Cassiopeia é um computador portátil e durável, capaz de funcionar totalmente com energia solar e sem acesso à Internet. O design consiste em um Raspberry Pi 3b +, painel solar dobrável de 9 W, bateria recarregável de íon de lítio e contêiner para abrigar tudo. O projeto foi concebido e construído no semestre da primavera de 2022 por alunos da Cal Poly Humboldt matriculados em Engenharia 215: Introdução ao Design. A equipe, Suns of Community, consistia em Zane Cook, Max Cunningham e Phil Tran.
O projeto foi inspirado no desejo de dar às pessoas que vivem fora da rede e que não têm acesso à Internet a oportunidade de acessar vastos recursos de informação para otimizar as chances de sobrevivência. Cassiopeia exibe todos os artigos da Wikipedia e da Appropedia relacionados à sobrevivência por meio de seu dispositivo móvel inteligente.
Conteúdo
Fundo
Na primavera de 2022, a turma ENGR 215 da Cal Poly Humboldt assumiu um projeto de design em nome da Appropedia. Este site é dedicado à criação de uma plataforma onde os usuários possam interagir uns com os outros para ajudar a criar soluções para a sustentabilidade, a redução da pobreza e o desenvolvimento internacional, fornecendo aos usuários as informações para construir tecnologias apropriadas. Nossa equipe, Suns of Community, foi encarregada de construir um computador portátil e durável para o apocalipse, alimentado por radiação solar e usando itens baratos e/ou comumente encontrados. Emilio, Diretor Executivo da Appropedia, foi o cliente e orientou o desenvolvimento do design.
Declaração do problema
O objetivo do Suns of Community é criar um computador portátil alojado num recipiente durável que seja capaz de funcionar durante vários anos sem radiação solar e sem acesso a rede elétrica nem à Internet. Cassiopeia fornecerá aos usuários informações valiosas da Wikipedia e Appropedia sobre estratégias de sobrevivência e sistemas de engenharia DIY através de seus dispositivos móveis que lhes permitirão viver fora da rede e sem sociedade organizada por longos períodos de tempo.
Critério
Os critérios e respectivos pesos do Computador Apocalipse estão listados na tabela abaixo. Os critérios são as categorias gerais que orientam a concepção do projeto. The Suns of Community selecionou estes critérios para garantir que este projeto será eficaz, útil e replicável.
| Critério | Descrição | Peso (1-10) |
|---|---|---|
| Portabilidade | Leve e fácil de transportar. | 9 |
| Durabilidade | Longa duração, resistente a impactos e à prova de intempéries. | 8 |
| Reprodutibilidade | Pode ser construída por pessoa solteira com ensino médio completo e acesso a computador e internet. | 7 |
| Fácil de usar | Interface fácil de navegar e acessar informações. | 7 |
| Custo | Menos de $ 250. | 7 |
| Capacidades | Armazena e exibe informações adequadas ao cenário de sobrevivência no dispositivo móvel do usuário. | 7 |
Prototipagem
Dois protótipos principais foram feitos para mostrar dois casos de uso diferentes para o nosso projeto, sendo o primeiro uma versão robusta e o segundo um design elegante.
A versão robusta possui um volume muito maior para transportar equipamentos extras de sobrevivência ou equipamentos que podem ajudá-lo em momentos de necessidade. Os componentes desta versão estão incorporados no contêiner e não devem ser facilmente removidos. Este design pretende ser um saco/caixa de bug e ser uma solução "tudo-em-um".
O design elegante é muito mais móvel e compacto. Aqui, não há espaço de armazenamento extra para nada além dos componentes necessários. Este design deve ser armazenado em um local onde possa ser facilmente acessado quando necessário e armazenado em uma sacola pré-fabricada.
Protótipo robusto. Grande contêiner com componentes incorporados.
Protótipo elegante. Pequenos recipientes para armazenar componentes sem espaço de armazenamento adicional.
Protótipo elegante. Os componentes devem ser retirados da caixa para serem acessados.
Produto final
Para o nosso produto final combinamos os aspectos mais úteis de ambos os protótipos. Usamos um contêiner maior para armazenar equipamentos extras ao lado do computador e usamos velcro para facilitar a fixação e desmontagem dos componentes.
O produto final é uma configuração que consiste em um contêiner durável, painel solar de 9W, Raspberry Pi 3B+, banco de potência de 20.000mAh e cabos de conexão. Assim que o Raspberry Pi for alimentado por painel solar ou banco de energia, o usuário se conectará ao sinal do hotpot sem fio. Assim que a conexão for feita, o link Kiwix fornecido permitirá ao usuário acessar todas as informações armazenadas no dispositivo.
