Кассіопея — це портативний і міцний комп’ютер, здатний працювати повністю від сонячної енергії та без доступу до Інтернету. Конструкція складається з Raspberry Pi 3b+, складної сонячної панелі потужністю 9 Вт, літій-іонної акумуляторної батареї та контейнера для всього цього. Проект був розроблений і створений навесні 2022 року студентами Cal Poly Humboldt, які навчаються на спеціальності «Інженерія 215: вступ до дизайну». Команда Suns of Community складалася із Зейна Кука, Макса Каннінгема та Філа Трена.
Дизайн був натхненний бажанням дати людям, які живуть поза мережею та не мають доступу до Інтернету, можливість отримати доступ до величезних ресурсів інформації, щоб оптимізувати шанси на виживання. Cassiopeia відображає всю Вікіпедію та статті Appropedia, пов’язані з виживанням, через свій мобільний інтелектуальний пристрій.
Зміст
Фон
Навесні 2022 року клас ENGR 215 у Cal Poly Humboldt взялися за дизайн-проект від імені Appropedia. Цей веб-сайт призначений для створення платформи, де користувачі можуть взаємодіяти один з одним, щоб допомогти створити рішення для сталого розвитку, зменшення бідності та міжнародного розвитку, надаючи користувачам інформацію для створення відповідних технологій. Нашій команді, Suns of Community, було доручено створити портативний і міцний комп’ютер апокаліпсису, який живиться від сонячного випромінювання та використовує недорогі та/або широко поширені елементи. Еміліо, виконавчий директор Appropedia, був замовником і надав вказівки щодо розробки дизайну.
Постановка проблеми
Метою Suns of Community є створення портативного комп’ютера, розміщеного в міцному контейнері, здатного працювати кілька років без сонячного випромінювання та без доступу до електричної мережі та Інтернету. Cassiopeia надаватиме користувачам цінну інформацію з Wikipedia та Appropedia про стратегії виживання та інженерні системи DIY через їхні мобільні пристрої, що дозволить їм жити поза мережею та без організованого суспільства протягом тривалого часу.
Критерії
Критерії Комп’ютера Апокаліпсису та відповідні ваги наведені в таблиці нижче. Критерії — це загальні категорії, якими керується розробка проекту. Suns of Community вибрала ці критерії, щоб гарантувати, що цей проект буде ефективним, корисним і придатним для повторення.
| Критерії | опис | Вага (1-10) |
|---|---|---|
| Портативність | Легкий і зручний для транспортування. | 9 |
| Довговічність | Довговічний, ударостійкий і атмосферостійкий. | 8 |
| Відтворюваність | Може бути побудована однією людиною з середньою освітою та доступом до комп’ютера та Інтернету. | 7 |
| Простота використання | Простий інтерфейс навігації та доступ до інформації. | 7 |
| Вартість | Менше 250 доларів. | 7 |
| Можливості | Зберігає та відображає на мобільному пристрої користувача інформацію, придатну для сценарію виживання. | 7 |
Прототипування
Було створено два основні прототипи, щоб продемонструвати два різні варіанти використання нашого проекту, перший – надійна версія, а другий – елегантний дизайн.
Надійна версія має набагато більший об’єм, щоб перевозити додаткове спорядження для виживання чи спорядження, яке може допомогти вам у скрутний час. Компоненти в цій версії вбудовані в контейнер і не призначені для легкого видалення. Цей дизайн призначений для того, щоб бути сумкою/коробкою для вирішення помилок і бути універсальним рішенням.
Витончений дизайн набагато мобільніший і компактніший. Тут немає додаткового місця для зберігання нічого, крім необхідних компонентів. Цю конструкцію призначено для зберігання в місці, де до неї можна буде легко отримати доступ у разі потреби, і зберігати в попередньо виготовленій сумці для захисту від жуків.
Надійний прототип. Великий контейнер із вбудованими компонентами.
Витончений прототип. Невеликі контейнери для зберігання компонентів без додаткового місця для зберігання.
Витончений прототип. Компоненти потрібно вийняти з корпусу, щоб отримати до них доступ.
Кінцевий продукт
Для нашого кінцевого продукту ми поєднали найкорисніші аспекти обох прототипів. Ми використовували більший контейнер для додаткового спорядження, яке зберігалося поруч з комп’ютером, і ми використовували липучки, щоб легко прикріплювати та від’єднувати компоненти.
