基于行空板M10打造一个离线便携导航仪！

PathFinder 是一款可穿戴便携设备，可以存储离线地图，并通过方向键来查看和导航。

PathFinder，一款由 行空板M10 驱动的 DIY 数字离线地图设备，旨在帮助你找到方向。

我经常在家乡附近的山区骑行，那里经常有些地方完全没有信号。完全依赖谷歌地图是绝对不行的；有时由于数据问题，地图无法完全加载，
如果我们有实体地图和一些导航技能，这些问题都能解决。我没有实体地图，但我制作了一个数字地图，加载在 UNIHIKER M10 板上。我们可以通过方向键导航地图。有了这个，如果被困住了，人们就可以自救。

为了测试这个方法，我去了家乡附近山区的一个偏远地区，用这张地图导航一条我从未去过的路。我跟着地图走，顺利找到了路。

本文涵盖了该项目的完整构建过程，从 PCB 的构建到代码和器件组装，让我们开始吧。

准备工具

• 行空板M10
• 定制PCB板
• 3D打印零件
• IP5306 电源管理集成电路
• 10uF 1206 电容
• 垂直按钮
• LED灯
• 1uH 电感器 SMD
• 按钮（尺寸为 4x4 毫米）
  

地图方面，我从《辐射：新维加斯 Pip-Boy 3000》的界面中获得了灵感，它带有琥珀色调。普通地图很无聊，作为《辐射》粉丝，我有责任制作一张受 Pip-Boy 启发的地图。
使用了两个库。第一个是 UNIHIKER 驱动，它控制内置的 240×320 显示屏。还有 PinPong 库，用于读写 GPIO 引脚。

显示帧
我们先创建一个图像小部件，然后每帧更新其文件。

gui = GUI()

# Create once
display_img = gui.draw_image(x=0, y=0, image="/tmp/frame.png")

# Every frame: save new image, then update the same widget
frame.save("/tmp/frame.png")
display_img.config(image="/tmp/frame.png")
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用Pillo渲染
所有图形均通过 Pillow 在内存中合成 ——没有帧缓冲区，也没有 pygame。每一帧通过：

• 从2000×2000地图裁剪出320×240的视窗
• 涂上琥珀色
• 绘制 CRT 网格+POI 图标
• 复合扫描线叠加
• 动画准星
• 绘制 HUD 条
• 旋转到横向
• 保存并推送
  

```python
from PIL import Image, ImageDraw

viewport = self._map.crop((x0, y0, x0 + VIEWPORT_W, y0 + VIEWPORT_H))
frame    = viewport.convert("RGBA")
draw     = ImageDraw.Draw(frame)
```
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设置地图颜色
地图加载时是正常的 RGB。为了获得 Pip-Boy 的荧光粉外观，红色通道作为三个通道的亮度源：

r, g, b = img.split()
img = Image.merge("RGB", (
    r,
    r.point(lambda v: int(v * 0.71)),   # amber green
    r.point(lambda v: int(v * 0.26)),   # amber blue
))

Ratios `(1.0, 0.71, 0.26)` match the target amber `(255, 182, 66)`.
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物理按钮
按钮接线到带有内部上拉电阻的 GPIO 引脚。按下时，针脚会拉低电位，读数为“0”表示“被压”。

from pinpong.board import Board, Pin

Board("unihiker").begin()
btn_up = Pin(Pin.P3, Pin.IN, Pin.PULLUP)

if btn_up.read_digital() == 0:
    move_y = -PAN_SPEED

if not hasattr(Pin, "PULLUP") and hasattr(Pin, "PULL_UP"):
    Pin.PULLUP = Pin.PULL_UP
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竖屏上的风景
实体显示是240×320（竖屏）。我会在320×240画布（横幅）中绘制，并在保存前旋转每一帧：

frame = frame.rotate(-90, expand=True)
# result: 240×320 — fills the screen when held sideways
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渲染环
标准固定时间步循环——在帧预算剩余时间内休眠。

target_fps = 15
frame_time = 1.0 / target_fps

while True:
 t0 = time.time()
 # ... read buttons, render, push frame ...
 sleep_t = frame_time - (time.time() - t0)
 if sleep_t > 0:
 time.sleep(sleep_t)
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Libraries

| Library | Install | Purpose |
|---|---|---|
| `pillow` | `pip install pillow` | All image rendering |
| `unihiker` | pre-installed | Push frames to the screen |
| `pinpong` | pre-installed | GPIO buttons and buzzer |
| `math`, `time`, `os` | standard library | Animation, timing, file checks |
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电源输入
接着，在配置好地图设置后，我们解决了行空板的电源输入问题。行空板M10 使用 USB Type-C 端口作为电源输入，提供稳定的 5V 电压，使设备能够正常运行。这块板的问题是没有内置电池接口。
在 Type-C 端口附近，我们发现了两个终端。第一个端子连接到 USB Type-C 端口的 VCC，另一个端子连接到 GND。
通过给这两个端子提供 5V，我们可以为这块板供电，但为此，我们需要一个稳定的电源。

