Cassiopeia è un computer portatile e durevole in grado di funzionare completamente grazie all'energia solare e senza accesso a Internet. Il design è costituito da un Raspberry Pi 3b+, un pannello solare pieghevole da 9 W, una batteria ricaricabile agli ioni di litio e un contenitore per contenere il tutto. Il progetto è stato progettato e realizzato nel semestre primaverile del 2022 dagli studenti Cal Poly Humboldt iscritti a Engineering 215: Introduction to Design. La squadra, Suns of Community, era composta da Zane Cook, Max Cunningham e Phil Tran.
Il design è stato ispirato dal desiderio di offrire alle persone che vivono fuori rete e che non hanno accesso a Internet l'opportunità di accedere a vaste risorse di informazioni per ottimizzare le possibilità di sopravvivenza. Cassiopea mostra tutti gli articoli di Wikipedia e di Appropedia relativi alla sopravvivenza attraverso il loro dispositivo mobile intelligente.
Contenuti
Sfondo
La primavera del 2022 la classe ENGR 215 presso Cal Poly Humboldt ha intrapreso un progetto di design per conto di Appropedia. Questo sito Web è dedicato alla creazione di una piattaforma in cui gli utenti possono interagire tra loro per contribuire a creare soluzioni per la sostenibilità, la riduzione della povertà e lo sviluppo internazionale fornendo agli utenti le informazioni per creare tecnologie appropriate. Al nostro team, Suns of Community, è stato assegnato il compito di costruire un computer dell'apocalisse portatile e durevole, alimentato attraverso la radiazione solare e utilizzando oggetti poco costosi e/o comunemente reperibili. Emilio, il direttore esecutivo di Appropedia, era il cliente e ha fornito indicazioni per lo sviluppo del progetto.
Dichiarazione problema
L'obiettivo di Suns of Community è creare un computer portatile alloggiato in un contenitore durevole in grado di funzionare per diversi anni senza radiazioni solari e senza accesso alla rete elettrica o a Internet. Cassiopeia fornirà agli utenti preziose informazioni da Wikipedia e Appropedia sulle strategie di sopravvivenza e sui sistemi di ingegneria fai-da-te attraverso i loro dispositivi mobili che consentiranno loro di vivere fuori dalla rete e senza una società organizzata per lunghi periodi di tempo.
Criteri
I criteri del Computer dell'Apocalisse e i rispettivi pesi sono elencati nella tabella seguente. I criteri sono le categorie generali che guidano la progettazione. I Suns of Community hanno selezionato questi criteri per garantire che questo progetto sia efficace, utile e replicabile.
| Criteri | Descrizione | Peso (1-10) |
|---|---|---|
| Portabilità | Leggero e facile da trasportare. | 9 |
| Durabilità | Di lunga durata, resistente agli urti e alle intemperie. | 8 |
| Riproducibilità | Può essere costruito da un singolo individuo con istruzione di scuola superiore e accesso a computer e Internet. | 7 |
| Facilità d'uso | Interfaccia facile da navigare e accedere alle informazioni. | 7 |
| Costo | Meno di $ 250. | 7 |
| Capacità | Memorizza e visualizza informazioni adatte allo scenario di sopravvivenza sul dispositivo mobile dell'utente. | 7 |
Prototipazione
Sono stati realizzati due prototipi principali per mostrare due diversi casi d'uso per il nostro progetto, il primo è una versione robusta e il secondo un design elegante.
La versione robusta ha un volume molto più grande per trasportare attrezzatura o attrezzatura di sopravvivenza extra che possono aiutarti nei momenti di bisogno. I componenti di questa versione sono incorporati nel contenitore e non sono pensati per essere rimossi facilmente. Questo design è pensato per essere esso stesso una borsa/scatola anti-insetto e una soluzione "tutto in uno".
Il design elegante è un design molto più mobile e compatto. Qui non c'è spazio di archiviazione aggiuntivo per nient'altro che i componenti necessari. Questo design è pensato per essere conservato in un luogo dove sia facilmente accessibile quando necessario e riposto in una borsa anti-insetto prefabbricata.
Prototipo robusto. Contenitore di grandi dimensioni con componenti incorporati.
Prototipo elegante. Piccoli contenitori per contenere componenti senza spazio di archiviazione aggiuntivo.
Prototipo elegante. Per potervi accedere è necessario estrarre i componenti dalla custodia.
Prodotto finale
Per il nostro prodotto finale abbiamo combinato gli aspetti più utili di entrambi i prototipi. Abbiamo utilizzato un contenitore più grande per riporre l'attrezzatura extra accanto al computer e abbiamo utilizzato il velcro per consentire un facile fissaggio e distacco dei componenti.
Il prodotto finale è una configurazione composta da un contenitore resistente, pannello solare da 9 W, Raspberry Pi 3B+, power bank da 20.000 mAh e cavi di collegamento. Una volta alimentato il Raspberry Pi tramite pannello solare o power bank, l'utente si collegherà al segnale hotpot wireless. Una volta effettuata la connessione, il collegamento Kiwix fornito consentirà all'utente di accedere a tutte le informazioni archiviate sul dispositivo.
