Лазеры, сервопривод, WiFi MESH-сети и сноуборд
Первое мое воспоминание про горные лыжи было примерно в 5 летнем возрасте. Я лечу вниз по горке, а ко мне неумолимо приближается бетонный забор. Несмотря на эту неприятность, я все равно освоил горные лыжи, благо жили мы недалеко от гор. Правда после поступления в Москве в институт временно пришлось забыть об этом. Но оказалось, что и в Москве тоже есть горки и я решил уже попробовать более модное увлечение — сноуборд. И первые самостоятельно заработанные 300$ были потрачены на покупку самого дешевого комплекта. Ближе к окончанию института я уже уверенно катался, так что даже попробовал поучаствовать в реальных соревнованиях. В результате у меня теперь есть даже FIS код и суммарно 7,3 балла, набранные в сезоне 2002–2003 годов, когда я сумел три раза доехать до финиша без падений и гордо занять последние места в результирующих списках. Это была вершина моей спортивной карьеры, после чего я решил дальше сосредоточиться на профессии, полученной в институте — электронике. А сноуборд и горные лыжи окончательно перевести в разряд хобби.
Но любовь к спортивному катанию осталась. И под спортивным катанием на сноуборде я подразумеваю такие дисциплины как слалом или гигантский слалом. Да, да — это те самые «неправильные» сноубордисты, у которых какие-то странные узкие доски, и пластиковые ботинки как и горнолыжников. Но зато они могут делать резанные дуги, ложится на склон в поворотах. А если на склоне поставить вешки (вкрученные в снег пластиковые палки с флажками), то они выстраиваются в очередь и начинают их объезжать на скорости. И как раз с наличием этих вешек и бывают проблемы. Обычно горнолыжные курорты не горят желанием их ставить. Причин для этого много — за ними нужно следить и вкручивать или поправлять, если кто то сбил ее. После двух-трех десятков проехавших возле вешек образуется канава, накатанная при поворотах. Для некоторых расстановка вешек слишком сложная, а для других наоборот легкая. И вообще это все мешает всем остальным отдыхающим. В результате совсем озабоченные спортсмены-любители сбиваются в группировки, записываются в платные секции, и в самое неудобное время (8 утра в среду) на некоторых горках им позволяют поставить трассу на часок-другой для потренироваться.
Я же в силу своей лени занятости мог позволить себе посещение подмосковных горнолыжных курортов только в выходные и праздничные дни. И конечно же ни о каком разрешении от курортов в самый пик посещаемости на постановку трассы и не мечтал. Но зато много экспериментировал.
Если на склоне нельзя поставить вешки, давайте их нарисуем? И конечно же не краской (я за чистый снег), а светом.
Лазеры
Очевидно сразу же напрашивающееся решение, попробовать рисовать разметку трассы лазерными лучами. Вариантов множество, от точечной постоянной подсветки места каждой вешки отдельным лазерным источником, расположив его где-то сбоку от трассы, и заканчивая сложными сканирующими системами, когда разверткой луча на склоне можно нарисовать вообще все что захочешь.
Но есть и сложности, для получения хорошо видимой световой отметки на снегу нужна очень высокая мощность лазера, при которой лазер становится опасным для человеческого глаза. И к каким бы ухищрениям я не прибегал, каждый раз я упирался в предельную безопасную мощность лазера. Самым перспективной была попытка собрать из десятка безопасных лазерных указок «параллельный пучок». Но технически оказалось нереализуемо — любой даже маломальский удар по этой конструкции или изменение температуры сбивало настройку параллельности всех лучей пучка. А с учетом что таких «пучков» нужно 20–30 штук. В общем ничего не получилось.
Сценическое световое оборудование
Конечно же хорошие театральные прожекторы позволяли сформировать хорошее световое пятно. За счет сложной оптической системы и мощной лампы можно добиться луча с очень небольшим углом расхождения в 5–7 градусов.
Но при этом размер и масса такого прожектора начинают сильно расти, что об использовании их на открытом воздухе, зимой и в снегопад не могло быть и речи. Но зато заново была освоена школьная программа по оптике, управление световыми приборами по интерфейсу DMX512 и многое другое.
Дополненная реальность AR
Мечта о собственной спортивной горнолыжной трассе начинала таять в тумане технических проблем и запредельной стоимости. Но слава богу не один я такой одержимый, и на западе появилось несколько стартапов, которые обещали встроить в горнолыжную маску систему дополненной реальности, которая по их заверению позволит дорисовывать всевозможные метки и знаки для пользователя, в том числе и нарисовать трассу.
К сожалению все эти попытки провалились, красивые промовидео оказались фейком. И максимум, что умеют сейчас делать «умные» горнолыжные маски — это отображать на стекле значение скорости и расположение по GPS, название трека в проигрывателе и отвечать на звонки телефона. Была надежда, что AR очки от Apple будут иметь достаточную производительность для решения этой задачи, но пока тоже нет…
Пришлось снова брать мечту в свои руки. Точнее как оно брать — листая в прошлом году АлиЭкспресс на предмет подбора новогодних подарков я наткнулся на новый класс фонариков — LEP. Да, именно LEP (Laser-Excited Phosphor), а не LED (Lighting Emitted Diode). Судя по фото и видео на страницах продавцов луч от фонаря выглядел фантастически!
