小发明自制花（创意小制作奇妙变色光纤）

逢年过节，你可自己动手制作一种如图2-1所示的新奇有趣的闪光变色光纤“花”。在家人团聚的晚上，接通电源，光导纤维构成的“花”便会发出绚丽夺目、此起彼伏的七彩光，时而呈现红、绿、蓝等单色光，时而五颜六色交织替换，变幻莫测，可使居室充满浓郁的现代节日气氛!

这个制作新颖、有趣，电路接线简单，所需元器件不多，造价一般超不过10元，心动不如行动，赶快跟我动手制作吧!

图2-1 奇妙变色光纤“花”外形图

弄懂工作原理

奇妙变色光纤“花”由变色发光电路和光导纤维制作成的特殊“花”构成。

变色发光电路如图2-2所示。VD1～VD3是3只串联的新颖高亮度七彩发光二极管，SA为电源开关，G为干电池。VD1～VD3内部分别集成有高亮度红、绿、蓝“三基色”发光管芯和集成控制电路。闭合电源开关SA，VD1～VD3内部的集成控制电路便会控制各自的红、绿、蓝3个发光管芯循环组合发出闪光。当红、绿、蓝发光管芯分别通电时，对应发出红、绿、蓝单色光;当“红 绿”、“红 蓝”、“绿 蓝”、“红 绿 蓝”发光管芯通电时，对应发出黄、紫、青、白等混合色光。可见，每个发光二极管均会按各自的闪光频率循环发出红、绿、蓝、黄、紫、青、白7色光来。由于VD1～VD3制造时存在的差异，不可能使同一规格的每个管子的参数都保持完全一致，所以VD1～VD3放在一起时，对外发出的“七色”光是不同步的，所产生的色光效果整体上来看是无规律和变化多端的，这就更给人以扑朔迷离、丰富多彩之“万花筒”般的感觉了。

图2-2 奇妙变色光纤“花”电路图

图2-3 光纤“花”构成及变色示意图

光导纤维是一种特殊的塑料导光材料，它利用全反射原理使光线能够沿着光导纤维从一端传递到另一端。本制作中我们按照图2-3所示将成束的光导纤维一端扎紧，并将该端竖立放置在高亮度七彩发光二极管VD1～VD3的上方;另一端不扎，让光导纤维在空间竖立或依靠自身重量下垂，形成盛开的光纤“花”形状。当高亮度七彩发光二极管VD1～VD3通电工作时，所发出的七彩光线就会从光导纤维的扎紧端传递到光导纤维的散开端，不仅形成无数条光纤亮线，而且在其散开端面形成一个更亮的发光点。随着VD1～VD3发出色光的不断变化，光纤“花”就会放射出梦幻般的多变光彩来，整体上给人以多彩多态、美不胜收之感。

电路中，各个高亮度七彩发光二极管的工作电压范围为3～4V，VD1～VD3串联后正好适合用一块9V叠层干电池直接供电。

准备好元器件

本制作总共用了6个电子元器件，为了方便初学者易认易购，特给出表2所示的元器件清单和图2-4所示的集体照片。各元器件的选择和使用具体说明如下。

图2-4 奇妙变色光纤“花”所用元器件实物外形图

表2 元器件清单

VD1～VD3选用φ5mm新颖高亮度七彩发光二极管，其内部功能框图和引脚排列如图2-5所示，它的外形和正、负极引脚识别方法与φ5mm普通发光二极管完全相同。这种高亮度七彩发光二极管的最大特点在于：内部封装有大规模集成控制电路和红、绿、蓝“三基色”发光管芯，是光电技术与半导体集成工艺相结合的新产品;当外加3～4V直流电压时，内部振荡器便产生频率可自动变化(范围为2～6Hz)的方波脉冲，经时序分配器和三路驱动放大器，推动红、绿、蓝3个发光管芯按一定顺序搭配工作，对外发出不断循环变化的红、绿、蓝、黄、紫、青、白7种颜色的闪光。

图2-5 新颖高亮度七彩发光二极管

G用6F22-9V型叠层干电池，并配上带引线的专用电池扣板。将电池G通过带引线的电池扣板与电路连接起来，以后更换电池会很方便。如果购买不到成品的带引线电池扣板，可以自己动手按照图2-6所示制作。方法很简单：首先，按照图2-6(a)所示从废旧9V叠层干电池上拆取电池扣板;然后，按照图2-6(b)所示在电池扣板的背面焊接上两根长度约为15cm的红、黑塑料外皮软电线。由图1-4可知，叠层干电池的正极为凸扣、负极为凹扣，而电池扣板与叠层干电池之间的接触扣是凹凸相扣的，所以在电池扣板背面，作为正极的红色电线应焊接在凹扣上，作为负极的黑色电线应焊接在凸扣上，注意不要接错。为了避免使用中焊接线头齐根折断，可按照图2-6(c)所示在电池扣板中心位置用小电钻开出一个φ3mm的小孔，按照图2-6(d)所示，将红、黑两根引线从非焊接面穿过小孔，制成图2-6(e)所示的带引线电池扣板。

