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Integrare il PC dentro l'automobile: introduzione al "Carputing"

a cura di Palpas, severinocarpc

12/05/2010 - articolo

Hardware & Periferiche - Immagina gli interessanti vantaggi che potresti ottenere integrando il PC nell'automobile: ottersti un centro multimediale completo disponibile anche in viaggio, affiancato da tanti interessanti strumenti per l'ottimizzazione dei tragitti. Scopriamo come funziona questo sistema e come possiamo muovere i primi passi.

Il Carputing, conosciuto anche come CarPC è una soluzione che permette la completa integrazione di un PC all'interno dell'automobile ottenendo così un sistema multimediale all in one completamente personalizzabile e non soggetto ad "invecchiamento tecnologico" così come le normali sorgenti

Vantaggi:

• Espandibilità, completa personalizzazione e capacità di adattamento a qualsiasi esigenza
• Invecchiamento tecnologico pressoché assente
• Alta capacità di memorizzazione
• Flessibilità

Svantaggi:

• Necessita di buona manualità e conoscenze elettroniche
• Necessaria conoscenza hardware e software

L'idea di avere un vero e proprio PC all'interno dell'autovettura potrebbe interessare innanzitutto chi desidera avere sempre a portata di mano il proprio archivio di musica, film e ogni genere di contenuto multimediale il tutto comodamente indicizzabile. Avendo alla fine effettivamente un PC, le possibilità che esso ci offre all'interno dell'automobile vanno pari passo con la propria creatività.

Il progetto rimane assolutamente una cosa personale, dettata dai propri gusti e dalla propria esperienza, ma cerchiamo di vedere come possiamo orientarci all'inizio.

Componentistica hardware

Se, da un lato, la scelta dei componenti è sicuramente la parte che più entusiasma. Dall'altro, è senza dubbio il momento in cui bisogna riflettere: infatti qui decideremo cosa davvero vogliamo dal nostro CarPC in relazione al budget a disposizione.

Fondamentalmente il Carputer non ha bisogno di una grande potenza di calcolo, ma bensì di una ampia capacità di memorizzazione in uno spazio il meno ingombrante possibile; in genere la scelta della scheda madre cade sui formati mini-ITX, micro-ATX e flex-ATX.

Di seguito è illustrata una scheda madre mini-ITX:

Questo formato è generalmente il più usato per lo scopo: con le dimensioni di 17x17 cm, è una scheda madre piccola e performante, dai bassi consumi, e sopratutto integra già tutti i controller necessari (particolarmente importante è il controller video, che risparmia l'acquisto di una scheda VGA).

In alcuni casi, queste schede madri includono addirittura il processore.

Vediamo ora la micro-ATX:

Questa scheda madre non è altro che una versione dalle dimensioni ridotte di una normale ATX; con una dimensione di 24x24cm infatti, garantisce prestazioni paragonabili a quelle della sorella maggiore.

Forse è proprio il fatto di avere le medesime caratteristiche tecniche della ATX che a volte porta questa scheda ad essere boicottata per il Carputing, infatti i consumi sono i medesimi della ATX, significativi per un uso all'interno dell'auto.

Sempre nella stessa famiglia troviamo la Flex-ATX, conosciuta per essere adottata nei famosi Shuttle (non le navicelle, ma i PC cubi), una scheda madre più piccola della precedente ma sempre seconda alla mini-ITX.

Per quanto riguarda la CPU non c'è molto da dire. In genere si preferisce risparmiare sulla potenza guadagnando in consumi. La frequenza adottata per la maggiore è sicuramente di 1,5 GHz su singolo core.

Da parte di AMD quindi, buone soluzioni potrebbero essere le CPU appartenenti dal Socket A al Socket 939 (consumi dai 10 ai 89 Watt)

Da parte di Intel invece, si potrebbe valutare le CPU della famiglia Celeron o i Pentium 4 (Socket 478), con consumi che variano dagli 55 ai 84 Watt (in base al modello).

Per la maggiore vanno i modelli di schede mini-itx VIA che nel tempo sono risultate le più affidabili e convenienti in termini di costi, resistenza meccanica, consumo e rumorosità.

Dopo aver dato una panoramica generale al PC, andiamo a vedere uno dei componenti più importanti...

Alimentatore

Questo componente serve a fornire la necessaria energia elettrica al nostro computer. È quindi un componente di vitale importanza per garantire la stabilità al nostro Carputer e dovrà essere scelto tenendo conto dei componenti e delle periferiche che implementeremo nel nostro computer

Per lo scopo si può utilizzare convertitore DC-DC, da collegare alla batteria dell'auto.