3D设计

在这个项目中，我的想法是做一个屏幕旁边有四个按钮的设备，灵感来源于赛博朋克类型，强调显示屏，造型方正对称。
为了提升设计效果，我添加了屏幕反光遮阳板部分，这也具有实用功能。当设备在户外使用时，它为行空板的显示屏提供遮阳，使视野更为清晰。
为了美观，特意加了一个较大的按钮，通过添加不同部件，用三种彩色耗材——红、白、黑——来 3D 打印这些部件，创造出极佳的色彩组合。
模型内部有完善的电路布局，包括按钮板。每个电路都有自己的安装螺丝凸台，我们用 M2 螺丝固定电路板并固定。
我们还在设备一侧增加了开口，方便访问 UNIHIKER M10 的 USB 端口，以便重新编程设备。还增加了开口，用于连接电源模块的 USB 端口和开关按钮。
我们在一端加了一个类似挂钩的部分，可以连接带子来存放证件。

模型最终确定后，我们用 Hyper PLA 在相同设置下 3D 打印了所有零件，包括 0.2 毫米层高、25%填充和树木支撑，Z 轴距离为 0.3 毫米。
前身印有白色 Hyper PLA 字样。背部机身、遮阳部分和美观部分均采用黑色 Hyper PLA 印刷。红色 Hyper PLA 用于打印四个开关和旋钮部分。

PCB 设计——电源板

在该电路中，IP5306 电源管理集成电路从 3.7V 锂离子电池中获得稳定的 5V/2A 电流。其高切和低切特性防止了电池的过充和过放电。

我们使用的充电口是一个 C 型通孔口，连接到 IC 充电口。除了充电口和 GND，我们还加入了一个 10uF 滤波电容和一个 10uF 电容组合，并配有 2 欧姆电阻。

此外，IC 的 LED 接口还增加了四个 LED 灯，作为电池满电指示灯。

新增了一个按钮，用于设备开关。

此外，我们在 IC 和 GND 输出端增加了两个额外的滤波电容。

动力来源本项目的电源是锂离子电池，具体来说是 14500 的 3.7 伏 600mAh 锂离子电池，预装了 PCM 电路。该 PCM 电路保护电池免受过载和过放电，甚至提供短路保护。

• 电池的B+和B-通过烙铁焊接到我们的电源管理板电池端子上。
• 为了测试设置，我用万用表按下垂直按钮，打开了电路，我们可以看到指示灯亮起。
• 用万用表，我们可以检测电路的输出电压，测得稳定的5V，说明设备是正常的。
  

按钮板组装
按钮板的组装相当简单。
我们把四个按钮都放到原位，翻过主板，然后用烙铁焊接所有按钮的引脚。

连接设备

按以下顺序连接：

• 按钮 A 连接到行空板的 P3接口。按钮 B 连接到行空板的 P0。按钮 C 连接到 P1。D 键连接到 P2。
• 将车载蜂鸣器连接到接口 P26。
• 用连接线将电源板的 5V 和 GND 端子与行空板的 5V 和 GND 端子配对。
• 按下垂直按钮，设置启动，行空板屏幕亮起，即设置成功。
  

外壳部件组装

• 首先将按钮板放在四个螺丝凸台上，用四颗 M2 螺丝固定它。
• 接下来，锂电池被放置在下面，我们在那里建模了一个电池支架。电路也放置在两个螺丝凸台上，并用两颗 M2 螺丝固定。我们用一点热熔胶把细胞保持完整并固定住。
• 用万用胶把建模的美观部件粘在外壳前端上。我们在正面涂上强力胶，放置美观部分，并固定好。
• 行空板M10从正面外壳的内侧安装，用热熔胶固定。
• 3D 打印的按钮是从前侧内部安装的，前后机身被组装并用四颗 M2 螺丝固定。
• 将按钮安装在设备正面，起到装饰作用。
• 用两颗M2螺丝安装剩余配件。
  

你还可以额外加一条肩带，方便外出携带设备。

成果与展望
进过以上步骤，基于行空板M10的DIY 的数字地图设备就完成了，可以帮助旅行者找到自己的道路。它基本上是一个屏幕里的地图，加载时没有 Wi-Fi 或任何网络连接。用方向键，我们可以轻松导航地图。
为了测试，我骑着摩托车去了一个以前没去过的地方，用 PathFinder 导航，效果相当不错。

另外，还可以通过添加温度传感器、视频录制，甚至一些 AI 功能，比如追踪前方车辆来扩展它的功能。如果安装在车上，甚至可以配备蓝牙扬声器，拥有可能性无限。



作者：Arnov Sharma
首发平台：探路者 - Hackster.io --- PathFinder - Hackster.io