STEM-工程挑战 · 2020年3月2日 0

互动艺术:建立他们看到你时活着的雕像

难度 <! - 6 - >
所需时间 平均(6-10天)
先决条件
材料可用性 一应俱全
费用 低($ 20 – $ 50)
安全 根据您为雕塑所做的工艺,该项目可能需要工艺刀具或其他应根据需要谨慎使用的物品。

摘要

您只需要一个简单的电路和一个伺服电机就可以将任何艺术作品变成一个很高兴见到您的互动式创作。当您走过您的艺术品并使伺服电机来回移动时,光传感器会看到您的阴影。挥舞着手臂?转头?所有决定权都在你手里!

目的

将静止的艺术品改为在触发光线和阴影时移动的艺术品。

积分

Howard Eglowstein,Science Buddies
Emlee C. Kohler,博士,
  • Elmer’s是Elmer’s Products,Inc。的注册商标。
  • Crayola和Model Magic是Crayola,Inc。的注册商标。

引用本页

此处提供了一般引用信息。请务必检查所使用方法的格式,包括大小写,并根据需要更新引文。

MLA风格

Eglowstein,Howard和Emlee C. Kohler。”互动艺术:建立他们看到你时活着的雕像。” 科学伙伴,2018年3月15日,https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Robotics_p029/robotics/build-statues-come-alive。2019年7月6日访问。

APA风格

Eglowstein,H。,&amp;科勒,E。(2018年3月15日)。互动艺术:构建他们见到你时活着的雕像。从…获得https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Robotics_p029/robotics/build-statues-come-alive


最后编辑日期:2018-03-15

简介

无论您是绘画,拍摄照片,制作还是雕刻出粘土或其他材料,只需简单地说:艺术很有趣!制作雕塑后,它会在哪里?在你家的客厅?在特殊的展示架上?

你和你的家人和朋友可能喜欢看它,但它只是坐在那里。如果可以回头看你怎么办?还是向你挥手?只需几个电子部件和伺服电机,您的雕塑就可以在您走过时变得生动。

观看这个关于互动艺术的科学伙伴视频。

让你的创作变得活跃起来的秘诀就是添加一个电机。你可能已经看过无线电控制的汽车或飞机用伺服电机转向。通过无线电控制,无线电可根据您操纵操纵杆的方式确定移动。机器人也使用伺服电机,计算机控制它们的移动方式。您可以通过阅读Science Buddies资源伺服电机简介来了解有关伺服系统的更多信息。它们非常棒,而且功能多样。正如您将发现做这个项目,非常容易使用没有任何无线电或计算机。

当你走过它们时让你的雕塑看着你将涉及一个1970年发明的电子芯片。 555计时器芯片是那些太好了,不能停止使用的旧技术之一。我们现在使用计算机用于各种时钟和定时器,但是我们在1970年没有便宜的小型计算机。那时,计时器是由许多部件组成的电路。一位工程师提出了555芯片作为简化定时器电路并使它们更容易和更强大的方法。对于此项目,您将使用一个来生成控制伺服电机所需的信号。

555计时器芯片的照片。
图1. 555定时器芯片的特写视图。

两个光敏电阻用作该项目的光传感器。随着光线或阴影落在它们上面,它们会改变它们的电性质。当其中两个在电路中时,您可以告诉计时器在灯光照射或传感器被阻挡时改变其工作方式,这使得伺服器在人们走过时来回转动。

术语和概念

  • 伺服电机
  • 555计时器芯片
  • 光敏
  • 示意图

问题

  • 什么是伺服电机?
  • 在这个项目的电路中,光敏电阻检测到的与电机运动之间的关系是什么?

