Cassiopée est un ordinateur portable et durable capable de fonctionner entièrement grâce à l'énergie solaire et sans accès à Internet. La conception se compose d’un Raspberry Pi 3b+, d’un panneau solaire pliable de 9 W, d’une batterie rechargeable lithium-ion et d’un conteneur pour tout abriter. Le projet a été conçu et construit au semestre de printemps 2022 par des étudiants de Cal Poly Humboldt inscrits en Ingénierie 215 : Introduction au design. L'équipe, Suns of Community, était composée de Zane Cook, Max Cunningham et Phil Tran.
La conception a été inspirée par le désir de donner aux personnes qui vivent hors réseau et qui n'ont pas accès à Internet la possibilité d'accéder à de vastes ressources d'informations pour optimiser leurs chances de survie. Cassiopée affiche tous les articles de Wikipédia et d'Appropedia liés à la survie via son appareil mobile intelligent.
Contents
Arrière-plan
La classe ENGR 215 du printemps 2022 à Cal Poly Humboldt a entrepris un projet de conception pour le compte d'Appropedia. Ce site Web est dédié à la création d'une plate-forme où les utilisateurs peuvent interagir les uns avec les autres pour aider à créer des solutions pour la durabilité, la réduction de la pauvreté et le développement international en fournissant aux utilisateurs les informations nécessaires pour créer des technologies appropriées. Notre équipe, Suns of Community, a été chargée de construire un ordinateur apocalypse portable et durable, alimenté par le rayonnement solaire et utilisant des objets peu coûteux et/ou courants. Emilio, le directeur exécutif d'Appropedia, était le client et il a fourni des conseils pour le développement de la conception.
Énoncé du problème
L'objectif de Suns of Community est de créer un ordinateur portable logé dans un conteneur durable, capable de fonctionner pendant plusieurs années grâce au rayonnement solaire et sans accès à un réseau électrique ni à Internet. Cassiopée fournira aux utilisateurs des informations précieuses de Wikipédia et Appropedia sur les stratégies de survie et les systèmes d'ingénierie DIY via leurs appareils mobiles qui leur permettront de vivre hors réseau et sans société organisée pendant de longues périodes.
Critères
Les critères de l'Apocalypse Computer et leurs poids respectifs sont répertoriés dans le tableau ci-dessous. Les critères sont les catégories générales qui guident la conception du projet. Les Soleils de la Communauté ont sélectionné ces critères pour garantir que ce projet sera efficace, utile et reproductible.
| Critères | Description | Poids (1-10) |
|---|---|---|
| Portabilité | Léger et facile à transporter. | 9 |
| Durabilité | Durable, résistant aux chocs et aux intempéries. | 8 |
| Reproductibilité | Peut être construit par une seule personne ayant fait des études secondaires et ayant accès à un ordinateur et à Internet. | 7 |
| Facilité d'utilisation | Interface facile à naviguer et accès aux informations. | 7 |
| Coût | Moins de 250 $. | 7 |
| Capacités | Stocke et affiche des informations adaptées au scénario de survie sur l'appareil mobile de l'utilisateur. | 7 |
Prototypage
Deux prototypes principaux ont été réalisés pour montrer deux cas d'utilisation différents de notre projet, le premier étant une version robuste et le second étant un design élégant.
La version robuste a un volume beaucoup plus grand pour transporter du matériel de survie supplémentaire ou des équipements qui peuvent vous aider en cas de besoin. Les composants de cette version sont intégrés dans le conteneur et ne sont pas destinés à être facilement supprimés. Cette conception est censée être un sac/boîte d'évacuation elle-même et être une solution « tout-en-un ».
Le design élégant est un design beaucoup plus mobile et compact. Ici, il n’y a pas d’espace de stockage supplémentaire pour autre chose que les composants nécessaires. Cette conception est destinée à être stockée dans un endroit où elle est facilement accessible en cas de besoin et stockée dans un sac anti-insectes préfabriqué.
