2013年1月1日

科學玩具-電學-光感應軌道車

我的大學及研究所同學-台中縣大甲國中楊鍾鳴老師,送我一盒不錯的科學玩具-光感應小火車,是我最喜歡的收藏之一。它可以是小朋友的玩具,但也可以是大人研究科學的教具,因為它沒有軌道,軌道是隨使用者的筆而延伸的,想讓火車怎麼走,線就怎麼畫,創意就怎麼延伸。
市面上還有其他的款式,有校車巴士、消防車和火車頭,原理都相同
另外我還收集了跑車造型哦

但它最大的創意還是在紅外線的反射與吸收。紫外線的頻率比紫色光還要高,人的眼睛看不到,但玩個玩具就要接受紫外線照射並不好;紅外線的頻率比紅色光還要低,人的眼睛也看不到,不過危險性就小得多。而且任何物體都會發出紅外線,溫度越高則發出的紅外線越強,耳溫槍就是藉著感測耳朵內的紅外線強度來判斷溫度。
這一款光感應小火車左右各有一組紅外線發射器與接收器
怕大家看不清楚,所以用閃光燈將它顯示得更明顯一點
應該可以區別出來一紅一透明,透明的是發射器,紅的是接收器

它是利用不可見光射到物體表面,白色的表面將紅外線反射回來,被接收器收到後,使得接收器兩腳導通,電動機(馬達)以及輪子就開始動了。

如果想自己組裝,還可以搭配一些元件:像是把電流放大的電晶體、電阻與形成通路與斷路的反相器(反相器的輸出永遠和輸入相反,在數位的世界裡,不是0,就是1,數位電路就是用電壓的高或低來代表10)以及繼電器(繼電器裡有線圈和兩組開關,線圈通電後產生磁場,磁場再吸引開關,開關會接通線路)等等。
所附的地圖很精緻,而且在說明書上也列舉出來不適用的軌道畫法
像是交叉的路線、垂直的T形和L形,和彎角90度以上的錐形都不適當

由於太陽及熱的燈光會發出強的紅外線,干擾紅外線接收器,所以可以用黑色套管套住紅外線接收器,或是像上圖一樣乾脆將發射器與接收器埋在底盤內,底盤要能貼近地面或紙面,且底盤顏色最好是黑色,可以把其他干擾吸收掉。

防止週遭紅外線干擾的另一個方法是將電阻改小,降低接受器的靈敏度(不過除非是自己做才需要這樣調整)。
這一款底盤上有一個白色小錐體,負責將底盤撐離路面(紙面)
這是因為這一組軌道車完全是靠後輪驅動,前輪毫無作用
所以轉彎時,是靠左右後輪來決定轉彎方向

沒有軸承,也沒有方向盤,那麼車子如何轉彎呢?其實就是靠輪子的轉動差異來調整行進方向。當左車輪要壓黑路線時,因為黑色路線不易反射紅外線,左車輪就會後轉(或停止),剩右輪還在向前轉動時,車子就會自動矯正方向而向左轉,不會壓到黑路線。
如果沒有麥克筆,也可用黑色膠帶貼出路線,但說明書上也提醒了一件事,就是軌道線不能太細(小於4mm)或太粗(大於10mm),不然可是會衝出跑道的或停滯不前的。

紅外線已經和自動化的生活脫離不了關係了。生活中常見的像是家裡的電視遙控器、便利商店的自動門、百貨公司廁所裡的自動出水的水龍頭等等,都有利用到紅外線感測器。紅外線攝影機可以感測到紅外線,並轉變成肉眼看得到的影像,因此可在夜晚透過紅外線攝影機看到沙漠、森林中的人,因為環境是冷的,而人體是熱的。至於成像原理,跟電子和螢光又脫離不了關係,容日後再細說分明。

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