摩拜单车mobike不为人知的背后

mobike-f-1

最近一周,如果你生活在北京,一定已经注意到了身边很多长相前卫的自行车——亮橙色的车轮、看不见链条的银色车身——这就是号称首个“无桩公共自行车”的摩拜单车。进驻北京仅仅一周,即便不算风靡整个北京城,摩拜单车也着实已经风靡宇宙中心五道口了。用户只要下载App,交押金,租车还车位置随意,彻底摆脱了公租车固定存取车点的局限性。

我在摩拜进京第二天,就体验了整个流程。然而,让我一言不合写下本文的,是一篇新闻报道中这样一句话:“……技术实现手段也不难:在电动车锁里加上传感器、GPS、3G网络和芯片。”

作为一个搞技术的工程师,一项你曾经认为技术不可行的idea,不仅被别人如此漂亮地实现了,还被小白媒体评为“技术实现手段不难”,着实让人大跌眼镜。那么就让我们看看这里究竟有什么黑科技。

—————- 分割线 —————-

首先,摩拜必须解决地第一个问题是——定位。

20111209031118139

在清华大学地校园里有无数自行车,每当晚自习结束,在密密麻麻地自行车海里找到自己的那一辆,实在不是容易事情。无论是出于自己找车的需求,还是为了帮仰慕的女神找自行车(或者是为了跟踪定位仰慕的女神),在我混迹于学校的这几年时间中,据我所知,就有6组个人或团队试图解决“找车难”问题(其中包括我在内)。最终也未见一件像样的解决方案。

难点只有一个——功耗。说通俗了,就是电池续航。

battery

想象一下,你和女神说:“宝贝儿,给你个小装置,装在自行车上,从今往后只要掏出手机,就能看到自行车的位置了,不过这个小装置每天都要拿回寝室充电哟!”

女神一定说“哇大牛你真厉害!” 其实心想:“你个死geek,还不如我在车上多贴两个Hello Kitty标志找起来方便。”

这里先跑个题。大伙一定都在各大谍战电影中看过这样的情节。某大间谍在一号敌人的身上塞了一个小钮扣,或者直接在人体内注射一枚追踪器,之后就能用电脑全球跟踪目标的位置了。

现实生活中,这东西是什么样子呢?就是下面这样。

fbi-tracker-2010-10-08-250

(传送门:https://www.ifixit.com/Teardown/Tracking+Device+Teardown/5250)

这是货真价实的FBI为了跟踪准备请去喝茶的贵客的座驾,所用的装备。不过年头比较古老,貌似是2010年前的。其中最显眼的就是那4节一号电池。那不是普通电池,而是锂亚硫酰氯电池(简称锂亚电池)。这是一种不可充电的能量密度极高的锂电池,一节有13000mAh,相当于iPad2电池能量的近2倍。同时,锂亚电池“保质期”极长,最长可达20年。

EmeuEp3EIKHEAamj.medium

锂亚电池的缺点是放电电流非常小(换句话说,内阻特别大)。所以通常要配以一颗超级电容一并使用。如果你拆过车子里的ETC,就会发现它就是这样的原理。此外就是,这种电池贼贵(反正FBI不考虑成本)。

跑题了。所以说谍战片里的“跟踪纽扣”,在实际技术中,就是个“跟踪棒槌”。差距这么大,原因就在于,要维持长时间使用,必须要有足够的电能。

—————- 分割线 —————-

回到摩拜单车。一些简单的观察可以大致推断其工作原理。

首先,开锁时只要扫码,不需要对自行车做任何物理操作。这意味着,自行车的电子部分是持续工作的,不需要人工触发唤醒。我测试了几次开锁的延时,大约都在6-9秒左右,这时间远远短于GSM搜索注册网络的时间,因此可以推断它是一直连接在手机网络上的(换句话说,就是手机一直是“开机”的)。

一个更有趣的猜测是,虽然和服务器同步位置信息,几乎肯定会用2G/3G流量。但是,为了省电,开锁应该并不是使用GPRS或3G流量来控制的,因为那样必须要求单车时刻接通流量、并和服务器保持连接。从6-9秒的延时,恰好是短信投递的时间,我推测服务器是通过给自行车发短信(对,最传统的短信)开锁的。

给自行车发个短信就可以开锁,第一次听说哈!

