여러분, 안녕하세요. 다시 오신 것을 환영합니다.
모두가 사이버덱을 만들고 있기에, 나도 하나 만들어 보면 어떨까 생각했습니다. Raspberry Pi 500+를 기반으로 만든 저만의 사이버덱, Raspberry Pi 10,000을 소개합니다.
이 프로젝트의 전체 아이디어는 Raspberry Pi 500+를 중심으로 하며, 제 용도에 더 실용적으로 사용할 수 있도록 약간의 수정을 더하는 것입니다.
Pi 500+에 긴 7.9인치 HDMI 디스플레이를 결합하고, 모든 부품을 함께 고정할 수 있는 맞춤형 2부 프레임을 설계했습니다. 한쪽 프레임은 Raspberry Pi에 부착되고 다른 쪽은 디스플레이를 고정합니다. 두 프레임은 힌지로 연결되어 있어, 노트북처럼 화면을 키보드 위로 접어 내릴 수 있습니다.
이 프로젝트를 만든 주된 이유는 사실 아주 간단했습니다. 이미 음성 해설 작업에 USB 녹음 마이크와 함께 Pi 500+를 사용하고 있었는데, 자체 화면이 있으면 정말 좋겠다는 생각이 계속 들었습니다.
Raspberry Pi 팀은 Pi 500+를 훌륭하게 만들었습니다. 키보드 형태에 많은 기능을 담았고 기계식 키보드까지 탑재했습니다. 하지만 한 가지가 빠졌다고 느꼈습니다. 바로 내장 디스플레이였습니다.
그래서 화면이 탑재된 버전을 기다리는 대신 직접 만들어 보기로 했습니다.
이 글에서는 이 프로젝트의 전체 제작 과정을 다룹니다. 시작해 보겠습니다.
이 프로젝트에 사용한 부품은 다음과 같습니다.
Raspberry Pi 10,000을 만들기 전에 이미 Raspberry Pi 1000으로 나만의 키보드 컴퓨터를 만들어 보는 실험을 했습니다.
Pi 1000은 Raspberry Pi 5 4GB, NVMe SSD, 맞춤형 키보드 인클로저를 소형 키보드 컴퓨터에 결합한 Raspberry Pi 400의 DIY 대안이었습니다. PCIe M.2 실드를 사용해 NVMe 드라이브를 연결했으며, 그 결과 시스템의 부팅 및 저장 장치 성능이 크게 향상되었습니다.
이 구성은 약 5~6초 만에 데스크톱으로 부팅할 수 있었고, Gen 3×4 NVMe SSD는 각각 최대 1600 MB/s와 1100 MB/s의 읽기 및 쓰기 속도를 제공했습니다.
또한 Seeed Studio XIAO SAMD21 마이크로컨트롤러와 HID 프로토콜을 사용해 처음부터 직접 만든 맞춤형 볼륨 노브 컨트롤러를 추가하여 시스템 볼륨을 조절할 수 있게 했습니다.
하지만 이것은 오래된 프로젝트이고, 현재의 Raspberry Pi 10,000은 일종의 MOD 프로젝트에 가깝습니다.
이 프로젝트의 주인공은 새로운 Raspberry Pi 500+로, Raspberry Pi 기반의 키보드 컴퓨터입니다. 몇 가지 새로운 기능이 추가된 싱글 보드 컴퓨터 키보드 제품군의 하나입니다. 가장 눈에 띄는 추가 요소는 주소 지정이 가능한 RGB LED가 장착된 기계식 키보드입니다. Raspberry Pi 5와 동일한 Broadcom BCM2712를 사용하며, 온보드 NVMe SSD도 탑재되어 있습니다.
BCM2712는 2.4 GHz로 동작하는 쿼드 코어 64비트 ARM Cortex-A76 프로세서입니다. VideoCore VII GPU가 그래픽을 처리하며 하드웨어 가속 그래픽과 고해상도 디스플레이를 지원합니다.
이 프로젝트에 사용한 Pi 500+ 버전에는 16 GB LPDDR4X RAM과 256 GB 온보드 NVMe 스토리지가 탑재되어 있어 데스크톱 애플리케이션, 미디어, 개발 및 기타 높은 성능을 요구하는 작업에 충분한 메모리와 저장 공간을 제공합니다.
