Последний фонарик устал или Спасет ли беларуса фликер (upd. спиннер ?)

Каждый свядомы (ну и другой тоже) белорус знает что такое фликер. Вне зависимости от социального положения, возраста, пола и т.д. Естественно, что даже в шутках неоднократно эту тему обыгрывали. Казалось бы, с таким подходом к делу, смертность на ночных дорогах в Беларуси должна была бы стремительно нестись к 0, а потом и вообще остаться только в воспоминаниях. Но жизнь рассудила иначе, все чаще в сводках о ДТП указывалось, что «сбитый пешеход был с фликерами». И дело здесь в том, что продающиеся в каждом ларьке световозвращающие элементы с aliexpress рассматриваются в основном не как элемент экипировки, способный спасти жизнь, а как защита от штрафа ГАИ. Т.е. «лишь бы висел». Не удивительно, что низкокачественные световозвращающие ленты достаточно быстро перестают световозвращать (а часто и сразу не блещут отличными показателями). Имея в наличии активных пешеходящих родителей в маленьком городке я периодически задумывался об их безопасности и пришел к выводу, что вместо того, чтобы зацикливаться на качестве световозвращающих элементов, нужно просто обеспечить мамку и папку активными долгоиграющими световыми маячками. Тема будет полезна не только ночным пешеходам/велосипедистам, но и владельцам домашних питомцев, склонных к ночному бродяжничеству (+ «причем тут вообще спиннер?»). Мои рассуждения на эту тему — смотреть под катом.

Началась вся эта история с того, что в начале 2007 года ГАИ Беларуси объявило о реализации кампании «Минус 100», целью которой являлось «снижение количества погибших в результате дорожно-транспортных происшествий как минимум на 100 человек, по сравнению с 2006 годом». Одновременно в продажу массово были выброшены персональные навесные световозвращающие элементы — «фликеры». В роли информационной поддержки выступали государственные СМИ, призванные своими пропагандистскими материалами стимулировать невиданный спрос на эти поделки. Прогрессивная часть населения восприняла данную, в общем-то неплохую идею, в штыки, факт наличия фликера автоматически приравнивал носящего к самым низшим слоям населения. Возможно, связано это с тем, что изначально эти «государственные световозвращатели» были из той же сферы, что и пожарные извещатели/валидаторы в общественном транспорте и т.п. + отвратительный, вычурный дизайн/рисунок и все все все (лет через 5-7, кстати, стали появлятся нейтральные или просто _не_режущие_глаз модели). Вторым фактором стало то, что несмотря на тот факт, что фликер был обязателен к ношению только на тёмных неосвещённых участках дороги, в провинциях ГАИ ловило и штрафовало людей без фликеров даже в чистом поле (утрирую, но не сильно). Стоит отметить, что фликеры все-таки сделали свое доброе дело пополнив казну штрафами, снизив смертность на дорогах. В результате программы «Минус 100» в 2007 г. на дорогах погибло почти на 200 человек меньше, чем в 2006 (оф.пруф ^[1]). После завершения программы «Минус 100» о фликерах на некоторое время забыли, чтобы потом в 2010 году начать новый виток… В общем, это важная тема для белорусского общества.

Эмоции — хорошо, а факты — лучше

Несмотря на негативное отношение к инициированному ГАИ «фликер-безумию», к явлению световозвращения я отношусь сугубо положительно. Уже хотя бы потому, что с понятием этим был знаком еще с детства, когда количество «катафотов» на велосипеде являлось показателем «статуса» его владельца. Для тех, кто все-таки забыл что это такое, напомню выдержкой из RU ^[2] Википедии:

Катафо́т (др.-греч. κατα- «приставка со значением противодействия» + φῶς «свет»), световозвраща́тель, ретрорефлектор, фликер (от англ. flicker) — устройство, предназначенное для отражения луча света в сторону источника с минимальным рассеиванием. Световозвращение — процесс изменения направления луча на 180° с помощью двойного отражения. При световозвращении, в отличие от светоотражения, луч отражается дважды.

