3D打印树莓派4B外壳—内置UPS和统计显示信息

这次使用树莓派4B搭建一个服务器，并且从网上找到了一个喜欢的外壳。

这是MICHAEL KLEMENTS在2021年构建一个内置UPS和OLED统计数据显示的迷你Raspberry Pi服务器项目，通过内置的UPS，确保Pi在发生电源中断时保持运行。

项目文档地址：https://www.the-diy-life.com/mini-raspberry-pi-server-with-built-in-ups/。

此次使用的外壳来自T站的一个项目，不同于MICHAEL KLEMENTS文档中的外壳，与MICHAEL KLEMENTS不同的是，风扇的位置调到了顶部，底部改为了亚克力板。

外壳地址：https://www.thingiverse.com/thing:5027738

外壳视频地址：https://www.bilibili.com/video/BV1ub4y117i1

成品展示

运行

树莓派4B3D打印外壳+ups显示ip等信息

B站视频地址：https://www.bilibili.com/video/BV1AT4y1D7DA

正面

侧面

后面

顶部

底部

材料清单

一开始是从网上找的清单，但是其中有很多没用的材料，导致浪费了不少钱和时间，以下是我踩坑组装时用到的材料，准备动手的小伙伴还需要额外准备工具，因为外壳太小，所以拧螺丝也很费力，手很难伸进去拧动。
建议更新UPS固件完成后再组装。

材料	使用数量	说明	购买数量	价格（元）
树莓派4B 8G	1	树莓派开发板	1	1050
1T固态U盘	1	存储系统，可用TF卡代替	1	950
卧式冰塔	1	为树莓派提供散热，UPS Plus模块需要在树莓派的下方	1	119
官方电源	1	树莓派电源，可省略，连接UPS Plus之后，树莓派通过UPS Plus供电	1	53.90
树莓派UPS Plus	1	通过撞针为树莓派供电	1	168
0.96 寸蓝色oled屏（新版本）	1	显示系统和UPS Plus基本信息	1	10.8
18650锂电池	2	存储电量	2	6.5
3D打印外壳	1	打印文件链接：https://pan.baidu.com/s/1u2MkoeruZ6zd4Q0x_OG-Vw 提取码：5odz	1	22
3D打印UPS开关按钮	1	打印文件链接：https://pan.baidu.com/s/11sQ8vt5WbT6K5GXTe3HOpw 提取码：e98w	1	20
亚克力板切割两边和底部	1	切割文件链接：https://pan.baidu.com/s/1CU8HF65876pP3vRlw-WixA 提取码：obl1	1	15
TF4硅脂	1	CPU散热	1	6.20
40P杜邦线母对母10cm	4	连接oled和树莓派GPIO引脚	1	1.35
M2 螺母	8	固定oled屏和顶部风扇	100	1.20
M2.5 螺母	2	固定底板	100	1.20
M2 x 6 内六角螺丝	4	固定oled屏	50	4.50
M2 x 14 内六角螺丝	4	固定顶部风扇	100	6.96
M2.5 x 8 内六角螺丝	14	固定侧边亚克力板 8，固定底部亚克力板 4，固定M2.5x14+6单通铜柱 *2	50	3.20
M2.5 x 20 + 6 单通铜柱	2	底部固定UPS Plus *2，UPS Plus自带	0	0
M2.5 x 14 + 6 单通铜柱	2	固定UPS Plus *2	10	3.70
M2.5 x 7 + 6 单通铜柱	4	固定UPS Plus和树莓派，UPS Plus自带	0	0
				2443.57

安装Ubuntu Server系统

参考另一篇文章：https://blog.csdn.net/qq_20185737/article/details/123167673

使用I2C

进入系统，运行以下命令，安装i2c-tools、python3-pip

sudo apt install -y i2c-tools python3-pip

使用pip安装smbus2

sudo pip3 install smbus2

通过OTA更新UPS固件

UPS Plus文档地址：https://wiki.52pi.com/index.php?title=EP-0136，右下角可以设置中文。

注：在升级过程中不要关闭电源或断开网络连接。如果升级失败，UPS PLUS将无法正常工作。

将树莓派和UPS PLUS使用铜柱固定起来。撞针为压下状态。
按住UPS Pro开关键，将电池插入电池舱。

插入电池后等待Raspberry Pi运行，在系统终端执行以下python脚本完成升级。

cd ~
git clone https://github.com/geeekpi/upsplus.git
cd ~/upsplus
python3 OTA_firmware_upgrade.py

