🏠 Domov · ⬅️ Nahor

PRJ021 — Presentation

2025-PRJ-021-ST_021-ST_021-Smart TV Box

Bc. Oliver Hofer

Bc. Oleksandr Lypovetskyi

Stručný popis projektu:

Projekt Smart TV Box sa zameriava na návrh a realizáciu externého zariadenia, ktoré rozširuje funkcionalitu starších televízorov o Smart TV vlastnosti prostredníctvom operačného systému Android TV.

Introduction

2025-PRJ-021-ST_021-ST_021-Smart TV Box

Cieľom projektu je navrhnúť a implementovať kompaktný Smart TV Box založený na PC hardvéri, ktorý umožní používateľom starších televízorov využívať moderné multimediálne služby. Riešenie kombinuje vlastnú hardvérovú zostavu, drevené púzdro navrhnuté v nástroji Fusion 360 a podporu operačných systémov Android TV a Windows prostredníctvom dualboot konfigurácie.

Obsah

• 01-Business
• 02-Top Level Architecture
• 03-Solution Architecture
• 04-Analysis
• 05-Design
• 06-Implementation
• 07-Testing & Verification
• 08-Operation
• 09-Change Management --- obsah ---

01-Business

Business Context

Problem Statement

Mnoho používateľov stále vlastní staršie televízory, ktoré nedisponujú Smart TV funkcionalitou. Tieto zariadenia síce poskytujú kvalitný obraz, avšak neumožňujú používanie moderných aplikácií ako YouTube, Netflix alebo streamovacie služby bez dodatočného hardvéru.

Project Goal

Cieľom projektu Smart TV Box je vytvoriť zariadenie, ktoré umožní rozšíriť funkcionalitu bežného televízora o Smart TV vlastnosti pomocou externého zariadenia.

Target Users

• používatelia starších televízorov bez Smart TV podpory
• technicky zdatní používatelia
• domácnosti hľadajúce lacnejšiu alternatívu ku komerčným riešeniam

Value Proposition

Projekt ponúka:

• lacnú alternatívu ku komerčným Smart TV Boxom,
• možnosť využitia existujúceho hardvéru,
• flexibilné a rozšíriteľné riešenie založené na Android platforme.

Constraints

• obmedzený výkon použitých komponentov,
• DIY charakter riešenia,
• neoficiálna podpora operačného systému Android TV.

02-Top Level Architecture

System Description

Smart TV Box je externé zariadenie, ktoré sa pripája k televízoru prostredníctvom HDMI rozhrania a poskytuje používateľovi rozhranie operačného systému Android TV alebo jeho funkčného ekvivalentu.

Main Components

Systém pozostáva z nasledujúcich hlavných častí:

• hardvérová jednotka (základná doska, SSD, napájanie),
• operačný systém Android,
• používateľské vstupné zariadenia,
• zobrazovacie zariadenie (televízor).

External Interfaces

• HDMI výstup pre obraz a zvuk,
• USB porty pre vstupné zariadenia,
• Ethernet rozhranie pre pripojenie na internet,
• napájací vstup.

User Interaction

Používateľ interaguje so systémom prostredníctvom:

• diaľkového ovládača,
• klávesnice alebo myši,
• grafického používateľského rozhrania Android TV.

03-Solution Architecture

Hardware Design

Zariadenie je postavené na Mini-ITX základovej doske s integrovaným procesorom a operačnou pamäťou. Ako úložisko slúži 2.5" SSD disk, na ktorom je nainštalovaný operačný systém a používateľské dáta. Napájanie zabezpečuje samostatný elektrický zdroj.

Case Construction

Hardvérové komponenty sú umiestnené do dreveného púzdra vyrobeného z preglejky. Púzdro je navrhnuté ako viacvrstvová konštrukcia s medzerami medzi jednotlivými vrstvami, čo umožňuje prirodzenú cirkuláciu vzduchu a zlepšuje odvádzanie tepla.

Cooling Concept

Základná doska disponuje pasívnym chladením procesora. Konštrukcia púzdra je navrhnutá ako viacvrstvová s medzerami medzi jednotlivými drevenými úrovňami, čo podporuje prirodzenú cirkuláciu vzduchu.

Odvod teplého vzduchu z vnútra púzdra je zabezpečený napájacím zdrojom, ktorý je umiestnený v skrinke a aktívne odvádza teplý vzduch smerom von zo zariadenia. Týmto spôsobom je zabezpečený základný airflow bez potreby dodatočných chladiacich ventilátorov.

Software Architecture

Na zariadení je nainštalovaný operačný systém Android TV alebo Android s TV rozhraním, ktorý je spúšťaný priamo z SSD disku a slúži ako primárne používateľské prostredie pre multimediálne využitie.

Zariadenie zároveň podporuje operačný systém Windows, ktorý je nainštalovaný na rovnakom SSD disku a je dostupný prostredníctvom dualboot riešenia. Používateľ si pri štarte zariadenia môže zvoliť, ktorý operačný systém bude spustený.

Design Decisions

• použitie dreveného púzdra z dôvodu jednoduchosti výroby a estetiky,
• využitie existujúcich PC komponentov,
• dôraz na nízku spotrebu energie a tichú prevádzku.

