Kassiopeia
Cassiopeia ist ein tragbarer und langlebiger Computer, der vollständig mit Solarenergie und ohne Internetzugang betrieben werden kann. Das Design besteht aus einem Raspberry Pi 3b+, einem faltbaren 9-W-Solarpanel, einem Lithium-Ionen-Akku und einem Container, in dem alles untergebracht ist. Das Projekt wurde im Frühjahrssemester 2022 von Studenten der Cal Poly Humboldt entworfen und gebaut, die im Studiengang Engineering 215: Einführung in das Design eingeschrieben sind. Das Team, Suns of Community, bestand aus Zane Cook, Max Cunningham und Phil Tran.
Das Design wurde von dem Wunsch inspiriert, Menschen, die abseits des Stromnetzes leben und keinen Internetzugang haben, die Möglichkeit zu geben, auf umfangreiche Informationsquellen zuzugreifen, um ihre Überlebenschancen zu optimieren. Cassiopeia zeigt alle Wikipedia-Artikel und überlebensbezogene Artikel von Appropedia auf ihrem mobilen Smartgerät an.
Inhalt
Hintergrund
Die ENGR 215-Klasse des Frühjahrssemesters 2022 an der Cal Poly Humboldt hat im Auftrag von Appropedia ein Designprojekt übernommen. Ziel dieser Website ist die Schaffung einer Plattform, auf der Benutzer miteinander interagieren können, um Lösungen für Nachhaltigkeit, Armutsbekämpfung und internationale Entwicklung zu entwickeln, indem sie den Benutzern die Informationen zum Aufbau geeigneter Technologien zur Verfügung stellen. Unser Team, Suns of Community, wurde beauftragt, einen tragbaren und langlebigen Apokalypse-Computer zu bauen, der durch Sonnenstrahlung betrieben wird und aus kostengünstigen und/oder allgemein erhältlichen Gegenständen besteht. Emilio, der Geschäftsführer von Appropedia, war der Kunde und gab Anleitung bei der Entwicklung des Designs.
Problemstellung
Das Ziel von Suns of Community ist es, einen tragbaren Computer in einem robusten Gehäuse zu entwickeln, der mehrere Jahre lang mit Sonneneinstrahlung und ohne Zugang zu einem Stromnetz oder dem Internet betrieben werden kann. Cassiopeia wird den Benutzern über ihre Mobilgeräte wertvolle Informationen aus Wikipedia und Appropedia über Überlebensstrategien und DIY-Techniksysteme liefern, die es ihnen ermöglichen, über lange Zeiträume ohne Stromnetz und ohne organisierte Gesellschaft zu leben.
Kriterien
Die Kriterien und jeweiligen Gewichtungen des Apocalypse Computers sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Kriterien sind die allgemeinen Kategorien, die das Projektdesign leiten. Die Suns of Community haben diese Kriterien ausgewählt, um sicherzustellen, dass dieses Projekt effektiv, nützlich und reproduzierbar ist.
| Kriterien | Beschreibung | Gewicht (1-10) |
|---|---|---|
| Portabilität | Leicht und einfach zu transportieren. | 9 |
| Haltbarkeit | Langlebig, stoßfest und wetterfest. | 8 |
| Reproduzierbarkeit | Kann von einer Einzelperson mit High-School-Abschluss und Zugang zu Computer und Internet gebaut werden. | 7 |
| Benutzerfreundlichkeit | Einfach zu navigierende Benutzeroberfläche und Zugriff auf Informationen. | 7 |
| Kosten | Weniger als 250 $. | 7 |
| Fähigkeiten | Speichert und zeigt für Überlebensszenarien geeignete Informationen auf dem Mobilgerät des Benutzers an. | 7 |
Prototyp entwickeln
Es wurden zwei Hauptprototypen erstellt, um zwei verschiedene Anwendungsfälle für unser Projekt zu demonstrieren; der erste war eine robuste Version und der zweite ein schlankes Design.
Die robuste Version hat ein viel größeres Volumen, um zusätzliche Überlebensausrüstung oder Ausrüstung zu transportieren, die Ihnen in Zeiten der Not helfen kann. Die Komponenten dieser Version sind in den Behälter eingebettet und können nicht einfach entfernt werden. Dieses Design ist als Bug-Out-Bag/-Box selbst und als „All-in-One“-Lösung gedacht.