Prototype robuste. Grand conteneur avec composants intégrés.
Prototype élégant. Petits conteneurs pour contenir des composants sans espace de stockage supplémentaire.
Prototype élégant. Les composants doivent être sortis de leur étui pour pouvoir y accéder.
Produit final
Pour notre produit final, nous avons combiné les aspects les plus utiles des deux prototypes. Nous avons utilisé un conteneur plus grand pour ranger du matériel supplémentaire à côté de l'ordinateur, et nous avons utilisé du Velcro pour permettre une fixation et un détachement faciles des composants.
Le produit final est une configuration composée d'un conteneur durable, d'un panneau solaire de 9 W, d'un Raspberry Pi 3B+, d'une banque d'alimentation de 20 000 mAh et de câbles de connexion. Une fois le Raspberry Pi alimenté via un panneau solaire ou une banque d'alimentation, l'utilisateur se connectera alors au signal du hotpot sans fil. Une fois la connexion établie, le lien Kiwix fourni permettra à l'utilisateur d'accéder à toutes les informations stockées sur l'appareil.
Panneau solaire avec Raspberry Pi et banque d'alimentation sur un conteneur durable.
Construction
Les images suivantes ci-dessous décrivent le processus de construction de Cassiopée pour inclure les composants et les logiciels nécessaires.
- Galerie de construction
Étape 1 : Composants sources. Panneau solaire 9 W, Raspberry Pi, batterie rechargeable Li-ion (12 V de préférence), câble de connexion USB, carte SD (la nôtre était de 128 Go), boîtier robuste pour loger les composants
![Étape 2 : Téléchargez un logiciel qui permettra au Raspberry Pi de générer un point d'accès lorsqu'il est allumé et de transmettre les informations à l'utilisateur. Téléchargez un logiciel pour installer Kiwix et les données wiki en ligne (Wikipedia, Appropedia, etc.). Utilisez ces liens pour télécharger des logiciels et des codes :[1][2] Regardez cette vidéo pour plus d'informations :[3]](/w/images/thumb/a/a5/Software_download.jpg/165px-Software_download.jpg)
Étape 2 : Téléchargez un logiciel qui permettra au Raspberry Pi de générer un point d'accès lorsqu'il est allumé et de transmettre les informations à l'utilisateur. Téléchargez un logiciel pour installer Kiwix et les données wiki en ligne (Wikipedia, Appropedia, etc.). Utilisez ces liens pour télécharger des logiciels et des codes : [1] [2] Regardez cette vidéo pour plus d'informations : [3]
Étape 3 : Stockez les données des bibliothèques de référence sur la carte SD qui sera connectée au Raspberry Pi.
Étape 4 : Insérez la carte SD dans le Raspberry Pi.
Étape 5 : Connectez le Raspberry Pi à un groupe de batteries chargé ou à un panneau solaire pour l'allumer.
Étape 6 : Connectez-vous au point d'accès. Il apparaît sous le nom de Kiwix sur le téléphone, mais il peut être renommé. La nôtre est renommée Cassiopée.
Étape 7 : Utilisez un appareil intelligent pour rechercher des informations dans les bibliothèques stockées. L'utilisateur est représenté en train de rechercher dans Appropedia des moyens d'utiliser le soleil pour désinfecter l'eau destinée à la consommation.
Étape 8 : Placez tous les composants dans un conteneur pour faciliter le transport.
![Étape 2 : Téléchargez un logiciel qui permettra au Raspberry Pi de générer un point d'accès lorsqu'il est allumé et de transmettre les informations à l'utilisateur. Téléchargez un logiciel pour installer Kiwix et les données wiki en ligne (Wikipedia, Appropedia, etc.). Utilisez ces liens pour télécharger des logiciels et des codes :[1][2] Regardez cette vidéo pour plus d'informations :[3]](/File:Software_download.jpg)
Instructions vidéo
La vidéo suivante décrit le processus étape par étape pour télécharger et stocker des informations sur un Raspberry Pi pour une utilisation hors réseau.
