红外引导的月饼盒小船

作者: 保福寺桥南

来源: 中科院物理所

发布日期: 2016-09-24 10:20:49

本文详细介绍了如何利用月饼盒和红外遥控技术制作一个小船,并解释了其工作原理。文章还提到了实验所需的材料和具体步骤,以及如何通过红外接收二极管和场效应管控制小马达的工作。

这次的实验效果如下,具体步骤在下面。

正经玩每周六上午会推送一个好玩的科学实验,可以由家长大朋友带着小朋友在家里动手操作。希望正经玩陪您度过每一个温馨的亲子周末,让小朋友的童年充满知识、爱和陪伴。

所需材料:红外遥控器、带小风扇的马达,电池、月饼盒、所标杯(可忽略……)MOS管、二极管、电阻、红外发射、接收二极管纽扣电池(将红外发光二极管如图放置,便可发出红外光)。

中秋节刚过完,我们用手里的月饼盒废物利用,做一个红外控制的小船吧。

详细步骤看下面的视频,小编的桌面微微乱了一点,深夜十一点多来不及收拾了,说做就做。

做好的样子如下。

使用遥控器在空气中的测试效果如下。

使用纽扣电池带动的红外发光二极管效果如下,搁水里用遥控器玩。

直接使用纽扣电池带动的红外LED转得更快,你可以认为此处的红外发光二极管是常亮的(人眼看不见),而遥控器的是间歇性发光的(红外脉冲信号)。

原理示意图如下,左边是红外的发射,右边是红外接收和控制小马达电路。

普通的发光二极管的工作压降大约1.7V左右,至于为什么直接连接红外发光二极管到3V的纽扣电池上面不会烧坏,是因为纽扣电池的内阻较大,即使电池两端短路也就几十毫安的电流。但是如果把3V内阻很小的电压源加到红外发光二极管上面,二极管很容易被烧坏。

注意二极管腿长的那一引脚是正极。

为了直观理解,你可以认为红外接收二极管在接收到红外光后“电阻很小”,此时“很小的电阻”和10K的R2分压,节点A就是高电压,因为节点A连接到了场效应管的控制极,高电压“打开了”场效应管,小马达和红色LED就工作起来了。

同样的,在没有接受到红外光的时候,红外接收二极管在接收到红外光后“电阻很大”,此时“很大的电阻”和10K的R2分压,节点A就是低电压,因为节点A连接到了场效应管的控制极,低电压“关闭了”场效应管,小马达和红色LED就不工作了。

白炽灯很热,其灯光含有很高的红外成分,这就是为什么在上面的详细制作步骤视频里面当打开白炽灯的时候,即使没有红外发光二极管靠近,小马达也会转动的原因。而手机灯光是LED白光,没有什么红外光的成分,即使很亮也不会让红外接收LED动作。

小马达旁边的LED是指示小马达工作的,和它串联在一起的1K欧姆电阻起限流作用,让发光二极管工作在正常电流范围。其大致计算过程是这样的:场效应管的导通电阻很小,压降忽略不计,那么加在马达两端的电压就是5V,如果LED工作压降1.7V,5V-1.7V=3.4V,LED的工作电流3~4mA,根据欧姆定律3.4V/3mA≈1KΩ。

我们常用的红外遥控器前端也是一个红外发射二极管,这就是为什么按遥控器小船的马达也会转动的原因。

不过遥控器不是发出持续的红外光,它发出的红外光是断断续续的,其实这就是遥控器通讯的数据内容。

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