Painel solar com Raspberry Pi e banco de energia em cima de um recipiente durável.
Construção
As imagens a seguir descrevem o processo de construção da Cassiopeia incluindo componentes e software necessários.
- Galeria de Construção
Etapa 1: componentes de origem. Painel solar de 9w, Raspberry Pi, bateria recarregável de íons de lítio (12V de preferência), cabo de conexão USB, cartão SD (o nosso era de 128GB), case resistente para abrigar componentes
![Passo 2: Baixe o software que permitirá ao Raspberry Pi gerar um ponto de acesso quando ligado e enviar as informações para o usuário. Baixe o software para instalar o Kiwix e os dados do wiki on-line (Wikipedia, Appropedia, etc.). Use estes links para downloads de software e código:[1][2] Assista a este vídeo para obter mais informações:[3]](/w/images/thumb/a/a5/Software_download.jpg/165px-Software_download.jpg)
Passo 2: Baixe o software que permitirá ao Raspberry Pi gerar um ponto de acesso quando ligado e enviar as informações para o usuário. Baixe o software para instalar o Kiwix e os dados do wiki on-line (Wikipedia, Appropedia, etc.). Use estes links para downloads de software e código: [1] [2] Assista a este vídeo para obter mais informações: [3]
Passo 3: Armazene os dados das bibliotecas de referência no cartão SD que será conectado ao Raspberry Pi.
Passo 4: Insira o cartão SD no Raspberry Pi.
Etapa 5: Conecte o Raspberry Pi ao banco de baterias carregado ou ao painel solar para ligá-lo.
Etapa 6: faça login no ponto de acesso. Ele aparece como Kiwix no telefone, mas pode ser renomeado. O nosso é renomeado para Cassiopeia.
Etapa 7: Use um dispositivo inteligente para pesquisar informações nas bibliotecas armazenadas. O usuário é retratado pesquisando na Appropedia maneiras de usar o sol para desinfetar a água para consumo.
Passo 8: Coloque todos os componentes no recipiente para facilitar o transporte.
![Passo 2: Baixe o software que permitirá ao Raspberry Pi gerar um ponto de acesso quando ligado e enviar as informações para o usuário. Baixe o software para instalar o Kiwix e os dados do wiki on-line (Wikipedia, Appropedia, etc.). Use estes links para downloads de software e código:[1][2] Assista a este vídeo para obter mais informações:[3]](/File:Software_download.jpg)
Instruções de vídeo
O vídeo a seguir descreve o processo passo a passo sobre como baixar e armazenar informações em um Raspberry Pi para uso fora da rede.
Lista de materiais
Descrição dos custos dos materiais utilizados.
| Item | Quantia | Custo por unidade | Total |
|---|---|---|---|
| Framboesa Pi 3B+ – CPU | 1 | US$ 35,00 | US$ 35,00 |
| Painel Solar — 9W Com duas portas USB | 1 | US$ 50,00 | US$ 50,00 |
| Power Bank – bateria de íons de lítio de 20.000 mAh | 1 | US$ 20,00 | US$ 20,00 |
| Cartão SD – Dados e Código para Hotspot | 1 | US$ 50,00 | US$ 50,00 |
| Regulador de tensão — Para carregar ou alimentar diretamente sem controlador de carga | 1 | US$ 5,00 | US$ 5,00 |
| Container — Componentes da carcaça e proteção contra intempéries | 1 | US$ 20,00 | US$ 20,00 |
| Cabo de alimentação — Para conectar Raspberry Pi e banco de energia ao painel solar | 1 | US$ 5,00 | US$ 5,00 |
| Software - instruções para download de hotspot gratuito Kiwix: https://www.kiwix.org/en/documentation/how-to-set-up-kiwix-hotspot/ | 1 | US$ 0,00 | US$ 0,00 |
| total geral | US$ 185159,10 euros <br />GBP 135,05 <br />CAD 229,40 <br />MXN 3.857,25 <br />INR 13.847,25<br /> | ||
Operação
O vídeo a seguir descreve o processo passo a passo de como se conectar ao hotspot Kiwix.
Manutenção
A manutenção dos Computadores Cassiopeia Solar Apocalypse é mínima. As melhores práticas de uso da bateria evitam sobrecarregar o power bank e deixá-lo armazenado com carga zero. O painel solar deve ser limpo antes do uso e o Raspberry Pi não deve ser armazenado em locais úmidos ou empoeirados/arenosos. Qualquer edição do código precisará de um computador funcional.