Questo tipo di alimentatore, come si deduce dal nome, trasforma una tensione continua in un'altra tensione dello stesso tipo, ma con la differenza che quest'ultima sarà stabile.

La tensione in uscita non è necessariamente aumentata di livello, ma l'importanza rimane nel fatto che l'alimentatore garantirà una potenza stabile in uscita. Questi alimentatori sono detti "intelligenti" perché oltre a fornire la necessaria energia al nostro PC hanno a bordo anche altri circuiti come ad esempio l'anti-bump e il remote per l'accensione di un amplificatore audio oppure la comodissima funzione di controllo della tensione della batteria con shutdown forzato in caso di calo di tensione della stessa.

Un altro sistema di alimentazione (meno utilizzato) è quello basato su un componente chiamato Inverter. Questo componente in linea di massima permette di trasformare una tensione continua in una alternata; tensione che nel caso del Carputer, dovrà essere inviata all'alimentatore del computer così da essere riconvertita in continua: questo permette di utilizzare i normali alimentatori ATX da casa essendo 220V la tensione in uscita.

È quindi ovvio che l'utilizzo di questo sistema di alimentazione porta ad una doppia conversione della tensione, prima in alternata e poi di nuovo in continua causando uno spreco di elettricità (avendo gli inverter un rendimento inferiore degli alimentatori DC-DC):

In ogni modo l'utilizzo di un sistema di alimentazione mediante Inverter viene solitamente boicottato non solo per l'aspetto tecnico-economico ma anche perché è solito causare interferenze con i canali audio.

Strettamente collegati agli alimentatori sono i circuiti di accensione/spegnimento. Possono essere integrati (come nel caso di quasi tutti gli alimentatori DC-DC) o esterni (come nel caso di utilizzo di un inverter). Il loro funzionamento è molto semplice. Funzionano come un relè: appena ricevono un segnale a 12v dall'auto (dal sottoquadro oppure da un interruttore) danno un impulso sui 2 PIN di accensione sulla scheda madre proprio come se fisicamente si premesse il classico interruttore del nostro PC di casa. Non appena viene tolta la tensione dal ramo 12v (spegniamo l'auto o spostiamo l'interruttore) viene inviato l'impulso di spegnimento e il PC farà la procedura corretta di spegnimento (soft-off), altrimenti se il computer si blocca in fase di arresto è possibile impostare un tempo massimo oltre il quale viene tolta l'elettricità (hard-off) in modo da preservare la batteria dell'auto.

Abbiamo visto grosso modo come funziona la parte relativa all'alimentazione di un PC all'interno dell'auto, andiamo avanti parlando di un componente essenziale per il nostro fine....

Display

Si tratta di un altro componente importante, oltre che per l'estetica (dato che il display sarà l'unica cosa visibile del progetto), per la praticità: infatti possiamo scordarci di adottare in auto sistemi di input come mouse e tastiera... ed è per questo che il display sarà esclusivamente di tipo touch screen.

Si presentano tre tipi di soluzioni: la più usata è quella che prevede l'utilizzo di un display in dash, ossia un display integrato nell'abitacolo. La seconda opzione è il classico display da cruscotto, sicuramente più economico ma leggermente più scomodo e meno estetico del primo; infine vi è il display roof ossia il monitor da cielo, che rimane comunque il meno utilizzato.

In alcuni casi è possibile utilizzare l'eventuale display di serie dell'automobile, a patto che vi sia un ingresso video; magari tramite l'acquisto di un dispositivo che adatti la VGA (in uscita dal PC) al formato di ingresso nel display di serie, in questo caso però la qualità dell'immagine sarà nettamente inferiore rispetto ad un monitor VGA tanto da rendere quasi impossibile l'utilizzo di Windows mentre può essere accettabile per l'utilizzo del programma di FrontEnd.

Vediamo ora un altro componente essenziale al nostro progetto: l'amplificatore audio.

Amplificatore

Il segnale audio che esce dal nostro PC assomiglia di più ad un informazione analogica che ad un vero e proprio segnale in potenza pronto a far vibrare gli altoparlanti, per questo è necessaria l'implementazione di un amplificatore che aumenti la potenza del segnale musicale per sfruttare a pieno gli altoparlanti dell'auto.

Ovviamente sceglieremo un amplificatore con una potenza relativa agli altoparlanti che abbiamo.

Un'altra soluzione per quanto riguarda l'apparato audio del progetto può essere quella di sfruttare l'eventuale autoradio di serie, collegando l'uscita del PC alla porta di ingresso AUX dell'autoradio (se presente). In tal caso basterà impostare dall'autoradio la riproduzione del canale AUX, in modo tale da sentire senza problemi la musica del PC negli altoparlanti dell'auto.

