Cassiopeia 是一款便携耐用的计算机，能够完全依靠太阳能供电，无需连接互联网即可运行。该设计包括 Raspberry Pi 3b+、9W 可折叠太阳能电池板、锂离子充电电池和用于容纳所有电池的容器。该项目由加州州立理工大学洪堡分校工程 215：设计入门课程的学生于 2022 年春季学期设计和建造。该团队 Suns of Community 由 Zane Cook、Max Cunningham 和 Phil Tran 组成。
该设计的灵感来自于希望让那些生活在电网之外、无法访问互联网的人们有机会访问大量信息资源，以提高生存机会。Cassiopeia 通过其移动智能设备显示所有维基百科和 Appropedia 的生存相关文章。
内容
背景
加州州立理工大学洪堡分校 2022 年春季 ENGR 215 班代表 Appropedia 承担了一个设计项目。该网站致力于创建一个平台，让用户可以相互交流，通过向用户提供构建适当技术的信息来帮助创造可持续发展、减贫和国际发展的解决方案。我们的团队 Suns of Community 的任务是建造一台便携式、耐用的末日计算机，该计算机由太阳辐射供电，并使用廉价和/或常见的物品。Appropedia 的执行董事 Emilio 是客户，他为设计的开发提供了指导。
问题陈述
Suns of Community 的目标是制造一台装在耐用容器中的便携式计算机，它能够在没有电网或互联网的情况下，依靠太阳辐射运行数年。Cassiopeia 将通过移动设备为用户提供维基百科和 Appropedia 中有关生存策略和 DIY 工程系统的宝贵信息，使他们能够长期脱离电网、脱离有组织的社会而生活。
标准
下表列出了启示录计算机的标准和相应的权重。标准是指导项目设计的一般类别。社区太阳选择了这些标准，以确保该项目有效、有用且可复制。
| 标准 | 描述 | 重量 (1-10) |
|---|---|---|
| 可移植性 | 重量轻，易于运输。 | 9 |
| 耐用性 | 持久耐用、抗冲击、防风雨。 | 8 |
| 可重复性 | 具有高中学历、能使用计算机和互联网的个人即可构建。 | 7 |
| 使用方便 | 易于导航的界面和访问的信息。 | 7 |
| 成本 | 少于 250 美元。 | 7 |
| 功能 | 存储并显示适合生存场景的信息到用户的移动设备。 | 7 |
原型设计
我们制作了两个主要原型来展示我们项目的两种不同用例，第一个是健壮版本，第二个是时尚设计。
坚固版的容量更大，可以携带额外的求生装备或设备，在需要时为您提供帮助。此版本中的组件嵌入容器中，不易拆卸。这种设计本身就是一个避难包/箱，是一种“一体化”解决方案。
流线型设计是一种更便携、更紧凑的设计。这里，除了必要的组件外，没有额外的存储空间。这种设计旨在将其存放在需要时可以轻松取用的地方，并存放在预制的应急包中。
坚固的原型。带有嵌入式组件的大型容器。
精致原型。小型容器用于容纳组件，无需额外的存储空间。
光滑的原型。必须将组件从外壳中取出才能使用。
完成品
对于我们的最终产品，我们结合了两个原型最实用的方面。我们使用了一个更大的容器来存放与计算机一起存放的额外装备，并使用 Velcro 方便地安装和拆卸组件。
最终产品是一个由耐用容器、9W 太阳能电池板、Raspberry Pi 3B+、20,000mah 移动电源和连接线组成的配置。一旦通过太阳能电池板或移动电源为 Raspberry Pi 供电，用户就会连接到无线热点信号。一旦建立连接，提供的 Kiwix 链接将允许用户访问设备上存储的所有信息。
耐用容器顶部装有 Raspberry Pi 和移动电源的太阳能电池板。
建造
下面的图片描述了仙后座的建造过程，包括所需的组件和软件。
- 施工图库
步骤 1：采购组件。9w 太阳能电池板、Raspberry Pi、锂离子充电电池（最好是 12V）、USB 连接线、SD 卡（我们的是 128GB）、用于容纳组件的坚固外壳
![步骤 2：下载软件，让 Raspberry Pi 在开机时生成热点并向用户输出信息。下载软件以安装 Kiwix 和在线 wiki 数据（Wikipedia、Appropedia 等）。使用以下链接下载软件和代码：[1][2] 观看此视频了解更多信息：[3]](/w/images/thumb/a/a5/Software_download.jpg/165px-Software_download.jpg)
步骤 3：将参考库中的数据存储到将连接到 Raspberry Pi 的 SD 卡上。
步骤 4：将 SD 卡插入 Raspberry Pi。
步骤5：将Raspberry Pi连接到充电电池组或太阳能电池板以打开电源。
第 6 步：登录热点。它在手机上显示为 Kiwix，但可以重命名。我们的热点重命名为 Cassiopeia。
步骤 7：使用智能设备在存储库中搜索信息。用户正在 Appropedia 中搜索利用太阳对饮用水进行消毒的方法。
步骤8：将所有组件装入容器中，以便于运输。
![步骤 2：下载软件，让 Raspberry Pi 在开机时生成热点并向用户输出信息。下载软件以安装 Kiwix 和在线 wiki 数据（Wikipedia、Appropedia 等）。使用以下链接下载软件和代码：[1][2] 观看此视频了解更多信息：[3]](/File:Software_download.jpg)
视频说明
以下视频逐步介绍了如何在 Raspberry Pi 上下载和存储信息以供离网使用。
