誰見到過風? 你沒有,我也沒有。
但當風鈴輕輕唱, 便是風兒(er) 經過時。
——改自Christina Rossetti
風鈴的清脆響聲往往隻屬於(yu) 微風的天氣,但是無風的日子,它卻會(hui) 靜默不語。不過,當和煦的陽光轉化成了電流,“推動”風鈴,風鈴的輕舞便會(hui) 打破沉寂,帶來一絲(si) 清新的活力。
這是一個(ge) 風鈴與(yu) BEAM bot的組合。BEAM是Biology(生物)、Electronics(電子)、Aesthetics(美學)和Mechanics(機械)的縮寫(xie) 。顧名思義(yi) ,這種機器建造法崇尚簡潔,以模擬電路為(wei) 主,成本低,容易上手。
這個(ge) 風鈴就采用的BEAM bot中的倍壓式太陽能引擎。當它吸滿陽光,便會(hui) 用風鈴外麵的線圈吸引風鈴的玻璃柱撞擊風鈴外殼,發出響聲。這種電路能真正做到免維護,也不需要為(wei) 電池的更換和處理花費心思。隻要有陽光,它就可以不停地工作下去。
這個(ge) 製作材料簡單,且不涉及編程。風鈴、少量元器件、烙鐵、焊錫絲(si) 和萬(wan) 用表就是所有需要的材料和工具。材料募集完成後,經過十幾分鍾的製作,你就可以看到風鈴在陽光的驅動下發出響聲。
材料準備
太陽能電池板 (2V×2 或 4V×1)
電容 (4700μF×2 或 2200μF×4, 耐壓高於(yu) 5V)
MN1381-L
PNP、 NPN三極管各1隻 (9012+9013或8050+8550)
低壓降二極管1隻 (MBR0520或1N60或1N5817)
電阻 2個(ge) (1kΩ,無需精確)
電磁線圈1個(ge)
洞洞板或自行製作PCB(未示出)
風鈴1隻(未示出)
釹鐵硼磁鐵1小塊(未示出)
風鈴宜選用日式江戶風鈴。這種風鈴通體(ti) 以玻璃製成,所以不會(hui) 影響磁力線通過。同時外殼往往較大,可以比較容易在外殼上安裝電路和太陽能電池板。而且江戶風鈴內(nei) 部往往繪製有不同的圖案,可以依照自己的喜好選取合適的款式。
電路圖
做好的實物
依照電路圖,我們(men) 可以很容易地在洞洞板上搭建。不過,如果對電路還不太熟悉,也可以先在麵包板上搭,看看它的工作過程。如果工作正常,再轉移到洞洞板上。唯一要注意的就是,少數廠家的三極管可能與(yu) 一般的三極管引腳排列不同,有條件的話,不妨先自行測量一下。
電路的核心是一個(ge) 兩(liang) 倍壓太陽能引擎(The Vx2SE solar engine)。這個(ge) 電路在靜息時通過二極管為(wei) 電容充電,當電容電壓足夠高,使電壓觸發器輸出高電平時,兩(liang) 組電容經過三極管VT1和VT2形成串聯結構,以兩(liang) 倍的電壓向電磁鐵放電,從(cong) 而形成更大的電流來推動電磁鐵。之所以采用這種引擎,是因為(wei) 太陽能電池的功率有限,不能直接推動電磁鐵。同時,持續的吸合也沒有意義(yi) 。這種電路將太陽能集中在一小段時間內(nei) 釋放,從(cong) 而可以提供足夠的動力來敲響風鈴。
電路組裝完成後,將它貼在風鈴外壁上,小心調節電路的位置,使整個(ge) 風鈴有一定的傾(qing) 斜,使得玻璃柱可以靠近電磁鐵。然後,在玻璃柱最靠近電磁鐵的位置上貼上一小塊釹鐵硼磁鐵。這樣,磁鐵會(hui) 在磁場的吸引下撞擊外殼,發出響聲,而當太陽能引擎電力耗盡時,磁場消失,磁鐵擺回原來的位置,等待下一次吸引。
由於(yu) 磁場的強度在距離增加時呈立方關(guan) 係衰減,所以縮短距離意義(yi) 重大。過遠的距離會(hui) 使磁鐵紋絲(si) 不動。而同時,距離也不能過近,否則較短的加速距離會(hui) 使發出的響聲較小。
至此,即使無風,在陽光照耀下,電磁鐵也會(hui) 周期性地吸引磁鐵撞擊外殼,發出響聲,讓風鈴在無風時也能繼續演奏。