TATRA 700

Tatra 613 Electronic Frankfurt ve stavu po zabudování palubního počítače Mac G4.

Internetový portál http://www.mujmac.cz přinesl podrobný popis této přestavby.

Tatra Mac G4 - nejrychlejší Apple na světě

30. června 2003, 00.00 | Některé kombinace jsou minimálně překvapivé - možná vás někdy na silnici předjede Tatra 613, která má více výkonu, než nejeden Mac pod stolem uživatelů. V kufru si veze Power Maca G4 a tak posádka může používat Mac OS X pro navigaci, poslouchání hudby nebo surfování na netu. Podrobný popis a mnoho fotek přímo od majitele této unikátní modifikace!

S myšlenkou zastavět běžný počítač (pochopitelně Mac) do osobního auta jsem si pohrával už delší dobu. Když jsme pak v loňském roce sháněli větší pohodlné auto na dlouhé cesty, instalace počítače byla už vcelku hotovou věcí. Na jaře jsem už měl jasno v tom, že autem bude Tatra 613 a i projekt palubního počítače začínal dostávat konkrétnější rysy.

Požadavky na funkce

Základní dva důvody pro vestavbu počítače byly náhrada CD měniče přehrávačem MP3 souborů a navigační řešení, založené na aplikaci Route66. Časem k tomu přibyla ještě integrace s některými systémy auta (řídící jednotka motoru, on-board obvod poskytující telemetrická data). Přehrávání MP3 souborů i navigaci je sice možno implementovat použitím speciálního hardware, ale upřímně řečeno, platit za jednoúčelové navigační zařízení zhruba sto tisíc korun a poté čekat, až se Blaupunkt (nebo jiný výrobce) uráčí vydat potřebné mapové disky se mi rozhodně nechtělo. Použití standardního počítače dává možnost podstatně větší volnosti při tvorbě a konfiguraci celého systému. Také rozšiřování funkčnosti pomocí software (ať již komerčně dostupného, nebo vlastního) je velmi snadné.

Prvotní koncepce počítala s LCD iMacem, vestavěným do původní palubní desky tak, že půlkulový podstavec "lampičky" by byl umístěn uvnitř a rameno s displejem vně desky. Tato koncepce narazila na dva základní problémy - 15" LCD je přeci jen pro umístění do interiéru trochu velký, to zaprvé. Druhým problémem byly nedostatečné parametry displeje - zejména jas a kontrast, nepostačující pro použití za plného denního světla, neřku-li přímého slunečního svitu.

iMac tedy ne. Druhá varianta počítala se zvláštním LCD displejem, vestavěným pevně nebo výsuvně v původní palubní desce a počítačem (buďto PowerMacem nebo nějakým PowerBookem) pod jedním z předních sedadel nebo za palubní deskou. V té době jsem pojal myšlenku na vybavení auta druhým monitorem, který by umožňoval cestujícím na zadních sedadlech sledovat za jízdy filmy, případně hrát hry. Tento požadavek vyřadil ze hry PowerBooky a ve hře zůstal jen stolní PowerMac a já jsem zakoupil vysloužilou G4/450 MHz, a jako displej jsem zvolil průmyslový 6.5" LCD panel, který má dostatečný kontrast i rozsah provozních teplot, nutný pro provoz v autě. Displej má fyzické rozlišení 640x480 pixelů, jeho kontroler ovšem zvládá interpolaci mnoha dalších rozlišení - já používám 800 x 600, což je minimum nezbytné pro rozumný běh Route 66. Počítač je už v současné době vybaven dvěma grafickými kartami, v brzké budoucnosti přibyde mezi sedadla druhý monitor (10.4"), který umožní cestujícím na zadních sedadlech sledování filmů, pochopitelně bez vlivu na funkci primárního displeje vpředu.

OpenFrame VGA monitor na propagačním snímku a vestavěný do palubní desky. Nad displejem okénko pro infračervené přijímače, pod displejem ovládací tlačítka a vlevo vedle nich Griffin PowerMate.

