Cassiopeia je přenosný a odolný počítač schopný provozu zcela bez solární energie a bez přístupu k internetu. Konstrukce se skládá z Raspberry Pi 3b+, 9W skládacího solárního panelu, lithium-iontové dobíjecí baterie a kontejneru, do kterého se vše vejde. Projekt navrhli a postavili v jarním semestru 2022 studenti Cal Poly Humboldt zapsaní do Engineering 215: Introduction to Design. Tým Suns of Community se skládal ze Zane Cooka, Maxe Cunninghama a Phila Trana.
Design byl inspirován touhou dát lidem, kteří žijí mimo rozvodnou síť a kteří nemají přístup k internetu, příležitost získat přístup k rozsáhlým zdrojům informací, aby se optimalizovaly šance na přežití. Cassiopeia zobrazuje všechny články z Wikipedie a články Appropedie související s přežitím prostřednictvím svého mobilního chytrého zařízení.
Obsah
Pozadí
Na jaře roku 2022 třída ENGR 215 v Cal Poly Humboldt převzala designový projekt jménem Appropedia. Tato webová stránka je věnována vytváření platformy, kde mohou uživatelé vzájemně interagovat a pomáhat tak vytvářet řešení pro udržitelnost, snižování chudoby a mezinárodní rozvoj tím, že uživatelům poskytuje informace pro vytváření vhodných technologií. Náš tým, Suns of Community, dostal za úkol postavit přenosný a odolný počítač pro apokalypsu napájený slunečním zářením a za použití levných a/nebo běžně používaných věcí. Emilio, výkonný ředitel Appropedia, byl klientem a poskytl pokyny pro vývoj designu.
Problémové prohlášení
Cílem Suns of Community je vytvořit přenosný počítač umístěný v odolném obalu, který je schopen provozu několik let bez slunečního záření a bez přístupu k elektrické síti nebo internetu. Cassiopeia poskytne uživatelům cenné informace z Wikipedie a Appropedie o strategiích přežití a DIY inženýrských systémech prostřednictvím jejich mobilních zařízení, která jim umožní žít mimo síť a bez organizované společnosti po dlouhou dobu.
Kritéria
Kritéria a příslušné váhy počítače Apocalypse jsou uvedeny v tabulce níže. Kritéria jsou obecné kategorie, kterými se řídí návrh projektu. Suns of Community vybrala toto kritérium, aby zajistila, že tento projekt bude efektivní, užitečný a replikovatelný.
| Kritéria | Popis | Hmotnost (1-10) |
|---|---|---|
| Přenosnost | Lehký a snadno se přenáší. | 9 |
| Trvanlivost | Dlouhá životnost, odolnost proti nárazu a povětrnostním vlivům. | 8 |
| Reprodukovatelnost | Může být postavena jednotlivcem se středoškolským vzděláním a přístupem k počítači a internetu. | 7 |
| Snadnost použití | Snadná navigace v rozhraní a přístup k informacím. | 7 |
| Náklady | Méně než 250 USD. | 7 |
| Schopnosti | Ukládá a zobrazuje informace vhodné pro scénář přežití do mobilního zařízení uživatele. | 7 |
Prototypování
Byly vyrobeny dva hlavní prototypy, aby ukázaly dva různé případy použití pro náš projekt, první byla robustní verze a druhý byl elegantní design.
Robustní verze má mnohem větší objem pro přepravu dalšího vybavení pro přežití nebo vybavení, které vám může pomoci v nouzi. Komponenty v této verzi jsou zabudovány do kontejneru a nelze je snadno vyjmout. Tento design je zamýšlen jako bug out bag/box sám o sobě a jako řešení „vše v jednom“.
Elegantní design je mnohem mobilnější a kompaktnější. Zde není žádný úložný prostor navíc pro nic jiného než potřebné komponenty. Tento design je určen k uložení na místě, kde k němu lze v případě potřeby snadno přistupovat a uložit jej do předem vyrobeného sáčku.
Robustní prototyp. Velký kontejner s vloženými komponenty.
Elegantní prototyp. Malé kontejnery pro uložení součástí bez dalšího úložného prostoru.
Elegantní prototyp. Komponenty musí být vyjmuty z pouzdra, aby byly přístupné.
Finální produkt
Pro náš finální produkt jsme spojili nejužitečnější aspekty obou prototypů. Použili jsme větší kontejner na další vybavení, které bylo možné uložit vedle počítače, a použili jsme suchý zip pro snadné připevnění a odpojení součástí.