Кінцевий продукт — це конфігурація, що складається з міцного контейнера, сонячної панелі 9 Вт, Raspberry Pi 3B+, блока живлення на 20 000 мАг і з’єднувальних кабелів. Після того, як Raspberry Pi живиться через сонячну панель або банк живлення, користувач підключається до бездротового сигналу Hotpot. Після встановлення з’єднання надане посилання Kiwix дозволить користувачеві отримати доступ до всієї інформації, що зберігається на пристрої.
Сонячна панель із Raspberry Pi і акумулятором на міцному контейнері.
Будівництво
На наступних малюнках нижче описано процес будівництва Кассіопеї, включаючи необхідні компоненти та програмне забезпечення.
- Будівельна галерея
Крок 1: Вихідні компоненти. Сонячна панель 9 Вт, Raspberry Pi, літій-іонна акумуляторна батарея (бажано 12 В), з’єднувальний кабель USB, SD-карта (у нас було 128 ГБ), міцний корпус для розміщення компонентів
![Крок 2. Завантажте програмне забезпечення, яке дозволить Raspberry Pi генерувати точку доступу після ввімкнення та виводити інформацію користувачеві. Завантажте програмне забезпечення для встановлення Kiwix та онлайн-вікі-даних (Wikipedia, Appropedia тощо). Використовуйте ці посилання для завантаження програмного забезпечення та коду:[1][2] Перегляньте це відео, щоб отримати додаткові відомості:[3]](/w/images/thumb/a/a5/Software_download.jpg/165px-Software_download.jpg)
Крок 2. Завантажте програмне забезпечення, яке дозволить Raspberry Pi генерувати точку доступу після ввімкнення та виводити інформацію користувачеві. Завантажте програмне забезпечення для встановлення Kiwix та онлайн-вікі-даних (Wikipedia, Appropedia тощо). Використовуйте ці посилання для завантаження програмного забезпечення та коду: [1] [2] Перегляньте це відео, щоб дізнатися більше: [3]
Крок 3: Збережіть дані з довідкових бібліотек на SD-карті, яка буде підключена до Raspberry Pi.
Крок 4: Вставте SD-карту в Raspberry Pi.
Крок 5: Підключіть Raspberry Pi до зарядженого акумулятора або сонячної панелі, щоб увімкнути живлення.
Крок 6. Увійдіть у точку доступу. На телефоні він відображається як Kiwix, але його можна перейменувати. Наша перейменована на Кассіопея.
Крок 7. Використовуйте інтелектуальний пристрій для пошуку інформації в збережених бібліотеках. Зображено користувача, який шукає в Appropedia способи використання сонця для дезінфекції води для споживання.
Крок 8: Розмістіть усі компоненти в контейнері для зручного транспортування.
![Крок 2. Завантажте програмне забезпечення, яке дозволить Raspberry Pi генерувати точку доступу після ввімкнення та виводити інформацію користувачеві. Завантажте програмне забезпечення для встановлення Kiwix та онлайн-вікі-даних (Wikipedia, Appropedia тощо). Використовуйте ці посилання для завантаження програмного забезпечення та коду:[1][2] Перегляньте це відео, щоб отримати додаткові відомості:[3]](/File:Software_download.jpg)
Відео інструкції
У наступному відео описано крок за кроком процес завантаження та збереження інформації на Raspberry Pi для автономного використання.
Перелік матеріалів
Опис вартості використаних матеріалів.
| Пункт | Сума | Вартість за одиницю | Всього |
|---|---|---|---|
| Raspberry Pi 3B+ — ЦП | 1 | 35,00 доларів США | 35,00 доларів США |
| Сонячна панель — 9 Вт З двома портами USB | 1 | 50,00 доларів США | 50,00 доларів США |
| Power Bank — літій-іонний акумулятор ємністю 20 000 мАг | 1 | 20,00 доларів США | 20,00 доларів США |
| SD-карта — дані та код для точки доступу | 1 | 50,00 доларів США | 50,00 доларів США |
| Регулятор напруги — для зарядки або прямого живлення без контролера заряду | 1 | 5,00 доларів США | 5,00 доларів США |
| Контейнер — компоненти корпусу та захист від стихії | 1 | 20,00 доларів США | 20,00 доларів США |
| Кабель живлення — для підключення Raspberry Pi та павербанка до сонячної панелі | 1 | 5,00 доларів США | 5,00 доларів США |
| Програмне забезпечення — інструкції щодо безкоштовного завантаження точки доступу Kiwix: https://www.kiwix.org/en/documentation/how-to-set-up-kiwix-hotspot/ | 1 | 0,00 доларів США | 0,00 доларів США |
| Загальна сума | 185 доларів США159,10 євро <br />135,05 фунтів стерлінгів <br />229,40 канадських доларів <br />3 857,25 MXN <br />13 847,25 індійських рупій <br /> | ||
Операція
У наступному відео покроково описано процес підключення до точки доступу Kiwix.