下面咱们更加量化分析一下,究竟通过GSM+GPS的方式,跟踪一辆自行车,需要多少能量。(小白可以跳过这一节,直达下一个分割线)

首先,我们可以暂时不考虑GPS的功耗。这是因为,在摩拜的应用里,我们并不需要实时跟踪位置,只要一段时间更新一个点就可以了(有点像观察美团外卖送餐员的位置)。这个更新时间可能长达30秒-1分钟。此外,当自行车已经锁住归还后,GPS的更新速度可以进一步降低(例如10分钟更新一次)。而目前采用AGPS技术,锁定时间可以控制在2秒之内,因此GPS绝大部分时间都在休眠,平均功耗很低。

那么GSM模块的功耗如何?首先,看看马云爸爸家里的东西。

tracker-taobao tracker-taobao2

可以看到,这款纯基站定位(图中说用GPS是虚假宣传)的小东西,单节锂电池驱动,正常工作的平均电流大约在400mAh / 48h = 8.3mA。

再看看这款再SparkFun上的GSM/GPRS模块:

sparkfun sparkfun2

可见,其正常工作的平均功耗是7mA。这是纯模块,不含外围电路。

事实上,还有个大家更熟悉的估计方法。一台Nokia板砖功能机,使用1020mAh的BL-5C电池,在几乎不操作的情况大约可以待机4-5天。这样也可以大致算出,手机待机的功耗大约在9mA。

综上所属,GSM模块待机的功耗大约是7-10mA。如果加上GPS模块的平均功耗,那么10mA是个比较合理的估计。这里还忽略了开锁的功耗,以及蜂鸣器响声的功耗,因为那些相对其它几项,是很低频率的,平摊下来功耗很小。

#### 10mA:这就是目前我们对摩拜单车总平均功耗的估计。

下面的问题就是,我们要装多大的电池呢?

lock

从摩拜锁机构的尺寸来看,并不能装下很大的电池(除非装车座管里)。事实上,咱们假设摩拜是土豪,装了满满的锂亚电池,足足有30000mAh。那么它可以工作多久?

30000mAh / 10mA = 3000h = 4个月

不给力呀!

咱们的自行车可是按照4年免维护设计的呀!看来纯靠电池是根本不行的。

出路只有一条:发电!(术语叫Energy Harvesting)

如果可以发电,那么电池的容量本身并不很关键。应该考虑的是,正常使用中,发电量是否大于用电量,即能量能否进出平衡。而电池本身,只是能量的缓冲区。更大的电池,可以让系统承受更不稳定的发电量(比如一辆自行车一周没人骑,也不会耗尽电池)。

鉴于全车并没有太阳能板(这是一个很好的选择,因为太阳能本身受地域影响,并且脏了不好维护),发电几乎肯定是靠车轮的转动,也就是下面这种高级货:

dynamo

这是一种装在自行车轮子轴承中的发电机,从数据看,在稳定骑行过程中,可以发出6V/3W的电能,即在6V下大约500mA的输出。考虑电池充电电路的损耗,估计在实际给自行车中的电池充电时,充电电流应该在250mA左右。

充放电比例是:250mA / 10mA = 25。即,系统只要有1/26的时间处于充电状态,就能达到能量进出平衡。换句话讲,每辆摩拜单车,平均每天至少要骑行约50分钟,才能达到能量平衡,从而可以持续工作下去。请注意,实际租用车子过程中,会有很多时间并不是平稳骑行、有效充电的时间,例如等红绿灯。因此,实际租用时间可能需要60分钟以上,才能达到平衡。

#### 60分钟:每辆摩拜单车平均每天至少租用这么久,才能保证能量平衡。

—————- 分割线 —————-

这可不是件容易事情!打开摩拜App看看你家门口那辆车是不是一天没动了?

摩拜团队必须精确控制自行车部署的密度和位置。密度低了体验差,导致用户积累慢。密度高了,单个车的平均每天使用时间低于1小时,则无法达到能量平衡,最终导致车辆维护成本飙升。

因此,摩拜必须对自己的用户需求量、分布等进行精确的分析,才能达到最优的用户体验和增长速度,以及让自行车队持久免维护。我想这就是这个项目最核心的技术吧!

(以上数字纯评经验和公开材料,误差正负50%都是合理的)

 

 

为什么幻腾PIXEL系列墙面开关采用火零接线?

如果你曾经关注过遥控墙面开关或智能墙面开关,那么第一个可能让你搞不清楚的概念就是“单火”和“火零”接法(为了和“单火”押韵,也常将后者称为“零火”)。我试着用简单的概念讲述两者的区别,以及为什么火零接法可以避免安全隐患。阅读本文,需要你回忆一下初中物理知识。

PIXEL Classic什么是火线和零线,灯为什么会亮?

两孔的电源插座里的两根线,就是火线和零线。左边是零线,不带电,人摸到也没有大问题;右边是火线,带电的,不小心摸到了就呵呵了。(不要尝试摸零线,因为有些喝醉了的电工有可能把你家电路火零完全接反了。)

当用电器同时接入火线和零线时,就会形成电流,用电器才能正常工作。图中是一个简单的开关、灯泡的电路。当开关断开时,灯泡实际只连接了一条线,没有电流,灯不会亮;当开关闭合时,电流流过灯泡,电灯发光。

普通开关

什么是智能开关的单火、火零接法?