参考书目


材料和设备

伺服电机控制电路的零件:

* Jameco的电阻器不是单独的,你需要购买它们的小袋子。您可能更愿意购买具有许多不同尺寸的选择,而不是三种尺寸。如果你继续制作其他电子项目,这可能会派上用场。

工艺品供应:

这取决于您的艺术项目。这是一些建议的材料。你可能已经在你家附近有一些这些,或者你可以在当地的工艺品商店轻松获得它们。

  • 管道清洁器或模糊棒
  • 工艺棒(木制或泡沫)
  • 建筑纸或纸板
  • 泡沫板
  • 白胶
  • 双面泡棉胶带
  • Googly眼睛或其他装饰
  • 闪光
  • 丙烯酸,蛋彩画或其他水净化涂料
  • 画笔
  • 毡尖标记
  • 剪刀
  • 工艺刀

其他可选工具:

  • 尖嘴钳(有些人喜欢将它们插入面包板中)

声明:Science Buddies参与联盟计划家庭科学工具 Amazon.com Carolina Biological ,以及 Jameco Electronics 。联盟计划的收益有助于支持Science Buddies,501(c)(3)公益慈善机构,为每个人免费提供资源。我们的首要任务是学生学习。如果您对我们网站上的建议您为科学项目所做的购买有任何意见(正面或负面),请告诉我们。写信给我们 scibuddy@sciencebuddies.org

实验程序

接线电路

无论您的艺术项目看起来如何,控制伺服电机的电路都是一样的。所以我们将从那开始。图2显示了您将要构建的电路。它是工程师使用555芯片设计的非常常见电路的变体。此图称为原理图,它很像电路的路线图。电线在原理图中有线的地方运行,电线连接在交叉点有一个大点的地方。不要担心只需看图纸就能理解如何构建电路;我们将为您提供分步说明。

示意图显示了如何连接伺服电机和电阻器。
图2. 如何连接伺服电机和光敏电阻以使您的艺术移动的示意图。

用于创建移动艺术电路的电子元件
图3. 您将使用的部分零件。从左到右,伺服电机和塑料伺服喇叭,电阻器,两个光敏电阻(光传感器),两个电阻,二极管,555定时器芯片和面包板。

面包板上已完成的移动艺术电路的照片
图4. 完成的电路。该电路构建在”迷你” 面包板上,小于材料清单中链接的面板。

注意:这些说明假设您从材料部分列出的Jameco Electronics购买了部件,并且可以完全按照图5所示组装您的电路。如果您有其他部件(例如,不同的面包板或带有不同颜色线的伺服电机),您可能无法准确地遵循这些指示。熟悉电子设备的人可能会帮助您完成电路。但是,您所拥有的跳线包可能具有各种不同的长度和颜色。颜色对电路有任何影响,因此您可以选择使用对您有意义的颜色。例如,使用红色线圈进行正极电池连接,使用黑色线圈进行负极连接将帮助您记住哪个是哪个。您也可以根据长度选择导线(为方便起见,请将它们缩短).

  1. 看看你的面包板。握住它,使中间的山谷上下移动。在山谷的每一边都有一系列的行,每行有五个洞。每排中的每个孔连接在一起,因此将线放在该排中就像将它们全部扭在一起一样。您可以通过查看Science Buddies参考资料,了解有关面包板及其工作原理的更多信息如何使用面包板
  2. 从555定时器芯片开始。看看芯片的顶部(指针远离你)。你看到一端的小凹痕,还是一个角落的小圆点?
    1. 如果您的芯片有压痕,请按住它以使压痕向上。左上角称为 pin 1 。向下计数左侧将是引脚1,2,3和4.从右下角开始向右返回。该侧的引脚(从底部开始计数)为5,6,7和8.引脚1与8相对,2与7相对,3与6相对,4相对5.知道哪个引脚至关重要使你的电路工作。
    2. 如果你的芯片有一个浮雕点而不是压痕,那么这个点就是引脚1.继续进行引脚编号,如步骤2.a中所述。
  3. 将芯片插入面包板,使引脚跨在中间的间隙中,第10排第1针和第8针,第13排第4针和第5针。如果没有立即插入电路板,轻轻地将针脚挤得更近,然后再试一次。
图表显示面包板放置每个组件的位置
图5. 如何为这个交互式艺术项目构建电路的面包板图。其他方式也是可行的,但如果您愿意,可以完全按照此图表进行操作。跳线的颜色不需要与图中所示的颜色完全匹配。但是,电池组和伺服电机线的颜色意味着特定的东西,所以那些很重要。