Finálním produktem je konfigurace skládající se z odolného kontejneru, 9W solárního panelu, Raspberry Pi 3B+, powerbanky 20 000 mAh a propojovacích kabelů. Jakmile je Raspberry Pi napájeno přes solární panel nebo powerbanku, uživatel se poté připojí k signálu bezdrátového hotpotu. Jakmile je připojení vytvořeno, poskytnutý odkaz Kiwix umožní uživateli přístup ke všem uloženým informacím v zařízení.
Solární panel s Raspberry Pi a power bankou na vrchní straně odolné nádoby.
Konstrukce
Následující obrázky níže popisují proces konstrukce Cassiopeia včetně potřebných komponent a softwaru.
- Stavební galerie
Krok 1: Zdrojové komponenty. 9w solární panel, Raspberry Pi, Li-ion dobíjecí baterie (nejlépe 12V), USB propojovací kabel, SD karta (naše byla 128GB), robustní pouzdro pro umístění komponentů
![Krok 2: Stáhněte si software, který umožní Raspberry Pi po zapnutí generovat hotspot a odesílat informace uživateli. Stáhněte si software pro instalaci Kiwix a online wiki dat (Wikipedia, Appropedia atd.). Ke stažení softwaru a kódu použijte tyto odkazy:[1][2] Další informace naleznete v tomto videu:[3]](/w/images/thumb/a/a5/Software_download.jpg/165px-Software_download.jpg)
Krok 2: Stáhněte si software, který umožní Raspberry Pi po zapnutí generovat hotspot a odesílat informace uživateli. Stáhněte si software pro instalaci Kiwix a online wiki dat (Wikipedia, Appropedia atd.). Ke stažení softwaru a kódu použijte tyto odkazy: [1] [2] Další informace naleznete v tomto videu: [3]
Krok 3: Uložte data z referenčních knihoven na SD kartu, která bude připojena k Raspberry Pi.
Krok 4: Vložte SD kartu do Raspberry Pi.
Krok 5: Připojte Raspberry Pi k nabité bateriové bance nebo solárnímu panelu pro zapnutí.
Krok 6: Přihlaste se k hotspotu. V telefonu se zobrazuje jako Kiwix, ale lze jej přejmenovat. Ta naše je přejmenována na Cassiopeia.
Krok 7: Použijte chytré zařízení k vyhledávání informací v uložených knihovnách. Uživatel je zobrazen, jak hledá v Appropedii způsoby, jak využít slunce k dezinfekci vody pro spotřebu.
Krok 8: Vložte všechny součásti do kontejneru pro snadnou přepravu.
![Krok 2: Stáhněte si software, který umožní Raspberry Pi po zapnutí generovat hotspot a odesílat informace uživateli. Stáhněte si software pro instalaci Kiwix a online wiki dat (Wikipedia, Appropedia atd.). Ke stažení softwaru a kódu použijte tyto odkazy:[1][2] Další informace naleznete v tomto videu:[3]](/File:Software_download.jpg)
Video návod
Následující video popisuje krok za krokem postup stahování a ukládání informací na Raspberry Pi pro použití mimo síť.
Kusovník
Popis nákladů na použité materiály.
| Položka | Množství | Cena za jednotku | Celkový |
|---|---|---|---|
| Raspberry Pi 3B+ — CPU | 1 | 35,00 USD | 35,00 USD |
| Solární panel — 9W Se dvěma USB porty | 1 | 50,00 USD | 50,00 USD |
| Powerbanka — 20 000 mAh Li-ion baterie | 1 | 20,00 USD | 20,00 USD |
| SD karta — Data a kód pro Hotspot | 1 | 50,00 USD | 50,00 USD |
| Regulátor napětí — Pro nabíjení nebo přímé napájení bez regulátoru nabíjení | 1 | 5,00 USD | 5,00 USD |
| Kontejner — Součásti krytu a ochrana před živly | 1 | 20,00 USD | 20,00 USD |
| Napájecí kabel — Pro připojení Raspberry Pi a powerbanky k solárnímu panelu | 1 | 5,00 USD | 5,00 USD |
| Software — Pokyny ke stažení bezplatného hotspotu Kiwix: https://www.kiwix.org/en/documentation/how-to-set-up-kiwix-hotspot/ | 1 | 0,00 USD | 0,00 USD |
| celkový součet | 185 USD159,10 EUR <br />135,05 GBP <br />229,40 CAD <br />3 857,25 MXN <br />13 847,25 INR <br /> | ||
Úkon
Následující video popisuje krok za krokem postup, jak se připojit k hotspotu Kiwix.
Údržba
Údržba počítačů Cassiopeia Solar Apocalypse Computers je minimální. Osvědčené postupy používání baterie zabraňují přebíjení powerbanky a jejímu skladování s nulovým nabitím. Solární panel by měl být před použitím vyčištěn a Raspberry Pi by neměl být skladován ve vlhkém nebo prašném/písčitém prostředí. Jakékoli úpravy kódu budou vyžadovat funkční počítač.