正如上面的图所示,一个传统的开关,利用弹簧和机械结构控制火线的通断,一进一出两根线实际都是火线,这种接法就是“单火接法”。

对于遥控或智能开关,内部有一套精密的控制电路,取代了手动操作的机械结构,来控制线路的通断。但无论开关是通是断,这套控制电路本身都需要电源,以保证持续不断的工作。

如何给控制电路供电?最直接的方法:给它接上电源——火线和零线。既然火线已经接到开关里了,那么只要再接上零线,就万事大吉了。这种接法就是火零接法。

2
火零电子开关共接3根线:火线进,火线出,零线。

但是问题来了。火零接法需要多接一根线,没法兼容传统的机械开关。为了兼容,人们设计出了一种“单火取电”的方式,使得只接进、出两根火线,还能保持控制电路持续工作。兼容性好了,但更多问题随之而来。

6
单火电子开关和传统开关接法相同,只需2根线:火线进、火线出

 

为什么说单火接法的智能开关可能有安全隐患?

预备知识点1:电路消耗的电功率,是电路两端的电压和流过它的电流的乘积。

预备知识点2:串联电路中,各处的电流是相等的。(想象水流,一条河,只要没有枝杈,上下游各处单位时间流过的水量一定一样多。)

单火开关只接进、出火线,不接零线,怎么能保证控制电路持续工作呢?分两种情况:

开关闭合导通时,相同的电流同时流过开关和灯具,假设电流是0.1A。这时,开关“劫持”一部分电压,比如10V,留给灯具的电压剩下220-10=210V。对灯具来讲,电压并没有降低太多,仍然能正常工作;对开关来讲,这救命的10V带给它的电能就是10V×0.1A=1W,足够其控制电路工作。

开关断开时,理应没有电流通过灯具。这时,开关偷偷漏过微弱的电流流经灯具,例如0.0001A,即0.1mA. 如此微弱的电流,灯不能点亮,大部分的电压分在开关两端,接近220V。因此开关的耗能是220V×0.0001A=0.022W,虽然很小,也能勉强维持生计。

3
单火开关导通时(左图),开关上分得部分电压,驱动控制电路;断开时(右图),灯具流过微小的漏电流

综上所述,单火开关求生的秘诀就是:通路时克扣小额电压“收买路钱”,断路时漏过微弱电流“收受贿赂”。那么单火开关的“问题”也就比较明确了:无论通断,都不彻底。

实际应用中,断路时漏电流带来的问题更加严重。举两个例子:

1. 节能灯关灯时闪烁:

假设连接的灯具是功率较小的节能灯或LED灯具。这类灯具的驱动电路初级通常带有一个大电容,用于将交流电转为平滑的直流电。关灯时,如果开关漏过微小电流,就会给这个电容充电。电容电压逐渐升高,一旦达到后续电路启动的电压,就会瞬间将储存的能量释放到后续电路,灯具就会闪一下,然后电容重新充电,准备下一次闪灯。

灯具功率越小,点亮后续电路需要的能量越少,灯闪的就越明显,越频繁。因此,单火开关通常要求灯具功率必须够大,闪烁才不明显,不会察觉。

2. 触电危险:

如果灯具坏了需要更换,这时老灯具卸下来,线路完全断了,漏电流没处漏,单火开关就不工作了。不过这时如果你装新灯时恰好碰到了电极,那么呵呵,你的身体就提供了漏电流的通道。你就可以体验麻酥酥的快感了。

更危险的是,单火开关里面也有个大电容,刚刚开始工作时需要比较大的漏电流,尽快给它充电。这时的电流远远大于了人体能承受的安全值。

5
即使单火电子开关处于关闭状态,损坏或断路的灯具两端,仍有触电危险。

 

事实上,根据墙面开关的国家标准:GB 16915.1-2014中,表15对于断开时绝缘性的要求,在2000V或1250V电压下,仍应该保证至少2兆欧的绝缘电阻。市面上大多数单火智能开关,根本无法在断开时承受如此的高压,更无从完成这个测试。

电器强度截图
摘自墙面开关的通用国家标准GB 16915.1-2014,表15

火零接法解决了这些问题吗?

是的。虽然以技术的发展速度,我们不能说火零是唯一的解法,但它是目前最靠谱的一种解法。

当开关闭合时,灯具与控制电路并联,两者的供电是彼此独立互不影响的。当开关断开时,控制电路需要的微弱电流直接流经火线和零线,不流经灯具。灯具完全与火线断开。

4
控制电路与灯具独立。闭合时,灯具完全供电;断开时,灯具完全断路,不管灯具是否安装,是否损坏。

只剩最后一个问题,控制部分一直工作,会不会太费电?如果你真的担心费电,建议你夏天把空调调高一度,冬天把暖气降低一度。因为空调少启动1小时,足够一个智能开关工作半年。

 

 