Но те велосипедные катафоты, которые были разменной монетой в большинстве детских обменов, стоит признать, стоили на порядок выше всей бутафории, которая активно продавалась и продается нынче в ларьках и магазинах под гордым названием «фликер». С научной точки зрения основным критерием оценки качества световозвращающего материала является коэффициент световозвращения (КС). Это показатель того, с какой интенсивностью возвращается луч света, отраженный от освещенной поверхности (= отношение яркости поверхности образца к его освещенности). КС выражается в канделах/люкс/м² (англ. (cd/lux/m²). Естественно, чем выше КС, тем лучше носителя катафота будет видно на дороге. Картинка ниже наглядно подтверждает этот тезис:

Цвет одежды тоже влияет на заметность

Ну а видимость? Видимость, в свою очередь, тесно связана с безопасностью пешехода и тормозным путем автомобиля. Все лучшее ГАИ-шникам, поэтому именно их световозвращающие элементы на жилетках могут выступать в качестве эталона, их КС должен быть не менее 550 кд/лк/м². И я не сомневаюсь, что такие цифры действительно имеют место быть, благо у представителей этой профессии, как правило, даже имеются в наличии приборы для измерения отражающей способности — ретрорефлектометры. Помимо гаишников такая игрушка может быть у дорожников и т.п. специалистов, занимающихся вопросами светоотражающей дорожной разметки/знаков. На картинке ниже показан такой прибор (с немалой, кстати, стоимостью).

С его помощью точно можно выбрать самый лучший светоотражатель. Доступа к прибору нет — придется полагаться на удачу и надеяться, что китаец фликер сделал на совесть. Самые распространенные световозвращающие материалы — это либо микросферы, либо микропризмы. Коэффициент световозвращения у микропризматического материала в десятки раз больше, чем у микросфер, но и стоимость соответственно выше.

При выборе фликера можно дополнительно руководствоваться еще парочкой рекомендаций:

• лучшим коэффициентом световозвращения обладают, как правило, изделия белого или лимонного цвета (для ПВХ подложки) и серые текстильные ленты
• изделия гофрированной формы эффективнее плоских из-за способности лучше работать при широких углах падения света
• изображения/логотипы/надписи, нанесенные в большом количестве на световозвращающую поверхность, серьезно снижают коэффициент световозвращения
• недопустимо при использовании световозвращателей в виде навесных брелков нанесение функционального покрытия только на лицевую сторону
• при прочих равных, наилучшими световозвращающими характеристиками обладают варианты, изготовленные с применением микропризматической пленки желтого цвета с комбинированными свойствами – световозвращение и флуоресценция. Световозвращение обеспечивает видимость оптического элемента ночью, а флуоресенция делает оптический элемент ярче в условиях недосточной видимости.

В целом, простейшим способом проверки ^[3] работоспособности фликеров может стать «вспышка-тест»: изделие из световозвращающего материала можно сфотографировать на смартфон со вспышкой с расстояния 3-5 метров и посмотреть результат.

Правильный световозвращатель будет светиться ярким белым цветом (кстати, какого бы цвета ни был световозвращатель, свет, отраженный от него, всегда белого цвета), фальшивый — светиться не будет, ну или будет это делать с гораздо меньшей интенсивностью.

Помимо вероятности приобрести контрафакт изначально, существует и такая вещь, как деградация световозвращающего слоя со временем (=загрязнение/износ и т.п.). Часто этот кусочек световозвращающей ленты вешается куда-то и про него забывают… В итоге получается что-то вроде:

Штрафа, возможно, такая штука избежать позволит, а вот жизнь спасти уже может и не суметь… Помимо навесных элементов очень сильно данный пункт касается спецодежды с несъемными световозвращающими элементами, особенно после стирок с активными моющими средствами в жестких условиях.

Вторым серьезным недостатком фликеров является их слабая эффективность в неблагоприятных сопутствующих погодных условиях: дождь, снег, туман, в пасмурную погоду. Естественно, что условия эти тормозной путь автомобиля также не уменьшают (см. картинку, значения — мили в час и футы тормозного пути, конечно не очень актуальны для стран победившей метрической системы, но переделывать красивую картину не хотелось, добавлю расшифровку 1 миля = 1,6 км, 1 фут = 0,3 м ).