Plán údržby
- Denně
- Před použitím solární panel očistěte od prachu.
- Pokud Raspberry Pi nepoužíváte, odpojte.
- Za mokra, písku nebo prašnosti zabalte do vaku nebo kontejneru odolného proti povětrnostním vlivům
- Měsíční
- Nabíjejte powerbanku
- Každé 3-4 roky
- Vyměňte powerbanku
- Každých 7-10 let
- Každých 25-30 let
- Vyměňte solární panel [6]
Závěr
Výsledky testování
Zjistili jsme, že všechny výsledky testů splnily naše očekávání úspěchu. Naše zařízení je napájeno přímo solárním panelem, nebo nepřímo přes powerbanku. (Solární panel může také napájet zařízení a nabíjet powerbanku současně). Při plném nabití vydrží powerbanka 37 hodin, zatímco Raspberry Pi běží na hotspotu. Při napájení zařízení vytvoří přístupné aktivní místo, které rychle zobrazí data do mobilního zařízení uživatele.
Diskuse
Celkově jsme spokojeni s tím, jak jsme splnili kritéria a vyřešili problém. Naše zařízení je přenosné, odolné a jednoduché. Jeho jednoduchost umožňuje uživateli upravit pro jakýkoli další požadovaný nástroj. Výsledky ukazují, že náš návrh je úspěšně funkční.
Ponaučení
Jako způsob, jak dále snížit náklady, by se měl uživatel rozhodnout pro jednodušší solární panel, který již nemá vestavěný USB port. U tohoto jednoduššího panelu bude uživatel muset připojit regulátor napětí mezi propojovací kabel Raspberry Pi. a solární panel (zabraňuje poškození Raspberry Pi během prudkých výkyvů napětí nebo změn podmínek zatížení).
Při stahování softwaru kiwix a kódu hotspotu se ujistěte, že je na pevném disku počítače k dispozici alespoň 20 GB volného místa. Používání operačního systému Macintosh se navíc může ukázat jako problematické při stahování softwaru. K dokončení stahování jsme přešli na používání systému Windows.
Při stahování offline referenčních knihoven z Wikipedie, Appropedia a čehokoli jiného, co se uživatel rozhodne, počítejte s tím, že stahování bude trvat několik hodin, v závislosti na rychlosti stahování. Trvalo nám přes 10 hodin, než jsme vše stáhli s velmi vysokou rychlostí připojení. Během této doby stahování náš počítač přešel do režimu spánku a stahování bylo zastaveno. Zabraňte spánku počítače přehráváním médií na pozadí.
Další kroky
Je možné, aby zařízení nebylo jen hot spotem pro vlastní data, ale také usnadnilo přístup k internetovému routeru třetí strany (WIFI). Přidání tohoto kódu může znamenat, že kdykoli je internet přístupný a zařízení je zapnuté, může aktualizovat data ve Wikipedii, Appropedii a dalších referenčních knihovnách, které mohou být zahrnuty.
Pouzdro pro uložení zařízení by mohlo být odolnější vůči okolním podmínkám. Vodotěsnost lze zlepšit přidáním pryžových těsnění mezi otevřené švy uvnitř nádoby. Elektromagnetické pulsy lze zabránit rušení hardwaru počítače vytvořením Faradayovy klece. To lze provést aplikací faradayovy pásky na vnitřek nádoby. [7] Levnější verzi lze vytvořit střídáním vrstev hliníkové fólie a tenkého plastu (třikrát) dovnitř nádoby. [8]
Design, se kterým jsme šli, umožňuje možnost uložení dalšího vybavení. To ponechává uživateli otevřenou možnost optimalizovat svůj design tak, aby vyhovoval jeho potřebám přežití přidáním různých nástrojů do jejich sady vybavení.
Odstraňování problémů
Následující tabulka poskytuje řešení běžných problémů souvisejících s provozem a konstrukcí počítače apokalypsy.
| Problém | Návrh |
|---|---|
| Odkaz na hotspot se neotevře | Klepněte na určený název Wi-Fi, vyberte „Zapomenout tuto síť“ a restartujte CPU. |
| Solární panel nenapájí CPU | Ujistěte se, že je zapojen, natočte panel směrem k přímému slunečnímu světlu a pokuste se provést připojení. |
| Počítač přejde do režimu spánku během dlouhé doby stahování | K zálohování stažených dat použijte správce stahování. Také přehrávejte média (film) na pozadí aby počítač zůstal zapnutý. |
tým
Suns of Community, jaro 2022
- Zane Cook
- Max Cunningham
- Phil Tran
Reference
- ↑ 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 20% odpadu .
- ↑ 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