Stick’N’Press诞生志

2013年末,在幻腾推出一套产品之际,我写了这样两篇文字,介绍了我心里的Nova和Stick'N'Press。近日,应公司同事的要求,把这两篇文字找出来。不求完整的介绍两款产品(毕竟两款产品都已有了相应的升级),但求让大家了解两款产品的设计初衷。

SNP随心开关

在你需要的地方等着你

Stick’N’Press随心开关正如其名字所述的一样——随贴随按,完全无线。你可以在家里任何地方安装随心开关以控制Nova灯,不用开墙布线,不用请装修工人。你可以坐在客厅的沙发上,用贴在茶几上的随心开关调节客厅的灯光;可以躺在床上,用贴在床头的随心开关调节卧室或洗手间的灯光;可以在刚刚打开家门时,用门口的随心开关打开卧室的灯光,或在离开时关闭所有的灯光。当然,我们也建议在你已经按了十多年的传统墙面开关旁边贴一个随心开关,这样,享受全新生活方式的同时,你不需要改变养成已久的使用习惯。

不是遥控器,胜似遥控器

说到遥控器,人们会想到电视遥控器、空调遥控器,它们都有很多按钮,一个遥控器控制一个电器,会被丢在沙发上、餐桌上、床上等任何角落了。而Stick’N’Press随心开关虽然可以控制Nova灯,但从其它各个意义上来说,都不像遥控器。

电视节目快要开始了,却怎么也找不到电视遥控器,你是否有过这样的经历?Stick’N’Press随心开关被设计成贴在人们最经常驻足的各个地方,固定不动。一旦养成习惯,即使漆黑的深夜也能毫不费力地使用。

Nova灯有着复杂多变的情景模式,而随心开关却有着简单至极的用户界面:一个轻触按钮,以及简单至极的操作方式:按一下。通过幻腾智能手机APP,你可以配置随心开关的功能:开灯,关灯,或切换情景模式。配置过程全部通过手机和云端完成,一旦配置完成,即使是玩不转手机的爷爷奶奶们,也可以轻松使用。

一个电视遥控器智能控制一台电视,而每一个随心开关都可以控制家中任意的Nova灯,每一个Nova灯都可以被任意的随心开关控制。随心开关和Nova灯的配对关系同样可以通过幻腾智能手机APP进行设置。

魔法源于精心设计

得益于幻腾智能无线网络对于低功耗设备的支持,随心开关的待机功耗仅为3微安,这使得一节内置的纽扣电池可以支持其约5年或150,000次操作的电力。在如此低的耗电量下,随心开关仍能和网络中的所有节点进行双向通讯,从而随时接收和更新配置。

随心开关对Nova灯的控制基于幻腾智能无线网络,而不依赖于互联网和云端。因此,一旦配置正常,即使家里的网络出现不可预期的中断,也不影响随心开关的使用。

我们为随心开关设计了最纤薄的身躯,以便其轻便地贴在任何表面都不显厚重。63mm边长的方形表面与普通墙面开关大小相仿,大小和力度都恰好适合一只手三指并排按压,符合人体工学原理。

Nova诞生志

2013年末,在幻腾推出一套产品之际,我写了这样两篇文字,介绍了我心里的Nova和Stick'N'Press。近日,应公司同事的要求,把这两篇文字找出来。不求完整的介绍两款产品(毕竟两款产品都已有了相应的升级),但求让大家了解两款产品的设计初衷。

Nova2

新星的诞生

Nova,在天文学中意为新星,是最亮的星体之一。Nova灯,正取了新星的“新”和“亮”这两重含义。在幻腾智能的照明系统中,Nova是第一个研发成功并投入生产的,也是首批投入市场的产品,更是笔者接到写产品介绍的任务后,第一个开始写的产品。

爱迪生改进发明白炽灯已有2个世纪的历史。这200年间,人们常用的照明光源由延续百年至今的钨丝白炽灯,到传统镇流器驱动的荧光灯,到电子镇流器驱动的荧光灯,到反激恒流源驱动的发光二极管(LED)灯。技术在进步,而人们使用灯光的习惯却没有改变——开关咔嗒一响,切换白昼和黑夜。

在这日复一日的咔嗒声中,你是否曾期待灯光不是生硬的来去,而是柔和的变化;期待开关不只在那个固定的位置,而是在你需要的地方等你;期待睡前不必离开被窝关灯,再摸黑上床;期待晚上起夜不被刺眼的灯光晃得睡意全无;期待独自努力工作时有清晨般明亮干净的灯光,而陪爱人共进晚餐时有烛光般浪漫柔和的灯光……Nova在这些期待中诞生了。

柔性的灯光

从外观来看,Nova是一颗有着铝质散热外壳的螺口灯泡。E27螺口(最常见的大螺口)意味着Nova可以兼容最常见的传统灯具。作为用户,你不需要对家里原来的灯具做任何工程改动。那么更换一个Nova灯需要几个人?答曰:全家人。一人更换灯泡,而全家人没有人愿意错过这个时刻。(换灯泡笑话)

