ProjektitiedotCassiopeia on kannettava ja kestävä tietokone, joka pystyy toimimaan täysin aurinkoenergialla ilman Internet-yhteyttä. Suunnittelu koostuu Raspberry Pi 3b+:sta, 9 W:n taitettavasta aurinkopaneelista, ladattavasta litiumioniakusta ja säiliöstä, johon kaikki mahtuu. Hankkeen suunnittelivat ja rakensivat kevätlukukaudella 2022 Engineering 215: Introduction to Design -opiskelijat Cal Poly Humboldt. Suns of Community -tiimiin kuuluivat Zane Cook, Max Cunningham ja Phil Tran.
Suunnittelun inspiraationa oli halu antaa ihmisille, jotka elävät verkon ulkopuolella ja joilla ei ole pääsyä Internetiin, mahdollisuus päästä käsiksi valtaviin tietoresursseihin selviytymismahdollisuuksien optimoimiseksi. Cassiopeia näyttää kaikki Wikipedian ja Appropedian selviytymiseen liittyvät artikkelit mobiiliälylaitteensa kautta.
Sisällys
Tausta
Keväällä 2022 Cal Poly Humboldtin ENGR 215 -luokka on ottanut suunnitteluprojektin Appropedian puolesta. Tämä verkkosivusto on omistettu sellaisen alustan luomiseen, jossa käyttäjät voivat olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja auttaa luomaan ratkaisuja kestävyyteen, köyhyyden vähentämiseen ja kansainväliseen kehitykseen tarjoamalla käyttäjille tietoa sopivien teknologioiden rakentamiseksi. Tiimimme, Suns of Community, on saanut tehtäväkseen rakentaa kannettavan ja kestävän apokalypsitietokoneen, joka saa virtansa auringon säteilystä ja käyttää edullisia ja/tai yleisesti löydettäviä esineitä. Asiakkaana oli Appropedian toiminnanjohtaja Emilio, joka ohjasi suunnittelun kehitystä.
Ongelmailmoitus
Suns of Communityn tavoitteena on luoda kestävään säiliöön sijoitettu kannettava tietokone, joka pystyy toimimaan useiden vuosien ajan ilman auringonsäteilyä ja ilman pääsyä sähköverkkoon tai Internetiin. Cassiopeia tarjoaa käyttäjille arvokasta tietoa Wikipediasta ja Appropediasta selviytymisstrategioista ja tee-se-itse -tekniikkajärjestelmistä mobiililaitteidensa kautta, jotta he voivat elää verkon ulkopuolella ja ilman järjestäytynyttä yhteiskuntaa pitkiä aikoja.
Kriteeri
Apocalypse Computerin kriteerit ja vastaavat painot on lueteltu alla olevassa taulukossa. Kriteerit ovat yleisiä luokkia, jotka ohjaavat projektin suunnittelua. Suns of Community valitsi nämä kriteerit varmistaakseen, että tämä projekti on tehokas, hyödyllinen ja toistettavissa.
| Kriteeri | Kuvaus | Paino (1-10) |
|---|---|---|
| Siirrettävyys | Kevyt ja helppo kuljettaa. | 9 |
| Kestävyys | Pitkäkestoinen, iskunkestävä ja säänkestävä. | 8 |
| Toistettavuus | Sen voi rakentaa yksittäinen henkilö, jolla on lukiokoulutus ja pääsy tietokoneeseen ja Internetiin. | 7 |
| Helppokäyttöisyys | Helppokäyttöinen käyttöliittymä ja pääsy tietoihin. | 7 |
| Kustannus | Alle 250 dollaria. | 7 |
| Ominaisuudet | Tallentaa ja näyttää selviytymisskenaarioon sopivia tietoja käyttäjän mobiililaitteeseen. | 7 |
Prototyyppien tekeminen
Kaksi pääprototyyppiä tehtiin esittelemään kahta erilaista käyttötapaa projektillemme, joista ensimmäinen oli vankka versio ja toinen tyylikäs muotoilu.
Tukevassa versiossa on paljon suurempi tilavuus ylimääräisten selviytymisvarusteiden tai -varusteiden kuljettamiseen, jotka voivat auttaa sinua hätätilanteissa. Tämän version komponentit on upotettu säiliöön, eikä niitä ole tarkoitettu helposti irrotettaviksi. Tämän mallin on tarkoitus olla itse bug out -laukku/laatikko ja "all-in-one"-ratkaisu.