材料清单
所用材料成本的描述。
| 物品 | 数量 | 每单位成本 | 全部的 |
|---|---|---|---|
| Raspberry Pi 3B+ — CPU | 1 | 35.00 美元 | 35.00 美元 |
| 太阳能电池板 — 9W，带两个 USB 端口 | 1 | 50.00 美元 | 50.00 美元 |
| 移动电源 — 20,000 mAh 锂离子电池组 | 1 | 20.00 美元 | 20.00 美元 |
| SD 卡 — 热点的数据和代码 | 1 | 50.00 美元 | 50.00 美元 |
| 电压调节器 — 用于充电或直接供电，无需充电控制器 | 1 | 5.00 美元 | 5.00 美元 |
| 集装箱——容纳部件并保护其免受风雨侵袭 | 1 | 20.00 美元 | 20.00 美元 |
| 电源线——用于将 Raspberry Pi 和移动电源连接到太阳能电池板 | 1 | 5.00 美元 | 5.00 美元 |
| 软件——Kiwix 免费热点下载器说明：https://www.kiwix.org/en/documentation/how-to-set-up-kiwix-hotspot/ | 1 | 0.00美元 | 0.00美元 |
| 累计 | 185 美元159.10 欧元<br />135.05 英镑<br />229.40 加元<br />3,857.25 墨西哥比索<br />13,847.25 印度卢比<br /> | ||
手术
以下视频介绍了如何连接到 Kiwix 热点的逐步过程。
维护
Cassiopeia Solar Apocalypse 计算机的维护工作量极小。电池的最佳使用方法是避免过度充电移动电源，并避免在零电量下存放。使用前应清洁太阳能电池板，并且不应将 Raspberry Pi 存放在潮湿或多尘/沙质的环境中。任何代码编辑都需要一台正常工作的计算机。
维护计划
- 日常的
- 使用前清除太阳能电池板上的所有灰尘。
- 不使用时，请断开 Raspberry Pi 的连接。
- 在潮湿、沙地或尘土飞扬的条件下，将袋子装入防风雨袋或容器中
- 每月
- 为移动电源充电
- 每 3-4 年
- 更换移动电源
- 每7-10年
- 每25-30年
- 更换太阳能电池板[6]
结论
测试结果
我们发现测试结果都符合我们的预期。我们的设备直接由太阳能电池板供电，或通过移动电源间接供电。（太阳能电池板也可以同时为设备供电和为移动电源充电）。充满电后，当 Raspberry Pi 运行热点时，移动电源可持续使用 37 小时。通电后，设备会创建一个可访问的热点，该热点会快速将数据显示到用户的移动设备上。
讨论
总体而言，我们对自己满足标准和解决问题的方式感到满意。我们的设备便携、耐用且简单。它的简单性允许用户修改任何额外的所需功能。结果表明我们的设计成功发挥作用。
得到教训
为了进一步降低成本，用户应该选择更简单的、没有内置 USB 端口的太阳能电池板。使用这种更简单的电池板，用户需要在 Raspberry Pi 的连接线和太阳能电池板之间连接一个电压调节器（防止在电压急剧上升或负载条件发生变化时损坏 Raspberry Pi）。
下载 kiwix 软件和热点代码时，请确保计算机硬盘上至少有 20 GB 的可用空间。此外，使用 Macintosh 操作系统下载软件时可能会出现问题。我们改用 Windows 来完成下载。
从 Wikipedia、Appropedia 以及用户决定的其他网站下载离线参考资料库时，预计下载时间会长达数小时，具体取决于下载速度。我们花了 10 多个小时才以非常快的连接速度下载完所有内容。在此下载时间内，我们的计算机切换到睡眠模式，下载暂停。通过在后台播放媒体来防止计算机进入睡眠状态。
下一步
可以让设备不仅成为其自身数据的热点，还可以方便访问第三方互联网路由器 (WIFI)。添加此代码可能意味着只要互联网可访问且设备通电，它就可以更新维基百科、Appropedia 和可能包含的其他参考资料库中的数据。
用于存放该设备的外壳可以更坚固，以适应环境条件。通过在容器内的开口接缝之间添加橡胶垫圈，可以提高防水性能。通过制作法拉第笼，可以阻止电磁脉冲干扰计算机硬件。这可以通过在容器内部贴上法拉第胶带来实现。[7]可以通过在容器内部交替使用铝箔和薄塑料层（三层）来制作更便宜的版本。[8]
我们采用的设计允许存放额外装备。这样用户就可以通过在装备组中添加不同的工具来优化设计，以满足他们的生存需求。
故障排除
下表提供了与末日计算机的操作和构造相关的常见问题的解决方案。
| 问题 | 建议 |
|---|---|
| 热点链接打不开 | 点击指定的 Wi-Fi 名称，选择“忘记此网络”并重新启动 CPU。 |
| 太阳能电池板不为 CPU 供电 | 确保电源已插入，将面板倾斜朝向直射阳光并尝试连接。 |
| 计算机在长时间下载期间进入睡眠状态 | 使用下载管理器备份下载的数据。此外，在后台播放媒体（电影） 保持计算机开启。 |
团队
社区阳光，2022 年春季
- 赞恩·库克
- 马克斯·坎宁安
- 菲尔·陈
参考
- ↑ 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%20waste。
- ↑ 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