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如何制作一个框内图画切割机?

时间:2019-03-15 作者:Brian Dipert 阅读:
也许有些人知道,Banksy是著名的英国街头艺术家、活动家和导演(他仍然不透露真实姓名,尽管早已为大众所知几十年)。在去年底的一次苏富比拍卖会上,他创作的一幅画在获得超过130万美元(100万英镑)的拍卖价后,突然自毁了。

也许有些人知道,Banksy是著名的英国街头艺术家、活动家和导演(他仍然不透露真实姓名,尽管早已为大众所知几十年)。在去年底的一次苏富比拍卖会上,他创作的一幅画在获得超过130万美元(100万英镑)的拍卖价后,突然自毁了。

这个“气球女孩”墙画自毁的视频,发布在Banksy的YouTube频道网站(以及他的Instagram帐户)上。

那么Banksy是如何搞出这种备受关注的噱头,在画框内安装所有必要的电气和机械器件……(如果不能更胜一筹的话)你又怎么能自己复制呢?关于Banksy绝技的细节无从查找,但结合我自己的工程经验,我来尝试回答这些问题。

切割装置

让我们从设计中最引人注目的地方开始,就是切割绘画的硬件。我猜你想到的第一个东西就是碎纸机。因此,为了让你集中精力开动脑筋,我将从我的InfoGuard NX80P碎纸机上部的一些照片开始,它包括电机和滚轮,并装在一个类似2.5加仑垃圾桶的塑料容器中(图1)。

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图1:InfoGuard NX80P碎纸机。

你可以看到,我已经穿破了保修贴纸以触到它下面的螺丝,尝试重新启动它的自动停止装置。

这种方法有多方面的好处:首先,InfoGuard NX80P(据说至少)可以同时撕碎八张纸,还可以切碎比较有韧性的塑料信用卡、光盘等。此外,凭借其坚固的设计(以及重力),它可以抓住并拉动待切碎的材料进入破碎装置。

烧脑的部分在这里:它的重量超过6磅,尺寸大约是13"×7"×4"。这怎么能塞进一个画框里呀?更不用说它还需要采用交流供电了。直流供电的碎纸机确实也有,可以在Amazon上找到由两节AA电池驱动的Shreddie碎纸机,或者类似产品。但是Shreddie最多只能处理4.5"宽的纸张,而且网上对这些产品的可靠性和电池寿命评论也不怎么友好。

事情是这样的:粉碎式碎纸是将一张纸碎成一堆纸屑,其目的是处理机密信息,但在这里有点过头了。事实上,如果您已经看过本文开头提到的Banksy视频,就会注意到对“气球女孩”墙画所做的更像是将画切割成条。至少从概念上讲,你可以让纸张穿过一排固定不动的刀片来实现这个更明智的目标。这样更紧凑,供电也容易了。从视频可以看出这正是他所做的,他使用了一排由38个刀片组成的切割组合,让我联想到用来制作塑料和木头模型的X-Acto刀片。

这里有一个潜在的小问题。将纸张推入其下方的一排刀片,而不是像碎纸机那样将其拉入滚筒,这样就有可能出现最初的纸片不能成功穿入刀片(特别是对平均厚度比纸张厚的画布材料),导致切片装置前面出现皱巴巴的卡纸。毕竟,刀片要锋利就必须很薄,而且空气中的湿气和灰尘会引起锈蚀,可能还有其他长期的环境影响。Banksy的视频声称他在拍卖前“几年”就已经组装好了画框。

然而,如果最初的穿孔已经到位并且纸张已经部分馈入切片机,则成功的可能性要大得多。我打赌,事实确实如此。仔细观察切片后的状态,你会在画布中途看到有明显的“弯曲”。还要注意,只有在切片完成后,绘画的切片部分的底部在框架中时才会看到。我猜想,那是因为一旦特技表演开始,它已被预先切片并加载,准备好继续这个碎片流程。

电池组

即使切割装置是无源的,这一设计中仍然有不少其他设备需要供电。例如,将画布向下推到刀片上的电动机(及相连的滚轮),以及激活整个装置的遥控电路(接下来我将会详述这两点)。添加一根交流电源线显然是不现实的,内置一个电池组就成为唯一可行的方案(远距离无线供电和太阳能电池也不是可行的选择)。

