电动月相盒制作总结

这次帮同事制作电动版月相盒，最终制作成功，而且效果非常不错。现在整理一下这个电动月相盒的设计及制作过程，以备将来再做的时候参考。如果各位老师将来也要制作月相盒，也可以参考一下。

在制作电动月相盒的过程中，我感觉最困难的就是设计思路和搜寻制作材料。因为只有找到了合适的制作材料，才能以此为基础进行设计，如果找不到合适的材料，再好的想法也没有用武之地。

在设计之初，我参考了詹伟达老师的月相盒（视频后半段有使用演示），詹老师的月相盒看起来使用了一个慢速马达带动转盘转动，但是我搜遍全家都找不到这么慢的马达，最终在儿子的玩具上找到一个比较慢的电动马达，原玩具使用3节5号电池，估计改用4.2V的手机电池供电问题不大，转速我测了一下，大约每分钟15转，但是这个转速对于月相盒来说还是太快了，为了把转速降下来，我想了许多方案，比如修改马达结构，增加传动齿轮等，但家里实在凑不齐这么多的齿轮，而且就算凑齐了，加工起来的难度也比较大。最终我在学校仪器室里找到一大一小两个轮子，巧合的是轮子侧面都开了槽，更妙的是两个轮子的直径比大约是1:8，我使用一根松紧带做传动皮带，成功将转速降到了约每分钟2转。为了让这个轮子平稳地运行，我又想办法把轮子固定在了一个轴承上，然后用了一个八宝粥罐来固定轴承。月相盒最难办的部分就这样搞定了，虽然看起来样子很奇怪，但这也是没办法的办法，关键是这种设计可以满足最终的需要，这就足够了。如果各位老师将来要做月相盒，并且属于不差钱的高富帅，可以到淘宝购买慢速马达（有一种慢速马达恰好就是每分钟2转的），这样就不用像我一样搞这么复杂又难看的设计了。

接下来是设计电路部分。一开始我打算使用LED灯珠来进行照明，测试后发现了LED的一个致命的问题：发射的光线夹角太小，近距离下无法全部照亮小球转动所经过的整个圆形区域，想来想去最终确定使用小电珠，不过现在这种灯泡太难找了，各种小卖部都没得卖，最后还是求助于仪器室，寻找到了几个硕果仅存的3.8V 0.3A小电珠，算是解决了照明问题。

最后就是图像部分了，这里我使用了笔记本专用的摄像头，很便宜，只有20块的那种，分辨率很糟糕，但好处是线材很软，可以旋转多圈，ok，就它了。可惜这个摄像头线很短，所以使用的时候要外接一根USB延长线。

最后，为了使用方便，我把马达和灯泡的开关通过延长线安置在了月相盒外面，方便上课演示的时候控制。

最终的样子正如上图大家所看到的，说它是“盒”，但它已经脱离了盒体，随便扣上一个内部涂黑的箱子即可使用，比起手动版的月相盒来，算是相当便携了。具体演示效果请看上一篇博文：忙了几天，做了几个月相盒

最后来总结一下这个月相盒的缺点。

第一是摄像头经过多圈旋转后，线缆会打结。虽然我用的摄像头线材很软，但我测试后发现最多也就能转十来圈而已，不过鉴于每分钟2转的速度，十来圈就5分多钟了，估计课堂上也没时间转这么多圈。如果真遇到特殊情况需要转很多圈，那就只能每转十来圈之后就拔下USB线来整理一下，使用有些不方便。不知道哪位老师有好的办法，可以教教我。

第二个缺点，可以用下面这幅图来说明。

图中A位置的月相是新月，C位置的月相是满月，B和D则分别是上弦月和下弦月，通过这幅图可以看出来，这个月相盒的另一个缺点就是各月相之间的距离并不均匀，上半月越来越慢，下半月越来越快。产生这个问题的原因很简单：小灯泡可以看成点光源，所以照向小球（月球）的光线不是平行光。这个问题貌似无解，因为我们要获得平行光或近似平行光，就要将灯泡放得尽可能远，但这样就无法保证亮度了，所以单纯把灯泡放远没有意义。还有个思路是使用菲涅尔透镜等光学组件将小灯泡发出的光变成平行光，但这样一来月相盒的体积将大大增加，制作难度也会大大增加。不知道哪位老师有好的解决方案，希望不吝赐教。

20151219更新：目前我制作的最新版的月相盒已经解决了上面的问题一，大家可以看这篇博文：自制电动月相盒2.0版