04-Analysis

Problem Analysis

Cieľom projektu je vytvoriť externé zariadenie, ktoré rozšíri funkcionalitu bežného televízora bez Smart TV podpory o moderné multimediálne služby. Riešenie musí byť cenovo dostupné, kompaktné a vhodné na domáce použitie.

Functional Requirements

• zariadenie musí umožniť pripojenie k televízoru prostredníctvom HDMI,
• systém musí poskytovať používateľské rozhranie Android TV alebo jeho funkčný ekvivalent,
• zariadenie musí podporovať prehrávanie multimediálneho obsahu,
• systém musí umožniť spustenie operačného systému Windows pomocou dualboot riešenia,
• používateľ musí mať prístup k vstupno-výstupným rozhraniam základovej dosky.

Non-Functional Requirements

• tichá prevádzka zariadenia,
• nízka spotreba energie,
• zabezpečené dostatočné chladenie komponentov,
• estetické vyhotovenie vhodné do domácnosti,

Hardware Constraints

• použitie Mini-ITX základovej dosky s integrovaným procesorom,
• použitie 2.5" SSD disku ako hlavného úložiska,
• použitie samostatného napájacieho zdroja,
• obmedzený výkon hardvérových komponentov.

Software Constraints

• neoficiálna podpora Android TV na x86 platforme,
• obmedzená dostupnosť ovládačov v prostredí Android,
• nutnosť manuálnej konfigurácie dualboot riešenia.

05-Design

Overall Design Concept

Systém je navrhnutý ako kompaktné externé zariadenie umiestnené v drevenom púzdre. Návrh kladie dôraz na jednoduchú výrobu, dobrú ventiláciu a prístupnosť portov.

Hardware Design

Hardvérová časť pozostáva z Mini-ITX základovej dosky s integrovaným procesorom, 2.5" SSD disku a napájacieho zdroja.

Na nasledujúcom obrázku je zobrazená základová doska ASRock J4105B-ITX

Napájaci zdroj bol vybraný Seasonic SS-300TFX

Komponenty sú rozmiestnené tak, aby bol zabezpečený prirodzený airflow a zároveň jednoduchý prístup k vstupno-výstupným rozhraniam.

Case Design

Púzdro zariadenia je vyrobené z preglejky a navrhnuté ako viacvrstvová konštrukcia. Medzery medzi jednotlivými vrstvami podporujú cirkuláciu vzduchu a pomáhajú odvádzať teplo z vnútra zariadenia.

Cooling Design

Chladenie zariadenia je založené na pasívnom chladení procesora a prirodzenej ventilácii púzdra. Odvod teplého vzduchu je podporený napájacím zdrojom, ktorý aktívne odvádza teplý vzduch smerom von zo skrinky.

Software Design

Primárnym operačným systémom zariadenia je Android TV alebo Android s TV rozhraním. Zariadenie zároveň podporuje operačný systém Windows, ktorý je dostupný prostredníctvom dualboot riešenia. Výber operačného systému prebieha pri štarte zariadenia.

Design Tools

Návrh mechanickej konštrukcie zariadenia bol vytvorený v nástroji Fusion 360. V rámci návrhu bol spracovaný 3D model púzdra a technické výkresy (drawings) jednotlivých dielov potrebné pre výrobu.

Na ďalších dvoch obrázkoch je zobrazený výsledný 3D model púzdra aj jeho technický výkres s popisom exterierových rozmerov.

06-Implementation

Hardware Implementation

Implementácia hardvérovej časti zahŕňa montáž základovej dosky, SSD disku a napájacieho zdroja do navrhnutého dreveného púzdra. Jednotlivé časti púzdra boli vyrezané z preglejky podľa technických výkresov vytvorených v nástroji Fusion 360 a následne zlepené do finálnej konštrukcie.

Na nasledujúcich obrázkoch je znazornený vzhľad dreveného púzdra vyrezaného z preglejky, ale pred umiestnením hardvérových komponentov.

Po umiestnení hardvérových komponentov, zariadenie vyzeralo následovne:

Software Implementation

Na SSD disk bol nainštalovaný operačný systém Android TV alebo Android s TV rozhraním ako primárne používateľské prostredie. Zároveň bol nainštalovaný operačný systém Windows, pričom oba systémy sú dostupné prostredníctvom dualboot riešenia:

Current State

V aktuálnej fáze projektu je zariadenie zostavené po hardvérovej stránke a pripravené na ďalšie testovanie softvéru, stability a teplotného správania.

07-Testing & Verification

Cieľ testovania

Cieľom testovania bolo overiť funkčnosť zariadenia Smart TV Box v reálnych podmienkach používania, najmä na televízoroch, ktoré nepodporujú Smart TV funkcionalitu. Testovanie sa zameriavalo na kompatibilitu, stabilitu systému Android TV a používateľský komfort.

Testovacie prostredie

Zariadenie bolo testované na viacerých typoch starších televízorov rôznych výrobcov, ktoré disponujú HDMI vstupom, ale nemajú vlastný Smart TV operačný systém.
Pripojenie k internetu bolo realizované výhradne pomocou káblového pripojenia cez rozhranie RJ-45 (Ethernet), aby bola zabezpečená stabilita siete počas testovania.