依我看,首先的两项电池方案就是碱性和锂金属电池。碱性电池每节倒是比较便宜,但在这样的一次性设计中,这不是一个特别关键的选择标准。而锂电池要比干电池有更高的存储电能,这在几个关键方面都是有益的,比如可实现更大的瞬时电流输出(这是克服电机初始静摩擦系数而得以正常启动并顺利切割画布的关键),以及更长的有效期。此外,如果Banksy决定从智能手机、平板电脑或笔记本电脑中拆下电池组,他还可以利用锂聚合物电池的外形可塑的特点(而容易装入画框)。而其可再充电特性在这个特定的应用中却无关紧要。

说到有效期(再次提醒,Banksy声称他在拍卖前“几年”就组装好了这个画框),我将借此机会抛出一个颇有争议的推测(声明:我妻子认为我的推测太离谱了)。很奇怪,苏富比的拍卖师和其他工作人员在听到刺耳的哔哔声(这可以通过一个小型而廉价的压电传感器轻松实现,可能放在遥控发射器端,更有可能位于相框内)和看到画布被切成碎片开始从画框脱落时怎么仍能保持不自然的平静?也许这只是保持永恒宁静的英国人心态的反映,但我对此表示怀疑。

虽然苏富比公开否认,我推测这次表演噱头是拍卖公司事先知道的。具体来说,在这次特殊的拍卖开始之前,就有工作人员将画框背后的电源开关打开了。想一想其轰动效应,Banksy得到了大量的曝光宣传,苏富比同样也得到了公众关注。果然不出所料,竞拍者仍然决定保留这幅切成碎片的画,我想它现在比以前更值钱。每个人都是赢家!

即使没有电动机工作,也不管选择什么电池,电动机漏电流仍然会缓慢地消耗相连的电池组,还有那个“嗅探”遥控接收器电路也会消耗电能。要确保在需要时有一个完全充满电的电池组,唯一可靠的方法是事先完全切断电源。从这一点来判断,苏富比自然就是同谋者。

遥控

观看视频后,您可能(并且准确地)得出结论,切画操作是由观众中的某个人远程启动的。这里要完成的任务其实很简单,只需按一下“开启”按钮。如果成本是一个考虑因素,红外线(IR)肯定符合要求,艾睿电子的IR接收器的批量成本仅为50美分左右,单件数量的价格也不到1美元。

然而,红外线也会带来多个问题。例如,你可不希望看到相机闪光灯输出光谱的红外线部分过早地打开电机电路。另一方面,任何使用过红外线电视遥控器的人都知道,任何环境(特别是室外,虽然在拍卖会这种特殊情况下不适用)的自然背景红外线“辐射”都可能会破坏性地干扰红外遥控发射器的正常发射。然后,事实上红外线只能以视线方式工作。一个想偷偷摸摸做事的人,相信也不敢贸然从观众席上站起来,手拿遥控器指向那幅画!

因此,在这种情况下,我认为蓝牙或其他RF无线方法是最好的。事实上,这似乎正是这次拍卖会上使用的技术。以下是“纽约时报”的报道:

苏富比瑞士公司董事长Caroline Lang在其私人Instagram帐户上张贴的一张照片显示,销售大厅内的一名男子正在操作一个藏在袋子里的电子设备。她说她后来看到一名男子被苏富比的保安人员从大楼中赶出去了。

电机

最后,但同样重要的是,将画布推送到一排刀片中的电机呢?现今高性价比的小型直流无刷电机随处可见。在长期遭受丑闻影响的自行车赛车界又爆出闹剧,有人在赛车的底部支架中安装电机(可能在车座管和/或下伸管中安装有电池),并将它连接到赛车脚踏曲柄臂,以增加赛车手的踩踏力。

若想看看一个集成了电机+RF接收器的组件是什么样子也不难,有现成的可以买到——如果Banksy(或想要成为他的人)不想麻烦自己设计的话。我可以介绍我正在使用的Somfy CL32 RTS型号(参考号:1002422),我家就安装有六个这种无线遥控电机驱动百叶窗转动。图2是一个外部拍摄的镜头,其中一个电机连接到两个并行相连的Somfy 12V锂电池组上(在亚马逊网站和其他地方都有销售),并安装在我家一个房间内窗户的顶部。

