Arduino：電磁執(zhí)行器的自制方法

第1篇：用Arduino控制曲別針電動機
第2篇：非接觸式開關(guān)的制作與控制

我們推出了一項新計劃，即通過使用了Arduino的簡單制作來學習電子制作的原理和基礎(chǔ)知識。此次為我們分享的嘉賓是伊藤尚未先生，他活躍于媒體藝術(shù)領(lǐng)域，并且在書籍領(lǐng)域以講解“更深入的情節(jié)”而聞名。第三篇將介紹電磁執(zhí)行器的自制方法。

目錄

前言

電磁執(zhí)行器的自制方法

享受用Arduino控制的樂趣

1. 前言

大家好！我是伊藤尚未。

我最喜歡的東西之一是電磁鐵?！按帕Α北旧黼m然存在，但是卻看不見，即使有一定距離也能相吸相斥，擁有簡直像魔法一樣移動物體的力量，這些都讓人著迷，讓人覺得不可思議。

過去，我曾在1993年在名古屋舉辦的國際雙年展上，憑借名為“MY CASTLE”的發(fā)聲物體的作品贏得了頭獎，該作品也使用了電磁鐵。

雖然已經(jīng)是30多年前的作品了，但時至如今還偶爾有機會展出。當時控制用的是MSX，但其實這種MSX到如今也在用，是非常出色的電腦。

順便提一下，這個連載系列的第1篇中出現(xiàn)的曲別針電動機也同樣利用了電磁鐵的力量，而這次我們將嘗試使用線圈并使其具有電磁鐵的作用。

2. 電磁執(zhí)行器的自制方法

說到電磁鐵，可能有些人小時候做過一種簡易作品：將漆包線纏繞在合適的釘子上，然后將其與電池連接起來。這是一個測試可以連接多少個曲別針的實驗。令人遺憾的是，如今的孩子們很難玩到這樣的游戲。在實驗課上讓孩子們制作時，有些孩子因為繞線很費勁，或者線攪在一起，就不喜歡而放棄了，但一旦做成功之后就玩得很開心。

數(shù)字化教材固然好，但不碰實物就無法親身感受電線的硬度和體驗處理的難度。制作的樂趣和難度，只有在實際動手去做、去嘗試才能有切身體會。

那么我們進入正題，只將線圈纏繞在釘子上的電磁鐵就足夠了，但這次我想讓磁芯可移動，所以將線圈纏在了吸管上。這樣，只要通電，線圈就變成了電磁鐵，就能夠制作磁芯可移動的制動器了。

如果做成產(chǎn)品，稱之為“螺線管”，日本的“TAKAHA機工”在該領(lǐng)域很有名。

在線圈中心插入一個可動鐵片，當電流通過線圈時，會產(chǎn)生磁力，鐵片就會被吸上去。就像一塊磁鐵吸上鐵一樣，不會相斥。

螺線管的目的就是利用這種磁力“吸引可動的鐵片”，因此在框架或內(nèi)部放置一個固定鐵芯，使其成為一個有效的運動部件。

我想自己簡單地制作一個螺線管，所以我將線圈纏繞在吸管上，用釘子當作可動的鐵片。當我將其連接電池通電時，可以看到它確實動起來了！

接下來，我為大家介紹一下它的實際制作方法。首先，在繞線之前，我想在一定程度上確定線圈尺寸，所以我用紙板制作了一個墊圈，并用環(huán)氧樹脂粘合劑固定。

用圓刀將紙板切割成直徑約15毫米的圓盤。

再用單孔打孔器打一個孔，然后將其穿過吸管。孔的直徑為5.5毫米，和我在DAISO買的吸管完美吻合。

吸管的材料是聚丙烯，所以用環(huán)氧樹脂粘合劑是無法粘牢的，但我想哪怕粘得不是很牢，在纏繞漆包線期間暫且粘合也可以，所以還是涂了粘合劑。

將漆包線纏繞在這個吸管上。漆包線我用的是ELPA生產(chǎn)的0.4mm直徑10m規(guī)格的產(chǎn)品，一般都可以在家裝用品店買到。

我很有耐心地纏繞了大約320圈。

最好將繞組末端與繞組開始端的漆包線合在一起稍微扭兩下，這樣就不會散開了。

用砂紙或刀具去除漆包線末端的外涂層。把少量焊料輕輕涂上可以將其插入面包板（如果焊料太多太厚就很難插入面包板了）。

現(xiàn)在，一個執(zhí)行器制作完成。當我將釘子放入吸管中并直接連接電池通電時，釘子動起來了，所以我按照這個方式制作了4個執(zhí)行器。

3. 享受用Arduino控制的樂趣

為了能夠用Arduino控制它們，就需要連接電路，使這個線圈可以被晶體管驅(qū)動。

我使用的晶體管是具有達林頓結(jié)構(gòu)、集電極電流高達2A的“2SD1866”。技術(shù)規(guī)格書上寫著“電機和繼電器驅(qū)動用”。電機和繼電器都有線圈，繼電器也可以說是一種用電磁鐵打開和關(guān)閉觸點的執(zhí)行器，所以我覺得這種晶體管也適用于這次的電磁鐵。面向文字顯示面，從左到右依次是E、C、B。

電路從Arduino的每個輸出引腳分別通過20kΩ的電阻器，連接到“2SD1866”的基極，并將自制線圈串聯(lián)到集電極。線圈側(cè)電源為3V，即兩節(jié)干電池串聯(lián)。

這樣，通過打開和關(guān)閉引腳10～13的輸出，線圈中的釘子應該會上上下下運動。

將電路組建在面包板上，樣子如下：

由于是４個相同電路并聯(lián)，所以排成一列的樣子還是很有美感的。

我將釘子尖朝上插入的線圈并列固定在硬紙板上，并制作了如圖所示的底座。底座上還組裝了面包板。為了減少噪聲，我在可動釘子的底部鋪設了毛氈。

Arduino的草圖可為每個線圈通電0.1秒，然后用Delay調(diào)整通電時間點。

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);              
     
}

當我迫不及待地打開電源時，它開始有節(jié)奏地動起來了。

我暫且設置為按順序依次通電，但當我嘗試同時為幾個線圈通電時，它們不動。我想這大概是因為干電池側(cè)可以通過的瞬時電流達到極限了。

這真是太有趣了，所以我就嘗試修改了草圖，試著呈現(xiàn)出了下面這樣的動作。

像這樣制作實際運動的作品時，會讓人覺得可以實現(xiàn)各種可能性。其實，并不是所有的制作都需要像這次一樣必須用專用的部件，還有很多可以利用現(xiàn)有部件制作的、潛在著各種可能性的裝置等待發(fā)掘，只要我們用心去找，精彩多多。盼望大家也試著用自己的獨特創(chuàng)意來制作各種作品！

本系列連載一覽

第1篇：用Arduino控制曲別針電動機
第2篇：非接觸式開關(guān)的制作與控制
第3篇：自制電磁執(zhí)行器的制作方法（本章）
第4篇：享受控制RGB LED燈的樂趣
第5篇：用Arduino控制伺服電機來演奏樂器！

審核編輯黃宇