Nova是一颗LED灯,这意味着它继承了所有LED灯的先天优势——节能。虽然能耗只有5W左右,但Nova的最大亮度相当于一枚60W的传统钨丝白炽灯,或者一个中等大小的紧凑型荧光灯(节能灯)。和其它LED灯的生硬灯光不同的是,Nova的灯光亮度和光线的冷暖都可以调节。可以说,Nova的灯光是“柔性”的,可以根据人们对环境的需要而改变。

如何改变Nova的光线呢?这依赖于Nova内置的幻腾无线网络功能。您可以通过幻腾Stick’N’Press随心开关,在家中各处控制Nova的灯光;也可以通过幻腾智能手机APP在全世界任何可以访问互联网的地方控制家中的Nova。

清晨,Nova可以在闹钟响起前,通过一束柔和的暖色光线将您从深度睡眠中唤醒。白天的时光,Nova以明亮的正白光线伴您工作,令您精力充沛。傍晚,Nova以烛光般的暖色陪伴您和爱人共进晚餐。睡前,您不必下床,就可以通过手机或Stick’N’Press随心开关关灯。深夜起床,将Nova开到夜间亮度,既不会打消您的睡意,也不会影响爱人和孩子。

Nova给人们带来的全新可能性,完全由Nova内部的微处理器进行全数字控制。而你无需对原有的灯具做任何改造,就能开始享受这样的柔性灯光。

魔法源于精心设计

Nova简洁的外表下面,是幻腾开发人员的精心设计。我们通过调节通过LED的平均电流来达到对发光亮度的精确调节。为了适应人眼对于亮度的感知特点,我们特意为Nova的亮度调节设计了指数调光曲线。我们将正白色和暖白色的高质量5730 LED光源并排放在一起,并分别控制平均电流,从而达到了对于光线色温的调节。有趣的是,苹果iPhone 5S的闪光灯也使用了和Nova类似的色温调节技术。

就像每颗新星内部都在进行炽热的核聚变反应,每颗Nova灯内,都有一个强大的核心——一颗32位微处理器。如果倒退20年,这颗微处理器的性能可以秒杀任何一台个人计算机。处理器精确控制两路LED的电流,精度达到5600级,远远超过人眼可以感知的级别。

Nova灯内部的2.4G无线通讯芯片,和所有其他幻腾智能产品共同构建了一个无线网络。不必担心无线的辐射,因为它实际辐射的能量比WIFI网络还小,是手机通话的1/20一下。顺便说一句,担心WIFI的辐射也是没有必要的。由于无线信号的衰减和距离的平方成正比,离开无线路由器1m远,其信号强度就和空中无处不在的其它信号(比如收音机)不相上下了。

Nova灯由其中的一颗高效直流电源提供电力。直流电源一方面为处理器逻辑电路提供稳定的直流电,另一方面也保证了LED发光的稳定无闪烁。每一颗Nova灯在出厂前,都要经过高温老化测试,保证其工作稳定。为了延长LED灯珠的寿命,我们在每颗Nova内实际安装了可达6W的LED元件,却让它们只工作到极限的85%。对灯珠好一点,它们就会亮得持久很多。

所有的魔法,都被隐藏在LED光源之下的导热灌封胶中,露出表面的只有一小截白色天线,以及Nova带来的无限可能。

课堂上的爆破实验

又过年了。在此记叙九年前的那个春节后,一帮熊孩子在学校搞的不靠谱的实验。

2006年春节过后不久,作为高考冲刺的前奏,我们高三年级提前开学了。大伙显然还没从过节的气氛中收回心来,竟偷偷带了几颗过节没放完的小鞭炮和冷焰火来学校玩。显然,把这些仅存的炮竹在学校放掉(节已经过了,买不到更多了),不符合熊孩子的做事风格。

首先不得不提厚厚同学,不知从什么地方听说,可以用小灯泡灯丝点燃火药。这便是我们第一个实验:
实验器具:3V小灯泡一个,电池,导线若干,鞭炮两个。锉刀、钳子、透明胶带若干。
实验步骤:用锉刀将小灯泡顶部玻璃磨破,注意不要伤及灯丝。将鞭炮掰开,火药倒入小灯泡内。小灯泡用胶带和电线连接好,即可通电点火起爆。

第一次实验,没有人知道能不能成功,也不知道威力会有多大。为了安全起见,大家决定在男厕所完成实验。引爆者躲在厕所隔间里,关门,电线从门缝穿出,灯泡在隔间外面。其余闲散人员都在厕所外面举着防护盾(打开本书)观看。

事实上,第一次引爆并不壮观。火药只是弱弱地燃烧,隔间里的人自然什么都看不到,厕所外面的人也几乎看不清。完全不是想象的山崩地裂嘛!