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图2:无线遥控电机驱动百叶窗转动。

图3是Somfy Telis 4 RTS遥控器,可以对所有六个电机进行区域控制,边上放个一分钱的硬币作为尺寸比较。

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图3:Somfy Telis 4 RTS遥控器。

我们再回到电机组件,其规格表(PDF)包括以下等等信息:

● 电压:12VDC 

● 转矩:0.34Nm

● 热保护:2.5min

● 过流保护:1.2A

● 声级:53dBA

● 速度:68rpm

● RTS的射频:433.42MHz

顺便说一句,最后一项中的“RTS”代表“Radio Technology Somfy”,这是Somfy的一项专有协议。

颇为讽刺的是,提及本文讨论到的那些电机,我在几年前从一家百叶窗零售商那里购买并安装后不久,他们不得不派人来更换所有六个CL32 RTS,因为电池组电量已经耗尽(我被告知 ,原因是故障电机从未完全“关闭”)。我说服安装人员让我保留那六个原来的Somfy电机,我脑子里盘算着将来可以做拆解用。这是其中之一,再次用一分钱硬币做对比(图4)。

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图4:CL32 RTS。

那根全白的线是天线,而双色双线连接到电池组。从CL32 RTS一端出来的黑色金属杆插入百叶窗的滚轴装置。要拆除它需要使用我的iFixit 64合1螺丝刀套装。图5是无杆CL32 RTS的所有侧面和末端视图:

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图5:无杆CL32 RTS的所有侧面和末端特写。

让我们探入内部。拆卸两侧的塑料架很容易,只需要一把平头螺丝刀作为杠杆臂。拆掉顶部更加直截了当,只需松开两个十字头螺丝。电机组件就暴露无遗(图6)。

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图6:拆开CL32 RTS,露出电机组件。

从图6可以看到,电机、RF和电压调节线路板(我猜这是它的功能,因为天线和电池组接线直接连接到它),以及沿着侧面安装的电机控制电路板(我再次猜测是这样,根据连接两者的线路组)。

图7的近距离透视图是RF和电压板,以及连接到侧边匹配电机控制pcb的情况。这些电路板被蒙上了我以前从未见过的神秘的琥珀色半透明胶带(读者朋友,除了可能的绝缘保护外还有什么用途?)

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图7:RF和电压板近距离特写。

您可能没有注意到神秘的琥珀色半透明胶带下面还有一个十字头螺丝。或许这只是我……我用一个平头螺丝刀扭了几分钟,试图撬起RF板,错误地猜测要处理掉顽固的胶水。然后我意识到是什么把pcb固定起来了。将那个十字头螺丝松开就好了。

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图8:松开螺丝,卸下pcb

RF和电压pcb这一侧的主要IC是Maxim的MAX1473,这是一个315MHz/433MHz ASK(幅移键控)数据超外差接收器。我是对的!我猜测右下角的IC是一个电压调节器,但我无法辨别其上的任何标记。

经过繁琐的黄色胶带清除过程(这东西可真是非常顽固!),我能够清楚地看到电机控制pcb。Atmel(现在是Microchip公司)的ATmega644PA在前端占据了显耀地位。 鉴于这种8位AVR微控制器的外设组合和功能特性,我对我最初的预测非常有信心,这个特别的pcb主要功能就是“电机控制”。

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图9:电机控制pcb

摆脱胶带束缚后,电机也表现出非常强的磁性(它们像熊一样,一直抓取我的相机镜头框,简直难以分开)。然后,它们马上沾到了一起。 最后,暴露在视线中的是电机编号,以及一些高级规格。

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图10:电机编号及规格。

我不是电机专家,所以最后我只能提供这些拆卸的镜头,而没有任何评论(图11)。

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图11:电机拆解。

就这些了。一个由创意艺术家精心策划的噱头表演引起了公众注目,而其背后的设计并没有像乍看之下那么复杂。

本文为《电子技术设计》20193月刊杂志文章。

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