图2-6 获取电池扣板

SA推荐用小型面板嵌入式单刀单掷船形开关(因其钮柄形状酷似船形而得名)，它只需要在安装面板上开出一个尺寸与开关底座外围尺寸相同(常见的有13mm×9mm或19mm×13mm)的小方孔，便可将开关由外向里推入嵌牢，安装起来非常方便，外形看起来也很美观。当然选用图2-7所示的CKB-1型(1×2)小型拨动开关或KNX-2W1D型小型钮子开关也未尝不可，只是CKB-1型小型拨动开关安装起来需要通过两颗带帽的小螺丝钉固定，在面板上要定好位置多打出两个小圆孔，安装好后面板上暴露着的两个螺丝钉显得不太美观;而KNX-2W1D型小型钮子开关虽然只需要在面板上开出一个小圆孔(一般为φ6mm)便可以安装固定好，但它的手柄在本制作中显得太长，也不美观。

图2-7 另外两种小型开关外形图

开始动手制作

图2-8所示为变色光纤“花”的印制电路板接线图。注意：铜箔及焊接面朝向读者，高亮度七彩发光二极管VD1～VD3在印制电路板的背面。印制电路板实际尺寸约为15mm×15mm，可用刀刻法制作。图2-9(a)所示是制成的印制电路板实物图，图2-9(b)所示是焊接上高亮度七彩发光二极管VD1～VD3的印制电路板实物图。

图2-8 奇妙变色光纤“花”印制电路板接线图

图2-9 印制电路板实物图

图2-10 有色半透明塑料香皂盒

变色光纤“花”作为一种家用小摆设，其造型直接影响实际使用效果。制作时一定要以审美和光学的眼光选配好电路安装盒并加工好光纤“花”体。电路安装盒宜采用图2-10所示的经过表面磨砂处理的流线型浅色塑料香皂盒，可以在一般日用品小商店或超市里选购，笔者所购价是2元。需要说明的是，考虑到光纤“花”使用时的环境和整体色彩搭配等因素，香皂盒颜色以淡粉红色为最佳。在这种香皂盒里面安装好电路后，从外面基本上看不清里面，但光纤“花”发变色光时，里面的高亮度七彩发光二极管VD1～VD3所发出的色光会散射在香皂盒上，形成电路盒同步发光现象，会大大增强整体观赏效果。

光纤“花”体参见前面图2-3所示进行制作，它由散开的光导纤维和固定光导纤维的塑料管座两部分构成。本制作对光导纤维的要求不高，只要直径在0.3~0.6mm之间均能够使用，一般工厂的残次品或下脚料都可利用。固定光导纤维的塑料管座，可按图2-11所示，取用常见5m L装“润舒”牌氯霉素滴眼液空塑料瓶盖，只要用锋利的美工刀切割下瓶盖的大头一段(长度约12mm)即可，所取塑料管座的内口呈喇叭形，喇叭大口(有边沿一端)的内径约15mm、小口的内径(含螺纹)约为12mm，用于固定散开的光导纤维束非常理想。实在找不到图2-11所示的塑料瓶盖，也可用图2-12所示的普通塑料瓶塞子来加工。这种普通塑料瓶塞子可从家里的0.5kg装空酒瓶、空酱油或醋瓶、空药品瓶上找到。要求塑料瓶塞子的内径为12mm左右、高度在10至15mm之间(太长时可以截短)，只要用美工刀在塑料瓶塞子顶面开出与内径同样大小的同心圆口即成。

图2-11 塑料管座的获取

图2-12 用普通塑料瓶塞子加工管座

光纤“花”体的制作按图2-13所示进行，具体步骤和方法是：首先，用剪刀剪取一束光导纤维，要求长度为18cm、总直径约为11mm;并按照图2-13(a)所示，用细线将光导纤维的一端扎紧，使扎紧端直径加上细线约为12mm。然后，按照图2-13(b)所示，像拧紧普通螺丝帽一样将已准备好的塑料管座紧旋在光导纤维束的扎紧端。如果感觉固定得不是很牢靠，可按照图2-13(c)所示，用快干胶水将光导纤维束的扎紧端和塑料管座进行粘固。最后，按照图2-13 (d)所示，将总长度为18cm的光导纤维束的其中一少部分(注意选择要匀称)剪短为16cm，将其中一少部分的光导纤维剪短为11cm，以使散开的光纤“花”富有层次感;并按照图2-13 (e)所示，用尖嘴钳子夹一下光纤“花”最外两层每个光导纤维的头部，使其呈乳白色状，其长度不小于15mm，以增大端头发光点面积，起到“星光灿烂”的效果。这样，一个与众不同的变色光纤“花”就算是完工了。