  1. 将电池组连接到面包板的总线(红色和蓝色线标有长条),但不要将电池放入电池组。将红线连接到电源总线(红线),将黑线连接到接地总线(蓝线)。
  2. 使用跳线将左侧电源总线连接到右侧电源总线。
  3. 使用跳线将左侧接地母线连接到右侧接地母线。
  4. 使用跳线将555芯片的引脚1(第10行,左侧)连接到接地总线。
  5. 电容器(标记为C1图2)是0.022μF电容,可标记为”223″ 。将电容器(C1)的一个引线连接到555芯片的引脚1(第10行,左侧),将另一个引线连接到芯片引脚2的孔(第11行,左侧)。无论哪个导线进入哪个孔都没关系。
  6. 现在您将连接伺服电机。如果您从Jameco Electronics购买伺服电机,则电线应为棕色,红色和橙色。布朗是地线,红色是电源线,剩下的橙色线是控制伺服的信号。请注意,其他伺服电机可能有黑色(接地),红色(电源)和白色(信号)电线。电线的末端有母针,因此您可以将公跳线插入其中并将它们连接到面包板上。
    1. 将伺服的棕色导线连接到接地母线。
    2. 将伺服的橙色导线连接到芯片的第3针(第12行,左侧)。
    3. 将红色导线连接到电源总线。

  7. 将芯片引脚4(第13行,左侧)连接到电源总线(红线)。
  8. 使用电阻器,哪个端点无关紧要。该电路中的R2为2.2kΩ(千欧)电阻,标有三条红红色。将R2的一侧连接到芯片引脚5(第13行,右侧),并将另一端连接到空的未使用的行(图5中的第25行)。
    • 提示:接下来的两个步骤是安装光敏电阻光传感器。在您的项目中,您可能希望将两个传感器放置在远离面包板的位置,也许是放置在您放置雕塑的支架上。项目的材料部分介绍了将光传感器连接到面包板上所需的其他材料。您可能希望在测试电路时将它们直接放在面包板上,然后再移动它们。
  9. R3是您用作光传感器的光敏电阻之一。将R3的一侧插入刚刚连接R2的新行(图5中的第25行),另一侧插入接地总线。
  10. R4是另一种光敏电阻。将R4的一侧插入连接R2和R3的新行(图5中的第25行),将R4的另一侧插入电源总线。
  11. R1是3.3MΩ电阻,标有橙橙色条纹。使用R1连接芯片引脚6和7(第11行和第12行,右侧)。
  12. D1是二极管。二极管用作阀门以防止电流来回流动,因此确实对您使用它的方式很重要。找到具有黑色或灰色波段的D1的末尾。将D1的一端连接到芯片引脚6(第12行,右侧)。
  13. 将D1的另一端连接到芯片引脚7(第11行,右侧)。
  14. R5是110kΩ电阻,标记为棕棕黄色。注意:110kΩ是一个不寻常的尺寸。如果你购买了一个电阻器套件,你可能有一个100kΩ电阻器棕黑色 – 黄色)或一个120kΩ电阻器(棕红色 – 黄色),可以使用它。将R5的一端连接到芯片引脚7(第11行,右侧),另一端连接到电源总线。
  15. 使用跳线将芯片引脚8(第10行,右侧)连接到电源总线。
  16. 使用跳线将芯片引脚2(第11行,左侧)连接到芯片引脚6(第12行,右侧)。
  17. 那是接线!花几分钟时间检查并仔细检查您的工作,确保您的版本与图5中的版本相同。单个错位的电线可能会阻止整个电路工作,所以要小心!
  18. 检查是否有任何导线或电阻/电容引线相互接触。如果你发现任何一个,请弯曲它们以使它们分开。
  19. 一旦您认为一切正常,请继续将电池放入电池座。伺服电机应旋转到一个位置并保持合理稳定。如果您看到或冒烟,请立即断开电池组并仔细检查接线,因为某处发生短路。
  20. 在您上方有明亮的光线时,用手指在两个光敏电阻上一次投射一个阴影。当您的阴影覆盖其中一个传感器时,电机将转动。将阴影投射到另一个阴影上,然后转向另一个阴影。如果你的电路正常工作,恭喜你;是时候做这个项目的艺术部分了。如果电路不工作,不要担心;故障排除部分将帮助您找到问题并进行修复。