PowerMaca jsem osadil dvěma IDE disky - menší šestigigabajtový obsahuje systém a některé základní aplikace, větší šedesátigigový pak náročnější aplikace (4GB zabírá jen Route 66), MP3 soubory a nějaké ty filmy v MPEG/DivX formátu. DVD mechanika zatím není zapojena, v konečném uspořádání bude umístěna uvnitř kabiny ve středním tunelu tak, aby bylo disky možné zakládat i za jízdy.

Vestavba do interiéru

Bohužel se ukázalo, že původní palubní deska Tatry není pro pevnou montáž 6.5" LCD displeje příliš vhodná a i použití výsuvného displeje by bylo spojeno s mnoha problémy mechanického rázu. Pojal jsem tedy na první pohled poněkud šílený nápad, zkonstruovat si okolo počítače celou novou palubní desku. K tomuto rozhodnutí přispělo i pár další skutečností, zejména nepříliš kvalitní původní přístroje, které jsem chtěl nahradit něčím civilizovanějším (podsvětlení původních budíků je vyloženě nedostatečné, chybějící denní počitadlo kilometrů je dnes už také celkem rarita). Při návrhu palubní desky jsem se inspiroval hlavně palubními deskami Tatry 700-1 a v některých ohledech i palubními deskami Saabů. Situaci trochu komplikovalo zejména umístění výparníku klimatizace v pravé části palubní desky, které mě donutilo tuto část trochu upravit, takže stylem připomíná spíše desky Jaguarů s lemem na horní hraně.

Téměř hotová palubní deska - PowerMate už je přebarven na černo, kryt tlačítek stále chybí. Pod volantem chybí i spodní kryt sloupku řízení.

Protože ani moje schopnosti ani moje vybavení k výrobě něčeho takového naprosto nedostačují, požádal jsem o pomoc kamaráda Standu Čajánka, majitele stolařství (dnes již bývalého, zdravíme socdem vládu a její údajnou politiku podpory drobného podnikání :-( ). Během pár týdnů byla hotová nejen palubní deska, ale i středová konsole s prostorem pro vestavěnou ledničku. Převažujícím konstrukčním materiálem byla překližka a mahagonové dřevo. Z mahagonu je zhotoveno i mnoho původních dřevěných součástí interiéru, takže deska do něj poměrně dobře zapadá.

Umístění vlastního počítače

I ohledně umístění vlastního počítače jsem musel přistoupit ke kompromisům. Původně slibně vypadající místo pod předním sedadlem jsem musel zavrhnout a začal jsem přemýšlet o tom, jak počítač co nejlépe vestavět do kufru. Také zde se ovšem nabízelo více možností. Snažil jsem se pochopitelně o to, aby vestavěný počítač co nejméně ovlivňoval kapacitu kufru, použitelnou pro zavazadla. První varianta: speciální pouzdro umístěné nad jednou z baterií v přední části kufru. Tuto možnost jsem nakonec nerealizoval hlavně kvůli složitému tvaru a velké výrobní náročnosti. Dal jsem přednost pravoúhlému pouzdru, umístěnému na svislé přepážce v zadní (nejhlubší) části kufru.

Při návrhu pouzdra bylo potřeba vyřešit několik problémů, mezi nejdůležitější patřily pochopitelně odvod tepla a kondenzující vlhkost, která by mohla ovlivnit funkci celého počítače. Hlavním zdrojem tepla jsou v počítačích se staršími procesory PowerPC jednoznačně pevné disky. Částí nejvíce ohroženou kondenzující vzdušnou vlhkostí je zase hlavní deska. Rozhodl jsem se tedy tyto dvě části systému oddělit - hlavní desku jsem umístil do samostatného pouzdra a pevné disky ve svislé poloze přímo na stěnu kufru. Pouzdro hlavní desky jsem chtěl původně zcela utěsnit, ale to se nakonec ukázalo jako nevhodné řešení, zejména kvůli velkým změnám teploty (a tím i objemu) vzduchu. Bylo nutno zajistit volný průchod vduchu do a z pouzdra, při zabránění průchodu vzdušné vlhkosti. Protože podobné problémy se vysyktují i u automobilových světlometů, opět pomohl radou Standa Čajánek, který kromě toho, že byl kapitalistou, pracuje i jako konstruktér v novojičínském Autopalu - výsledkem bylo použití GoreTexových ventilů, které umožní vyrovnání tlaku vzduchu uvnitř a vně, ale nepropustí vlhkost, která by následně mohla zkondenzovat na citlivých elektronických obvodech.