Pannello solare con Raspberry Pi e power bank sulla parte superiore del contenitore resistente.
Costruzione
Le seguenti immagini descrivono il processo di costruzione di Cassiopea includendo i componenti e il software necessari.
- Galleria della costruzione
Passaggio 1: componenti di origine. Pannello solare da 9 W, Raspberry Pi, batteria ricaricabile agli ioni di litio (preferibilmente 12 V), cavo di collegamento USB, scheda SD (la nostra era da 128 GB), custodia robusta per ospitare i componenti
![Passaggio 2: scaricare il software che consentirà al Raspberry Pi di generare un hotspot quando acceso e di inviare le informazioni all'utente. Scarica il software per installare Kiwix e i dati wiki online (Wikipedia, Appropedia, ecc.). Utilizza questi collegamenti per scaricare software e codici:[1][2] Guarda questo video per ulteriori informazioni:[3]](https://www.appropedia.org/w/images/thumb/a/a5/Software_download.jpg/165px-Software_download.jpg)
Passaggio 2: scaricare il software che consentirà al Raspberry Pi di generare un hotspot quando acceso e di inviare le informazioni all'utente. Scarica il software per installare Kiwix e i dati wiki online (Wikipedia, Appropedia, ecc.). Utilizzare questi collegamenti per scaricare software e codici: [1] [2] Guarda questo video per ulteriori informazioni: [3]
Passaggio 3: archivia i dati dalle librerie di riferimento sulla scheda SD che verrà collegata al Raspberry Pi.
Passaggio 4: inserisci la scheda SD nel Raspberry Pi.
Passaggio 5: collega Raspberry Pi alla batteria carica o al pannello solare per accenderlo.
Passaggio 6: accedi all'hotspot. Viene visualizzato come Kiwix sul telefono, ma può essere rinominato. La nostra viene ribattezzata Cassiopea.
Passaggio 7: utilizzare il dispositivo intelligente per cercare informazioni all'interno delle librerie archiviate. L'utente viene raffigurato mentre cerca su Appropedia modi per utilizzare il sole per disinfettare l'acqua destinata al consumo.
Passaggio 8: inserire tutti i componenti in un contenitore per un facile trasporto.
![Passaggio 2: scaricare il software che consentirà al Raspberry Pi di generare un hotspot quando acceso e di inviare le informazioni all'utente. Scarica il software per installare Kiwix e i dati wiki online (Wikipedia, Appropedia, ecc.). Utilizza questi collegamenti per scaricare software e codici:[1][2] Guarda questo video per ulteriori informazioni:[3]](/File:Software_download.jpg)
Istruzioni video
Il seguente video descrive il processo passo passo su come scaricare e archiviare informazioni su un Raspberry Pi per l'utilizzo off grid.
Distinta materiali
Descrizione dei costi dei materiali utilizzati.
| Articolo | Quantità | Costo per unità | Totale |
|---|---|---|---|
| Raspberry Pi 3B+ — CPU | 1 | USD 35,00 | USD 35,00 |
| Pannello solare: 9 W Con due porte USB | 1 | USD 50,00 | USD 50,00 |
| Power Bank: batteria agli ioni di litio da 20.000 mAh | 1 | USD 20,00 | USD 20,00 |
| Scheda SD: dati e codice per Hotspot | 1 | USD 50,00 | USD 50,00 |
| Regolatore di tensione: per la ricarica o l'alimentazione diretta senza regolatore di carica | 1 | 5,00 USD | 5,00 USD |
| Container: componenti dell'alloggiamento e protezione dagli agenti atmosferici | 1 | USD 20,00 | USD 20,00 |
| Cavo di alimentazione: per collegare Raspberry Pi e power bank al pannello solare | 1 | 5,00 USD | 5,00 USD |
| Software: istruzioni per il download dell'hotspot gratuito Kiwix: https://www.kiwix.org/en/documentation/how-to-set-up-kiwix-hotspot/ | 1 | USD 0,00 | USD 0,00 |
| somma totale | 185 dollari USA159,10 EUR <br />135,05 GBP <br />229,40 CAD <br />3.857,25 MXN <br />13.847,25 INR <br /> | ||
Operazione
Il seguente video descrive il processo passo passo su come connettersi all'hotspot Kiwix.
Manutenzione
La manutenzione dei computer di Cassiopeia Solar Apocalypse è minima. Le migliori pratiche di utilizzo della batteria evitano di sovraccaricare il power bank e di lasciarlo conservare con carica zero. Il pannello solare deve essere pulito prima dell'uso e il Raspberry Pi non deve essere conservato in ambienti umidi o polverosi/sabbiosi. Qualsiasi modifica del codice richiederà un computer funzionante.
Programma di manutenzione
- Quotidiano
- Pulire il pannello solare da eventuale polvere prima dell'uso.
- Scollega Raspberry Pi quando non è in uso.