注：第一次运行时，可能会提示设备没有注册。如果是合法的设备，只需等待几秒钟，再试一次。

升级后，UPS Plus将被关闭，请拔掉电源插头，从UPS Plus中取出电池。
将电池插回UPS Plus，然后连接电源并按下电源开关，将其打开。

系统运行正常即可将树莓派和UPS Plus关机，拆开树莓派和UPS Plus进行组装。

设置自动关机保护

在系统的终端运行

curl -Lso- https://git.io/JLygb | bash

当遇到低电量时，它将自动关闭并关闭UPS，当交流电来临时，它将重新启动。

检测电池状态

切换到upsplus目录下

cd /usr/mydata/upsplus

注：这是我自己移动之后的目录，upsplus是在更新UPS固件时从github上clone的。

运行命令执行upsplus.py文件

python3 upsplus.py

查看输出信息

Current information of the detected Raspberry Pi（树莓派信息）
Batteries information（电池信息）
1. Voltage of Batteries：电池电压
2. Battery Current (discharge/Charging) Rate：电池电流（放电/充电）率
Currently not charging/Currently charging via Type C Port：当前未充电/使用Type C充电

在 OLED 显示屏上显示 UPS 统计数据

脚本信息：https://github.com/suitbaby/raspi-ups-stats

进入系统，打开终端，运行命令下载Adafruit的Python库用于OLED显示器

cd ~
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_SSD1306.git
cd Adafruit_Python_SSD1306.git
sudo python3 setup.py install

下载raspi-ups-stats

cd ~
git clone https://github.com/suitbaby/raspi-ups-stats.git

下载字体文件：https://www.dafont.com/pixel-operator.font，将PixelOperator.ttf上传到raspi-ups-stats目录

进入raspi-ups-stats目录运行stats.py，oled屏就会显示信息了。

python3 stats.py

设置开机自动启动

创建目录/opt/stats/

mkdir /opt/stats/

将raspi-ups-stats目录下的PixelOperator.ttf，stats.py文件复制到/opt/stats/目录

切换到raspi-ups-stats目录，运行以下命令，将脚本文件复制到/etc/systemd/system/目录下

sudo cp stats.service /etc/systemd/system/

运行命令重新加载

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable --now stats

最后重新启动即可

reboot

安装注意事项

UPS Plus模块必须在树莓派4B的下方
安装顺序：UPS Plus，树莓派，oled屏幕，风扇，冰塔。
使用杜邦线连接风扇、冰塔时，需要注意GPIO的位置
- 如屏幕引脚对着我，杜邦线的顺序从左→右为黑白灰棕，插入树莓派的位置为：
  
  第2排从右→左：第一个：灰；第二个：黑；第三个：白；第五个：棕。
冰塔的支架是螺丝从下往上拧还是从上往下拧。
- 从下往上这种情况相当麻烦，需要先将树莓派和UPS Plus模块之间的后两个螺丝拧到冰塔上。
- 从上往下这种使用M2X8或者M2X10的往下拧就行，不过单通铜柱需要方向向下，所以UPS Plus模块下方的铜柱需要改成双通铜柱。

脚本注意事项

如果出现执行python3 XXXX报错时看看是不是缺少相关的库，安装即可。
系统启动时oled屏不显示信息，只有在运行stats.py时oled才会刷新信息和跳动，则使用
```
systemctl status stats
```
查看stats自启动服务状态，如果是**(code=exited, status=203/EXEC)**，则需要在stats.service中进行修改：
```
ExecStart=/usr/bin/python3 /opt/stats/stats.py
```
运行python3 stats.py时输出/bin/sh: 1: vcgencmd: not found可忽略，安装vcgencmd解决。

报错解决

报错 ModuleNotFoundError: No module named ‘ina219’

执行以下命令安装pi-ina219

sudo pip install pi-ina219

报错：ModuleNotFoundError: No module named ‘PIL’

执行以下命令安装：

pip install Image

报错：ModuleNotFoundError: No module named ‘RPi’

执行以下命令安装：

pip install RPi.GPIO