验证 X 物质与通用人体模型相互作用理论的计划（P 计划）报告

S.C.MAGI ¹ ², A.D.A ³,

R. Akagi ², NeoAtlantis ⁴ *

¹ 世界首台基于第七世代型人格移植 OS 的生物计算机. 

² NERV本部 技術開発部，神奈川県第3新東京市仙石原5-25-22.
³ European Organization for Nuclear Research, Route de Meyrin 10, 1217 Geneva, Switzerland.

⁴ NERV-03 Abt. technischer Entwicklung, Sachbereich Untersuchung & Eingriff XM Anomalien, 13587 Berlin, Germany.

摘要

作者在进行 E 计划的过程中发现，于 2012 - 2013 年由多个组织报告发现的 X 物质，可能是导致 E 计划内诸多不稳定事故的重要原因。为此，NERV 技术开发部于 2018 年 3 月 19 日向 NIA 提交了参与 P 计划的意向，并于当月 22 日获得许可。经过前期大量的组织工作后，这一计划在 2018 年 5 月 26 日夜间成功实施，并取得了预期的实验数据。本报告将总结 P 计划的细节，以备日后研究使用。

1 设计

1.1 总体设计

本计划的目的，是利用 ATField 技术，人为建立一个三级 X 物质向心富集场，其功能对外类似 NIA 计划中的 Portal，下文也以 Portal 称呼，其可以与 NIA 控制的 Portal Network 相连接; 在场内部，应用 NERV 自行研发的 X 物质能谱分离技术，可将流动于 Portal Network 的 X 物质分离出来，按照不同颜色分类富集，汇集在中心区域，供进一步的研究使用。

Portal 的外观为八边形，初步设计为一个梯形八棱台结构，后因为这种结构技术上稍微复杂以及外观不够美观，在特工 Kagerox 建议下，改成了双层台阶的祭坛式结构（图1）。

图1. 特工 StromAndre 制作的纸质模型

Portal上层侧面有八个数码指示器，可以直观地显示相应共振单元的等级。Portal 外部伸出八根锥体，在与自然环境共振的同时，附加的十个指示灯可以实时展示共振单元的能量状况。Portal 上使用灯带布置勾边，随着阵营不同，灯带可以在蓝绿白之间变换颜色。

以上总体设计，在四月初确定后，即不再修改。

1.2 结构设计

Portal 的支撑结构，经历了很多讨论，直到四月中下旬才确定下来。

StromAndre 早期提出的方案，是使用木板搭砌整个棱台形的 Portal，但因为预算过高以及方案变更，未能实施。特工 NeoAtlantis 一度建议使用L或U形铝型材搭建portal框架。因为这种方案要求在型材上自行钻孔，对精度要求较高，也遇到了问题。

最后采用的方案，则是在 AV139 和 Storm Andre 的启发下，使用 NeoAtlantis 的框架结构，利用工业2020槽铝型材搭建框架。这种形式因搭建简便、外型美观、便于调整，成为了最终方案（图2）。

图2. Portal 装配方案草图

在确定了框架结构后，即可画图求出所需外部面板的尺寸。首先将装配完成的方案，包括框架和外部面板画成整体图，然后删去框架部分的图线，就得到了面板尺寸。

面板的材料，由美术设计 dasKupfer 决定，使用多种颜色的有机玻璃。面板本身和浮雕贴图等，经 NeoAtlantis 画成图纸，于五月初交付上海某厂代工完成。

1.3 电路设计

1.3.1 指示灯电路设计

如前所述，Portal 上需要安装 8 个数码指示器，决定采用七段数码管显示。外部锥体上的 10 个指示灯，使用分立的 LED 小灯。

为了将 Portal 和 NIA 的 Portal Network 对接，需要 Portal 能够使用 NIA 提供的 Tecthulhu 模块。完成这一任务最简单的方案，是使用一块 Raspberry Pi 作为 Portal 的控制器。然而，检查上面所述的显示任务，树莓派本身不可能具备 8×(7+10) =136 个输出的，自然需要考虑别的驱动方案。

