Cassiopeia 是一款便携式耐用计算机，能够完全依靠太阳能运行且无需访问互联网。该设计由 Raspberry Pi 3b+、9W 可折叠太阳能电池板、锂离子充电电池和容纳所有这些的容器组成。该项目由加州州立大学洪堡分校工程 215：设计概论专业的学生于 2022 年春季学期设计和建造。这支名为 Suns of Community 的球队由赞恩·库克 (Zane Cook)、马克斯·坎宁安 (Max Cunningham) 和菲尔·特兰 (Phil Tran) 组成。
该设计的灵感源于这样的愿望：让那些脱离电网生活且无法访问互联网的人们有机会访问大量信息资源，以优化生存机会。Cassiopeia 通过其移动智能设备展示所有维基百科和 Appropedia 的生存相关文章。
内容
背景
加州理工大学洪堡分校 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用户可以相互交流的平台，通过向用户提供构建适当技术的信息，帮助创建可持续发展、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且耐用的末日计算机，该计算机通过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，他为设计开发提供了指导。
问题陈述
Suns of Community 的目标是创造一款装在耐用容器中的便携式计算机，能够在没有太阳辐射的情况下运行数年，并且无需接入电网或互联网。Cassiopeia 将通过移动设备为用户提供来自 Wikipedia 和 Appropedia 的有关生存策略和 DIY 工程系统的宝贵信息，使他们能够长期脱离电网、没有组织的社会生活。
标准
天启计算机的标准和各自的权重列于下表中。标准是指导项目设计的一般类别。社区太阳队选择这些标准是为了确保该项目有效、有用且可复制。
| 标准 | 描述 | 重量 (1-10) |
|---|---|---|
| 可移植性 | 重量轻且易于运输。 | 9 |
| 耐用性 | 持久、耐冲击、防风雨。 | 8 |
| 再现性 | 可由具有高中教育并能使用计算机和互联网的个人来构建。 | 7 |
| 使用方便 | 易于浏览界面和访问信息。 | 7 |
| 成本 | 不到 250 美元。 | 7 |
| 能力 | 存储并在用户的移动设备上显示适合生存场景的信息。 | 7 |
原型制作
制作了两个主要原型来展示我们项目的两个不同用例，第一个是强大的版本，第二个是时尚的设计。
坚固的版本具有更大的体积，可以携带额外的救生装备或设备，可以在您需要时为您提供帮助。此版本中的组件嵌入到容器中，并且不容易删除。这种设计本身就是一个防虫袋/盒子，并且是一个“一体化”解决方案。
时尚的设计是一种更加移动和紧凑的设计。在这里，除了必要的组件之外，没有任何额外的存储空间。这种设计旨在存放在需要时可以轻松取用的地方，并存放在预制的防虫袋中。
稳健的原型。带有嵌入式组件的大型容器。
圆滑的原型。用于容纳组件的小容器，无需额外的存储空间。
圆滑的原型。必须将组件从箱子中取出才能进行操作。
完成品
对于我们的最终产品，我们结合了两个原型最有用的方面。我们使用了一个更大的容器来存放额外的装备，以便与计算机一起存放，并且我们使用 Velcro 来方便地连接和拆卸组件。
最终产品是由耐用容器、9W 太阳能电池板、Raspberry Pi 3B+、20,000mah 移动电源和连接电缆组成的配置。一旦树莓派通过太阳能电池板或移动电源供电，用户就会连接到无线热点信号。连接建立后，提供的 Kiwix 链接将允许用户访问设备上存储的所有信息。
带有 Raspberry Pi 的太阳能电池板和位于耐用容器顶部的移动电源。
建造
下图描述了 Cassiopeia 的构建过程，包括所需的组件和软件。
- 建筑画廊
步骤 1：源组件。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 3：将参考库中的数据存储到将连接到 Raspberry Pi 的 SD 卡上。
第四步：将SD卡插入树莓派。
步骤5：将树莓派连接到充电电池组或太阳能电池板以开机。
第6步：登录热点。它在手机上显示为 Kiwix，但可以重命名。我们的被重命名为仙后座。
步骤7：使用智能设备在存储的库中搜索信息。用户在 Appropedia 上搜索利用太阳对饮用水进行消毒的方法。
第 8 步：将所有组件装入容器中，以便于运输。
![步骤2：下载软件，使Raspberry Pi在开机时生成热点并将信息输出给用户。 下载软件来安装 Kiwix 和在线 wiki 数据（Wikipedia、Appropedia 等）。 使用这些链接进行软件和代码下载：[1][2] 观看此视频以了解更多信息：[3]](/File:Software_download.jpg)
视频说明
以下视频介绍了如何在 Raspberry Pi 上下载和存储信息以供离网使用的分步过程。
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 |
