnittstelle kommunizieren. Wenn Sie stattdessen das Center-Pad mit dem "Cell" -Pad verlöten, wird das FTDI-Kabel direkt mit dem GSM-Modul verbunden Sie können vom Computer aus damit kommunizieren.)
  • Lautsprecher : Der Lautsprecher ist umständlich zu löten, da er keine Beine hat. Tragen Sie zuerst Lötmittel auf die Pads auf der Leiterplatte auf. Stellen Sie dann den Lautsprecher oben auf die Platine (richten Sie die Pads auf die auf der Platine aus) und löten Sie ihn von unten. Sie können das vorab aufgetragene Lot von unten einspeisen oder schmelzen. Wenn es nicht funktioniert, entfernen Sie den Lautsprecher nicht (Sie könnten seine Pads abreißen). Versuchen Sie stattdessen, das Lot auf den Pads wieder zu schmelzen, indem Sie das Bügeleisen von unten in die Löcher einführen.
  • USB-Anschluss : Es werden nur die beiden äußeren (der fünf kleinen) Beine des USB-Anschlusses verwendet, sodass Sie die drei zentralen Beine nicht löten müssen. (Löten Sie die vier Ecken, sie bieten jedoch strukturelle Unterstützung).
  • ISP-Header : Da Sie den Bootloader nur einmal brennen müssen, löte ich normalerweise keine Pins in den ISP-Header (2x3). Stattdessen können Sie Stifte in den Anschluss Ihres Internetdienstanbieters einführen und sie gegen die Stifte (von oben auf der Platine) halten, während Sie den Bootloader brennen. Wenn Sie Probleme haben, können Sie Stifte an die Löcher anlöten, aber Sie müssen das Gehäuse anpassen, um Platz dafür zu schaffen.

Schritt 3: Laden Sie die Software hoch.

Schritt 4: Fehlerbehebung bei der Netzwerkverbindung.

Es gibt viele Dinge, die mit der Verbindung zum Netzwerk verbunden sind, und daher viele Dinge, die möglicherweise nicht funktionieren. Wenn auf dem Display des Telefons für immer "Verbinden" angezeigt wird, tritt keine Verbindung zum Netzwerk auf. Hier sind einige mögliche Probleme und einige mögliche Lösungen. (Wenn Sie überhaupt nichts auf dem Display sehen, überprüfen Sie das Löten an den Stiften und den Stiften des Mikrocontrollers und überprüfen Sie den vorherigen Schritt, um sicherzustellen, dass die Software korrekt hochgeladen wurde.)

Dinge zu überprüfen
  • Befindet sich eine SIM-Karte im Sockel?
  • Ist die SIM-Buchse richtig gelötet? Die 22 Ohm Widerstände (diese verbinden das GSM-Modul mit der SIM-Buchse)? Die entsprechenden Pads am GSM-Modul?
  • Ist die Antenne richtig gelötet? Das entsprechende Pad am GSM-Modul?
  • Ist der 0-Ohm-Widerstand richtig verlötet (an die Leiterbahn, die das M10-GSM-Modul mit der Antenne verbindet)?
  • Haben Sie eine Rezeption? Sie könnten versuchen, das Telefon nach draußen zu bringen. Manchmal hat das Telefon Probleme, die Verbindung zum ersten Mal herzustellen, wenn es sich im Inneren befindet.
  • Ist die SIM-Karte an ein anderes Telefon gebunden?
  • AT & T (und möglicherweise andere Netzbetreiber): Haben Sie Ihre SIM-Karte und Ihr Telefon auf der AT & T-Website aktiviert? Sie benötigen die IMEI-Nummer, die auf dem M10 GSM-Modul aufgedruckt ist.

Serielles Debuggen
Sie können das Telefon weiter debuggen, indem Sie mit dem GSM-Modul über die serielle Kommunikation mit dem Computer kommunizieren und den Mikrocontroller als Proxy verwenden. Laden Sie dazu die SerialProxy-Skizze auf das Telefon hoch (mit einem 3, 3-V-FTDI-Kabel oder einer Breakout-Karte). Öffnen Sie dann den seriellen Monitor und stellen Sie die Baudrate auf 9600 und die Leitung auf "Wagenrücklauf" ein. Nach einigen Sekunden sollten Sie sehen:
 BEREIT 
BEIM
in Ordnung
Das heißt, das GSM ist bereit, AT-Befehle zu empfangen (Textzeichenfolgen, die meist mit den Buchstaben "AT" beginnen). Die Befehle sind im Datenblatt für das GSM-Modul aufgeführt, aber hier sind einige grundlegende:

BEIM
Test- / Synchronisationsbefehl. Wenn Sie im seriellen Monitor "AT" eingeben (mit dem Zeilenende "Wagenrücklauf"), sollten Sie die Antwort "OK" erhalten.