Nomenclature
Description des coûts des matériaux utilisés.
| Article | Montant | Coût par unité | Total |
|---|---|---|---|
| Raspberry Pi 3B+ – Processeur | 1 | 35,00 USD | 35,00 USD |
| Panneau solaire — 9 W Avec deux ports USB | 1 | 50,00 USD | 50,00 USD |
| Banque d'alimentation — Batterie Li-ion de 20 000 mAh | 1 | 20,00 USD | 20,00 USD |
| Carte SD – Données et code pour Hotspot | 1 | 50,00 USD | 50,00 USD |
| Régulateur de tension — Pour charger ou alimenter directement sans contrôleur de charge | 1 | 5,00 USD | 5,00 USD |
| Conteneur — Composants du boîtier et protection contre les éléments | 1 | 20,00 USD | 20,00 USD |
| Câble d'alimentation — Pour connecter le Raspberry Pi et la batterie externe au panneau solaire | 1 | 5,00 USD | 5,00 USD |
| Logiciel — Instructions pour le téléchargement de hotspot gratuit Kiwix : https://www.kiwix.org/en/documentation/how-to-set-up-kiwix-hotspot/ | 1 | 0,00 USD | 0,00 USD |
| total | 185 USDEUR 159.10 <br />GBP 135.05 <br />CAD 229.40 <br />MXN 3,857.25 <br />INR 13,847.25 <br /> | ||
Opération
La vidéo suivante décrit le processus étape par étape pour se connecter au hotspot Kiwix.
Entretien
La maintenance des ordinateurs Cassiopeia Solar Apocalypse est minimale. Les meilleures pratiques d'utilisation de la batterie évitent de surcharger la banque d'alimentation et de la laisser stocker sans charge. Le panneau solaire doit être nettoyé avant utilisation et le Raspberry Pi ne doit pas être stocké dans des conditions humides ou poussiéreuses/sableuses. Toute modification du code nécessitera un ordinateur fonctionnel.
Calendrier d'entretien
- Tous les jours
- Nettoyez le panneau solaire de toute poussière avant utilisation.
- Déconnectez le Raspberry Pi lorsqu'il n'est pas utilisé.
- Mettre dans un sac ou un conteneur résistant aux intempéries dans des conditions humides, sablonneuses ou poussiéreuses
- Mensuel
- Charger une banque d'alimentation
- Tous les 3-4 ans
- Remplacer la banque d'alimentation
- Tous les 7 à 10 ans
- Tous les 25-30 ans
- Remplacer le panneau solaire [6]
Conclusion
Résultats des tests
Nous avons constaté que les résultats des tests répondaient tous à nos attentes de réussite. Notre appareil est alimenté directement par un panneau solaire, ou indirectement via une banque d'alimentation. (Le panneau solaire peut également alimenter l'appareil et charger la banque d'alimentation en même temps). Lorsqu'elle est complètement chargée, la banque d'alimentation dure 37 heures pendant que le Raspberry Pi exécute le hotspot. Lorsqu'il est alimenté, l'appareil crée un point d'accès accessible qui affiche rapidement les données sur l'appareil mobile de l'utilisateur.
Discussion
Dans l’ensemble, nous sommes satisfaits de la manière dont nous avons satisfait aux critères et résolu le problème. Notre appareil est portable, durable et simple. Sa simplicité permet à l'utilisateur de modifier tout utilitaire supplémentaire souhaité. Les résultats indiquent que notre conception est fonctionnelle avec succès.
Leçons apprises
Afin de réduire davantage les coûts, l'utilisateur doit opter pour un panneau solaire plus simple qui n'a pas de port USB déjà intégré. Avec ce panneau plus simple, l'utilisateur devra connecter un régulateur de tension entre le câble de connexion du Raspberry Pi. et le panneau solaire (évite d'endommager le Raspberry Pi lors de fortes pointes de tension ou de changements de conditions de charge).