В тяжёлых метеоусловиях свет от обычных фар автомобиля, а точнее, лучи ближнего и особенно дальнего света, отражаясь и рассеиваясь от мельчайших капель воды или снежинок, создают полупрозрачную пелену, которая уменьшает видимость (для коллоидных химиков напоминание про конус Тиндаля ^[4]). При освещении дороги основными фарами в туман луч света рассеивается, частично отражается от капель, ослепляя водителя и существенно ухудшая видимость. Наиболее заметен этот эффект в коротковолновой части спектра, соответствующей синему цвету. Соответственно, при освещении дороги лампой за красным или желтым светофильтрами эффект отражения уменьшается, видимость становится лучше. Активно эксплуатируют эту возможность противотуманные фары ^[5]. Туман, например, имеет свойство зависать над поверхностью дорог с твердым покрытием на некотором расстоянии. Поэтому свет низко установленных фар подвержен эффекту отражения света от капелек воды в меньшей степени — фары в данном случае светят «под туман», формируя остро направленный световой поток на высоте около полуметра от поверхности дороги и подсвечивая обочину. Дождь и снегопад, кстати, подобным свойством не обладают.

Что ж в такой ситуации делать ?

ИМХО нужно делать активный «фликер», т.е. носить на себе фонарик-маячок (что я постоянно и рекомендую делать людям, обеспокоенным своей дорожной безопасностью). У велосипедистов есть куча приспособ, задняя фара, наконец. А вот что делать пешеходу?

В результате размышлений сформировалось требование к маяку:

1) Минимальный размер (и желательно минимальное количество деталей)
2) Питание от одной батарейки 1,5 в (самый крайний вариант — литиевая таблетка на 3 в)
2a) Максимальная энергоэффективность (никаким там Li-ion и подзарядка по microUSB)
3) Переключаемый режим (постоянный свет/быстрое мигание/медленное мигание)

Первое, что пришло в голову — мигающий светодиод. По сути это обычный светодиод со встроенным интегральным генератором импульсов с частотой вспышек 1,5 – 3 Гц. Отличить можно по изображению в даташите — стрелки, показывающие свет сделаны пунктирными

Главный недостаток такого маячка — частота вспышек непостоянна и изменяется в зависимости от напряжения питания. Плюс для работы при пониженном питании все равно придется делать что-то вроде блокинг генератора. Плюс нет возможности переключать режимы

Дальше у нас шли специализированные микросхемы-драйверы светодиодных мигалок. В качестве примера можно привести LED Flasher IC 1Hz Flashing Driver M34

Здесь проблема та же — невозможность управлять режимом (только фиксированная частота переключения 1/2/8 Гц). Ну и мне так и не удалось найти за вменяемую цену эти микросхемы. Видимо, дело у производителя не пошло.

Таким же редким, дорогим и габаритным вариантом стала и микросхема-мигалка LM3909.

Хотя штука однозначно достойная: тут вам и возможность работы от 1,5 в, и аналоговое регулирование частоты мигания. Выпускай ее производитель в каком-нибудь smd-корпусе и я бы этим вариантом удовлетворился. Но нет же. Как вариант я рассматривал и «суррогаты LM3909»:

Как с использование микросхем (74НС04-A, 74HC14-B), так и сугубо на транзисторах (вариант С) устройство пусть и может работать от 1,5 в, но получается даже при smd-размерах достаточно габаритным. Примерно то же, что и мигалка на 555 таймере (но в случае таймера возникают ограничения по питанию).

Вне конкурса (просто из-за необычности исполнения) рассматривались и еще несколько устройств. Например, схема с использованием реле:

Ни по показателю миниатюрности, ни по показателю энергоэффективности штука такая меня не устраивала, но вот люблю я эти «ламповые щелчки». Интересный вариант (тоже довольно энергоемкий, зато неповторимый по своей мощности) — это мигалка ^[6] из мощного светодиода и специальной мигающей лампы-неонки (мигает она за счет изгибания под нагревом биметаллической пластинки-контакта).

