用Arduino作为控制设备让各种作品动起来吧! 第3篇:电磁执行器的自制方法

第1篇:用Arduino控制曲别针电动机
第2篇:非接触式开关的制作与控制

 

我们推出了一项新计划,即通过使用了Arduino的简单制作来学习电子制作的原理和基础知识。此次为我们分享的嘉宾是伊藤尚未先生,他活跃于媒体艺术领域,并且在书籍领域以讲解“更深入的情节”而闻名。第三篇将介绍电磁执行器的自制方法。

 

目录

  1. 前言
  2. 电磁执行器的自制方法
  3. 享受用Arduino控制的乐趣

 

1. 前言

大家好!我是伊藤尚未。

我最喜欢的东西之一是电磁铁。“磁力”本身虽然存在,但是却看不见,即使有一定距离也能相吸相斥,拥有简直像魔法一样移动物体的力量,这些都让人着迷,让人觉得不可思议。

过去,我曾在1993年在名古屋举办的国际双年展上,凭借名为“MY CASTLE”的发声物体的作品赢得了头奖,该作品也使用了电磁铁。

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MY CASTLE(1993)

 

虽然已经是30多年前的作品了,但时至如今还偶尔有机会展出。当时控制用的是MSX,但其实这种MSX到如今也在用,是非常出色的电脑。

顺便提一下,这个连载系列的第1篇中出现的曲别针电动机也同样利用了电磁铁的力量,而这次我们将尝试使用线圈并使其具有电磁铁的作用。

 

2. 电磁执行器的自制方法

说到电磁铁,可能有些人小时候做过一种简易作品:将漆包线缠绕在合适的钉子上,然后将其与电池连接起来。这是一个测试可以连接多少个曲别针的实验。令人遗憾的是,如今的孩子们很难玩到这样的游戏。在实验课上让孩子们制作时,有些孩子因为绕线很费劲,或者线搅在一起,就不喜欢而放弃了,但一旦做成功之后就玩得很开心。

数字化教材固然好,但不碰实物就无法亲身感受电线的硬度和体验处理的难度。制作的乐趣和难度,只有在实际动手去做、去尝试才能有切身体会。

那么我们进入正题,只将线圈缠绕在钉子上的电磁铁就足够了,但这次我想让磁芯可移动,所以将线圈缠在了吸管上。这样,只要通电,线圈就变成了电磁铁,就能够制作磁芯可移动的制动器了。

如果做成产品,称之为“螺线管”,日本的“TAKAHA机工”在该领域很有名。

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在线圈中心插入一个可动铁片,当电流通过线圈时,会产生磁力,铁片就会被吸上去。就像一块磁铁吸上铁一样,不会相斥。

螺线管的目的就是利用这种磁力“吸引可动的铁片”,因此在框架或内部放置一个固定铁芯,使其成为一个有效的运动部件。

我想自己简单地制作一个螺线管,所以我将线圈缠绕在吸管上,用钉子当作可动的铁片。当我将其连接电池通电时,可以看到它确实动起来了!

arduino-control-clipmotor-03-04

 

 

接下来,我为大家介绍一下它的实际制作方法。首先,在绕线之前,我想在一定程度上确定线圈尺寸,所以我用纸板制作了一个垫圈,并用环氧树脂粘合剂固定。

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用圆刀将纸板切割成直径约15毫米的圆盘。

 

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再用单孔打孔器打一个孔,然后将其穿过吸管。孔的直径为5.5毫米,和我在DAISO买的吸管完美吻合。

吸管的材料是聚丙烯,所以用环氧树脂粘合剂是无法粘牢的,但我想哪怕粘得不是很牢,在缠绕漆包线期间暂且粘合也可以,所以还是涂了粘合剂。

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将漆包线缠绕在这个吸管上。漆包线我用的是ELPA生产的0.4mm直径10m规格的产品,一般都可以在家装用品店买到。