연결 기능으로는 듀얼 밴드 802.11ac Wi-Fi, Bluetooth 5.0/BLE, Gigabit Ethernet, 여러 USB 포트가 포함됩니다. 또한 2개의 micro-HDMI 포트를 통해 외부 디스플레이를 구동할 수 있으며, 추가 하드웨어를 연결하기 위한 40핀 GPIO 헤더도 갖추고 있습니다.
디스플레이는 조금 색다른 제품을 사용하고 싶었습니다. 일반적인 7인치 또는 10인치 1920×1080 패널 대신 Waveshare의 7.9인치 400×1280 HDMI 디스플레이 를 선택했습니다. 독특한 화면 비율 덕분에 프로젝트가 완전히 다른 모습을 갖게 되었고, 사용 가능한 공간도 훨씬 효율적으로 활용할 수 있었습니다.
이 디스플레이는 400×1280 하드웨어 해상도의 IPS 패널을 사용하며, 최대 6H 경도의 강화 유리 패널로 덮인 5점 정전식 터치스크린을 갖추고 있습니다. HDMI를 통해 Raspberry Pi에 연결되고, 터치 인터페이스에는 추가 USB 연결이 필요합니다.
이 디스플레이는 활용성도 매우 뛰어납니다. Raspberry Pi에 연결하면 Raspberry Pi OS, Ubuntu, Kali, RetroPie를 비롯한 운영 체제를 지원합니다. 또한 Windows 7, 8, 8.1, 10, 11을 사용하는 일반 컴퓨터 모니터로도 사용할 수 있습니다.
오디오의 경우 3.5mm 오디오 인터페이스를 탑재하고 HDMI 오디오 출력을 지원하므로, 디스플레이를 통해 영상과 오디오를 모두 처리할 수 있습니다.
디스플레이 사양
Waveshare는 추가 문서와 설정 정보를 포함한 디스플레이 상세 wiki도 제공합니다. 아래에서 확인할 수 있습니다.
https://www.waveshare.com/wiki/7.9inch_HDMI_LCD
Waveshare에 특별히 감사드립니다. 프로젝트에 사용된 하드웨어를 제공해 주셨기 때문입니다. 7.9인치 HDMI 디스플레이와 관련 액세서리는 테스트 및 평가를 위한 리뷰용 제품으로 제공되었습니다.
Waveshare는 로보틱스, IoT, 자동화, 교육 및 기타 다양한 분야에서 사용되는 전자 부품, 모듈, 개발 도구를 공급하는 세계적인 선도 기업입니다. 품질, 신뢰성 및 지속적인 혁신에 중점을 두는 Waveshare는 전 세계 엔지니어, 디자이너, 취미 개발자 및 메이커들의 신뢰를 얻고 있습니다.
이들의 광범위한 제품군은 디스플레이와 HAT부터 확장 보드 및 임베디드 모듈까지 아우르므로,전문적인 제작과 DIY 프로젝트 모두에서 Waveshare는 가장 먼저 고려되는 선택지입니다.
프레임 설계의 목표는 상당히 간단했습니다. 디스플레이를 Raspberry Pi 500+에 부착해 노트북처럼 작동하게 만드는 것이었습니다. 문제는 Raspberry Pi 500+ 키보드의 기존 CAD 모델이 없는 상태에서 모든 부품을 어떻게 장착할지 알아내는 것이었습니다.
아쉽게도 Raspberry Pi 500+용 STEP 파일을 찾을 수 없어서 장착 시스템을 직접 설계해야 했습니다. 키보드와 I/O 포트 주변의 사용 가능한 공간을 측정한 뒤 Raspberry Pi 500+ 본체에 직접 나사로 고정할 수 있는 맞춤형 홀더를 설계했습니다.
이 홀더에는 I/O 포트에 접근할 수 있도록 직사각형 개구부도 포함되어 있어, 장착 프레임이 Pi의 연결을 방해하지 않습니다.
이 홀더 위에는 두 번째 프레임과 연결되는 힌지 구조를 추가했습니다. 디스플레이는 상부 프레임에 고정되고, 힌지를 통해 전체 디스플레이 어셈블리를 일반적인 노트북 화면처럼 앞뒤로 움직일 수 있습니다.
두 프레임 부품을 3D 프린팅하기 위해 Teal Hyper PLA를 사용했습니다. 두 부품 모두 0.4 mm 노즐과 0.2 mm 레이어 높이로, 25% gyroid 인필을 적용해 출력했습니다.