Memorizzazione

Per quanto riguarda i dispositivi di memorizzazione, le scelte vengono dettate ancora una volta dall'utilizzo che vogliamo fare del Carputer, restando sempre attenti alla potenza massima fornitaci dall'alimentatore.

Le soluzioni più utilizzate sono 3: Hardisk da 3.5 pollici, Hardisk da 2.5 pollici, SSD.

Ogni soluzione presenta pro e contro. In breve:

• useremo HD da 3.5 pollici se abbiamo una grandissima quantità di dati con il contro che questi hanno una resistenza a gli urti molto bassa e quindi hanno bisogno di un sistema di ammortizzazione valido
• Useremo un HD da 2,5 pollici nella maggioranza dei casi in quanto sono molto più resistenti a gli urti e hanno delle capacità di memorizzazione rispettabili
• Useremo infine un disco SSD (o Flash) per rimanere al sicuro da rotture di tipo meccanico e avere un sistema più reattivo con il contro dell'attuale prezzo di acquisto e della scarsa capacità

Le memorie di tipo Flash, invece, non avendo ne dischi ne testine meccaniche, sono immuni alle vibrazioni. In queste memorie infatti, la memorizzazione dei dati avviene mediante la polarizzazione di transistor, caratteristica che porta inoltre questi tipi di dispositivi a consumare molto meno dei supporti meccanici.

In particolare su questo articolo si era dato un ampio sguardo a questi tipi di memorie, potendo quindi affermare che la loro implementazione all'interno del PC in auto è caldamente raccomandata:

In seguito mostriamo una memoria Flash di tipo SSD e una di tipo SD

Le memorie SD in versione micro e mini sono equipaggiate di adattatori al fine di poter essere inserite nel lettore SD.

Il lettore di memorie SD può essere collegato alla scheda madre tramite USB:

L'unità SSD invece può essere collegata tramite SATA oppure direttamente nello slot PCI Express:

Fino a questo punto abbiamo visto i componenti in un certo senso essenziali, componenti che stanno quindi alla base del progetto e che devono essere in un modo o nell'altro implementati.

Ora diamo uno sguardo alle principali periferiche optional che è possibile aggiungere per ampliare e personalizzare il Carputer.

Scheda TV

La scheda permette di riprodurre nel proprio PC segnali televisivi (alcuni modelli anche Radio FM); inoltre essa consente di riprodurre anche da sorgenti come videocamere, grazie agli ingressi audio e video.

Partendo da sinistra, vediamo il classico ingresso coassiale per l'antenna: è qui che andrà collegata l'antenna TV, possibilmente amplificata.

Nella porta successiva va collegato l'eventuale Jack audio stereo (ingresso audio) e, continuando a destra, vi è la porta dedicata all'ingresso video composito (ossia un formato che trasmette l'intero flusso video in un solo canale).

Successivamente troviamo la porta per ingressi di tipo S-Video: questo formato contrariamente al video composito, trasmette il flusso video in due canali separati (rispettivamente per instensità e colore).

Nella penultima porta invece vi è l'uscita audio, dove poter collegare un dispositivo di registrazione o una scheda audio; infine troviamo l'ultimo Jack, da collegare al ricevitore IR in maniera tale da poter controllare comodamente l'intero dispositivo dal telecomando.

Concludiamo la descrizione di questa periferica indicando che va inserita sulla scheda madre nello slot PCI, grazie al quale con una velocità fino a circa 63 MB/s garantisce fluidità sia nell'audio che nel video.

Esistono anche schede USB che ricevono il segnale Digitale Terrestre. Fondamentale in tutti i casi è necessario avere una o più antenne all'interno dell'auto per garantire una buona ricezione anche nelle cosiddette "zone d'ombra" ovvero tra palazzi o alberi con chioma molto fitta.

Lettore DVD slim esterno

Beh, non ce lo volete? Tecnicamente non è indispensabile vero, ma al giorno d'oggi capita spesso di aver tra le mani un film in DVD...

Quindi ecco una soluzione per avere un piccolo drive DVD nella vostra auto: si tratta di un dispositivo esterno collegabile tramite USB

Ricevitore GPS

Ormai è diventato un must, quindi per implementarlo nel nostro Carputer possiamo utilizzare ad esempio un ricevitore GPS Bluetooh, così da risparmiare il passaggio di ulteriori cavi che, in un simile contesto, potrebbe non essere il massimo della comodità.

