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 надасть 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 USB-кабель, 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
Ми виявили, що всі результати тестів виправдали наші очікування щодо успіху. Наш пристрій живиться безпосередньо від сонячної панелі або опосередковано через павербанк. (Сонячна панель також може живити пристрій і заряджати павербанк одночасно). Після повної зарядки зарядний пристрій працює на 37 годин, поки Raspberry Pi працює в точці доступу. При включенні живлення пристрій створює доступну гарячу точку, яка швидко відображає дані на мобільному пристрої користувача.
Обговорення
Загалом ми задоволені тим, як ми виконали критерії та вирішили проблему. Наш пристрій портативний, міцний і простий. Його простота дозволяє користувачеві змінювати будь-яку додаткову бажану утиліту. Результати показують, що наш дизайн успішно працює.
Вивчені уроки
Щоб ще більше знизити витрати, користувачеві слід вибрати простішу сонячну панель, яка не має вбудованого USB-порту. За допомогою цієї простішої панелі користувачеві потрібно буде підключити регулятор напруги між з’єднувальним кабелем Raspberry Pi. і сонячна панель (запобігає пошкодженню Raspberry Pi під час різких стрибків напруги або змін умов навантаження).
Під час завантаження програмного забезпечення kiwix і коду точки доступу переконайтеся, що на жорсткому диску комп’ютера є принаймні 20 ГБ вільного місця. Крім того, використання ОС Macintosh може виявитися проблематичним під час завантаження програмного забезпечення. Ми перейшли на використання Windows, щоб завершити завантаження.
Завантажуючи офлайн-довідкові бібліотеки з Вікіпедії, Appropedia та будь-якого іншого, що вирішить користувач, очікуйте, що завантаження триватиме кілька годин, залежно від швидкості завантаження. Нам знадобилося понад 10 годин, щоб завантажити все з дуже високою швидкістю з’єднання. Протягом цього часу завантаження наш комп’ютер перейшов у сплячий режим і завантаження було припинено. Запобігайте переходу комп’ютера в режим сну, відтворюючи медіа у фоновому режимі.
Наступні кроки
Можна змусити пристрій не тільки бути гарячою точкою для власних даних, але й полегшити доступ до стороннього інтернет-маршрутизатора (WIFI). Додавання цього коду може означати, що коли Інтернет доступний і пристрій увімкнено, він може оновлювати дані у Вікіпедії, Appropedia та інших довідкових бібліотеках, які можуть бути включені.
Корпус для зберігання пристрою може бути більш стійким до умов навколишнього середовища. Водонепроникність можна покращити, додавши гумові прокладки між відкритими швами в контейнері. Електромагнітні імпульси можуть запобігти втручанню в апаратне забезпечення комп’ютера, створивши клітку Фарадея. Це можна реалізувати, наклеївши стрічку Фарадея на внутрішню частину контейнера. [7] Дешевшу версію можна створити, чергуючи шари алюмінієвої фольги та тонкого пластику (тричі) на внутрішній частині контейнера. [8]
Конструкція, яку ми вибрали, дозволяє зберігати додаткове спорядження. Це дозволяє користувачеві оптимізувати свій дизайн відповідно до своїх потреб виживання, додаючи різні інструменти до свого набору спорядження.
Усунення несправностей
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