于是,我们改进了实验方法:1、仍然用3V小灯泡,但改用9V电池引燃,这样可以更快的达到温度。2、用透明胶带把小灯泡的玻璃破口贴住,保证里面是相对封闭的空间。3、火药不要太满,不然氧气不足。4、鞭炮里的火药含有大量沙子,手工稍微过滤一下,纯度更高。5、用更稳固的方式固定小灯泡——我们选择用塑料水瓶。

改进后,效果壮观多了。火药会瞬间燃烧,形成一团火球,然后,矿泉水瓶就变成了这样。

爆破后的支架残骸
爆破后的支架残骸

首个难关攻克之后,我们开始冲击下一个目标——遥控引爆。我们花重金(超过50元!)从中发买来了433M的遥控器和接收+继电器模块,也就是现在那些基于433M的智能家居产品的核心——跑题了。经过一翻连线,就可以直接在厕所外引爆了,再也不用有人用隔间门做盾牌了。

与此同时,我们改进了灯珠支撑结构。保证灯珠爆炸时,不会烧毁水瓶和支架。同时,装卸小灯泡变得异常容易,不再需要用胶带粘电线,也不会接触不良。上图:

改进爆破支架
改进爆破支架

此外,我们还发明了“基于硬单股线的双螺旋电池盒”,成功解决了圆柱体电池在没有塑料电池盒的情况下的可靠连接问题。这个电池盒通过两端导线螺旋拧紧,利用导线本身的弹性压住电池两极,非常可靠,又便于更换电池。只是最后并不需要用这种12V电池了。上图:

基于硬单股线的双螺旋电池盒——拆开
基于硬单股线的双螺旋电池盒——拆开
基于硬单股线的双螺旋电池盒
基于硬单股线的双螺旋电池盒

最终,整套装备是这样的:

整套爆破实验装置
整套爆破实验装置

之后,我们用尝试了用引燃的小灯珠点燃其它花炮的碾子,效果非常好。还可以把礼花里面的闪光粒拆出来,放在灯珠中引燃。这些闪光粒直径只有3mm左右,怀疑是混有各种金属成分的燃料。很难点燃,需要等灯珠里的火药燃烧殆尽后,过几秒才会开始燃烧。燃烧时,由于金属焰色反应就会呈现出各种丰富漂亮的色彩。

最后,再秀几张照片。祝大家春节放炮快乐!拜年啦!

手工筛选的火药
手工筛选的火药
充足的实验用品!
充足的实验用品!
爆破后的灯珠
爆破后的灯珠

水,究竟有没有必要节约用

先提出个小问题,正是这个问题让我产生了下面的诸多思考。一次在机场安检前,包里还有两瓶尚未开封的纯净水需要处理。有如下三种方法,哪一种更加环保呢?
A. 连瓶带水丢到垃圾桶
B. 把水倒在地上(假设在户外),把瓶丢到垃圾桶
C. 把水倒到洗手间,把瓶丢到垃圾桶
我会在文章最后给出这个问题的分析。

节约用水,这是几乎每个中国孩子从小学前就开始被教育的观念。百度一下“节约”二字,第一个提示就是“节约用水”,并配以满屏各式各样的节水宣传海报。

从小就以环保主义者自居的我,对一切物料和能源都很珍惜。我一直相信,节约并不是为了省钱,在节约面前,任何物料或能源,不分贵贱,都是平等的。对于那些小学并没有重点教育的资源尚且珍惜如金,对于明星资源“水”,我自然是格外节约。

初到美国时,开始注意到了美国人的“节约”观念——美国人的节约,是建立在不牺牲哪怕一丁点质量或效果上的。只有当效果不打折扣时,他们才会考虑到节约。(当然,如果看不见的手过于强力时,他们也会为钞票委屈一下的。)因此,他们给从小接受节约教育的中国人的印象通常是——有钱任性、浪费无度。

很快我又注意到,美国人的“绿色”、“低碳”宣传,似乎从来没有节约用水这么一条。更有趣的是,几乎所有的出租房,房租都包水,而燃气、电、网、电视、甚至垃圾处理可能都要另收费。这就使得“水”就连经济杠杆这最重要的节约动力也失去了。我记得曾经连续几个星期,每晚听到隔壁的住户开大水泡浴缸,哗哗哗地真心疼。

另一个例子来自女票讲的美国的幼儿园。幼儿园教孩子洗手的正确流程中,擦香皂时是绝不能关掉水龙头的。洗完手后,也不能立刻关水,要用纸巾先擦干手后,垫着纸巾去关龙头。一切的理由都是:卫生。

我曾一直以为美国人不提节水,是因为以他们的浪费本性,水是生活质量的最基本保证,因此不能妥协。“洒家就是想天天泡澡,不想淋浴!” “为了节约一升水,手上多了100个细菌,万万不可!”

