Как сделать настоящий телефон своими руками

Кроме десятка известных международных корпораций, телефоны выпускают сотни компаний в разных странах. Продаются не только готовые аппараты, но и всевозможные детали, микросхемы и модули.

Что делаем

Прежде чем покупать сырье, паять и прошивать, нужно решить, что мы хотим получить в итоге. Нам нужен телефон, который выполнит классический набор обязательных действий:

• будет делать исходящие, принимать входящие вызовы;
• будет передавать и получать SMS-сообщения;
• станет будильником, при необходимости;
• сохранит информацию о наших контактах;
• покажет дату и время на экране.

Под каждую из поставленных задач понадобится свой аппаратный модуль или микропрограмма. Приступим к реализации.

Что понадобится

Вне зависимости от числа встроенных модулей для беспроводной и проводной передачи данных, любой телефон начинается с основной платы микроконтроллера.

Готовая микросхема

Вы можете не изобретать велосипед, а сразу взять готовую микросхему Arduino GPRS Shield SIM900 или GSM Shield 2 со встроенным антенным модулем. Она уже включает:

• Модули для взаимодействия с базовыми станциями сотовых операторов с помощью стандарта GSM в диапазонах частот 850-960 МГц и 1805-1880 МГц. Это покроет все поставленные задачи для общения, обмена текстовыми сообщениями.
• GPRS-модем, который работает с вышеуказанным модулем GSM. Потенциально, плата сможет скачивать со скоростью до 85,6 Кбит/ секунду.

Arduino GSM Shield стоит 4-5 тысяч рублей, а GPRS Shield SIM900 в 1-2 тысячи рублей на декабрь 2019 года. Разница между GPRS Shield SIM900 и GSM Shield 2 лишь в том, что у первой модели антенна прикручивается отдельно в разъем, а во втором варианте этого не нужно.

Тем, кому важны дополнительные возможности в виде поддержки UMTS (3G), LTE (4G), позиционирования GPS/ГЛОНАСС, Bluetooth или Wi-Fi, стоит посмотреть на другие микроконтроллеры или просто припаять нужные передатчики к плате Arduino.

Экран

К плате нужен экран. Его можно присмотреть на специализированных сервисах. Лучше выбирайте светодиодные DIY Матрицы. Их легче настроить, а мы не ставим цели сделать смартфон для просмотра изображений или интернет-страниц.

Существуют сразу готовые варианты плат, со встроенным небольшим текстовым экраном и всеми модулями передачи данных. Один из них, DIY Cellphone, LED Matrix. На декабрь 2019 года мы нашли эту плату за 3778 рублей, смотрите по ссылке.

Также нам понадобятся транзисторы, резисторы, кнопки, микрофон, динамики, USB-разъем и литий-ионная батарея. Полный список смотрите в подготовленном нами документе здесь. В результате вы должны уложиться в 10 тысяч рублей.

Не меняйте размер предусмотренной для передачи данных, антенны, без понимания физики процесса. Ее длина напрямую связана с частотами передачи и приема сигнала. При спонтанном изменении размеров антенны, увеличивается коэффициент стоячей волны (КСВ) и ухудшаются приемо-передающие качества. Больше не значит лучше.

В итоге у вас есть три варианта:

1. Купить одну готовую плату, в которую уже встроены все модули, экран, клавиатура.
2. Купить частично готовую плату, на которую нужно допаивать экран, клавиатуру и не только.
3. Купить голый микроконтроллер и все нужные элементы отдельно, а затем спаять в единый блок.

Какой вариант выбрать, решайте сами, исходя из количества свободного времени, денег, мастерства и желания. Чем меньше действий от вас требует выбранное решение, тем дороже оно будет стоить. Дешевле всего – купить готовый смартфон в магазине.

Если денег не хватает, а паять вы умеете, попробуйте отпаять нужные детали от своих старых смартфонов. Это не только сэкономит бюджет, но и время на ожидание посылок с комплектующими.

Как спаять электронику

Для пайки понадобится стандартный набор инструментов – сам паяльник, припой, щипцы. При работе, обращайте внимание на 2 момента:

• Полярность, ошибка возможно будет стоить деталей. Например, конденсатор может рвануть.
• Схемы плат создатели указывают в документации для конкретных модулей, например, клавиатуры.

Паять можно не только платы, но и внешнюю антенну для того, чтобы получить качественный сигнал. В качестве сырья подойдут медный провод, металлические диски и штыри. Как спаять усиливающую внешнюю сотовую антенну для телефона или 3G-модема смотрите в видео.

Как прошить

Чтобы прошить самодельный телефон, заранее предусмотрите на плате разъем для подключения к компьютеру, ноутбуку или специальному программатору. Как правило такой порт уже предусмотрен, если вы покупаете частично готовую плату. Производители уже предполагают, что вам придется ее программировать через внешние устройства.

Для прошивания понадобится еще один посредник, даже если вы пользуетесь компьютером, — программатор. Приведем два, для примера:

• ATAVRISP2, поставляется с собственным ПО, подключается к компьютеру через USB-разъем;
• USBASP – подходит для сторонних программ для прошивки микросхем, подключается аналогично предыдущему варианту, для соединения с микросхемой использует 10-контактный интерфейс ISP.

Для работы используйте одну из программ:

• AVRdude;
• AVRdude_Prog;
• Bascom-AVR;
• Khazama AVR Prog;
• eXtreme Burner AVR.

Они поддерживают современные операционные системы семейств Windows, Mac, Linux. Не все перечисленные программы русифицированы.

Попробуйте запрограммировать AVR с помощью языков Assembler или Си.