Несмотря на прожорливость и габариты, мигает устройство красиво, как маленький маяк…

Под спойлером, чтобы не ослепить (кликабельно)

Еще одним интересным вариантом (интересным в свете замены проволочных катушек блокинг-генераторов, потому что лично у меня именно намотка катушек забирает последние силы) может стать использование микросхемы-драйвера 5252F (популярная штука для различных конструкций на основе солнечных батарей). Все бы хорошо (в т.ч. и наличие корпуса TO-94), да опять нет регулировки частоты мигания.

Казалось бы, нет-нет да и возникнет мысль «неужели ничего нет?». Самое интересно, что есть. И спроектировано, я так подозреваю, в Китае. Называется эта штука PET LED и представляет собой герметично упакованное в шарик из эластичного пластика устройство, питающееся от литиевой батареи в 3V.

Что за оно

Внутри светодиод, кнопка, батарейка и… капелька эпоксидного компаунда с неким бескорпусным изделием.

Есть варианты и в НЕвлагостойком исполнении, позиционирующие себя как «мигалка велосипедиста». Что интересно, на разных типах питания — 1х3в или 2х1,5 в

Внутри, уже традиционно — бла бла бла и капелька компаунда:

Большинство тех, с кем я обсуждал данный вопрос, сходятся в том, что в компаунд залит микроконтроллер. Первой мыслью было, традиционно, arduino. Всевозможные lilypad-ы, несмотря на простоту и свою wearable-ориентированность, занимают много места и требуют проводников в виде токопропроводящих нитей. Про дешевизну речь, как понятно, не идет. Ну и LilyTiny на attiny85 еще и жрет энергию как не в себя.

А к нему еще надо дополнительно

Батареечный отсек

Светодиодик какой LilyPad Pixel Board

И проводов

Копание в интернетах мне не смогло дать ответь на вопрос «что там под компаундом» и в общем, пришел к я точке невозврата, за которой лишь обращение за советом к коллективной мудрости хабра-сообщества. Ребята, разработчики электроники и радиолюбители, может быть, у кого-то есть мысли по поводу такого сверхпростого и сверхэкономичного маячка? И можно ли реализовать такое миниатюрное устройство на микроконтроллере, которому вместе со светодиодом (smd) хватало бы напряжения в 1.5 в. Доступные в наших краях atiny 13 или pic10, по отзывам, не особо хотят работать при низких напряжениях, сбоят и отключают периферию…

UPDATE: интересный вариант подкинул drWhy ^[7]. Это мигалка ^[8] со спиннера. Мне эта идея сразу понравилась, потому что подразумевала как раз то, что мне было нужно. Но внезапно, попытавшись найти спиннер (!) в Минске я столкнулся с полным отсутствием таких штук. Они исчезли одним махом (притом еще какой-то месяц назад спиннеро-безумие наблюдалось везде, от подземных переходов до аэропортов). Единственную подходящую модель для разборки удалось выловить в парке Горького. Подходящую = такую в которой микросхемы не были бы залиты в компаунд (пришлось вскрывать корпуса и проверять, чтобы не взять очередного кота в мешке). В итоге такая штука нашлась, три миниатюрных фонарик в герметичных корпусах — всего за 1,5$. Можно брать и использовать. Пока это абсолютный лидер по цене (даже без учета того, что на алиэкспресс можно за 1,5$ взять три (!) спиннера с тремя маячками в каждом).

Фото россыпью

Внутри оказались три светодиода разных цветов, кнопка, миконтроллер (?) или какой-то хитрый LED-драйвер + две батарейки LR1130. Примерная схемка выглядит как-то так:

Правда установить, что это за штука «TX-333» (и даташит найти соотв.) мне пока не удалось…

Автор: Cергей Бесараб (Siarhei V. Besarab)

Источник ^[9]