Podkladová deska case při testech uchycení na přepážce kufru. Vpravo je vidět běžný teploměr, dnes nahrazený digitálním čidlem. V této chvíli ještě nebyla nainstalována druhá grafická karta a Airport karta. Veškeré kabely (VGA, USB, audio) jsou protaženy zadní přepážkou kufru do kabiny a tam připojeny na příslušná zařízení.

Napájení

K napájení počítače používám komerčně dostupný ATX zdroj, pracující s napájecím napětím 9-16V. Výkon tohoto zdroje je sice jen 100W, což je podstatně méně než 250W originálních 220V zdroje, na druhé straně originální zdroj je dimenzován na pracovní stanici nacpanou disky a kartami, což není můj případ. V podstatě jediným omezením, se kterým jsem se setkal, je podstatně nižší proud, dostupný pro napájení USB zařízení, což řeším USB hubem, napájeným nezávisle z 5V stabilizátoru. Velký rozsah napájecího napětí zajišťuje, že zdroj neselhává ani při startování auta, kdy napětí palubní sítě klesá velmi nízko (i pod 10V).

Vlevo původní 220V ATX zdroj, vpravo 12V verse, kterou používám v autě.

Zdroj je ovládán Power-On signálem z hlavní desky a ve vypnutém stavu odebírá zhruba 100mW, není tedy potřeba se obávat, že zdroj při parkování s vypnutým počítačem vybije baterii (odběr je zhruba srovnatelný s klidovým odběrem řídící jednotky motoru, autoalarmu a těch několika málo dalších obvodů, které jsou v autě permanentně pod napětím.

Ačkoli to zní jednoduše, napájení představovalo asi největší problém v celé konstrukci. Zcela první nápad byl použít nějakou UPS jednotku, napájenou ovšem z elektrické soustavy automobilu. Tato slepá ulička mě stála dvě odpálené UPSky (spínací tranzsitory), nicméně odnesl jsem si i několik cenných poznatků: ani Smart UPS dimenzovaná na dvojnásobek výkonu zdroje v počítači nezvládne proudový náraz při připojení zdroje k UPS (start počítače zvládá dobře). Méně inteligentní Back UPS pro jistotu odešla úplně - prostě se zablesklo z MOSFET tranzistoru, pak se trochu zakouřilo a bylo po legraci. Ani cesta DC/AC měnič a původní 220V ATX zdroj se neosvědčila - na audiovýstupu se objevil neodstranitelný 50Hz brum. Tento problém se mi nepodařilo odstranit a situaci jsem tedy řešil nákupem 12V ATX zdroje.

Periferie a ovládání

Počítač je možno ovládat několika způsoby, obecně používám USB periferie. Přímo k počítači je připojen otočný ovladač PowerMate (Griffin technologies), který se používá k zapnutí počítače a k ovládání základních funkcí za jízdy. Další funkce jseou ovládány bezdrátovou infračervenou klávesnicí Macally iWebKey a taktéž infračerveným ovladačem Keyspan Digital Media Remote. Mnoho lidí používá u podobných instalací dotekové displeje. I já jsem o něm nejprve uvažoval, ale poměrně brzy jsem ho zavrhl. Hlavními důvody byly ergonomie a bezpečnost - na displej je potřeba se dívat a ovládací prvky mohou měnit svoji polohu, zatímco s PowerMate a pevnými tlačítky v palubní desce je možno pracovat i bez vizuální kontroly displeje. V současné době pracuji na možnosti ovládání některých funkcí pomocí mobilního telefonu a programu Sony Ericsson clicker.

