TI工程师Johann Zipperer是一位电子产品狂热者,从他家中那装满照明装置的花园,以及花费多年、自身打造的内建远程可调式LED灯栅栏,就可看出他对创造与发明的热忱和努力。

充满节气的秋冬已经悄悄到来,你是否也正想着要如何装饰自己的家,为即将到来的圣诞节增添一点过节气氛?有位任职德州仪器(TI)的工程师Johann Zipperer是一位电子产品狂热者,从他家中那装满照明装置的花园,以及花费多年、自身打造的内建远程可调式LED灯栅栏,就可看出他对创造与发明的热忱和努力。

如果你有幸踏入Johann的工作室,你会看到一台自制3D打印机, Johann主要用它来制作订制工具,以打造他的DIY智能家居。除此之外,最引人注目的还有那台像艺术品一般、挂在墙上的触摸屏中央控制单元。

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图1:Johann自制的3D打印机。

在TI工作的25年间,Johann在位于德国佛莱辛(Freising, Germany)的办公室里度过了大部分时光。他一直希望开发一套适应性强的照明系统──既为他的花园提供照明,也不会影响到周围的邻居,而这项工程花费了好几年才完成。

在项目的第一阶段,Johann设计并建造了一条长约40公尺的不锈钢栅栏。随后,他又添加了17个装有LED灯的栅栏柱,柱间间隔2.5米,透过栅栏内置的电缆来连接电源。

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图2:别具一格的花园栅栏。

由于每个栅栏柱上的光致动器都由一个MSP430微控制器控制,这些LED灯都能够独立控制,利用混合红、绿和蓝光信号来调整光的亮度和色调。例如,在地面有积雪的情况下,光致动器可以调暗灯光以减少积雪带来的刺眼反光;而在节日期间,光致动器还能改变灯光颜色或者增强亮度来烘托节日气氛。

Johann最初设计的系统由PC控制,但最近他开发的框架式触摸屏中央控制单元已经取代了原有的PC。

透过在项目中的努力,Johann不仅开发了几项新技术,同时,他的几个新专利也正在申请中。这些专利包括在点灯的230V电源线中实现数据传输,以及用于灯具实时调控的系统总线和MSP430TM微控制器。

Johann的另一个DIY成果是家用自制3D打印机,他利用这台打印机进行塑料零件的模型制作和修改,并在2014年德国佛莱辛举办的DIY with TI活动中向参观者展示了这一项设计。

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图3:家用3D打印。

和栅栏照明系统一样,3D打印机也采用了MSP430微控制器,以及用于机械和光学读取头的距离传感器和开关。Johann表示,使用3D打印机过程中的一项重要挑战便是选择能够以正确的方式流动与固化材料。经过一系列实验,他选中了绿色环保的生物塑料,例如聚乳酸(polylactide acid)。

Johann还使用3D打印机制作出一些实用性工具。对这种非标准自制工具的需求,是他在改造自己房子时意识到的,特别是在安装用于供暖和供应热水的太阳热能交换器时。针对不同类型的任务,往往需要使用不同尺寸的扳手(42mm、60mm和65mm),例如锁紧暖气出口或切割螺纹时,所需要的扳手尺寸都是不同的。

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图4:在家享受DIY乐趣的Johann。

“打造一把属于自己的扳手并不是像火箭科学那样复杂,”Johann开玩笑地说道,“虽然NASA也正在研究将3D打印这种制造方法应用于航天领域。”

此外,Johann也曾使用3D打印机为房屋周围安装的风扇制作网格盖。家中的智能房间安装了湿度和温度传感器,可以与MSP430微控制器相互配合,在需要时启动风扇。然而,启动后的风扇虽然为室内降温,却同时产生了外观和实用性的冲突问题——它们看起来一点也不美观,更糟的是,窗帘还常常会被卷在风扇里。

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图5:解决方案就是这个看似简单的网格盖,它既防止了窗帘不被卷入风扇中,同时也让风扇更美观。

DIY小发明使Johann的能够跳脱出日常工作的思维局限,以更广阔的视野看待工程设计。他表示这也反过来帮助他在解决客户面临的挑战时以更深刻的见解投入工作──例如他在日常工作中其实不需用到流体力学方面的知识,但是经由DIY项目,他获取了流体力学知识,而且能进一步帮助他在开发水量计的工作时获得支持和灵感。

Johann不但为他的DIY巧思和解决常见问题的动手能力感到自豪,同时也乐于分享,建立共享文文件和材料清单,让其他人也可以从他的经验中学习和借鉴,延续其对发明的热情。

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