幾天前我和好友Max (編按:EEWeb的主編Max Maxfield)聊到目前正在進行的電子設計案,然後拿它們來跟我們小時候做的東西比較;我提到在10歲的時候設計過一個裝置,讓我爸爸非常驕傲、還在他所有朋友面前炫耀…Max認為這會是一個很棒的故事,因此接下來就讓我說給各位讀者聽吧!

時間回溯到1965年,那時候我做的東西外觀是一個看起來有點像老式麥克風、外面佈滿小洞的小硬紙盒,裝在我關閉著的臥室門旁邊,當我走到盒子旁邊對著它說:「Open!」,臥室門很快就會開啟,當我走進房間、轉身,門又會緩緩關上。

想想看,49年前是沒有微控制器(MCU)的,而且對一個10歲小朋友來說也只能拿到便宜簡單的零件,所以我到底是怎麼做出那樣的裝置?請聽我詳細說來…

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上面就是我設計的裝置草圖,該系統所需的零件包括釘子、螺絲孔、粗橡皮筋與細橡皮筋、繩子、圖釘、迴紋針、紙、硬紙板、1號電池、永久磁鐵,以及膠帶。

怎麼開門?

該裝置是怎麼把門打開的?首先把數條粗橡皮筋串在一起,將某一端綁上迴紋針,另一端則是綁在房間裡面的門把上;房間內有一面牆壁對著門軸的那一側、與之垂直,我在那面牆接近地板的位置上釘了釘子,它指向的角度是當門完全打開時,門把的位置。

粗橡皮筋綁著迴紋針的那一端掛在鐵釘上,門關著的時候迴紋針會因為與橡皮筋呈現陡峭的角度而抓緊釘子;不過當門打開,與橡皮筋的角度會增加至迴紋針滑下釘子的那一點,放鬆了拉緊的橡皮筋。

怎麼關門?

接下來的步驟是自動關門的功能;我在門上方拉了一條用細橡皮筋串成的繩子,用圖釘固定在門上,另一端則是連著門框。這條橡皮筋繩比開門的那根力道弱了很多,因此會讓關門的速度也變得比較緩慢。

把門閂上…

接著是門閂的部分;我在門鎖扣板(striker plate)上鑽兩個螺絲孔,用來托住一根讓門保持關閉的釘子;在釘子的頭部繞了一根繩子,當繩子被拉動時釘子會滑進螺絲孔,讓門可以打開。繩子的另一端綁了永久磁鐵,只要磁鐵往下掉就會拉動繩子;而為了讓磁鐵能在我想讓它往下掉時往下掉,我需要把它吸在某個東西上,然後能在需要的時候放開。

我的解決方案是利用電磁鐵,用漆包線纏繞鐵釘的方法來做。當線圈沒有通電的時候,磁鐵會吸在線圈裡面的鐵釘上;而當電磁鐵通電的時候就會被激發磁性,其N極會與永久磁鐵的N極相斥。因此激發電磁鐵磁性就會讓永久磁鐵掉下來,然後把鐵釘拉出螺絲孔,這時用來開門的粗橡皮筋就會讓門整個打開。

主控開關

啟動電磁鐵的是兩個串連的1號電池,電線貼在磁鐵的兩極;而最後要完成這個設計,還得搭配一個非常聰明的啟動開關。我的開關是用硬紙板、細線、圖釘、迴紋針、幾張紙還有膠帶做成的;細線是從一整束線中剝離出來的,連著一個迴紋針然後貼在一張紙上,作為開關的一個接點,使用細線的原因是減輕重量,讓紙能維持靈活度。

開關的另一個接點就是釘在牆上的一個圖釘,與細線吊著的迴紋針相對;用一片硬紙板隔開紙張與牆壁,以提供開放觸點的氣隙(air gap)。我做了一個外面有氣孔的硬紙盒作為開關的外觀,觸發開關是因為我說出「Open」這個字的P字母發音時,會吹動裡面的紙,然後迴紋針與圖釘就會相觸。

然後你就了解了;當我對著硬紙盒說「Open」,就會讓開關觸點接近,然後前述門閂的磁鐵就會掉落,把繩子拉動讓門閂打開,接著門後的粗橡皮筋就會讓房門很快打開;等到們整個打開,粗橡皮筋放鬆了,門頂上的細橡皮筋繩會緩緩把門拉上。

最後的挑戰

不過我在運作這個裝置時遇到的最後一個問題,就是只能成功示範進房間,我一直沒能再設計讓它在我要出房間的時候也能運作;部分原因是我爸不希望我把房間弄得太亂,也有部分原因是複雜度會更高。你想挑戰看看嗎?請注意我那時候只有10歲,而且能取得的技術是有限的;你能幫幫忙告訴那個時候的我,該怎麼做才能讓它能裝在房門另一面?

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Solving a 49-Year-Old Conundrum,by Ivan Cowie)