图2-13 光纤“花”体的制作

制作光纤“花”时需注意：如果有条件采用最少两种直径的光导纤维(扎紧端中粗、外细)，则制成的光导纤维束散开时就会有直立的(较粗的光导纤维)、有弯曲不一的(较细的光导纤维)，这样整个“花”形更饱满均匀。如果手头没有较细的光导纤维，而只采用了较粗的一种光导纤维，所扎成的光导纤维束便会硬而直，为了使光纤“花”散开、弯曲，可以借用家里的电热吹风机将其加热定形到所要求的弯曲度。

图2-14 获取现成的光纤“花”体

读者如果无法获得合适的光导纤维，还可以购买图2-14所示的市售儿童玩具光纤灯，直接借用它上面的光纤“花”体，省去自制光纤“花”体的麻烦。这种市售儿童玩具光纤灯售价仅2.5元，它是在两节普通5号干电池手电筒的基础上，在小电珠前面加上了可移动多色滤光塑料片和光纤“花”体生产而成，当小孩在黑暗中手握这种玩具光纤灯舞动时，光纤“花”体便会发出变色光来。由于这种产品采用普通小电珠，所以用电比较多，但它的光纤“花”体却可拆下来直接用于我们的制作。

奇妙变色光纤“花”的装配可分3步进行：

第一步，按照图2-15所示，在所选塑料香皂盒盖上开出光纤“花”体和电源开关SA的安装孔。

光纤“花”体的安装圆孔定位于塑料香皂盒盖的中心位置，其直径与光纤“花”体固定端外径尺寸(自制光纤“花”体为φ17mm)相同，可按照图2-15(a)所示，将光纤“花”体的固定端放在塑料香皂盒盖的中心位置处，用铅笔沿塑料管座边沿在塑料香皂盒盖上画出圆圈。另外，在塑料香皂盒盖的适当位置处，按图2-15(b)所示，用直尺和铅笔画出与电源开关SA底座外围尺寸相同的小方孔，作为电源开关SA的安装孔。由于我们选用的是最小号的面板嵌入式单刀单掷船形开关，所以开口尺寸应为13mm×9mm。接下来，按照图2-15(c)所示，用电钻在塑料香皂盒盖所画的圆圈和长方形铅笔线里侧打出密排的小孔，并用美工刀将小孔画通、削平开口至铅笔线，即完成在塑料香皂盒盖上打孔的工作。

图2-15 在塑料香皂盒盖上开出安装孔

图2-16 电路部分的安装

第二步，按照图2-16所示，进行电路部分的安装。

首先，按照图2-16(a)所示，将电源开关SA由外向里推入香皂盒盖所开好的小方孔内，使电源开关SA嵌牢在香皂盒盖上。然后，按照图2-16(b)所示，在电路板上接VD1正极端的预留孔内焊接上一根长约12cm的红色电线，其引出线头焊接在电源开关SA的其中一端;而带引线的电池扣板，其作为正极的红线头焊接在电源开关SA的另一端，作为负极的黑线头焊接在电路板上剩下的最后一个焊孔上(VD3的负极引线端)。最后，按照图2-16(c)所示，用热熔胶将焊接好的电路板粘贴在香皂盒内底座的中心位置处，注意：电路板上3只呈等边三角形排放的高亮度七彩发光二极管VD1～VD3，其朝上的管帽顶必须正对着盒盖上所开出的固定光导纤维束的圆口，以便3只高亮度七彩发光二极管VD1～VD3所发出的变色光，都能够有效照射到光导纤维束的固定端口。整个电路的特点是所有元器件均采用串联接法，焊接完毕检查电路极性是否接反，是否为互相串联，即可尽快确定焊接有无问题。

第三步，按照图2-17进行总体组装。

先按照图2-17(a)和图2-17(b)所示将9V叠层干电池扣在电池扣板上，在空闲处放置好干电池G，并合上电路盒盖。接着按照图2-17(c)所示，在盒盖所开的圆孔内插入光纤“花”体的底座。OK!一个精致漂亮的变色光纤“花”即大功告成(外形参见图2-1或图2-18所示)。

图2-17 奇妙变色光纤“花”的组装

投入实际使用

奇妙变色光纤“花”是一个相当不错的新颖电子小摆设，它是家庭布置美化房间的理想选择。当夜幕降临时，闭合电源开关SA，光纤“花”便会华光四射、此起彼伏、绚丽多彩，令人目不暇接!笔者拍摄的实际使用效果照片如图2-18所示。

奇妙变色光纤“花”由于采用了半导体发光二极管作为光源，所以整个电路用电比较节省，实测工作时总电流最大超不过20m A;当闪烁光变暗、变慢时，说明电池电能不足，应更换新的同规格干电池。

图2-18 奇妙变色光纤“花”的使用

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