Das schlanke Design ist viel mobiler und kompakter. Hier gibt es keinen zusätzlichen Stauraum für irgendetwas anderes als die notwendigen Komponenten. Dieses Design ist für die Aufbewahrung an einem Ort gedacht, an dem es bei Bedarf leicht zugänglich ist und in einem vorgefertigten Bug-Out-Bag verstaut werden kann.
Robuster Prototyp. Großer Container mit eingebetteten Komponenten.
Schlanker Prototyp. Kleine Behälter zur Aufnahme von Komponenten ohne zusätzlichen Lagerraum.
Schlanker Prototyp. Die Komponenten müssen aus dem Gehäuse genommen werden, um darauf zugreifen zu können.
Endprodukt
Für unser Endprodukt haben wir die nützlichsten Aspekte beider Prototypen kombiniert. Wir haben einen größeren Behälter verwendet, um zusätzliche Ausrüstung neben dem Computer aufzubewahren, und wir haben Klettverschlüsse verwendet, um das einfache Anbringen und Abnehmen von Komponenten zu ermöglichen.
Das Endprodukt ist eine Konfiguration bestehend aus einem robusten Behälter, einem 9-W-Solarpanel, Raspberry Pi 3B+, einer 20.000-mAh-Powerbank und Verbindungskabeln. Sobald der Raspberry Pi über das Solarpanel oder die Powerbank mit Strom versorgt wird, stellt der Benutzer eine Verbindung zum drahtlosen Hotpot-Signal her. Sobald die Verbindung hergestellt ist, kann der Benutzer über den bereitgestellten Kiwix-Link auf alle auf dem Gerät gespeicherten Informationen zugreifen.
Solarpanel mit Raspberry Pi und Powerbank auf einem robusten Behälter.
Konstruktion
Die folgenden Bilder beschreiben den Konstruktionsprozess der Cassiopeia einschließlich der benötigten Komponenten und Software.
- Baugalerie
Schritt 1: Besorgen Sie sich die Komponenten. 9-W-Solarmodul, Raspberry Pi, wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Akku (vorzugsweise 12 V), USB-Verbindungskabel, SD-Karte (unsere hatte 128 GB), stabiles Gehäuse für die Komponenten
![Schritt 2: Laden Sie Software herunter, die es dem Raspberry Pi ermöglicht, beim Einschalten einen Hotspot zu erzeugen und die Informationen an den Benutzer auszugeben. Laden Sie Software herunter, um Kiwix und Online-Wiki-Daten (Wikipedia, Appropedia usw.) zu installieren. Verwenden Sie diese Links zum Herunterladen von Software und Code:[1][2] Sehen Sie sich dieses Video für weitere Informationen an:[3]](/w/images/thumb/a/a5/Software_download.jpg/165px-Software_download.jpg)
Schritt 2: Laden Sie Software herunter, die es dem Raspberry Pi ermöglicht, beim Einschalten einen Hotspot zu erzeugen und die Informationen an den Benutzer auszugeben. Laden Sie Software herunter, um Kiwix und Online-Wiki-Daten (Wikipedia, Appropedia usw.) zu installieren. Verwenden Sie diese Links zum Herunterladen von Software und Code: [1] [2] Sehen Sie sich dieses Video für weitere Informationen an: [3]
Schritt 3: Speichern Sie die Daten aus den Referenzbibliotheken auf der SD-Karte, die mit dem Raspberry Pi verbunden wird.
Schritt 4: Stecken Sie die SD-Karte in den Raspberry Pi.
Schritt 5: Verbinden Sie Raspberry Pi zum Einschalten mit einem aufgeladenen Akku oder Solarpanel.
Schritt 6: Melden Sie sich beim Hotspot an. Er wird auf dem Telefon als Kiwix angezeigt, kann aber umbenannt werden. Unser Hotspot wurde in Cassiopeia umbenannt.
Schritt 7: Verwenden Sie ein Smartgerät, um in den gespeicherten Bibliotheken nach Informationen zu suchen. Der Benutzer sucht in Appropedia nach Möglichkeiten, Wasser mithilfe der Sonne zu desinfizieren.
Schritt 8: Legen Sie alle Komponenten für einen einfachen Transport in einen Behälter.