In particolare il ricevitore GPS mostrato in figura ha una sua antenna integrata. Alcuni dispositivi invece permettono il collegamento di un'antenna esterna, al fine di migliorare la qualità della ricezione.

Chi non ha un controller Bluetooth nel Carputer, può tranquillamente optare per un ricevitore GPS collegabile al PC tramite USB o su porte seriali COM.

OBD

Per concludere la parte hardware del progetto, parliamo di cosa ci può offrire in questo caso interfacciare il PC con l'elettronica dell'automobile mediante la presa diagnosi.

Quante volte siete andati dal meccanico e avete visto connettere il palmare su quella presa sotto al cruscotto? Bene, quella è la presa di diagnosi OBD (dall'inglese On-Board Diagnostics).

Tramite questa presa possiamo leggere molti dati relativi all'auto, anche cose che normalmente non potremmo vedere con la sola "strumentazione della casa". Alcuni esempi possono essere i giri motore, velocità, pressione olio motore, pressione delle gomme, ossigeno, temperature e molto altro! Tramite questa interfaccia è anche possibile visualizzare gli errori che la centralina manda in caso di anomalie in modo da essere preparati quando andiamo in assistenza.

Esistono alcuni protocolli di lettura ma generalmente le interfacce riescono a gestirli tutti (come ad esempio quelle basate su chip ELM 327)

Esempio di lettura parametri

Un discorso a parte va fatto per il circuito CAN. Su questo circuito ad anello convergono i dati di altri sensori e dispositivi dell'auto. Esistono più tipi di circuiti CAN, ad esempio il CAN comfort gestisce tutti i dispositivi come i cristalli elettrici, display cruscotto, climatizzatore. Esiste il CAN security che gestisce airbag, esp, abs, asr, ecc. Ovviamente ci connetteremo sul CAN comfort (il resto è meglio lasciarlo stare!) e magari staremo a vedere la faccia dei nostri amici quando tramite comando vocale faremo aprire i finestrini.

Le interfacce costano relativamente poco e hanno una connessione USB che crea a sua volta una porta seriale virtuale.

Esempio di interfaccia OBD2

Apparato software

In questi progetti le scelte che si faranno nell'aspetto software non vengono più dettate da limiti tecnici o economici (riscontrati nello sviluppo della parte hardware), ma andranno pari passo con i gusti personali.

In ogni caso il consiglio resta sempre quello di adottare software più leggero possibile, a partire dal sistema operativo.

Partiamo proprio da quest'ultimo, riflettendo sul fatto che dovrà essere scelto solamente in base alle nostre reali necessità, senza dover ritrovarci poi con un ambiente pesante e stracolmo di funzionalità inutili che andranno solo ad appesantire il PC.

In parole povere, dobbiamo cercare di rendere il tutto più embedded possibile.

Windows Vista è quindi sconsigliato mentre Windows 7 promette molto bene.

La quasi totalità dei progetti adotta Windows XP a patto di apportare alcune modifiche al fine di eliminare le componenti inutili e renderlo il più leggero possibile, se scegliessimo questo sistema sarebbe quindi caldamente consigliato prima di tutto disattivare i servizi non strettamente necessari allo scopo, dopodichè procedere con un ottimizzazione generale del sistema partendo dagli effetti visivi fino ad arrivare alla deframmentazione del disco. In ogni caso è fondamentale mantenere il PC pulito installando solo software necessario (lettori multimediali, driver di periferica ecc...); è opportuno inoltre indicare che in un simile contesto possiamo fare a meno sia dell'antivirus che del firewall (a meno che non desiderate predisporre una connessione a Internet nel vostro Carputer).

Lettore Multimediale + codec

Software fondamentale per l'intero progetto, destinato ad essere il più usato durante il funzionamento della macchina, è lui infatti che ci permetterà di svolgere la più comune operazione del Carputer ossia l'ascolto della musica e la visione di film; ed è per questo che consigliamo di adottare Media Player Classic, un software free, leggero, flessibile e sopratutto portable (non sporca quindi il sistema)

Per rendere flessibile al massimo il player dobbiamo ovviamente installare i codec per riprodurre i più svariati formati multimediali.

Qui invece trovate i codec per i formati QuickTime, assenti nella raccolta indicata nel link sopra .

In genere, per quanto riguarda tutta la softwaristica si può scegliere tra due vie di realizzazione: la prima prevede l'utilizzo del computer nella stessa maniera in cui si adopera un PC casalingo; la seconda scelta invece, prevede l'utilizzo di un software che interfacci in un unico pannello le funzionalità multimediali del PC, al fine di renderne più comodo l'utilizzo. Vediamo ora questa seconda soluzione...