Технічне обслуговування
Обслуговування Cassiopeia Solar Apocalypse Computers мінімальне. Рекомендації щодо найкращого використання батареї уникають перезаряджання павербанка та зберігання його без заряду. Сонячну панель слід очистити перед використанням, а Raspberry Pi не можна зберігати у вологих або запилених/піщаних умовах. Для редагування коду потрібен робочий комп’ютер.
Графік технічного обслуговування
- Щодня
- Перед використанням очистіть сонячну панель від пилу.
- Від’єднайте Raspberry Pi, коли він не використовується.
- Поміщайте в погодозахищений мішок або контейнер під час вологих, піщаних або пилових умов
- Щомісяця
- Зарядний павербанк
- Кожні 3-4 роки
- Замініть павербанк
- Кожні 7-10 років
- Кожні 25-30 років
- Замініть сонячну панель [6]
Висновок
Результати тестування
We found the test results all came back meeting our expectations of success. Our device is powered directly with a solar panel, or indirectly through a power bank. (The solar panel can also power the device and charge the power bank at the same time). When fully charged the power bank lasts 37 hours while the Raspberry Pi is running the hotspot. When powered the device creates an accessible hot spot which that displays the data quickly to the user's mobile device.
Discussion
Overall we are happy with how we have met the criteria, and addressed the problem. Our device is portable, durable and simple. It's simplicity allows the user to modify for any extra desired utility. The results indicate our design is successfully functional.
Lessons learned
As a way to decrease costs further, the user should opt for a simpler solar panel that does not have a USB port already built in. With this simpler panel, the user will need to connect a voltage regulator between the connection cable of the Raspberry Pi and the solar panel (prevents damage to the Raspberry Pi during sharp spikes in voltage or changes in load conditions).
When downloading the kiwix software and hotspot code, ensure there is at least 20 GB of available space on the computer's hard drive. Furthermore, using a Macintosh OS can prove to be problematic while downloading the software. We switched to using Windows to complete the downloads.
When downloading the offline reference libraries from Wikipedia, Appropedia, and whatever else the user decides, expect to download for several hours, depending on download speed. It took us over 10 hours to download everything with a very fast connection speed. During this download time, our computer transitioned to sleep mode and the download was halted. Prevent the computer from sleeping by playing media in the background.
Next steps
It is possible to get the device to not just be a hot spot for its own data but also facilitate access to a third party internet router (WIFI). The addition of this code could mean when ever the internet is accessible and the device is powered on, it can update data in Wikipedia, Appropedia, and the other references libraries that may be included.
The housing for storing the device could be more robust to environmental conditions. Water proofing can be improved by adding rubber gaskets between open seams within the container. Electro magnetic pulses can be stopped from interfering with the computer hardware by making a Faraday cage. This can be implemented by applying faraday tape to the inside of the container.[7] A cheaper version can be created by alternating layers of aluminum foil and thin plastic (three times) to the inside of the container.[8]
The design we went with allows for the option to store extra gear. This leaves it open to the user to optimize their design to fit their survival needs by adding different tools to their gear set.
Troubleshooting
У наступній таблиці наведено рішення типових проблем, пов’язаних із роботою та створенням комп’ютера Apocalypse.
| проблема | Пропозиція |
|---|---|
| Посилання на точку доступу не відкривається | Торкніться вказаної назви Wi-Fi, виберіть «Забути цю мережу» та перезавантажте ЦП. |
| Сонячна панель не живить процесор | Переконайтеся, що він підключений до розетки, поверніть панель під прямим сонячним промінням і спробуйте встановити з’єднання. |
| Комп’ютер переходить у сплячий режим під час тривалого завантаження | Використовуйте менеджер завантажень для резервного копіювання завантажених даних. Також відтворюйте медіа (фільм) у фоновому режимі тримати комп’ютер увімкненим. |
Команда
Сонця спільноти, весна 2022
- Зейн Кук
- Макс Каннінгем
- Філ Тран
Список літератури
- ↑ 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 %20відходи .
- ↑ 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