Tyylikäs muotoilu on paljon liikkuvampi ja kompaktimpi muotoilu. Täällä ei ole ylimääräistä säilytystilaa millekään muulle kuin tarvittaville komponenteille. Tämä malli on tarkoitettu säilytettäväksi paikassa, jossa siihen on helppo päästä käsiksi tarvittaessa ja varastoida valmiiksi bug out -pussiin.
Vankka prototyyppi. Suuri säiliö upotetuilla komponenteilla.
Tyylikäs prototyyppi. Pienet säiliöt komponenttien säilyttämiseen ilman ylimääräistä säilytystilaa.
Tyylikäs prototyyppi. Komponentit on otettava pois kotelosta, jotta niitä voidaan käyttää.
Lopputuote
Lopputuotteessamme yhdistimme molempien prototyyppien hyödyllisimmät puolet. Käytimme isompaa säiliötä lisävarusteille, joita säilytettiin tietokoneen rinnalla, ja tarranauhalla mahdollistimme komponenttien helpon kiinnityksen ja irrotuksen.
Lopputuote on kokoonpano, joka koostuu kestävästä säiliöstä, 9 W aurinkopaneelista, Raspberry Pi 3B+:sta, 20 000 mAh:n virtapankista ja liitäntäkaapeleista. Kun Raspberry Pi saa virtansa aurinkopaneelin tai virtapankin kautta, käyttäjä muodostaa yhteyden langattomaan hotpot-signaaliin. Kun yhteys on muodostettu, mukana toimitetun Kiwix-linkin avulla käyttäjä pääsee käsiksi kaikkiin laitteeseen tallennettuihin tietoihin.
Aurinkopaneeli, jossa Raspberry Pi ja virtapankki kestävän säiliön päällä.
Rakentaminen
Seuraavat kuvat alla kuvaavat Cassiopeian rakennusprosessia tarvittavien komponenttien ja ohjelmistojen sisällyttämiseksi.
- Rakennus galleria
Vaihe 1: Lähdekomponentit. 9w aurinkopaneeli, Raspberry Pi, ladattava Li-ion akku (mieluiten 12V), USB-liitäntäkaapeli, SD-kortti (meidän 128GB), tukeva kotelo komponenttien säilyttämiseen
![Vaihe 2: Lataa ohjelmisto, jonka avulla Raspberry Pi voi luoda hotspotin, kun se on päällä, ja lähettää tiedot käyttäjälle. Lataa ohjelmisto Kiwixin ja online-wikitietojen (Wikipedia, Appropedia jne.) asentamiseksi. Käytä näitä linkkejä ohjelmistojen ja koodien lataamiseen:[1][2] Katso tämä video saadaksesi lisätietoja:[3]](/w/images/thumb/a/a5/Software_download.jpg/165px-Software_download.jpg)
Vaihe 2: Lataa ohjelmisto, jonka avulla Raspberry Pi voi luoda hotspotin, kun se on päällä, ja lähettää tiedot käyttäjälle. Lataa ohjelmisto Kiwixin ja online-wikitietojen (Wikipedia, Appropedia jne.) asentamiseksi. Käytä näitä linkkejä ohjelmistojen ja koodien lataamiseen: [1] [2] Katso tämä video saadaksesi lisätietoja: [3]
Vaihe 3: Tallenna viitekirjastojen tiedot SD-kortille, joka liitetään Raspberry Pi -laitteeseen.
Vaihe 4: Aseta SD-kortti Raspberry Pi -laitteeseen.
Vaihe 5: Kytke Raspberry Pi ladattuun akkupankkiin tai aurinkopaneeliin virran kytkemiseksi.
Vaihe 6: Kirjaudu sisään hotspotiin. Se näkyy puhelimessa nimellä Kiwix, mutta se voidaan nimetä uudelleen. Meidän nimemme on Cassiopeia.
Vaihe 7: Etsi tietoja tallennetuista kirjastoista älylaitteella. Käyttäjä on kuvattu etsimässä Appropediasta tapoja käyttää aurinkoa veden desinfiointiin kulutukseen.
Vaihe 8: Asenna kaikki osat säiliöön kuljetuksen helpottamiseksi.