Lors du téléchargement du logiciel kiwix et du code du hotspot, assurez-vous qu'il y a au moins 20 Go d'espace disponible sur le disque dur de l'ordinateur. De plus, l'utilisation d'un système d'exploitation Macintosh peut s'avérer problématique lors du téléchargement du logiciel. Nous sommes passés à Windows pour terminer les téléchargements.
Lors du téléchargement des bibliothèques de référence hors ligne à partir de Wikipédia, d'Appropedia et de toute autre décision de l'utilisateur, attendez-vous à télécharger pendant plusieurs heures, en fonction de la vitesse de téléchargement. Il nous a fallu plus de 10 heures pour tout télécharger avec une vitesse de connexion très rapide. Pendant cette période de téléchargement, notre ordinateur est passé en mode veille et le téléchargement a été interrompu. Empêchez l'ordinateur de se mettre en veille en lisant des médias en arrière-plan.
Prochaines étapes
Il est possible de faire en sorte que l'appareil soit non seulement un point d'accès pour ses propres données, mais facilite également l'accès à un routeur Internet tiers (WIFI). L'ajout de ce code pourrait signifier que chaque fois qu'Internet est accessible et que l'appareil est allumé, il peut mettre à jour les données dans Wikipedia, Appropedia et les autres bibliothèques de références qui peuvent être incluses.
Le boîtier de stockage de l'appareil pourrait être plus robuste aux conditions environnementales. L'étanchéité peut être améliorée en ajoutant des joints en caoutchouc entre les coutures ouvertes à l'intérieur du conteneur. Les impulsions électromagnétiques peuvent être empêchées d'interférer avec le matériel informatique en créant une cage de Faraday. Ceci peut être mis en œuvre en appliquant du ruban Faraday à l’intérieur du conteneur. [7] Une version moins chère peut être créée en alternant des couches de papier d'aluminium et de plastique fin (trois fois) à l'intérieur du récipient. [8]
La conception que nous avons choisie permet de stocker du matériel supplémentaire. Cela laisse à l'utilisateur la possibilité d'optimiser sa conception pour répondre à ses besoins de survie en ajoutant différents outils à son équipement.
Dépannage
Le tableau suivant fournit des solutions aux problèmes courants liés au fonctionnement et à la construction de l'ordinateur apocalypse.
| Problème | Suggestion |
|---|---|
| Le lien hotspot ne s'ouvre pas | Appuyez sur le nom Wi-Fi désigné, sélectionnez « Oublier ce réseau » et redémarrez le processeur. |
| Le panneau solaire n'alimente pas le processeur | Assurez-vous qu'il est branché, orientez le panneau vers la lumière directe du soleil et essayez d'établir la connexion. |
| L'ordinateur se met en veille pendant une longue période de téléchargement | Utilisez le gestionnaire de téléchargement pour sauvegarder les données téléchargées. Lisez également des médias (film) en arrière-plan pour garder l'ordinateur allumé. |
Équipe
Soleils de communauté, printemps 2022
- Zane Cuisinier
- Max Cunningham
- Phil Tran
Les références
- ↑ https://github.com/KalebClark/ApocalypseWiki
- ↑ https://www.kiwix.org/en/documentation/how-to-set-up-kiwix-hotspot/
- ↑ https://youtu.be/R63x2TXm0s8
- ↑ https://raspberrytips.com/how-long-will-a-raspberry-pi-last/#:~:text=The%20average%20lifespan%20of%20a,card%20failures%2C%20and%20ineligible%20environments .
- ^ https://www.sdcard.org/consumers/faq/#:~:text=SD%20standards%2Dbased%20memory%20cards%2C%20like%20most%20semiconductor%20cards%2C,and%20reduce%20consumer%20electronic %20déchets .
- ^ https://www.nrel.gov/docs/fy09osti/43844.pdf
- ^ https://www.amazon.com/TitanRF-Faraday-Tape-High-Shielding-Conductive/dp/B07CRLCGCH?th=1
- ↑ https://www.wikihow.com/Make-a-Faraday-Cage