또한 서포트 없이 두 부품을 모두 출력할 수 있었습니다. 덕분에 출력 과정은 비교적 간단하게 유지하면서도 프레임과 힌지 어셈블리에 충분한 강도를 확보할 수 있었습니다.
출력 설정
두 프레임 부품을 견고하게 연결하려면 단단하고 신뢰성 높은 연결부가 필요했기 때문에, 스크린 홀더 프레임에 나사산 인서트를 추가하기로 했습니다. 이를 위해 프레임 양쪽에 하나씩, 총 2개의 M3 나사산 인서트를 사용했습니다.
핀셋을 사용해 나사산 인서트를 장착 구멍 위에 위치시켰습니다. 그런 다음 약 150°C로 설정한 납땜 인두를 사용해 가볍게 압력을 가하며 인서트를 구멍 안으로 천천히 눌러 넣었습니다.
인서트가 가열되면 주변 PLA가 부드러워지고 약간 녹으면서 나사산 인서트를 제자리에 밀어 넣을 수 있습니다. 식고 나면 플라스틱이 인서트 주변에서 굳어 인서트를 단단히 고정합니다.
프레임 반대쪽에도 같은 과정을 반복해 프레임 부품을 연결할 수 있는 견고한 M3 장착 지점 2개를 만들었습니다.
스크린 조립은 프레임의 장착 구멍 위에 HDMI 디스플레이를 배치하는 것부터 시작합니다. 이 구멍을 디스플레이 뒷면의 PCB 스탠드오프와 맞춥니다.
모든 부분을 정렬한 후 M2 볼트 4개를 사용해 디스플레이를 프레임 홀더에 단단히 고정합니다.
먼저 하부 프레임을 I/O 포트가 있는 Raspberry Pi 500+의 전면에 맞춥니다.
프레임을 올바른 위치에 배치한 후 프레임의 구멍을 통해 장착 구멍 위치를 Sharpie로 표시했습니다.
이 표시는 Raspberry Pi 500+ 본체에 장착 구멍을 만들 때 가이드로 사용됩니다.
장착 구멍을 만드는 다소 색다른 방법입니다. 드릴 대신 오래된 팁을 끼운 납땜 인두를 사용했습니다.
가열된 팁을 Raspberry Pi 500+ 본체에 표시한 두 지점 위에 놓고, 플라스틱을 녹여 관통하도록 부드럽게 눌렀습니다. 이때 본체를 완전히 관통할 필요는 없으며, 장착 나사에는 약 3 mm 깊이면 충분합니다.
표시한 두 지점 모두에 이 과정을 반복했습니다. 가장자리 주변에 녹은 플라스틱이 조금 남아 두 개의 장착 구멍이 만들어졌습니다. 이를 커터칼로 정리해 프레임을 장착할 수 있도록 구멍을 마무리했습니다.
M2 자동 조임 나사 2개를 사용해 하부 프레임 홀더를 Raspberry Pi 500 Plus에 결합했습니다.
다음으로 상부 스크린 프레임을 Raspberry Pi 500+에 결합합니다. 먼저 상부 프레임을 하부 프레임의 힌지 구조에 끼운 다음 장착 구멍을 맞춥니다.
그런 다음 M3 볼트 2개를 사용해 두 부분을 함께 고정합니다. 힌지가 단단히 잡히면서도 디스플레이를 열고 닫을 수 있도록 적절히 조여 줍니다.
그 결과 노트북처럼 접히는 디스플레이를 갖춘 견고한 사이버덱 스타일 장치가 완성됩니다. 이제 디스플레이와 Raspberry Pi 500+ 사이에 필요한 연결만 해 주면 됩니다.
디스플레이 연결에는 집에 있던 짧은 HDMI-to-Mini-HDMI 케이블을 사용했습니다. 이 빌드에는 완벽하게 잘 작동하지만, 이 프로젝트를 재현한다면 대신 FPC 연결 방식의 HDMI 브레이크아웃 보드 중 하나를 사용하는 것을 권장합니다. 그러면 연결부를 훨씬 더 짧고 얇게 만들 수 있어 전체 구성이 더 깔끔해집니다.
HDMI 케이블로 디스플레이를 Raspberry Pi 500+에 연결하면 영상 연결이 완료됩니다.