方案一

使用扫描显示，让控制电路在不断输出 8 个方向的数码管和能量级别指示的同时，接通对应方向的电路，利用视觉暂留效应点亮灯光。这种方案简便，但缺点是，一次扫描的通道越多，每个通道实际得到的点亮时间就越少，在电源电压兼顾灯带等设备已经固定的情况下，亮度不够显著。且树莓派并非实时系统，如果因为网络通信、文件操作等导致卡顿，就会发生闪烁甚至灯光短暂消失的情况。因此不采用这一方案。

方案二

在 8 个方向上各安装一片 8051 单片机，通过串行总线接收树莓派的信号，然后分别独立控制灯光和数码管显示。这种方案可以减少很多接线的麻烦。但因为各单片机需要安装在远离中心的位置，对这种几米尺寸的 Portal 而言，总线能否正常运作尚未验证。

方案三

使用 4 枚八比特串行输入并行输出移位寄存器，连接形成 32 比特的并行总线数据源。8 块驱动指示灯的电路板，并行连接在总线上。8 块驱动板，通过逻辑门电路，判断数据具体由哪个电路板记录并展示。每块电路板获得的数据经由锁存器保存后，控制驱动芯片点亮各种指示灯。因为使用了锁存器，可以在大多数时间静态地点亮灯光，实现最佳亮度；树莓派也只需在更新数据时按照时序输出 32 个比特，其余时间可完成其他事情。又因为所有的电路板都在很接近的位置上连接在一起，可以减小控制器的体积。

这次试验中采用了方案三。但根据现场反馈看，实际上方案二可能更加适合。由方案可以绘制出电路图（图3）。

图3. 控制电路图. 左）32 比特移位寄存器  右）灯光驱动电路

电路图左右两部分，分属两块电路板。

左侧由 4 块 74LS164 组成 32 比特的移位寄存器，其最高 2 位与 Vcc 经过第一个三输入与门（由 1/3 HEF4073 构成）输出一个信号，用来标识 32 比特已经全部输入到寄存器内。这一信号进一步送往其他两个与门，和次高的两位进一步分别进行 AND 运算，得到 DR（Digit Ready - 数码管准备完毕），和 ER（ Energy Ready - 能量指示灯准备完毕）信号。

右侧电路共制作 8 份，全部通过并行总线和左侧电路相连。从总线输入的 DA-DG 以及 E1-E10 共 17 路信号，首先送往 3 片 74HC573（8 比特三态锁存器）。锁存器受两个与门控制，在地址选择线路 D1-D8 中的相应输入为高电平，且 DR/ER 也为高电平时记录输入并更新输出。锁存器的输出，直接送往 3 片 ULN2803 驱动芯片，在输入为 1 时芯片导通，可以吸收由正极流经指示器前往 GND 的电流，点亮灯泡。

1.3.2 灯带电路设计

除去对指示器的操作外，控制电路的另一个重要任务，是操作继电器切换灯带的颜色。

为此首先需要确定灯带的切换方案。根据总体设计和灯带的安装位置，预计需要安装灯带的长度为 30 米。按照经验值，灯带上每颗 LED 灯珠发出每种颜色的光需要 20 毫安的电流，灯带每米有 60 枚灯珠，则每米长的灯带需要  60×0.02=1.2 A 的电流。如果使用 30 米长的灯带，用来切换颜色的继电器将需要承受 30×1.2=36 A 的电流。考虑到灯带发纯白光时需要的电流可能超过 20 mA，甚至可能为这一数字的两倍，保险起见，预计继电器需要承受的电流要至少 72 A。

这一强度的电流，普通继电器是无法承受的。为此选用汽车用继电器，其原本用途为控制汽车上各类电器（如空调、音响、发动机起动机、灯光等）开关，因为工作环境属于低压大功率情况，一般可承受很高的电流。在试验中选用了额定电压 12 V，电流 80 A 的继电器，直接负责灯带的开关。通过树莓派和另一组功率较小的继电器控制这些大功率继电器。