Kromě PowerMate a infračervených přijímačů je k počítači připojen ještě Bluetooth modul, pět digitálních teploměrů, GPS přijímač a jednočipový mikropočítač, propojený s řídící jednotkou motoru Tatry.

Tento počítač vyrobil můj kamarád Tomek Struziak. Jde o obvod se dvěma x51 kompatibilními jednočipovými mikroprocesory, který po sériové lince poskytuje PowerMacovi informace o ujeté vzdálenosti, čase a spotřebovaném palivu. Z těchto základních informací je pak už možno odvodit všechny zbývající potřebné údaje (průměrné i okamžité rychlosti, spotřeby apod.). Jen pro zajímavost, schema zapojení obvodu i potřebný software jsou k vidění tady .

GPS přijímač Garmin GPS II+ sice nedisponuje oslnivým množstvím funkcí, zato má velmi kvalitní přijímací část a možnost výstupu data na sériový port, cože je vše, co pro svoje účely potřebuji. Použít je pochopitelně možno libovolný GPS přijímač vybavený sériovým portem a umožňující výstup dat ve formátu NMEA. Po příslušné úpravě GPS plug-inu v palubním software by bylo možné použít i rychlejší protokol Garmin, nicméně jeho klady nejsou zdaleka takové aby vyvážily náročnější implementaci. Protokol Garmin totiž používá obousměrnou komunikaci a data se přenáší v poměrně složitém binárním formátu, zatímco NMEA je prostý ASCII text s informacem, který přijímač "naslepo" posílá na sériový port. Výstup GPS přijímače slouží především aplikaci Route 66 pro zobrazení momentální polohy.

Software

Počítač je vybaven směsí standardních off-the-shelf aplikací a vlastního programového vybavení, které rozpitvá Ondra Čada ve zvláštním článku. Ze standardních aplikací jsou to zejména iTunes pro přehrávání MP3 souborů, QuickTimePlayer pro filmy a Route 66 sloužící pro navigaci. iTunes a QT Player jsou částečně integrovány do vlastního programového vybavení, které jim poskytuje zjednodušené uživatelské rozhraní a umožňuje jejich ovládání pomocí PowerMate a ostatních výše zmíněných ovládacích prvků, vestavěných do auta. Ke vzájemnému propojení aplikací slouží v hojné míře AppleScript.

Cena

Last, but not least: kolik vlastně taková legrace stojí? Nebudu se zabývat mahagonovou palubní deskou či čalouněním a omezím se na cenu vlastního počítačového systému. Největší dvě položky představují vlastní počítač a LCD displej. Počítač jsem koupil na Apple burze v Nieuwegein za 300 Euro, displej jsem si nechal poslat z USA od firmy Carltron a stál přibližně 500 USD. Třetí nejdražší položkou byl ATX zdroj, rovněž objednaný z USA za zhruba 150 USD. Poslední položkou s cenou nad 100 USD byl software Route 66, který stál přibližně 100 Euro. Z ostatních součástek namátkou: USB hub - 60 Euro, Ir klávesnice - 70 USD, Keyspan Digital Media Remote - 50 USD, universální dálkové ovládání - 12 Euro. Sečteno a podtrženo okolo 1.500 Euro. Není to málo, ale pořád ještě podstatně méně, než kolik člověk zaplatí za různé systémy montované dnes do automobilů jejich výrobci. Navíc můj systém poskytuje podstatně rozsáhlejší sadu funkcí a především je otevřený a snadno modifikovatelný jak po softwarové, tak po hardwarové stránce.

FAQ

Q: Jak je vyřešeno zapínání a vypínání.

A: PowerMate připojený přímo k počítači - stačí stisknout a počítač startuje. Je možné použít i startovací tlačítko v kufru. Při delší nečinnosti auta vypínám ATX zdroj úplně - poté je nutno před bootováním nejprve tento zapnout mechanickým spínačem na boku skříně v kufru. Při zapnutí počítače se zároveň aktivuje napájení USB hubů a jiných periferií - k tomu slouží relé, ovládané 12 V výstupem na jednom z harddiskových konektorů ATX zdroje. Vypínání je klasické softwarové, pomocí tlačítka v jednom ze softwarových modulů.