疑难解答

你可能会问,”我的电路不起作用。我做错了什么?” 面包板有时会很棘手。试试这些修正:

  1. 您是否正确识别芯片的引脚1并识别其他七个引脚?如果您将芯片的针脚朝向远离您和压痕或顶部的小孔,则针脚1将位于左上方。倒计时左侧得到2,3和4,然后从右下角开始计数,看到5,6,7和8.芯片中的凹口朝向图5的顶部。如果你将芯片倒置在面包板上,电路无法正常工作。
  2. 你的电线是否牢牢地压入面包板?检查每根电线.
  3. 二极管D1的方向是否正确?印在机身上的黑色或灰色条带将朝向芯片的引脚6,另一端进入引脚7.如果方向错误,电路将无法工作。
  4. 不要混淆电阻器。重要的是哪个,所以仔细检查彩色条纹。
  5. 请记住,每排孔都将面包板那一侧的所有孔连接在一起,而不是任何其他行.

创造你的艺术

电路完成后,收集您的艺术资料。使用您喜欢的雕刻,无论是造型粘土,粘合泡沫形状,还是用工艺棒制作东西。图6显示了一些您可能会觉得有用的材料。小型伺服电机不能移动很重的物体,所以不要让雕塑的任何部分太大或太重。

创造移动艺术或挥动雪人的工艺用品
图6. 您可能会发现一些有用的工艺材料。顺时针方向,从顶部开始,塑料伺服喇叭将移动雕塑的头部,手臂等;回形针,纸质切口,管道清洁器,双面泡沫胶带,白色(学校)胶水,橡胶水泥和造型粘土。未显示:透明或遮蔽胶带,googly眼睛,订书钉和订书机,闪光,油漆,标记。

  • 伺服电机本身需要插入或固定在某物上。图7显示了伺服卡在由造型材料制成的雪人体内。如图7所示,管道清洁器臂通过缠绕它们连接到伺服喇叭上。雪人的手套只需用普通的透明胶带粘贴。让你的想象力接管;你的雕塑会是什么样子?你会创造什么?外星人?怪兽?鲜花来回摇摆?

使用管道清洁器将伺服电机连接到雪人艺术
图7. 管道清洁器和雪人手连接到伺服喇叭并放在伺服上。安装指针,使其从正面可见。

雪人附加的完整电路
图8. 整个伺服电机和电路需要连接到图稿上。

像我们在图9中所做的那样安排您的雕塑,以便隐藏伺服电机(魔术师永远不会泄露他或她的秘密!)并且光传感器面向前方。将光源指向传感器并等待有人走过。当它们的阴影穿过一个传感器时,伺服电机将一个方向移动,然后另一个方向移动,因为阴影继续在另一个传感器上方移动。我们的雪人挥动着愉快的问候。你的雕塑会做什么?

一个使用光敏电路向你挥手的雪人。
图9。一个雪人在你走过时挥动着快乐的问候!

如果你喜欢这个项目,你可能会喜欢探索这些相关的职业:

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变体形式

  • 如果您将伺服电机固定在一个机身内,使旋转轴指向上方,并将伺服喇叭连接到头部,您的雕塑可以在您走过时来回转动头部。
  • 如果光线传感器卡在面包板中,可能不容易放在好位置。您可以使用导线将光敏电阻光传感器的引线延伸合理的距离(可能是25或30厘米)。将导线焊接或扭曲到两个传感器上的每根导线上,然后将其插入面包板。您可以将传感器放置得更远,并隐藏面包板。如果您没有烙铁,请参阅材料列表,了解有关如何执行此操作的更多建议。