非常值得一提的是，上述计算只针对灯带仅点亮一路颜色的情况。项目中预期使用的 RGBW 灯带，一共具有4路输入，如果全部点亮，功率就要变成单路的4倍以上，上述计算的功率是不够的，稳压电源在此情况下会过载关机。

这种同时点亮多路灯带的情况并非可以完全通过编写程序避免。因为电流强度很大，即使使用了汽车用继电器，也有后者被电火花焊死，无法接通或断开回路的可能。如果我们为每一路颜色配备一个独立的继电器用来切换颜色，此时就会出现同时点亮两路灯光的结果。为了在硬件上避免发生这种现象，可以使用 2 个继电器控制三种颜色（图4）。

图4. 用两只继电器控制三路颜色的接线原理

每个继电器可以在两个触点（常闭和常开）之间切换供电，我们让继电器 K1 的常闭触点控制白色光，常开触点连接到继电器 K2 的固定触点，再让继电器 K2 的常闭触点和常开触点分别控制绿色和蓝色光，就可以做到：

• 继电器 1 不动作（或因为被焊死无法接通常开触点），一定为白色光，无论继电器 2 是否动作。

  
  

• 继电器 1 动作后（或因为被焊死无法断开常开触点），点亮哪路灯光取决于继电器 2 的状态，而无论继电器 2 位于何种状态，一定只有一路灯光（蓝或绿）可以接通。

使用这种接法，即使一个或者全部继电器发生故障，也只是灯光无法切换，而不会出现同时点亮多路灯光的情况。使用两个继电器控制三种颜色，相对于用三个继电器分别控制颜色，还可节约一个继电器。

1.3.3 电源设计

需要确定为整个 Portal 上的灯光供电所需的电源功率。

根据实验，数码管供电电压为 12 V 时亮度较低，使用 24 V 供电（串联 1 kΩ 电阻）亮度合适。因此需要 12 V 和 24 V 两种电源。12 V 电源用于驱动灯带和外部 8×10 个小灯，24 V 电源仅供数码管使用。树莓派和逻辑电路额外使用的 5 V 电源，可由 USB 供电。

由上一节，灯带功率预估为 36 A ×12 V = 432 W，乘以 1.5 的安全系数，当作 648 W.

现计算 8x10 个小灯的功率。每个小灯的供电电流估计为 30 mA，因为已经预先串联了限流电阻，可直接连接到 12 V 电源上，故单个灯的功率为 12×0.03=0.36 W. 80 个灯全部点亮时的功率为 28.8 W. 包括灯带在内 12 V 电源总功率约 680 W，所以选用 12 V, 60 A，输出功率为 720 W 的稳压电源。

数码管点亮时，每串发光二级管构成的笔划上，压降约为 10 V，这一值随电流变化不大。使用 24 V 供电，在笔划上串联 1 kΩ 的限流电阻，电阻两侧压降则为 14 V，故发光管内电流为 14 V/1 kΩ = 14 mA。每路笔划耗电 24 V ×14 mA = 0.336 W。一共有 8 个发光管 ×7 段显示，全部点亮时的功率为 18.8 W，因此几乎可使用任何一款 24 V, 1 A 以上输出的稳压电源。

1.4 程序设计

在早期的 NIA 项目申请书中，给出了连接到 Portal Network 的大致说明。这一说明的主要内容是，Tecthulhu 将会提供一个 REST 形式的 API，通过 JSON 格式释放相应 Portal 的状态数据，且给出了一份示范数据。

因此，NERV 委托位于美国的队友 Liuchen1701 在项目的硬件部分进行的同时，编写有关程序，其功能是在解析了 NIA 的数据后，将整理后的结果按照 NERV 的设计，送入移位寄存器中，更新 Portal 状态。同时根据 Portal 所属阵营，操作继电器，切换灯带颜色。

