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10岁小工程师的大发明

2019-08-28 Ivan Cowie 阅读:
10岁小工程师的大发明
时间追溯到1965年,那时候我做的东西外观是一个看起来有点像老式麦克风、外面布满小洞的小硬纸盒,装在我关闭着的卧室门旁边…

几天前我和好友Max (编按:EEWeb的主编Max Maxfield)聊到目前正在进行的电子设计项目,然后拿它们来跟我们小时候做的东西比较;我提到在10岁的时候设计过一个装置,让我爸爸非常骄傲、还在他所有朋友面前炫耀…Max认为这会是一个很棒的故事,因此接下来就让我说给各位读者听吧!tRZednc

时间追溯到1965年,那时候我做的东西外观是一个看起来有点像老式麦克风、外面布满小洞的小硬纸盒,装在我关闭着的卧室门旁边,当我走到盒子旁边对着它说:“Open!”,卧室门很快就会开启,当我走进房间、转身,门又会缓缓关上。tRZednc

想想看,49年前是没有微控制器(MCU)的,而且对一个10岁小朋友来说也只能拿到便宜简单的零件,所以我到底是怎么做出那样的装置?请听我详细说来…tRZednc
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上面就是我设计的装置草图,该系统所需的零件包括钉子、螺丝孔、粗橡皮筋与细橡皮筋、绳子、图钉、回形针、纸、硬纸板、1号电池、永久磁铁,以及胶带。tRZednc

怎么开门?tRZednc

该装置是怎么把门打开的?首先把数条粗橡皮筋串在一起,将某一端绑上回形针,另一端则是绑在房间里面的门把上;房间内有一面墙壁对着门轴的那一侧、与之垂直,我在那面墙接近地板的位置上钉了钉子,它指向的角度是当门完全打开时,门把的位置。tRZednc

粗橡皮筋绑着回形针的那一端挂在铁钉上,门关着的时候回纹针会因为与橡皮筋呈现陡峭的角度而抓紧钉子;不过当门打开,与橡皮筋的角度会增加至回纹针滑下钉子的那一点,放松了拉紧的橡皮筋。tRZednc

怎么关门?

接下来的步骤是自动关门的功能;我在门上方拉了一条用细橡皮筋串成的绳子,用图钉固定在门上,另一端则是连着门框。这条橡皮筋绳比开门的那根力道弱了很多,因此会让关门的速度也变得比较缓慢。tRZednc

把门闩上

接着是门闩的部分;我在门锁扣板(striker plate)上钻两个螺丝孔,用来托住一根让门保持关闭的钉子;在钉子的头部绕了一根绳子,当绳子被拉动时钉子会滑进螺丝孔,让门可以打开。绳子的另一端绑了永久磁铁,只要磁铁往下掉就会拉动绳子;而为了让磁铁能在我想让它往下掉时往下掉,我需要把它吸在某个东西上,然后能在需要的时候放开。tRZednc

我的解决方案是利用电磁铁,用漆包线缠绕铁钉的方法来做。当线圈没有通电的时候,磁铁会吸在线圈里面的铁钉上;而当电磁铁通电的时候就会被激发磁性,其N极会与永久磁铁的N极相斥。因此激发电磁铁磁性就会让永久磁铁掉下来,然后把铁钉拉出螺丝孔,这时用来开门的粗橡皮筋就会让门整个打开。tRZednc

主控开关

启动电磁铁的是两个串连的1号电池,电线贴在磁铁的两极;而最后要完成这个设计,还得搭配一个非常聪明的启动开关。我的开关是用硬纸板、细线、图钉、回形针、几张纸还有胶带做成的;细线是从一整束线中剥离出来的,连着一个回形针然后贴在一张纸上,作为开关的一个接点,使用细线的原因是减轻重量,让纸能维持灵活度。tRZednc

开关的另一个接点就是钉在墙上的一个图钉,与细线吊着的回形针相对;用一片硬纸板隔开纸张与墙壁,以提供开放触点的气隙(air gap)。我做了一个外面有气孔的硬纸盒作为开关的外观,触发开关是因为我说出“Open”这个字的P字母发音时,会吹动里面的纸,然后回形针与图钉就会相触。tRZednc

然后你就了解了;当我对着硬纸盒说“Open”,就会让开关触点接近,然后前述门闩的磁铁就会掉落,把绳子拉动让门闩打开,接着门后的粗橡皮筋就会让房门很快打开;等到门整个打开,粗橡皮筋放松了,门顶上的细橡皮筋绳会缓缓把门拉上。tRZednc

最后的挑战

不过我在运行这个装置时遇到的最后一个问题,就是只能在房间里成功设置该装置来进行演示,我一直没能设计出从房间外面搭起该装置;部分原因是我爸不希望我把房间弄得太乱,也有部分原因是复杂度会更高。你想挑战看看吗?请注意我那时候只有10岁,而且能取得的技术是有限的;你能帮帮忙告诉那个时候的我,该怎么做才能让它能装在房门另一面?tRZednc

(原文刊登于ASPENCORE旗下EETimes网站,参考链接:Solving a 49-Year-Old Conundrum,由Judith Cheng编译。)tRZednc

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