- Bagnare in una borsa o contenitore resistente alle intemperie in condizioni umide, sabbiose o polverose
- Mensile
- Carica il power bank
- Ogni 3-4 anni
- Sostituisci la power bank
- Ogni 7-10 anni
- Ogni 25-30 anni
- Sostituire il pannello solare [6]
Conclusione
Risultati dei test
Abbiamo scoperto che i risultati dei test sono tornati a soddisfare le nostre aspettative di successo. Il nostro dispositivo si alimenta direttamente con un pannello solare, oppure indirettamente tramite un power bank. (Il pannello solare può anche alimentare il dispositivo e caricare contemporaneamente il power bank). Quando è completamente carico, il power bank dura 37 ore mentre il Raspberry Pi esegue l'hotspot. Quando alimentato, il dispositivo crea un hot spot accessibile che visualizza rapidamente i dati sul dispositivo mobile dell'utente.
Discussione
Nel complesso siamo soddisfatti di come abbiamo soddisfatto i criteri e affrontato il problema. Il nostro dispositivo è portatile, durevole e semplice. La sua semplicità consente all'utente di modificare qualsiasi utilità aggiuntiva desiderata. I risultati indicano che il nostro design è perfettamente funzionante.
Lezioni imparate
Per ridurre ulteriormente i costi, l'utente dovrebbe optare per un pannello solare più semplice che non abbia una porta USB già integrata. Con questo pannello più semplice, l'utente dovrà collegare un regolatore di tensione tra il cavo di collegamento del Raspberry Pi e il pannello solare (previene danni al Raspberry Pi durante picchi improvvisi di tensione o cambiamenti nelle condizioni di carico).
Quando scarichi il software kiwix e il codice hotspot, assicurati che ci siano almeno 20 GB di spazio disponibile sul disco rigido del computer. Inoltre, l'utilizzo di un sistema operativo Macintosh può rivelarsi problematico durante il download del software. Siamo passati all'utilizzo di Windows per completare i download.
Quando scarichi le librerie di riferimento offline da Wikipedia, Appropedia e qualsiasi altra cosa decida l'utente, aspettati di scaricare per diverse ore, a seconda della velocità di download. Ci sono volute più di 10 ore per scaricare tutto con una velocità di connessione molto elevata. Durante questo periodo di download, il nostro computer è passato alla modalità di sospensione e il download è stato interrotto. Impedisci al computer di andare in stop riproducendo contenuti multimediali in background.
Prossimi passi
È possibile fare in modo che il dispositivo non sia solo un hot spot per i propri dati, ma faciliti anche l'accesso a un router Internet di terze parti (WIFI). L'aggiunta di questo codice potrebbe significare che ogni volta che Internet è accessibile e il dispositivo è acceso, può aggiornare i dati in Wikipedia, Appropedia e le altre librerie di riferimenti che potrebbero essere incluse.
L'alloggiamento per riporre il dispositivo potrebbe essere più robusto rispetto alle condizioni ambientali. L'impermeabilità può essere migliorata aggiungendo guarnizioni di gomma tra le cuciture aperte all'interno del contenitore. È possibile impedire agli impulsi elettromagnetici di interferire con l'hardware del computer creando una gabbia di Faraday. Questo può essere implementato applicando il nastro di Faraday all'interno del contenitore. [7] Una versione più economica può essere creata alternando strati di foglio di alluminio e plastica sottile (tre volte) all'interno del contenitore. [8]
Il design che abbiamo scelto consente la possibilità di riporre attrezzatura extra. Ciò lascia all'utente la possibilità di ottimizzare il proprio design per soddisfare le proprie esigenze di sopravvivenza aggiungendo diversi strumenti al proprio set di equipaggiamento.
Risoluzione dei problemi
La tabella seguente fornisce soluzioni a problemi comuni relativi al funzionamento e alla costruzione del computer dell'apocalisse.
| Problema | Suggerimento |
|---|---|
| Il collegamento all'hotspot non si apre | Tocca il nome Wi-Fi designato, seleziona "Dimentica questa rete" e riavvia la CPU. |
| Il pannello solare non alimenta la CPU | Assicurati che sia collegato, inclina il pannello verso la luce solare diretta e prova a effettuare la connessione. |
| Il computer entra in modalità di sospensione durante un download prolungato | Utilizzare il gestore download per eseguire il backup dei dati scaricati. Inoltre, riproduci contenuti multimediali (film) in background per tenere il computer acceso. |
Squadra
Suns of Community, primavera 2022
- Zane Cook
- Max Cunningham
- Phil Tran
Riferimenti
- ↑ 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%20ineligged%20environments .
- ↑ https://www.sdcard.org/consumers/faq/#:~:text=SD%20standards%2Dbased%20memory%20cards%2C%20like%20most%20semiconductor%20cards%2C,and%20reduce%20consumer%20electronic %20rifiuti .
- ↑ https://www.nrel.gov/docs/fy09osti/43844.pdf
- ↑ https://www.amazon.com/TitanRF-Faraday-Tape-High-Shielding-Conceptive/dp/B07CRLCGCH?th=1
- ↑ https://www.wikihow.com/Make-a-Faraday-Cage