Q: Jak jsou na tom hard disky při jízdě po českých silnicích.

A: Bez problémů - v současné době má systém za sebou již minimálně tisíc kilometrů po českých silnicích a to včetně takových perliček, jako jsou poděbradská dálnice D11, příjezd do Prahy od Strakonic nebo hlavní tah z Olomouce na Ostravu v okolí Lipníka nad Bečvou, Hranic na Moravě nebo Příbora. Nejen že nedošlo k žádné funkční poruše, ale ani diagnostické nástroje nezjistily poškození disků (vadné sektory). Pro jistotu jsou disky uchyceny na gumové podložce a ve svislé poloze.

Q: Jaký je odběr celé sestavy? Zvládá to elektroinstalace auta?

A: ATX zdroj odebírá při plném zatížení z baterií proud okolo 20A, USB zařízení dohromady asi 2A (maximum) a displej také okolo 2A. Moje Tatra je vybavena 120 A alternátorem a dvěma bateriemi (celkově 12V/140Ah), takže ani při provozu s rozsvícenými světly a ostatními spotřebiči (vyhřívání sedaček, okna apod) nepozoruji problémy. Ani při startu, kdy napětí krátkodobě klesá pod 10V se nic špatného neděje.

Q: Jakým způsobem se do auta přenáší data?

A: Těch způsobů je několik - menší objemy dat (třeba update systému) je možno stáhnout pomocí vestavěné Airport karty. Stačí zaparkovat dostatečně blízko našeho domu s base station. Pro přenos většího množství dat je v kufru vyvedena ethernet zásuvka. V tomto případě je nutné parkovat přímo pod okny, nicméně rychlostní rozdíl mezi 100Mbit ethernetem a 11Mbit Airportem je velmi znatelný. Kromě toho je v kufru vyveden FireWire kabel, ke kterému lze snadno připojit přenosný FireWire hard disk.

Q: Funguje navigace i v ČR?

A: Ano. Standardně používám Route 66 Europe professional, která je velmi podrobná pro státy západní Evropy, Českou republiku ale nepokrývá. Zakoupil jsem ale i druhou versi: Route 66 Europa 2000, která obsahuje mapy celé Evropy až po Moskvu. Datové soubory jsou vzájemně kompatibilní, takže v podstatě stačí na hranicích ČR přepnout do této mapy. Mapa celé Evropy je poněkud méně podrobná - obsahuje sice i silnice 3. třídy, ale u měst zobrazuje jen hlavní ulice. Lze ji tedy bezpečně použít pro průjezd městem, ale na hledání konkrétní adresy použitelná není.

Q: Ovládá počítač přímo nějaké systémy auta?

A: Zatím ne. V plánu mám implementaci ovládání klimatizace a nezávislého benzínového topení. Topení je v současné době ovládáno buďto časovým programováním nebo dálkovým ovládáním s dosahem asi 20 metrů. Cílem je ovládání topení prostřednictvím SMS na libovolnou vzdálenost, aby si člověk mohl zatopit třeba v okamžiku, kdy na opačné straně města sedá do tramvaje a vydává se na cestu k parkovišti :-)

Q: Jak je řešen audiovýstup?

A: audio výstup počítače je připojen na AUX audio vstup autorádia a k reprodukci se používá osm originální vestavěných reproduktorů plus subwoofer, který jsem nainstaloval dodatečně.

A na závěr ještě malá fotogalerie dokumentující postup vestavby:

Vlevo PowerMac ještě v původní podobě (víceméně, už běží na baterii) a testování teplotních čidel, vpravo LCD v palubní desce.

Zástavba hlavní části počítače do kufru Tatry

Lepení úchytu disků do kufru, hotový case a jedno z nočních sezení nad softwarem (na levém monitoru Project Builder, na pravém pak běžící software)