誰見到過風? 你沒有,我也沒有。
但當風鈴輕輕唱, 便是風兒經過時。
——改自Christina Rossetti
風鈴的清脆響聲往往只屬于微風的天氣,但是無風的日子,它卻會靜默不語。不過,當和煦的陽光轉化成了電流,“推動”風鈴,風鈴的輕舞便會打破沉寂,帶來一絲清新的活力。
這是一個風鈴與BEAM bot的組合。BEAM是Biology(生物)、Electronics(電子)、Aesthetics(美學)和Mechanics(機械)的縮寫。顧名思義,這種機器建造法崇尚簡潔,以模擬電路為主,成本低,容易上手。
這個風鈴就采用的BEAM bot中的倍壓式太陽能引擎。當它吸滿陽光,便會用風鈴外面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,也不需要為電池的更換和處理花費心思。只要有陽光,它就可以不停地工作下去。
這個制作材料簡單,且不涉及編程。風鈴、少量元器件、烙鐵、焊錫絲和萬用表就是所有需要的材料和工具。材料募集完成后,經過十幾分鐘的制作,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, 耐壓高于5V)
MN1381-L
PNP、 NPN三極管各1只 (9012+9013或8050+8550)
低壓降二極管1只 (MBR0520或1N60或1N5817)
電阻 2個(1kΩ,無需精確)
電磁線圈1個
洞洞板或自行制作PCB(未示出)
風鈴1只(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。這種風鈴通體以玻璃制成,所以不會影響磁力線通過。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。而且江戶風鈴內部往往繪制有不同的圖案,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,也可以先在面包板上搭,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。
電路的核心是一個兩倍壓太陽能引擎(The Vx2SE solar engine)。這個電路在靜息時通過二極管為電容充電,當電容電壓足夠高,使電壓觸發器輸出高電平時,兩組電容經過三極管VT1和VT2形成串聯結構,以兩倍的電壓向電磁鐵放電,從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。這種電路將太陽能集中在一小段時間內釋放,從而可以提供足夠的動力來敲響風鈴。
電路組裝完成后,將它貼在風鈴外壁上,小心調節電路的位置,使整個風鈴有一定的傾斜,使得玻璃柱可以靠近電磁鐵。然后,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。
由于磁場的強度在距離增加時呈立方關系衰減,所以縮短距離意義重大。過遠的距離會使磁鐵紋絲不動。而同時,距離也不能過近,否則較短的加速距離會使發出的響聲較小。
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。