BEI CREG?
Überprüfen Sie den Status der Netzwerkregistrierung (Verbindung). Die Antwort hat die Form "CREG 0, N", wobei N: 0 (nicht in einem Netzwerk registriert), 1 (in einem Netzwerk registriert), 2 (Suche nach Netzwerken), 3 (Netzwerkregistrierung verweigert) oder ist 5 (registriert, Roaming).

AT + CPBS?
Aktuell ausgewähltes Telefonbuch anzeigen. Beispielantwort: "CPBS:" SM ", 50.250", wobei "SM" angibt, dass die SIM-Karte das aktuelle Telefonbuch ist (einige andere Optionen umfassen "MC" für die Liste der entgangenen Anrufe, "RC" für die Liste der empfangenen Anrufe). und "ME" für das Telefonbuch des GSM-Moduls) und dass 50 seiner 250 Einträge verwendet werden. Dieser Befehl kann hilfreich sein, um zu überprüfen, ob das GSM-Modul mit der SIM-Karte kommunizieren kann

AT CPBS = "SM"
Wählen Sie das Telefonbuch der SIM-Karte. Sie können das "SM" auch durch die Abkürzungen für die anderen zuvor aufgeführten Telefonbücher ersetzen.

AT CPBR = 1
Lesen Sie den ersten Eintrag aus dem aktuell ausgewählten Telefonbuch. Ersetzen Sie die 1 durch die Nummer des Eintrags, den Sie lesen möchten (bis zur von AT CPBS gemeldeten Gesamtgröße des Telefonbuchs?).

Schritt 5: Verwenden des Telefons.

Telefon entsperren
Sobald das Telefon erfolgreich gestartet wurde, wird es gesperrt und der Bildschirm ist leer. Drücken Sie eine beliebige Taste, um das Telefon zu entsperren. Datum und Uhrzeit werden auf dem Bildschirm hin und her gescrollt (dies ist der Bildschirm zum Entsperren). Wenn Sie während dieser Zeit die Taste "Entsperren" (die Taste oben links) drücken, wird das Telefon entsperrt. Die Zeit bleibt auf dem Display, ohne zu scrollen. Dies ist der Startbildschirm.

Telefon sperren
Auf dem Startbildschirm können Sie das Telefon sperren, indem Sie die linke Softkey-Taste (die obere linke Taste) drücken. Der Bildschirm und die Hintergrundbeleuchtung werden ausgeschaltet, aber das Telefon ist weiterhin eingeschaltet und kann Anrufe oder Textnachrichten empfangen.

Kontrast / Helligkeit einstellen
Wenn sich das Telefon im Bildschirm "Entsperren" befindet, können Sie die Helligkeit mithilfe der Auf- und Ab-Tasten (die beiden zentralen Tasten der Gruppe von vier Tasten direkt unter dem Bildschirm) anpassen.

Wählen einer Telefonnummer
Sie können eine Nummer vom Startbildschirm aus wählen. Drücken Sie einfach die Taste, die der ersten Ziffer der Nummer entspricht. Sie werden zum Wählbildschirm weitergeleitet, auf dem Sie den Rest der Nummer eingeben können. Drücken Sie *, um die zuletzt eingegebene Ziffer zu löschen, oder "Zurück" (der linke Softkey), um zum Startbildschirm zurückzukehren. Durch einmaliges oder mehrmaliges Drücken von # können Sie #, * oder eingeben. Um die Nummer anzurufen, drücken Sie den rechten Softkey ("Anruf").

Verwenden des Telefonbuchs (Kontaktliste)
Drücken Sie auf dem Startbildschirm den Abwärtspfeil (den unteren Teil der Gruppe von vier Tasten direkt unter dem Display), um das Telefonbuch aufzurufen. Verwenden Sie die Abwärts- und Aufwärtspfeile, um zum gewünschten Eintrag zu navigieren. Drücken Sie den rechten Softkey ("OK"), um ein Menü aufzurufen, über das Sie diesen Kontakt anrufen, eine Textnachricht an diesen Kontakt senden, einen neuen Eintrag zum Adressbuch hinzufügen oder den Kontakt bearbeiten oder löschen können.

