最近在抖音上看到一個八控燈的實物圖,出于好奇,便把這個視頻發給認識的物理老師,讓他們畫電路圖,還順便拿去折騰幾個高中生。今天我自己莫明其妙的來了興趣,想去折騰一下,好歹俺高中時也曾是個物理高手啊。
所謂八控燈,就是一盞燈連八個開關,任何時刻用任何一個開關均能改變燈的狀態(能開,也能關)。
首先,對這個問題做一番分析,最終總結以下幾點:
1、從熟悉的入手:梯道天關。這個以前就會,用的兩個單刀雙置天關。如右圖
2、天關類型的選擇:首先,基本不考慮單置開關。因為單置開關就是簡單地斷開和接通某一固定的電路,當這個開關處于斷開狀態,其他開關如果能接通電路,那這個開關合闡后要斷開電路幾乎不可能(不考慮因短路而導致燈不亮的情況)。其次,雙控開關用的單刀雙置開關,左右只有一根線,尚可連線,但中間的天關應針對兩端的通路不同設置不同的接線方法,意思是輸入狀態有兩種,輸出狀態也是兩種,所以選擇雙刀雙置天關(也曾想過全用單刀雙置開關,最終發現有一個結解不開 :單刀雙置只能改變一條線路,對另一條難起作用,而通電恰好在不起作用的那條線路上,那這個開關難起作用。同時看實物圖,整個連線也不算太復雜,基本不考慮3、4條關聯主電路的情況。
3、雙刀雙置開關的內部接線:雙刀雙置天關意味著入線兩條,出線應是4條,然后合并為兩條(如果不合并,那就會增加后面的輸入線路數——當然如果想要分線路接天關而不增加開關本身輸入線路數,分線路接的開關將難以對此開關未接線的部分產生影響)。合并線路大體有以下三種:
很顯然,第一種接法,天關不起作用,舍棄吧。第二種接法也應舍棄,因為此開關在當前狀態下,前面的開關不管是接通了上面線路還是下面線路,經過此開關后都將接通上面線路,即此開關之前的開關對后面的線路不起作用了,也就對整個線路起不到控制的作用。那就只剩下最后一個種接法了,能實現嗎?我們需要考慮兩個因素:前面開關能否起作用,本開關能否起作用。前面開關的作用應是改變輸入狀態,此關的作用是在相同輸入狀態下改變輸出狀態,(以下四圖用紅色表示通電)
從上面四圖可以看出,本開關以前前面開關對狀態的改變都能體現出來。
4、天關實質性理解:從雙控開天可以看出,接通的線路有兩條,每個天關必然會接通其中一條也只接通其中一條,這其實就是一個普通開關一樣,兩種狀態,在多控線路中,每個開關都能改變狀態,這跟單一天關的實質是一樣的,因此,此種開關可重復(多個串聯)。
5、最后的啰嗦:八控燈的實現實質是在雙控線路中間加6個雙刀雙置開關即可。(畫圖實現麻煩,下面畫一個四控開關圖)
結束語:要解決一個問題,弄清問題的真正需求和實質才是最重要的東西。
題外話:在解決這個問題過程中,我也曾想到了用編程的方法來模擬和驗證最終八控燈的正確性,在實施過程中,逐步總結出狀態的定義和轉換,至于最終的驗證嘛,相信有了上面的圖和分析,應該不用編程都能驗證了,如果真要編程來實現,那可能就是另一個問題了。
編輯:hfy
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