다음은 전원입니다. 디스플레이는 5V 전원에 Micro-USB 포트를 사용하므로, 이를 위해 일반 USB 케이블을 사용했습니다. 한쪽 끝은 디스플레이에 연결하고, 다른 쪽은 Raspberry Pi 500+의 USB 2.0 포트 중 하나에 연결합니다.
이렇게 하면 Raspberry Pi가 디스플레이에 직접 전원을 공급하므로 화면용 별도 전원 공급 장치가 필요하지 않습니다.
이것이 이 프로젝트의 최종 결과물인 Raspberry Pi 10,000입니다. Raspberry Pi 500+에 7.9인치 터치스크린 디스플레이를 추가해 만든 소형 사이버덱입니다.
가장 좋은 점은 이 개조로 Pi 500+의 기능이 전혀 줄어들지 않는다는 것입니다. 두 개의 HDMI 포트를 사용해 더 크고 두 번째인 디스플레이를 연결할 수 있으며, 16 GB RAM 구성 덕분에 웹 브라우징, 미디어 감상, 일반적인 작업 등 일상적인 용도에 놀라울 정도로 성능이 뛰어난 데스크톱 컴퓨터로 사용할 수 있습니다.
하지만 제가 이 장치를 만든 주된 이유는 보이스오버 녹음 작업 전용 컴퓨터를 갖기 위해서였습니다. 그동안 녹음에 노트북을 사용했지만, 노트북의 냉각 팬이 꽤 시끄러워질 수 있었습니다. 이 구성의 Raspberry Pi 500+는 움직이는 팬이 없는 패시브 냉각 방식을 사용하므로, 녹음용으로 완전히 조용한 컴퓨터를 제공합니다.
Audacity를 실행하고, 이미 Raspberry Pi 10,000으로 곧 진행할 프로젝트에 사용할 보이스오버 대사 몇 줄을 녹음해 보았습니다.
그리고 이 장치는 특별히 게임용으로 만든 것은 아니지만, 게임도 처리할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이전에 Minecraft와 몇 가지 다른 게임으로 테스트해 보았으며, 위에 첨부한 짧은 영상에서 확인할 수 있습니다.
그러니까 간단한 화면 개조로 시작했지만, 결국 실제로 사용하게 될 만큼 놀라울 정도로 성능이 뛰어난 작은 사이버덱을 만들게 되었습니다.
이 프로젝트의 전체 아이디어는 Raspberry Pi 500+와 다음과 같은 간단한 질문에서 출발했습니다. ‘자체 화면이 있다면 어떨까?’
Pi 500+에 7.9인치 400×1280 HDMI 디스플레이를 조합하고, 모든 부품을 함께 고정할 수 있는 맞춤형 2피스 프레임을 설계했습니다. 한쪽 프레임은 Raspberry Pi에 부착되고, 다른 한쪽은 디스플레이를 고정합니다. 두 프레임은 힌지로 연결되어 있어 노트북처럼 화면을 키보드 위로 접어 내릴 수 있습니다.
이 아이디어는 제가 Pi 500+를 직접 사용하면서 떠올랐습니다. 이미 USB 마이크를 연결해 보이스오버 녹음에 사용하고 있었는데, 전용 디스플레이가 있으면 구성이 훨씬 유용해질 것 같았습니다. 그 결과물이 바로 Pi 500+를 기반으로 만든 소형 사이버덱, 제가 만든 Raspberry Pi 10,000입니다.
두 번째 버전에서는 개선하고 싶은 부분이 꽤 많습니다. 배터리 팩을 추가해 전체 구성을 더 휴대성 있게 만들고, 인클로저를 개선하며, 프레임에 더 많은 디자인 요소를 반영하고 싶습니다. 또한 사이버덱이라는 개념을 한층 더 발전시키기 위해 세 번째 디스플레이를 추가하는 것도 시험해 보고 싶습니다.
전반적으로 이 프로젝트는 성공적이었고, 완성된 모습이 정말 마음에 듭니다. 단순한 아이디어였지만, 제가 작업한 빌드 중 손에 꼽을 만큼 재미있는 프로젝트였습니다.
여기까지 봐 주셔서 감사합니다. 곧 새로운 프로젝트로 다시 돌아오겠습니다.
평화
https://www.instructables.com/Raspberry-Pi-10000/