Kontakt hinzufügen
Um einen Kontakt hinzuzufügen, geben Sie zuerst die Kontaktliste ein, indem Sie auf dem Startbildschirm auf den Abwärtspfeil klicken. Drücken Sie dann die rechte Taste, um das Kontaktmenü aufzurufen ("Anruf", "Text", "Eintrag hinzufügen" usw.). Scrollen Sie (mit den Tasten nach unten und oben) nach unten zum Menüpunkt "Eintrag hinzufügen" und drücken Sie die rechte Taste. Jetzt können Sie den Namen des Kontakts über die Tastatur eingeben (2 ist "abc", 3 ist "def" usw .; 1 ist Leerzeichen, * ist Rücktaste und # ist Umschalttaste). Nachdem Sie den Namen des Kontakts eingegeben haben, drücken Sie den Abwärtspfeil, um zum Feld für die Eingabe der Telefonnummer des Kontakts zu gelangen. (Sie können den Aufwärtspfeil drücken, um zum Feld zur Eingabe des Kontaktnamens zurückzukehren.) Geben Sie die Nummer des Kontakts über die Tastatur ein (* ist wieder die Rücktaste, aber # wechselt jetzt zwischen #, * und). Wenn Sie sowohl den Namen als auch die Telefonnummer eingegeben haben, drücken Sie die rechte Taste, um den Kontakt zu speichern (oder die linke Taste, um den Vorgang abzubrechen).

Kontakt anrufen
Um einen Kontakt in Ihrer Kontaktliste anzurufen, scrollen Sie zu diesem Kontakt, drücken Sie die rechte Taste, um das Kontaktmenü aufzurufen ("Anruf", "Text usw.), und drücken Sie dann erneut die rechte Taste, um anzurufen Scrollen Sie zu einem Eintrag in Ihrer Kontaktliste und drücken Sie die rechte Taste, um das Kontaktmenü aufzurufen. Scrollen Sie nach unten zu "Text" und drücken Sie die rechte Taste. Jetzt können Sie Ihre Nachricht über die Tastatur eingeben Der Name des Kontakts, 2 ist "abc", 3 ist "def" usw.; 1 ist Leerzeichen, * ist Rücktaste und # ist Umschalttaste.) Drücken Sie die rechte Taste, um den Text zu senden (oder die linke Taste, um abzubrechen).

Fehlerbehebung
Wenn Sie eine andere Komponente finden (z. B. Display, Lautsprecher, Mikrofon oder Summer), die nicht richtig funktioniert, überprüfen Sie Folgendes:
  • Ist das Bauteil richtig gelötet?
  • Sind die angeschlossenen Komponenten (z. B. die entsprechenden Schenkel des Mikrocontrollers oder des GSM-Moduls) richtig verlötet?

Schritt 6: Laserschneiden und Zusammenbauen des Gehäuses.

Sie können ein einfaches, aber funktionales Gehäuse aus lasergeschnittenem Sperrholz und Furnier zusammen mit einigen kleinen Schrauben herstellen (siehe Materialien oben):
  • Überprüfen Sie vor dem Schneiden des Gehäuses, ob die Gehäusedateien mit der Leiterplatte übereinstimmen. Insbesondere habe ich viele Änderungen an der Größe und Position der Schraubenlöcher vorgenommen. Überprüfen Sie daher, ob sie sich an derselben Stelle auf der Leiterplatte und im Gehäuse befinden. (Beachten Sie, dass die Löcher in der unteren Furnierfeile größer sein sollten als die anderen. Dies dient dazu, die Mutter aufzunehmen und sie leicht zu versenken.)
  • Wenn Sie Stifte auf den ISP-Header gelötet haben, müssen Sie im oberen Stück Sperrholz einen Platz für sie ausschneiden. Bearbeiten Sie DIY-Cellphone-Top entsprechend.
  • Laserschneiden des Sperrholzes (6 mm) mit den Dateien DIY-Cellphone-Top und DIY-Cellphone-Bottom im Ordner Case / des Repository damellis / cellphone2hw auf GitHub. Die SVG-Dateien wurden dann in Inkscape erstellt für den Import nach CorelDraw nach hpgl exportiert.
  • Laserschneiden des Furniers mit den Dateien DIY-Cellphone-Top-Veneer und DIY-Cellphone-Bottom-Veneer. Schneiden Sie das Furnier mit der Holzfront nach oben (Kleberückseite nach unten).
  • Entfernen Sie den Kleberücken vom oberen Furnierstück und kleben Sie ihn auf die Außenseite des oberen Sperrholzstücks. Wiederholen Sie dies mit der Rückseite und befestigen Sie das Furnier erneut an der Außenseite des Sperrholzes.
  • Zwischen der Oberseite jedes Knopfes und dem Furnier befindet sich etwas Leerraum. Möglicherweise müssen Sie kleine Abstandshalter auf die Rückseite des oberen Furnierstücks kleben, eines für jeden Knopf (in der Mitte jedes rechteckigen Biegeschnitts im Furnier). Auf diese Weise müssen Sie das Furnier nicht so stark drücken, um den Knopf zu drücken.
  • Schieben Sie die oberen und unteren Teile des Gehäuses über die Leiterplatte. Sie müssen das Batteriekabel zwischen das GSM-Modul und den Batterieanschluss stecken und es in zwei Hälften falten. Die Sperrholzstücke sollten flach auf der Leiterplatte anliegen.
  • Setzen Sie die sechs Schrauben ein und schrauben Sie sie auf die Muttern.

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