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制作阳光风铃

 

               谁见到过风?  你没有,我也没有。
          但当风铃轻轻唱, 便是风儿经过时。

                                                          ——改自Christina Rossetti

 

 

 

    风铃的清脆响声往往只属于微风的天气,但是无风的日子,它却会静默不语。不过,当和煦的阳光转化成了电流,“推动”风铃,风铃的轻舞便会打破沉寂,带来一丝清新的活力。

 

    这是一个风铃与BEAM bot的组合。BEAM是Biology(生物)、Electronics(电子)、Aesthetics(美学)和Mechanics(机械)的缩写。顾名思义,这种机器建造法崇尚简洁,以模拟电路为主,成本低,容易上手。

 

    这个风铃就采用的BEAM bot中的倍压式太阳能引擎。当它吸满阳光,便会用风铃外面的线圈吸引风铃的玻璃柱撞击风铃外壳,发出响声。这种电路能真正做到免维护,也不需要为电池的更换和处理花费心思。只要有阳光,它就可以不停地工作下去。

 

    这个制作材料简单,且不涉及编程。风铃、少量元器件、烙铁、焊锡丝和万用表就是所有需要的材料和工具。材料募集完成后,经过十几分钟的制作,你就可以看到风铃在阳光的驱动下发出响声。

 

 

         材料准备

         

 

       太阳能电池板 (2V×2 或 4V×1)
       电容 (4700μF×2 或 2200μF×4, 耐压高于5V)
       MN1381-L 
       PNP、 NPN三极管各1只 (9012+9013或8050+8550)
       低压降二极管1只 (MBR0520或1N60或1N5817)
       电阻 2个(1kΩ,无需精确)
       电磁线圈1个
       洞洞板或自行制作PCB(未示出)
       风铃1只(未示出)
       钕铁硼磁铁1小块(未示出)

 

 

    风铃宜选用日式江户风铃。这种风铃通体以玻璃制成,所以不会影响磁力线通过。同时外壳往往较大,可以比较容易在外壳上安装电路和太阳能电池板。而且江户风铃内部往往绘制有不同的图案,可以依照自己的喜好选取合适的款式。

 

 

     

  电路图       

                       做好的实物

   依照电路图,我们可以很容易地在洞洞板上搭建。不过,如果对电路还不太熟悉,也可以先在面包板上搭,看看它的工作过程。如果工作正常,再转移到洞洞板上。唯一要注意的就是,少数厂家的三极管可能与一般的三极管引脚排列不同,有条件的话,不妨先自行测量一下。

 

    电路的核心是一个两倍压太阳能引擎(The Vx2SE solar engine)。这个电路在静息时通过二极管为电容充电,当电容电压足够高,使电压触发器输出高电平时,两组电容经过三极管VT1和VT2形成串联结构,以两倍的电压向电磁铁放电,从而形成更大的电流来推动电磁铁。之所以采用这种引擎,是因为太阳能电池的功率有限,不能直接推动电磁铁。同时,持续的吸合也没有意义。这种电路将太阳能集中在一小段时间内释放,从而可以提供足够的动力来敲响风铃。

 

    电路组装完成后,将它贴在风铃外壁上,小心调节电路的位置,使整个风铃有一定的倾斜,使得玻璃柱可以靠近电磁铁。然后,在玻璃柱最靠近电磁铁的位置上贴上一小块钕铁硼磁铁。这样,磁铁会在磁场的吸引下撞击外壳,发出响声,而当太阳能引擎电力耗尽时,磁场消失,磁铁摆回原来的位置,等待下一次吸引。

 

    由于磁场的强度在距离增加时呈立方关系衰减,所以缩短距离意义重大。过远的距离会使磁铁纹丝不动。而同时,距离也不能过近,否则较短的加速距离会使发出的响声较小。

 

 

                

 

         

           

    至此,即使无风,在阳光照耀下,电磁铁也会周期性地吸引磁铁撞击外壳,发出响声,让风铃在无风时也能继续演奏。

 

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