![Schritt 2: Laden Sie Software herunter, die es dem Raspberry Pi ermöglicht, beim Einschalten einen Hotspot zu erzeugen und die Informationen an den Benutzer auszugeben. Laden Sie Software herunter, um Kiwix und Online-Wiki-Daten (Wikipedia, Appropedia usw.) zu installieren. Verwenden Sie diese Links zum Herunterladen von Software und Code:[1][2] Sehen Sie sich dieses Video für weitere Informationen an:[3]](/File:Software_download.jpg)
Videoanleitung
Das folgende Video beschreibt Schritt für Schritt, wie Sie Informationen auf einen Raspberry Pi für die netzunabhängige Nutzung herunterladen und speichern.
Stückliste
Beschreibung der Kosten der verwendeten Materialien.
| Artikel | Menge | Kosten pro Einheit | Gesamt |
|---|---|---|---|
| Raspberry Pi 3B+ – CPU | 1 | EUR 35,00 | EUR 35,00 |
| Solarpanel – 9 W mit zwei USB-Anschlüssen | 1 | EUR 50,00 | EUR 50,00 |
| Powerbank – 20.000 mAh Lithium-Ionen-Akkupack | 1 | EUR 20,00 | EUR 20,00 |
| SD-Karte – Daten und Code für Hotspot | 1 | EUR 50,00 | EUR 50,00 |
| Spannungsregler — Zum Laden oder zur direkten Stromversorgung ohne Laderegler | 1 | EUR 5,00 | EUR 5,00 |
| Container – Gehäusekomponenten und Schutz vor Witterungseinflüssen | 1 | EUR 20,00 | EUR 20,00 |
| Stromkabel – Zum Verbinden von Raspberry Pi und Powerbank mit dem Solarpanel | 1 | EUR 5,00 | EUR 5,00 |
| Software – Anleitung zum kostenlosen Hotspot-Downloader von Kiwix: https://www.kiwix.org/en/documentation/how-to-set-up-kiwix-hotspot/ | 1 | EUR 0,00 | EUR 0,00 |
| Gesamtsumme | 185 USD159,10 EUR <br />135,05 GBP <br />229,40 CAD <br />3.857,25 MXN <br />13.847,25 INR <br /> | ||
Betrieb
Im folgenden Video wird die Verbindung zum Kiwix-Hotspot Schritt für Schritt beschrieben.
Wartung
Der Wartungsaufwand für den Cassiopeia Solar Apocalypse Computer ist minimal. Die optimale Verwendung der Batterie verhindert, dass die Powerbank überladen wird und dass sie ohne Ladung gelagert wird. Das Solarpanel sollte vor der Verwendung gereinigt werden und der Raspberry Pi sollte nicht in feuchten oder staubigen/sandigen Umgebungen gelagert werden. Für alle Änderungen am Code ist ein funktionierender Computer erforderlich.
Wartungsplan
- Täglich
- Reinigen Sie das Solarpanel vor der Verwendung von Staub.
- Trennen Sie Raspberry Pi, wenn Sie es nicht verwenden.
- Bei nassen, sandigen oder staubigen Bedingungen in eine wetterfeste Tasche oder einen wetterfesten Behälter packen
- Monatlich
- Powerbank aufladen
- Alle 3-4 Jahre
- Ersetzen Sie die Powerbank
- Alle 7-10 Jahre
- Alle 25-30 Jahre
- Ersetzen Sie das Solarpanel [6]
Abschluss
Testergebnisse
Wir haben festgestellt, dass die Testergebnisse alle unseren Erwartungen entsprachen. Unser Gerät wird direkt über ein Solarpanel oder indirekt über eine Powerbank mit Strom versorgt. (Das Solarpanel kann das Gerät auch mit Strom versorgen und gleichzeitig die Powerbank aufladen.) Wenn die Powerbank vollständig aufgeladen ist, hält sie 37 Stunden, während der Raspberry Pi den Hotspot betreibt. Wenn das Gerät mit Strom versorgt wird, erstellt es einen zugänglichen Hotspot, der die Daten schnell auf dem Mobilgerät des Benutzers anzeigt.
Diskussion
Insgesamt sind wir zufrieden damit, wie wir die Kriterien erfüllt und das Problem gelöst haben. Unser Gerät ist tragbar, langlebig und einfach. Seine Einfachheit ermöglicht es dem Benutzer, es für jeden gewünschten zusätzlichen Nutzen zu modifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass unser Design erfolgreich funktioniert.