Как решить проблемы со связью

Причин проблем со связью 6:

• некачественный припой;
• некачественные материалы узлов, в том числе разъема для SIM карты;
• отсутствие или неверное расположение SIM-карты в разъеме;
• неверно подобранные характеристики антенны;
• ошибки при программировании;
• отсутствие связь в районе использования.

При самостоятельной работе, часто связь не ловит из-за неверно подобранной антенны. Один и тот же модуль не сможет одинаково эффективно принимать сигналы на разных радиочастотах. Поэтому не стоит пытаться использовать UMTS-антенну, которая работает на 2110-2170 МГц для приема GSM на 890-960 МГц, если производитель не предусмотрел этого.

Как сделать корпус

Главная цель корпуса – защитить хрупкие внутренние узлы, сохранив управляемость, понятность интерфейса и эстетичность.

При работе удобнее использовать материалы, из которых легко вырезать объекты нужных форм с подходящими выемками и разъемами. Например, дерево или пластик. Для красоты покройте основной защитный материал декоративными, например, кожей.

Также можно работать с металлом, алюминием, стеклотекстолитом 0,5 мм и тонким оргстеклом.

Отверстия по корпусу должны позволять всем узлам работать эффективно – не стоит закрывать устройство металлом со всех сторон, это заметно ухудшит приемо-передающие качества GSM-передатчика. Также озаботьтесь отверстиями под кнопки, микрофон, динамики в нужных местах.

Если не хотите делать внешнюю оболочку вручную, возьмите ее со старого телефона или закажите со специальных порталов. Главная проблема – уместить внутренности внутри готового корпуса, зафиксировать их и расположить в соответствии с готовыми отверстиями.

Вы всегда можете делегировать работу, по конструированию корпуса для вашего творения сторонним организациям. С помощью высокоточного лазера, они ровно вырежут изделие по вашим меркам или измерят все сами.

Как пользоваться телефоном

Использование handmade телефона ничем не отличается от привычных всем действий на коммерческих смартфонах. Клавиатура передает информацию о номерах, сообщениях или контактах, экран позволяет читать выводимые данные.

4 примера самодельных телефонов

Приведем четыре известных примера самодельных мобильных устройств.

DIY Cellphone

Простой телефон в деревянном корпусе с простым светодиодным линейным дисплеем и небольшими кнопками. Он сделан на основе готовой платы с матричным диодным дисплеем. Получилось лаконично, ударостойко, но непривычно для современных владельцев.

Вместо красного строчного экрана, можно установить монохромный от старых моделей Nokia. Общая стоимость комплектующих 200-250$ на декабрь 2019.

Достоинства и недостатки DIY Cellphone

PiPhone

Модель с внешней антенной и цветным дисплеем выглядит привычнее в 21 веке, чем DIY. PiPhone выполнен на основе микроконтроллера Raspberry Pi. Все коммуникации узлы, припаяны и подключены отдельно. Размер экрана – 2,8 дюйма, а корпус создатель решил не устанавливать вовсе.

Результат вышел на 50-100$ дешевле предыдущего, но вряд ли он выдержит аналогичные нагрузки, что и DIY.

Из цены мобильного устройства на микроконтроллер ушло 40$, на сенсорный экран – 35$, на батарею (2500 мАч) – 15$, модуль беспроводной передачи данных в диапазонах стандарта GSM – 48$, преобразователь, кабели и разъемы – оставшаяся сумма.

Смотрите видео эксплуатации PiPhone.

Достоинства и недостатки PiPhone

Phoenard

Монохромный сенсорный телефон в дизайне нулевых годов второго тысячелетия. Корпусом выступает передний прозрачный пластик, который покрывает все, кроме дисплея.

Гаджет выполнен на базе микросхем Arduino, о которых мы писали в начале статьи. К плате, кроме GSM-передатчика, также припаяны GPS-приемник с Bluetooth-модулем. Умельцам удавалось сделать из самоделки даже mp3-плеер. Функции обычного телефона устройство выполняет без труда.

Phoenard – универсальный прибор, из которого получится сделать не только удобный смартфон. В пятиминутном Youtube-ролике, умельцы делают из Phoenard различные устройства, в том числе монитор биения сердца, внутренний компьютер велотренажера и электронную барабанную установку.

Достоинства и недостатки Phoenard

Kevin Lynagh

Kevin Lynagh – не название телефона, а имя автора безымянного устройства, которое он представил в 2015 году. Его отличительные черты – отсутствие дисплея и беспроводная зарядка.

Программист-разработчик начал с подбора чипа, выбор пал на Qeuctel UC15. При поиске модуля для передачи данных стандартов GSM и UMTS, он купил Rubra Penta-band SMD. Для работы Кевин использовал плату контроллера Atmel ATMEGA1284-AUR за 8$.

Программная оболочка для устройства написана на объектно-ориентированном языке программирования C.

Кевин Линах получил двойку по курсу электротехники в Высшем Учебном Заведении.

Корпус устройства Кевин вырезал из дерева, покрыл кожей с обратной стороны. На всю работу программист потратил 15 суток в сумме.

Чтобы пользователь понимал процессы, происходящие внутри мобильного устройства без экрана, разработчик установил на нем серию диодных индикаторов, мигая, они оповещают пользователя.

Достоинства и недостатки устройства

Создание уникального телефона не обойдется дешевле покупки нового смартфона в офисе продаж. Вы сможете сделать простой, крепкий аппарат, с ограниченным вами набором функций, который не взломают злоумышленники, потому что взламывать нечего. Творите и следуйте рекомендациям техники безопасности при пайке.

https://www.youtube.com/watch?v=En5XwMCKeoM