直到我遇到开篇的问题,产生了对水资源的一连串思考,终于动摇了我从小到大最基础的认识:“水资源,究竟有没有必要节约?”

中学地理课学过,地表的淡水会形成一个巨大的循环过滤系统。地面的水渗入地下并最终流入江河湖海,江河湖海的水自然蒸发形成云(这样就只有淡水了),再下雨落到陆地上。由于水的化学结构非常稳定,在自然界中几乎只作为溶剂,而不参与化学反应,因此地球上的水虽然形态各异(汽、液、冰川雪山等等),但数量几乎是不增不减。

既然总量不变,为什么会缺水?原因有三:

第一,水本身分布不均。我国南方常常发洪水,而北方旱得地表开裂也是常有的。

第二,自来水生产能力不足。干净的河湖淡水,还需要经过严格的过滤消毒,才能进入自来水管。若是这步处理跟不上,自然不够用。

第三,污水净化能力不足。污水如果都靠自然净化,那净化的速度远不及人们用的速度,水没减少,但都变成污水了。

以上三点,都是可以通过人力解决的:一、南水北调,二、建一堆自来水厂,三、建一堆污水处理厂。然而,解决问题时,需要耗费大量的人力物力或资源。一自不必说,二三的工厂本身,在做水处理时,需要消耗其他形式的能源。

讨论至此,我们知道美国人为什么不考虑节约用水了。人家有钱,输水、建厂都不成问题。人家还有技术,处理水效率高耗能低。上述三点都搞定了,人家自然可以随便泡浴缸。而咱们缺的不是水,而是钱和技术。

试想,如果外星人给了咱们一个装置,可以把一切流过的污水净化成纯净水,那么只要每家每户装一个,水就取之不尽了。事实上,在天宫或ISS上,正是用这种近乎零消耗的净化技术,实现水循环的。

那么,究竟有没有必要节约水?答案是肯定的。其实,我们节约的并不是水资源本身,而是输水工程耗费的资源、生产自来水消耗的能源、以及处理污水消耗的能源。对于全世界都是如此。而对于并不发达的天朝来讲,节水更加重要。

回到开头的问题。我认为,B是最佳选项。如果选A,那么最糟糕的情况是,这500ml水将和塑料瓶一起被填埋到垃圾场,几乎永远从地表水循环中失去。其次是C,清水倒入下水道,会和污水混合,不得不经过整个污水处理系统,消耗能源。而B选项,这部分清水可以直接蒸发,抄近路回到大自然中。

创新大赛的“总指挥”

说起我们中学同学办假证的历史,要追溯到高中时的某一次学校运动会。

学校开运动会时,为了维护会场秩序,只有参加比赛的同学和特殊的工作人员可以进入田径场,例如学生裁判、记者。其他同学则都在看台上聊天打牌,或者被迫写稿子。L君带着碉堡的数码相机,不甘于坐在看台上,就自己PS了一张“记者证”,打印出来,成功混入场中。在场中逗留不久,竟被巡视的老师认出假证。后来,办假证被认为是“态度问题”。此事遭到了严肃处理,也给其他同学敲响了警钟:假证一定要做到以假乱真的地步才行。

时间推进到高三下学期初,同学们都在努力准备高考。某日传来消息,海淀区组织了一次公开大课,据说请了非常牛的高考前命题教师,似乎能听到这次课高考就能多考10分。因此,名额非常紧张,全场的入场券要在全区的若干学校间分配,再分到我们班,只有十几张票。谁去?这种事情老师也非常为难。可以想象,就算同学无所谓,家长也不会善罢甘休的。

当时,我的保送已经敲定了,理所当然放弃了票。但是问题来了:去不去听课是自己的自由选择,但有没有资格去听课,就是另一个问题了。况且班里的确有同学因为没有票而非常沮丧。办证,这想法立刻充斥了我的思维。

整天的课,我都没好好上,一直在端详那张证:黄色细纹卡纸,黑色喷墨打印,红章,剪刀随意的剪裁。这似乎都不难。我用课间休息的时间,在学校大门外的文具店,对比了所有颜色和样式的纸,还真的找到了同款的黄色卡纸。下午放学后,直奔劳技老师的办公室借用电脑。之前参加创新大赛,和劳技组老师很熟,他们也不关心任何高考的科目。最重要的是,劳技办公室有配置不错的电脑,以及彩色喷墨打印机和扫描仪。

PS难不倒我,毕竟之前参赛的展板全都是自己做的。文字部分直接用word写个一模一样的就行了。难点在章,需要扫描抠图,然后贴上去。大约一个多小时后,40多张入场券新鲜出炉,足够全班所有人。至于最后有多少人用了这个证,不得而知。上一张假证照片:
CIMG7719s