![Vaihe 2: Lataa ohjelmisto, jonka avulla Raspberry Pi voi luoda hotspotin, kun se on päällä, ja lähettää tiedot käyttäjälle. Lataa ohjelmisto Kiwixin ja online-wikitietojen (Wikipedia, Appropedia jne.) asentamiseksi. Käytä näitä linkkejä ohjelmistojen ja koodien lataamiseen:[1][2] Katso tämä video saadaksesi lisätietoja:[3]](/File:Software_download.jpg)
Video ohjeet
Seuraava video kuvaa vaiheittaisen prosessin, kuinka voit ladata ja tallentaa tietoja Raspberry Pi:lle verkon ulkopuolista käyttöä varten.
Materiaaliluettelo
Kuvaus käytettyjen materiaalien kustannuksista.
| Tuote | Määrä | Yksikkökohtainen hinta | Kaikki yhteensä |
|---|---|---|---|
| Raspberry Pi 3B+ - CPU | 1 | 35,00 USD | 35,00 USD |
| Aurinkopaneeli — 9W, kahdella USB-portilla | 1 | 50,00 USD | 50,00 USD |
| Power Bank - 20 000 mah Li-ion-akku | 1 | 20,00 USD | 20,00 USD |
| SD-kortti — Hotspotin tiedot ja koodi | 1 | 50,00 USD | 50,00 USD |
| Jännitteensäädin — Lataamiseen tai suoraan virransyöttöön ilman latausohjainta | 1 | 5,00 USD | 5,00 USD |
| Säiliö — Kotelon osat ja suojaus elementeiltä | 1 | 20,00 USD | 20,00 USD |
| Virtakaapeli — Raspberry Pi:n ja virtapankin liittämiseen aurinkopaneeliin | 1 | 5,00 USD | 5,00 USD |
| Ohjelmisto – Kiwixin ilmaiset hotspot-latausohjeet: https://www.kiwix.org/en/documentation/how-to-set-up-kiwix-hotspot/ | 1 | 0,00 USD | 0,00 USD |
| loppusumma | 185 USD159,10 EUR <br />135,05 GBP <br />229,40 CAD <br />3 857,25 MXN <br />13 847,25 INR <br /> | ||
Operaatio
Seuraava video kuvaa vaiheittaisen yhteyden muodostamisen Kiwix-hotspotiin.
Huolto
Cassiopeia Solar Apocalypse Computersin huolto on minimaalista. Akun parhaiden käyttötapojen mukaan virtapankin ylilataaminen ja sen säilyttäminen nollalatauksella vältetään. Aurinkopaneeli tulee puhdistaa ennen käyttöä, eikä Raspberry Pi:tä saa säilyttää kosteissa tai pölyisissä/hiekkaisissa olosuhteissa. Kaikki koodin muokkaukset edellyttävät toimivaa tietokonetta.
Kunnossapitoaikataulu
- Päivittäin
- Puhdista aurinkopaneeli pölystä ennen käyttöä.
- Irrota Raspberry Pi, kun sitä ei käytetä.
- Pussi säänkestävässä pussissa tai astiassa märissä, hiekkaisissa tai pölyisissä olosuhteissa
- Kuukausittain
- Lataa virtapankki
- 3-4 vuoden välein
- Vaihda virtapankki
- 7-10 vuoden välein
- 25-30 vuoden välein
- Vaihda aurinkopaneeli [6]
Johtopäätös
Testaustulokset
Huomasimme, että testitulokset vastasivat odotuksiamme menestymisestä. Laitteemme saa virtansa suoraan aurinkopaneelista tai epäsuorasti virtapankin kautta. (Aurinkopaneeli voi myös käyttää laitetta ja ladata virtapankkia samanaikaisesti). Täyteen ladattuna virtapankki kestää 37 tuntia, kun Raspberry Pi käyttää hotspotia. Kun laite on päällä, se luo saavutettavissa olevan hot spotin, joka näyttää tiedot nopeasti käyttäjän mobiililaitteeseen.
Keskustelu
Kaiken kaikkiaan olemme tyytyväisiä siihen, kuinka olemme täyttäneet kriteerit ja käsitelleet ongelman. Laitteemme on kannettava, kestävä ja yksinkertainen. Yksinkertaisuuden ansiosta käyttäjä voi muokata mitä tahansa ylimääräistä haluttua apuohjelmaa. Tulokset osoittavat, että suunnittelumme toimii onnistuneesti.