Gewonnene Erkenntnisse
Um die Kosten weiter zu senken, sollte der Benutzer sich für ein einfacheres Solarpanel entscheiden, in das noch kein USB-Anschluss integriert ist. Bei diesem einfacheren Panel muss der Benutzer zwischen dem Verbindungskabel des Raspberry Pi und dem Solarpanel einen Spannungsregler anschließen (verhindert Schäden am Raspberry Pi bei starken Spannungsspitzen oder Änderungen der Lastbedingungen).
Stellen Sie beim Herunterladen der Kiwix-Software und des Hotspot-Codes sicher, dass auf der Festplatte des Computers mindestens 20 GB freier Speicherplatz vorhanden sind. Darüber hinaus kann sich die Verwendung eines Macintosh-Betriebssystems beim Herunterladen der Software als problematisch erweisen. Wir sind zum Abschließen der Downloads auf Windows umgestiegen.
Wenn Sie die Offline-Referenzbibliotheken von Wikipedia, Appropedia und anderen vom Benutzer ausgewählten Programmen herunterladen, müssen Sie je nach Downloadgeschwindigkeit mit mehreren Stunden rechnen. Bei uns dauerte der Download bei einer sehr schnellen Verbindung über 10 Stunden. Während dieser Downloadzeit wechselte unser Computer in den Ruhemodus und der Download wurde angehalten. Verhindern Sie den Ruhemodus des Computers, indem Sie Medien im Hintergrund abspielen.
Nächste Schritte
Es ist möglich, das Gerät nicht nur als Hotspot für seine eigenen Daten zu verwenden, sondern auch den Zugriff auf einen Internet-Router eines Drittanbieters (WLAN) zu ermöglichen. Das Hinzufügen dieses Codes könnte bedeuten, dass das Gerät, wann immer es auf das Internet zugreifen kann und eingeschaltet ist, Daten in Wikipedia, Appropedia und den anderen möglicherweise enthaltenen Referenzbibliotheken aktualisieren kann.
Das Gehäuse zur Aufbewahrung des Geräts könnte robuster gegenüber Umwelteinflüssen sein. Die Wasserfestigkeit kann durch das Hinzufügen von Gummidichtungen zwischen offenen Nähten im Behälter verbessert werden. Elektromagnetische Impulse können daran gehindert werden, die Computerhardware zu stören, indem man einen Faradayschen Käfig baut. Dies kann durch Anbringen von Faraday-Klebeband an der Innenseite des Behälters erreicht werden. [7] Eine billigere Version kann durch abwechselnde Schichten aus Aluminiumfolie und dünnem Kunststoff (dreimal) an der Innenseite des Behälters erreicht werden. [8]
Das Design, für das wir uns entschieden haben, bietet die Möglichkeit, zusätzliche Ausrüstung zu verstauen. So hat der Benutzer die Möglichkeit, sein Design an seine Überlebensbedürfnisse anzupassen, indem er seinem Ausrüstungsset verschiedene Werkzeuge hinzufügt.
Fehlerbehebung
In der folgenden Tabelle finden Sie Lösungen für häufige Probleme im Zusammenhang mit dem Betrieb und Aufbau des Apokalypse-Computers.
| Problem | Anregung |
|---|---|
| Hotspot-Link öffnet sich nicht | Tippen Sie auf den angegebenen WLAN-Namen, wählen Sie „Dieses Netzwerk vergessen“ und starten Sie die CPU neu. |
| Solarpanel versorgt CPU nicht mit Strom | Stellen Sie sicher, dass es eingesteckt ist, richten Sie das Panel in direktes Sonnenlicht und versuchen Sie, eine Verbindung herzustellen. |
| Der Computer wechselt bei langen Downloadzeiten in den Ruhezustand | Verwenden Sie den Download-Manager, um heruntergeladene Daten zu sichern. Spielen Sie Medien (Filme) auch im Hintergrund ab um den Computer eingeschaltet zu lassen. |
Team
Sonnen der Gemeinschaft: Zane Cook, Phil Tran, Max CunninghamSonnen der Gemeinschaft, Frühling 2022
- Zane Koch
- Max Cunningham
- Phil Tran
Verweise
- ↑ 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/Baue-einen-Faradayschen-Käfig