|---|---|---|---|
| 树莓派 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 — 20,000mAh 锂离子电池组 | 1 | 20.00 美元 | 20.00 美元 |
| SD卡——热点数据和代码 | 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 |
| 容器 - 外壳组件和免受自然因素影响的保护 | 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 美元欧元 159.10 <br />英镑 135.05 <br />加元 229.40 <br />墨西哥比索 3,857.25 <br />印度卢比 13,847.25 <br /> | ||
手术
以下视频介绍了如何连接到 Kiwix 热点的分步过程。
维护
Cassiopeia Solar Apocalypse 计算机的维护工作是最少的。电池的最佳使用实践是避免对移动电源过度充电并使其零电量存储。使用前应清洁太阳能电池板，并且树莓派不应存放在潮湿或多尘/沙子的环境中。对代码的任何编辑都需要一台可以工作的计算机。
维护计划
- 日常的
- 使用前清洁太阳能电池板的灰尘。
- 不使用时断开 Raspberry Pi。
- 在潮湿、沙尘或多尘的条件下，将其装入防风雨袋或容器中
- 每月
- 充电宝
- 每 3-4 年一次
- 更换移动电源
- 每7-10年一次
- 每25-30年一次
- 更换太阳能电池板[6]
结论
测试结果
我们发现测试结果全部满足我们对成功的预期。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。（太阳能电池板还可以为设备供电并同时为移动电源充电）。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，将数据快速显示到用户的移动设备上。
讨论
总的来说，我们对达到标准并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所需的实用程序。结果表明我们的设计是成功的。
得到教训
为了进一步降低成本，用户应该选择更简单的太阳能电池板，该电池板没有内置 USB 端口。使用这种更简单的面板，用户需要在 Raspberry Pi 的连接电缆之间连接一个稳压器和太阳能电池板（防止在电压急剧上升或负载条件变化时损坏 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 操作系统在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 以及用户决定的任何其他内容下载离线参考库时，预计需要几个小时的时间，具体取决于下载速度。我们花了10多个小时才下载完所有内容，连接速度非常快。在下载期间，我们的计算机转换为睡眠模式并且下载停止。通过在后台播放媒体来防止计算机进入睡眠状态。
下一步
设备不仅可以成为其自身数据的热点，还可以方便地访问第三方互联网路由器 (WIFI)。添加此代码可能意味着只要可以访问互联网并且设备开机，它就可以更新 Wikipedia、Appropedia 以及可能包含的其他参考库中的数据。
用于存储设备的外壳可以更坚固地适应环境条件。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。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应用法拉第胶带来实现。[7]可以通过在容器内部交替放置铝箔和薄塑料层（三层）来创建更便宜的版本。[8]
我们采用的设计允许选择存储额外的装备。这使得用户可以通过向他们的装备组添加不同的工具来优化他们的设计以满足他们的生存需求。
故障排除
下表提供了与天启计算机的操作和构建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 | 确保已插入电源，将面板倾斜到阳光直射的位置，然后尝试进行连接。 |
| 下载时间较长时计算机会进入睡眠状态 | 使用下载管理器备份下载的数据。另外，在后台播放媒体（电影） 保持计算机开启。 |
团队
社区太阳，2022 年春季
- 赞恩·库克
- 马克斯·坎宁安
- 菲尔·特兰
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 %20浪费。
- ^ https://www.nrel.gov/docs/fy09osti/43844.pdf
- ↑ https://www.amazon.com/TitanRF-Faraday-Tape-High-Shielding-Conductitive/dp/B07CRLCGCH?th=1
- ↑ https://www.wikihow.com/Make-a-Faraday-Cage