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我很有耐心地缠绕了大约320圈。

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最好将绕组末端与绕组开始端的漆包线合在一起稍微扭两下,这样就不会散开了。

用砂纸或刀具去除漆包线末端的外涂层。把少量焊料轻轻涂上可以将其插入面包板(如果焊料太多太厚就很难插入面包板了)。

现在,一个执行器制作完成。当我将钉子放入吸管中并直接连接电池通电时,钉子动起来了,所以我按照这个方式制作了4个执行器。

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3. 享受用Arduino控制的乐趣

为了能够用Arduino控制它们,就需要连接电路,使这个线圈可以被晶体管驱动。

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我使用的晶体管是具有达林顿结构、集电极电流高达2A的“2SD1866”。技术规格书上写着“电机和继电器驱动用”。电机和继电器都有线圈,继电器也可以说是一种用电磁铁打开和关闭触点的执行器,所以我觉得这种晶体管也适用于这次的电磁铁。面向文字显示面,从左到右依次是E、C、B。

电路从Arduino的每个输出引脚分别通过20kΩ的电阻器,连接到“2SD1866”的基极,并将自制线圈串联到集电极。线圈侧电源为3V,即两节干电池串联。

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这样,通过打开和关闭引脚10~13的输出,线圈中的钉子应该会上上下下运动。

arduino-control-clipmotor-03-14

 

将电路组建在面包板上,样子如下:

arduino-control-clipmotor-03-15

 

由于是4个相同电路并联,所以排成一列的样子还是很有美感的。

我将钉子尖朝上插入的线圈并列固定在硬纸板上,并制作了如图所示的底座。底座上还组装了面包板。为了减少噪声,我在可动钉子的底部铺设了毛毡。

arduino-control-clipmotor-03-16

 

Arduino的草图可为每个线圈通电0.1秒,然后用Delay调整通电时间点。

void setup() {

  pinMode(13, OUTPUT);
  pinMode(12, OUTPUT);
  pinMode(11, OUTPUT);
  pinMode(10, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);  
  delay(100);               
  digitalWrite(13, LOW);    
  delay(500);               
  digitalWrite(12, HIGH);  
  delay(100);             
  digitalWrite(12, LOW);  
  delay(500);               
  digitalWrite(11, HIGH);  
  delay(100);          
  digitalWrite(11, LOW); 
  delay(500);           
  digitalWrite(10, HIGH); 
  delay(100);                
  digitalWrite(10, LOW);   
  delay(500);              
     
}

 

当我迫不及待地打开电源时,它开始有节奏地动起来了。

我暂且设置为按顺序依次通电,但当我尝试同时为几个线圈通电时,它们不动。我想这大概是因为干电池侧可以通过的瞬时电流达到极限了。

这真是太有趣了,所以我就尝试修改了草图,试着呈现出了下面这样的动作。

像这样制作实际运动的作品时,会让人觉得可以实现各种可能性。其实,并不是所有的制作都需要像这次一样必须用专用的部件,还有很多可以利用现有部件制作的、潜在着各种可能性的装置等待发掘,只要我们用心去找,精彩多多。盼望大家也试着用自己的独特创意来制作各种作品!

【福利赠送】

这种表达方式是不是蛮有趣的?我试着又制作了一个作品(笑)。可以的话欢迎欣赏它的舞姿!

本系列连载一览

第1篇:用Arduino控制曲别针电动机
第2篇:非接触式开关的制作与控制
第3篇:自制电磁执行器的制作方法(本章)
第4篇:享受控制RGB LED灯的乐趣
第5篇:用Arduino控制伺服电机来演奏乐器!

伊藤 尚未
伊藤 尚未

日本电子制作普及推进委员会代表、媒体艺术家。作为科普作家、假扮动物园管理员的电工、理科实验课堂讲师、工作坊讲师、教材开发人员等,积极参与各种活动。 在月刊《儿童科学(诚文堂新光社)》连载电子制作项目长达19年,代表著书有《电子制作大图鉴》、《电子制作完美指南》。

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