И снова Лазеры
В основе LEP источников света лежит физический эффект, когда фосфор переизлучает (люминесцирует) в белом спектре свет, если на него светить синим лазером. При этом КПД переизлучения значительно выше, даже чем у светодиодов. И значит с единицы площади можно обеспечить большую мощность изучения. В результате, если сфокусировать мощный (несколько ватт) синий лазер в точку на поверхности фосфора, то практически вся энергия лазерного луча преобразуется уже в некогерентный световой поток белого спектра излучаемого этой точкой. А так как излучение происходит из реально маленькой точки, то с помощью уже несложной оптической системы можно сфокусировать этот свет в узкий с расхождением в 1–2 градуса световой луч.
В результате появились LEP фонарики, абсолютно бесполезные игрушки для большинства, использовать их для освещения невозможно. Но при этом реально создается впечатление, как будто в руках световой меч джедая.
Изначально я побоялся купить сразу много фонарей и заказал только пару. И первоначальный результат впечатлил. Даже не смотря на то, что это были самые слабые LEP фонари в 150…200 лм.
Закупавшись на АлиЭкспресе уже большой партией фонариков, а так же мощными прищепками для GoPro-шных камер собрал первые свои полноценные световешки. Которые можно прицепить на ближайший забор и поставить уже полноценную слаломную трассу.
Световешки успешно пережили несколько применений.
На удивление отдыхающим идея тоже пришлась по вкусу. И многие начали пытаться объезжать отметки нарисованные светом на склоне.
На этом в принципе и закончился сезон 2023–2024 года. Промежуточные итоги:
— Световые пятна хорошо видны на склоне и интуитивно воспринимаются как вешки, но буду улучшать заметность.
— Масса световешки около 300 грамм и могут быть установлены на сеточное ограждение трассы, итого 20 вешек рюкзаке ~ 8 кг, что некритично.
— Запаса аккумуляторов хватает на примерно 1,5 часа — очень мало.
— Установка и перестановка трассы занимает 20–25 минут, будем улучшать. Об этом ниже.
— Долгая зарядка после использования (Это как если нужно зарядить разом 20 телефонов)
— Но и к сожалению очень высокая стоимость, что пока исключает массовость.
Поскольку сезон закончился, то можно сконцентрироваться на улучшении проекта.
Заметность
В настоящее время приобретены фонари большей мощности в 400…600 лм. Это позволяет использовать различные светофильтры и раскрасить метки на склоне в красный или например, зеленый цвет. Многие отмечали, что возможно, если пятно будет не белого цвета на белом снеге, а например красное, то будет заметнее.
К сожалению цифровые камеры искажают картинку. Центр зеленого пятна человеческий глаз тоже видит зеленым.
В следующем сезоне проверим, лично меня устраивали и обычные белые пятна.
Так же собран прототип электронного привода вешки, позволяющий дистанционно менять направление луча и перестраивать трассу. Каждая такая вешка работает под управлением контроллера ESP32. Привод построен на базе двух сервоприводов, которые позволяют менять направление фонаря в двух плоскостях.
Все ESP32 контроллеры связаны между собой по MESH WiFi сети, что позволяет иметь связь с каждой вешкой, даже если она находится на расстоянии более 300–500 метров от вас и обычный WiFi уже не достает.
Для чего эти усложнения? Стоимость световешек и так получается достаточно большой, а теперь станет еще больше. Я вижу, что в будущем такие световешки должны быть установлены на горнолыжном курорте стационарно, например на мачтах освещения. В этом случае можно будет использовать сетевое электропитание. Включение, выключение и размещение пятен на склоне можно будет делать дистанционно с мобильного телефона. В этом случае их стоимость становится не критичной. Возможность за пару кликов усложнить или облегчить сложность трассы позволит привлечь не только спортсменов, но и зажжет интерес у новичков и самое главное у детей к спортивному катанию. Так же в отличии от настоящей пластиковой вешки, в световое пятно нельзя врезаться и первые ошибки в этом случае не такие болезненные.
Так в чем же цель данной статьи?
Чем черт не шутит, может среди читателей есть руководители горнолыжных курортов и им эта тема будет интересна.
К сожалению мои компетенции в программировании под Андройд слишком малы. А разбираться, учится и пробовать самостоятельно потребует много времени. По этому, если среди читателей есть лыжники или сноубордисты увлеченные слаломом и умеющие писать мобильные приложения, то мне нужна ваша помощь.
Нужна программа под Андройд / iOS.
Обеспечивает передачу по WiFi управляющих команд на подключенные через Mesh сеть контроллеры ESP32
Прием и обработку сообщений от контроллеров ESP32 сетовешек
Графическое отображение текущей настройки положения световешек
Возможность графического редактирования положения отметок от световешек на склоне и преобразования этой информации в управляющие команды для контроллеров ESP32
Следующей сезон уже близок. Жду вашей реакции!