Cronograma de manutenção
- Diário
- Limpe o painel solar de qualquer poeira antes de usar.
- Desconecte o Raspberry Pi quando não estiver em uso.
- Saco em saco ou recipiente à prova de intempéries durante condições úmidas, arenosas ou empoeiradas
- Por mês
- Carregar banco de potência
- A cada 3-4 anos
- Substitua o banco de potência
- A cada 7 a 10 anos
- A cada 25-30 anos
- Substitua o painel solar [6]
Conclusão
Resultados dos testes
Descobrimos que todos os resultados dos testes atenderam às nossas expectativas de sucesso. Nosso dispositivo é alimentado diretamente por um painel solar ou indiretamente por meio de um banco de energia. (O painel solar também pode alimentar o dispositivo e carregar o banco de energia ao mesmo tempo). Quando totalmente carregado, o banco de potência dura 37 horas enquanto o Raspberry Pi está executando o hotspot. Quando ligado, o dispositivo cria um ponto de acesso acessível que exibe os dados rapidamente para o dispositivo móvel do usuário.
Discussão
No geral, estamos satisfeitos com a forma como cumprimos os critérios e abordamos o problema. Nosso dispositivo é portátil, durável e simples. Sua simplicidade permite que o usuário modifique qualquer utilidade extra desejada. Os resultados indicam que nosso design é funcional com sucesso.
Lições aprendidas
Como forma de diminuir ainda mais os custos, o usuário deve optar por um painel solar mais simples e que não possua porta USB já embutida. Com este painel mais simples, o usuário precisará conectar um regulador de tensão entre o cabo de conexão do Raspberry Pi e o painel solar (evita danos ao Raspberry Pi durante picos repentinos de tensão ou mudanças nas condições de carga).
Ao baixar o software kiwix e o código do hotspot, certifique-se de que haja pelo menos 20 GB de espaço disponível no disco rígido do computador. Além disso, usar um sistema operacional Macintosh pode ser problemático durante o download do software. Passamos a usar o Windows para concluir os downloads.
Ao baixar as bibliotecas de referência off-line da Wikipedia, Appropedia e qualquer outra coisa que o usuário decidir, espere fazer o download por várias horas, dependendo da velocidade do download. Levamos mais de 10 horas para baixar tudo com uma velocidade de conexão muito rápida. Durante esse período de download, nosso computador entrou no modo de suspensão e o download foi interrompido. Evite que o computador hiberne reproduzindo mídia em segundo plano.
Próximos passos
É possível fazer com que o dispositivo não seja apenas um ponto de acesso para seus próprios dados, mas também facilite o acesso a um roteador de internet de terceiros (WIFI). A adição deste código pode significar que sempre que a Internet estiver acessível e o dispositivo estiver ligado, ele poderá atualizar dados na Wikipedia, Appropedia e outras bibliotecas de referências que possam estar incluídas.
A caixa para armazenar o dispositivo poderia ser mais robusta às condições ambientais. A impermeabilização pode ser melhorada adicionando juntas de borracha entre as costuras abertas dentro do recipiente. Pulsos eletromagnéticos podem ser impedidos de interferir no hardware do computador fazendo uma gaiola de Faraday. Isso pode ser implementado aplicando fita faraday no interior do contêiner. [7] Uma versão mais barata pode ser criada alternando camadas de papel alumínio e plástico fino (três vezes) no interior do recipiente. [8]
O design que escolhemos permite a opção de armazenar equipamentos extras. Isso deixa ao usuário a oportunidade de otimizar seu design para atender às suas necessidades de sobrevivência, adicionando diferentes ferramentas ao seu conjunto de equipamentos.
Solução de problemas
A tabela a seguir fornece soluções para problemas comuns relacionados à operação e construção do computador do apocalipse.
| Problema | Sugestão |
|---|---|
| Link do hotspot não abre | Toque no nome do Wi-Fi designado, selecione ‘Esquecer esta rede’ e reinicie a CPU. |
| Painel solar não alimenta CPU | Certifique-se de que esteja conectado, incline o painel em direção à luz solar direta e tente fazer a conexão. |
| O computador entra em suspensão durante um longo tempo de download | Use o gerenciador de download para fazer backup dos dados baixados. Além disso, reproduza mídia (filme) em segundo plano para manter o computador ligado. |
Equipe
Sóis da Comunidade, Primavera de 2022
- Zane Cook
- Max Cunningham
- Phil Tran
Referências
- ↑ 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 %20desperdício .
- ^ 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