Scenáre testovania

Počas testovania boli vykonané nasledovné scenáre:

• spustenie zariadenia a boot operačného systému Android TV,
• inicializácia obrazu a zvuku po pripojení k televízoru,
• test funkčnosti sieťového pripojenia cez RJ-45,
• inštalácia a spustenie multimediálnych aplikácií,
• dlhodobejšie prehrávanie obsahu.

Testované aplikácie

Funkčnosť zariadenia bola overená najmä pomocou bežne používaných streamovacích služieb:

• YouTube – prehrávanie videí v rôznych rozlíšeniach,
• Netflix – prehrávanie filmov a seriálov po prihlásení do používateľského účtu.

Aplikácie sa spúšťali korektne, bez pádov a bez viditeľného oneskorenia používateľského rozhrania.

Výsledky testovania

• Zariadenie bolo úspešne rozpoznané všetkými testovanými televízormi.
• Obraz aj zvuk boli prenášané bez chýb cez HDMI rozhranie.
• Sieťové pripojenie cez RJ-45 bolo stabilné počas celého testovania.
• Multimediálne aplikácie fungovali spoľahlivo a bez výpadkov.
• Počas testovania nebolo zaznamenané prehrievanie zariadenia.

Záver testovania

Na základe vykonaných testov je možné uvažovať, že Smart TV Box spĺňa požadované funkčné a kvalitatívne kritériá. Zariadenie je vhodné na bežné domáce používanie ako náhrada Smart TV funkcionality pre staršie televízory a spĺňa očakávania definované v návrhovej fáze projektu.

08-Operation

System Startup

Po pripojení zariadenia k elektrickej sieti a televízoru prostredníctvom HDMI je možné Smart TV Box zapnúť pomocou napájacieho tlačidla alebo pripojeného zdroja. Pri štarte zariadenia má používateľ možnosť zvoliť operačný systém (Android TV alebo Windows) prostredníctvom dualboot menu.

Normal Operation

Po spustení operačného systému Android TV môže používateľ:

• používať multimediálne aplikácie,
• prehrávať video a audio obsah,
• pristupovať k internetovým službám.

Ovládanie zariadenia je možné pomocou:

• klávesnice alebo myši pripojenej cez USB,
• diaľkového ovládača kompatibilného s Android TV.

Maintenance

Zariadenie nevyžaduje pravidelnú údržbu. Odporúča sa však:

• občasná kontrola vnútorného priestoru púzdra,
• odstránenie prípadného prachu,
• kontrola správneho odvádzania tepla.

Safety Considerations

• zariadenie by malo byť umiestnené na dobre vetranom mieste,
• nesmie byť zakryté predmetmi brániacimi prúdeniu vzduchu,
• počas prevádzky by nemalo byť vystavené vlhkosti.

09-Change Management

Pôvodný návrh

V pôvodnom návrhu projektu Smart TV Box sa počítalo s použitím 3D tlačeného držiaka pre 2.5" SSD disk, ktorý mal byť:

• navrhnutý v CAD nástroji,
• vytlačený na 3D tlačiarni,
• pevne integrovaný do vnútorného priestoru dreveného púzdra.

Cieľom tohto riešenia bolo zlepšiť mechanickú stabilitu disku, vnútornú organizáciu komponentov a celkovú modularitu zariadenia.

Identifikovaná zmena (Change Request)

Počas realizácie projektu bol identifikovaný časový limit, ktorý neumožnil dokončenie návrhu a výroby 3D tlačeného držiaka SSD disku v plánovanom rozsahu.

Z tohto dôvodu bolo rozhodnuté:

• neimplementovať 3D tlačený držiak SSD disku v aktuálnej verzii projektu,
• ponechať SSD disk umiestnený v púzdre bez dedikovaného držiaka.

Analýza dopadu (Impact Analysis)

Dopad tejto zmeny na projekt bol vyhodnotený nasledovne:

• Funkčnosť zariadenia nebola ovplyvnená, SSD disk je plne funkčný.
• Časový harmonogram projektu bol dodržaný.
• Bezpečnosť a stabilita zariadenia ostala na akceptovateľnej úrovni pre školský projekt.
• Estetika a modularita vnútorného usporiadania môže byť mierne znížená.

Záznam zmeny (Change log)

• Zmena: Neimplementovaný 3D tlačený držiak pre SSD disk
• Dôvod: Nedostatok času na návrh a výrobu
• Stav: Odložené / nerealizované
• Dátum rozhodnutia: počas realizácie projektu

Potenciálne zlepšenia (Future Improvements)

Nerealizovaný 3D tlačený držiak SSD disku je možné považovať za:

• potenciálne rozšírenie projektu,
• vylepšenie budúcej verzie zariadenia,
• vhodnú úlohu pre ďalšiu iteráciu alebo nadväzujúci projekt.

Implementácia tohto prvku by mohla zvýšiť mechanickú odolnosť, servisovateľnosť a profesionálny charakter výsledného riešenia.