NIA 直到活动开始前一周左右（5 月中旬）才给出本次活动中 Tecthulhu 的具体说明，且这一说明与早期说明书中的内容还有较大出入。

Tecthulhu 使用内部机制，将 NIA 的数据转发到 Schloss Kaltenberg 的无线局域网，可通过类似 http://<team-name>.local/v1/info 这样的 URL 访问。因此要读取 NIA 的数据，就需要连接到 Kaltenberg 的网络中，而与 Tecthulhu 无关。考虑到树莓派上的网卡配置困难，且现场条件只允许无线连接到树莓派，一旦出现配置差错就会非常麻烦，NeoAtlantis 将 Liuchen1701 的程序拆成了三个进程（图5）：

图5. Schloss Kaltenberg 现场网络拓扑图

1. 用来接受 JSON 更新并保存到本地磁盘的服务器（运行在树莓派上）

2. 定时从本地磁盘读取 JSON，并改变 Portal 显示的程序（也运行在树莓派上）

3. 从 Tecthulhu 获取 JSON，并转发给服务器的程序（运行在 NeoAtlantis 自己的笔记本上）

树莓派 3 自带的 Wi-Fi 网卡，在这种设计下成为了更新数据的接口，这样便不需要频繁修改树莓派上的程序和配置来配合 Tecthulhu ，而是额外用一台笔记本电脑同时连接两个网络，作为数据从 Tecthulhu 到树莓派的中继。

2 制造

2.1 机械结构

使用 CAD，确定了外部装饰面板和支撑框架的尺寸（图6）之后，就可以直接联系代工厂生产了。铝合金框架以及附属的紧固件，从德国的 DOLD Mechatronik 订购，后者提供精确到毫米的切割服务，因此节省了大量后期工作。装饰面板于中国国内定制，经空运送往特工 Swdta 的驻地 Chemnitz.

图6. CAD 图纸

2.2 电路制作

因时间和技术限制，电路几乎全部在万用电路板（“洞洞板”）上人工焊接完成。需要完成的电路板分为 7 类共计 24 张：

1. 移位寄存器电路板，1 张；

2. 灯光控制电路板，4 张，每张上含有 2 组镜像布置的驱动电路；

3. 并行总线电路板，用于安装移位寄存器电路板和灯光控制电路板，1 张；

4. 十只小灯的接线电路板，8 张；

5. 数码管接线电路板，8 张；

6. 辅助树莓派驱动继电器的电路板，1 张；

7. 用于安装继电器和树莓派，并为灯带提供接线柱的电路板，1 张。

起初设计将移位寄存器和并行总线在同一张电路板上制作，之后发现这种做法不便调试或改正错误，所以取消，改为使用独立的电路板，分别作为寄存器和总线（图7 - 图9）。这样，单独的移位寄存器面板，制作起来就方便很多，因为大量使用锡接走线，电路也比较稳定。

图7. 早期设想方案. 将寄存器芯片和并行总线焊接在同一块电路板上

图8. 最终方案. 将移位寄存器和灯光驱动电路电路板，一起插在并行总线上，由铜柱固定间距

图9. 移位寄存器电路板（背面）

灯光驱动电路，在每一片实验板上正反两面布置一对，以节省空间。制作起来相对简单的是用作接线的两种电路板。注意到接线电路板和控制电路之间，采用双列 20 针的排线相连。（图10 - 图11）

图10. 已完成的一块驱动电路板，正反面各一组驱动电路

图11. 接线电路板. 左）用于 10 个小灯的电路板  右）粘贴在数码管背面的电路板

在试验现场发现，树莓派的 GPIO 引脚无法直接驱动选用的继电器模组（图12）。经研究，原因是模组中使用了光耦隔离树莓派与继电器端的输入。树莓派无法提供足够的灌电流，导致光耦亮度不够，不足以导通使继电器动作。但如果直接将继电器输入与 GND 相连，就可以听到继电器吸合的咔哒声。

图12. 继电器模组. 此类继电器模组在淘宝和 ebay 上都很多，虽然写明为树莓派设计，但后者无法直接驱动.