RideRunner

Questo programma freeware è stato realizzato al fine di semplificare l'utilizzo del Carputer per fini multimediali; esso si occupa di interfacciare software già presenti nel PC in maniera tale da renderne più comodo l'utilizzo: infatti si piloterà il tutto da un unico pannello:

RideRunner necessita l'installazione di Media Player Classic e Winamp ma può funzionare anche con altri player tipo foobar2000.

Le impostazioni per ogni funzione di RoadRunner sono configurabili nelle sue opzioni:

In questa foto viene mostrato il pannello di configurazione relativo al player musicale di RidedRunner, inoltre come avete potuto notare, RideRunner integra anche un player video, un software per l'utilizzo del GPS, Radio, TV ecc... per usare il Carputer in un ambiente all in one.

Il software che vi abbiamo presentato è gratuito ed ha una comunità di sviluppatori molto attiva, è possibile integrare praticamente qualsiasi cosa!

Altro software degno di nota è sicuramente Centrafuse realizzato da Fluxmedia. Si tratta di un software di frontend ma è a pagamento. Rispetto a RideRunner offre una maggiore semplicità di configurazione: molte delle funzioni sono direttamente offerte dal programma e non da software esterni di terze parti. Anche in questo caso è possibile integrare software esterni per estenderne le capacità.

Di tutti e due i programmi sono disponibili skin aggiuntive, plugin aggiuntivi e personalizzazioni di qualsiasi tipo in modo da soddisfare a pieno qualsiasi esigenza, il tutto in maniera gratuita!

Frontend basato su Ubuntu Linux è LinuxICE. Con questo frontend non siamo ancora ai livelli dei due precedentemente descritti ma promette molto bene!

Installiamo il carputer nella nostra auto

Fino ad ora abbiamo parlato di cos'è, di come è composto e di come si configura: ora è arrivato il momento di mettere il frutto del nostro lavoro nella nostra auto.

L'immagine precedente rappresenta lo schema tipico di collegamento della quasi totalità dei progetti di Carputer. Ma procediamo per gradi.

Un componente fondamentale che spesso viene sottovalutato è la dimensione del cavo di alimentazione. Questo deve necessariamente essere di una sezione adeguata alla quantità di corrente che ci dovrà passare. Dobbiamo prendere in considerazione l'assorbimento massimo del PC, del monitor e dell'amplificatore in modo da avere una somma complessiva. Da questa somma quindi ricavare il dimensionamento del cavo e dei fusibili da utilizzare (altra cosa sottovalutata da molti).

Fondamentale è apporre un fusibile "generale" a monte vicino alla batteria e poi avere una fusibiliera che divide la linea elettrica alimentando le varie periferiche. Anche in questo caso è conveniente apporre dei fusibili dedicati alle singole periferiche.

Un errore molto comune è prendere l'alimentazione dal connettore ISO dell'autoradio. Questo approccio è molto pericoloso in quanto la sezione del cavo è generalmente troppo piccola e rischiamo così di sciogliere il cavo creando un danno non indifferente nonché una spesa pesante per riparare il tutto. La strada giusta è quella di prendere il positivo dalla batteria e il negativo in un punto sverniciato della carrozzeria.

Colleghiamo successivamente la parte audio. Dalla nostra mini-itx usciremo con dei cavi (in genere minijack stereo --> doppio RCA) che andranno nel nostro amplificatore e poi alle casse. L'amplificatore è necessario in quanto la potenza musicale in uscita dalla scheda madre è molto bassa e non sentireste praticamente niente collegandola direttamente sul vostro impianto.

Altri collegamenti riguardano l'alimentatore, ma per questo vi rimando alle istruzioni specifiche e dettagliate che vengono fornite insieme allo stesso. In generale abbiamo positivo, negativo, accensione dell'amplificatore, accensione del PC e accensione dell'alimentatore.

Tutti i cavi vengono fatti passare sotto ai due battitacco dell'auto. Si cerca sempre di dividere i cavi elettrici da i cavi audio in modo da limitare l'introduzione di interferenze di vario tipo che si trasformano poi in fastidiosi ronzii.

Ci vuole buona manualità e soprattutto pazienza nello smontare plastiche e parti metalliche e attenzione a gli airbag!!

Lo schema successivo vuole essere uno dei molti esempi possibili di alternative di installazione un po' più "avanzata".

Buona installazione a tutti.

Si ringrazia per la collaborazione Severino, moderatore di Carputer.it.

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