此后不久,便是26届北京市青少年科技创新大赛。我和另外几个曾经参赛的老人们,被组委会老师抓取当志愿者。创新大赛历来待遇很不错,全程几天都有三星级酒店住,比赛会场也在酒店。我们几个志愿者更是享受了单间待遇,晚上还可以去打保龄射箭射击之类。安逸地过了第一天,就看那“志愿者”证不顺眼了。我和Y君立即又起了办证的念头。见老师挂的“总指挥”证不错,就偷偷远处拍了照,回房间照着做。

图做好了,我们翘了一上午的班,从偏僻的度假酒店乘公交车到昌平城里找打印店。回去后,我们有了另外四个新的身份。挂上新证,在那些紧张的不自然的准备参赛的同学中间巡视,格外神气。不用说,最后又被组委会的老师发现并制止了。

当然,我们不止做了“总指挥”,还做了B格更高的证,上图大家感受一下。其中的“志愿者”是我的真证。
CIMG1134

英语课上的木马

人大附中向来舍得花重金引进一些最新潮的教学方法,行星英语就是一个。行星英语是个学英语的系列软件,大家可以理解成备考托福GRE时候用的Kaplan或者Barron光盘模拟软件,只不过从英语入门到流利都有对应的课程。这是2000年的事情。学校不仅买了全套电子课程,还为此专门新建了一间50台电脑的机房,并把“行星英语”排进了全体初一的课程表,一周貌似有两节课。这是个全自学课程,老师只负责宣布上课下课,和给爱学习的同学解答问题。

那么问题就来了,初一的同学们似乎对一节能玩电脑的课更感兴趣,至于学英语?呵呵。大伙偷偷带了软盘(那时候还没有U盘,况且系统是Win 98),拷了各种小游戏,然后还快速学会了怎么在局域网里共享文件,把乐趣分享给同伴。

当然,老师也不是吃素的。老师有大招:远程查看任何人的屏幕显示,或者直接把全班的显示都切换成教师机的。因此,大家需要一只眼玩,一只眼观察老师的动向。只有当老师没有坐在教师机前,而且没有走到自己身后的时候,才是安全的“切出”时间。老师甚至会特别关照一下键盘敲的太响的同学。

不过W君和我对整人比玩游戏更感兴趣。起先,不知从哪里看到了Win 98的con\con漏洞,也就是以任何形式访问任何文件夹下的con\con文件夹(即使不存在),电脑都会蓝屏,并且对于远程的共享文件夹也有效。这样一来,看谁不顺眼,就可以直接把他搞蓝屏掉。

不过这东西在用了一两次之后,就乐趣全无。我们觉得来点猛的。然后就自己写了个“木马”。

交代一下我俩当年的编程经验:只会DOS下的Basic,刚刚学了一点点VB,什么网络编程Socket之类统统没听说过。怎么搞木马?还是万能的共享文件夹。木马不停得读取本机的某个文件,根据里面的字符执行特定的事情。然后,只要把这个文件夹共享到局域网,我们就能“远程”操作了。

我们从各大VB论坛摘抄了各种奇怪的代码,利用中午的时间,在学校的开放机房编程。最终,经过至多2周。我们的木马已经具备了诸多奇葩功能,例如:把开始菜单的“开始”按钮隐藏掉,或者改成“叫老师”之类的别的字,屏幕截屏保存到共享文件夹里,模拟按键盘任意键,把任意窗口提到最前面显示,或者关掉。

我们的目标是Z君。

行星英语课前,W君负责在去机房的一路上拖住Z君,我跑去机房在其电脑上下毒。

上课了,此起彼伏的是好同学们读英语的声音,埋藏其下的是另一些同学激烈而安静的游戏。我们目睹了Z君玩GB模拟器宠物小精灵的盛况,还帮忙在抓精灵的时候狂按xzxzxz。帮忙玩游戏,那充其量是好朋友的所作所为,我们怎会满足呢?我们趁老师恰好巡视到他后面的时候,关了他的行星英语,然后把游戏切到最前面。。。。。

这才算是死党嘛!

开篇语

2014年末的一天,饭后,和女票聊天,讲述我中学时期做过的很多坏事。这些坏事在当年,如果放在一个正常学校,多半至少是要被请家长或见教导主任的。虽然我们深知,人大附中不是个正常学校,但是干这些事还是不宜声张,自娱自乐就好了。其实,大家当时的初衷本来也就是自娱自乐。毕业以后,我的一些那些见得光的“事迹”被写进了人大附搞的某系列书里,成为了朋友圈里常用的笑柄。而今,女票觉得我应该把那些不光彩的事情也记录下来,毕竟那是个技术宅的青春期,不能就这么慢慢淡忘了。

于是,我觉得开始写这个博客。题为“破|立”,因为这里包含两部分内容。“破”指我从小到大干的各种大大小小打破规矩的事情。“立”则指自己在工作生活里完成的有建设性、分享起来对大家会有所帮助的内容。

从“破”开始……