临时的解决方案，是赶制了一块额外的电路板（电路板 6），使用树莓派控制 ULN2803，再由后者提供足够的灌电流，带动继电器，原理图略。

最后，在试验现场使用一块多余的有机玻璃作为基板，制作了用于安装功率元件（继电器等）并可连接灯带的第 7 块电路板（图13）。

图13. 已经装入 Portal 的接线板（背面）

直接使用电动工具，在基板上钻出 ϕ5 的孔若干，拧入 M5 的螺栓和螺母，固定继电器。螺栓螺母还可作为接线柱，固定事先压制了环形接线端子的灯带接头。

然而在最后的接线过程中，现场实验人员犯了想当然的错误，导致 Portal 错过了最佳的展示时间。原因是误会了继电器的标记（图14）。

图14. 继电器模组接线端子和丝印标记. 原以为的情况，是 A-B 为常闭开关，A-C 为常开开关，A 为固定触点。后来发现固定触点应当为 B，即开关在 B-A 和 B-C 之间切换。这一接线错误，导致灯带完全无法变换颜色。修正后，灯带即可受程序控制。

2.3 配置树莓派

用于控制上述电路的树莓派，已经在试验开始前配置完毕。为了实现各种目的的配置方法在树莓派的官方网站上都可找到，具体不再赘述，这里只列出需要具备的功能：

1. 安装了 Raspbian 系统；

2. 可以通过 ssh 远程登录到树莓派，但不能使用默认密码，而是用密钥登录（新版 Raspbian 需额外配置才能开机启用 ssh）；

3. 可以连接到互联网，更新系统，安装 Python 3、pip、git 等软件包；

4. 使用 git 克隆 Portal 的控制程序，并用pip安装所需的第三方软件，包括 RPi.GPIO 等用于控制 GPIO 的软件包。

5. 系统需要安装 hostapd 和 dnsmasq，以向外部数据源提供固定的 Wi-Fi 接入点。

因使用的树莓派 3 电路板自带 Wi-Fi 网卡，不需要额外安装其他硬件。

在确认树莓派 GPIO 接线正确后，使用热熔胶固定不再变动，冷却后即可将电路板全部置入 Portal 内部。树莓派单独使用 USB 充电器供电即可。

3 试验和总结

2018 年 5 月 26 日夜间，于德国巴伐利亚州的 Schloss Kaltenberg 实验场（ https://ingress.com/intel?ll=48.13058,10.992052&z=18 ），the Trickster 团队（代号 Afflatus Octet）测试了上述 P 计划设计，结果总体而言符合预期（图15）。

图15. Portal 成功运作的现场照片

但在组织试验的过程中，遇到制作控制电路耗时过多，树莓派驱动能力不足，继电器、灯带接线错误等问题，导致错过最佳的 X 物质暴露窗口，也反映了需要改进的地方：

1. 试验前需要对每个环节或零件进行测试，充分了解这些零件的特性，发现可能存在的问题。

2. 在设计电路时，应当进一步考虑单片机方案，虽然成本稍高而且需要编写、烧录程序，但在效率上的收益，却是对时间紧迫、工作繁杂的试验现场而言极为珍贵的。

3. 在经费允许的情况下，未来应当考虑用印刷电路板代替实验板。即使是自行印制电路板，也可能节约大量时间。

致谢

在 Gehirn 本部， N. Akagi 博士于 2000 - 2010 年间开展的大量先期工作，是本项目得以启动的基石。

调查员 Klue，为作者设计、分析实验结果提供了宝贵的情报数据，在此一并表示衷心的感谢。

Received: 1 June 2018

Revised: 2 June 2018

Accepted: 2 June 2018

Published online: 2 June 2018

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