Opittua
Kulujen pienentämiseksi entisestään käyttäjän tulisi valita yksinkertaisempi aurinkopaneeli, jossa ei ole valmiiksi sisäänrakennettua USB-porttia. Tässä yksinkertaisemmassa paneelissa käyttäjän on liitettävä jännitesäädin Raspberry Pi -liitäntäkaapelin väliin. ja aurinkopaneeli (estää Raspberry Pi:n vaurioitumisen voimakkaiden jännitepiikkien tai kuormitusolosuhteiden muutosten aikana).
Kun lataat kiwix-ohjelmistoa ja hotspot-koodia, varmista, että tietokoneen kiintolevyllä on vähintään 20 Gt vapaata tilaa. Lisäksi Macintosh-käyttöjärjestelmän käyttö voi osoittautua ongelmalliseksi ohjelmistoa ladattaessa. Vaihdoimme käyttämään Windowsia latausten viimeistelemiseksi.
Kun lataat offline-viitekirjastoja Wikipediasta, Appropediasta ja mistä tahansa muusta käyttäjän päättämästä, odota latausta useiden tuntien ajan latausnopeudesta riippuen. Kaiken lataaminen erittäin nopealla yhteysnopeudella kesti yli 10 tuntia. Tänä latausaikana tietokoneemme siirtyi lepotilaan ja lataus keskeytettiin. Estä tietokonetta nukkumasta toistamalla mediaa taustalla.
Seuraavat vaiheet
On mahdollista saada laite omien tietojensa hot spot -paikan lisäksi helpottamaan pääsyä kolmannen osapuolen Internet-reitittimeen (WIFI). Tämän koodin lisääminen voi tarkoittaa, että aina kun internet on käytettävissä ja laite on päällä, se voi päivittää tietoja Wikipediassa, Appropediassa ja muissa mahdollisesti mukana olevissa viitekirjastoissa.
Laitteen säilytyskotelo voisi olla kestävämpi ympäristöolosuhteille. Vedenpitävyyttä voidaan parantaa lisäämällä kumitiivisteet avoimien saumojen väliin astian sisällä. Sähkömagneettiset pulssit voidaan estää häiritsemästä tietokonelaitteistoa tekemällä Faradayn häkki. Tämä voidaan toteuttaa kiinnittämällä faraday-teippiä säiliön sisäpuolelle. [7] Halvempi versio voidaan luoda vuorotellen alumiinifoliota ja ohutta muovia (kolme kertaa) säiliön sisäpuolelle. [8]
Suunnittelu, johon menimme, mahdollistaa lisävarusteiden säilyttämisen. Tämä jättää käyttäjälle mahdollisuuden optimoida suunnittelunsa selviytymistarpeisiinsa lisäämällä erilaisia työkaluja varusteisiinsa.
Ongelmien karttoittaminen
Seuraavassa taulukossa on ratkaisuja yleisiin ongelmiin, jotka liittyvät apokalypsitietokoneen toimintaan ja rakentamiseen.
| Ongelma | Ehdotus |
|---|---|
| Hotspot-linkki ei avaudu | Napauta määritettyä Wi-Fi-nimeä, valitse "Unohda tämä verkko" ja käynnistä CPU uudelleen. |
| Aurinkopaneeli ei syötä CPU:ta | Varmista, että se on kytketty, käännä paneeli suoraa auringonvaloa kohti ja yritä muodostaa yhteys. |
| Tietokone menee nukkumaan pitkän latausajan aikana | Käytä lataushallintaa ladattujen tietojen varmuuskopiointiin. Toista myös mediaa (elokuvaa) taustalla pitääksesi tietokoneen päällä. |
Tiimi
Suns of Community, kevät 2022
- Zane Cook
- Max Cunningham
- Phil Tran
Viitteet
- ↑ 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%20inligible%20environments .
- ↑ https://www.sdcard.org/consumers/faq/#:~:text=SD%20standards%2Dbased%20memory%20cards%2C%20like%20most%20semiconductor%20cards%2C,and%20reduce%20consumer%20electronic % 20 jätettä .
- ↑ 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