圣诞STEM挑战:步进骰子和幸运轮

步进电机是那些整洁的小电机，当你连接它们时，它们不只是一圈又一圈地转，而是一圈一圈地转，一次7.5°，10°或15°。这在技术上被称为“齿轮啮合”。在内部，它们有两组电磁铁线圈，每次被脉冲时，它们都会拉着磁转子旋转一个小角度。

你可以花不到10美元(8英镑)买一个步进电机，但不要马上买。你可能会发现你可以使用一个未使用或损坏的打印机或扫描仪。下图中的打印机有三个步进电机。如果你有选择，选择感觉最“缺口”的步进电机，当你旋转轴时，最积极地点击到位。(对于轴承上有纸尘和墨粉的步进机可能需要清洁和轻油。)

步进电机大多有四根电线，两个线圈与电线两端的两个线圈。它们通常由计算机驱动的电子设备按顺序驱动，电流到线圈1为正电，然后线圈2为正电，然后线圈1为负电，然后线圈2为负电。但是在线圈1上有一个交流正弦波，在线圈2上有~90°相移AC，你就得到了等效的数字驱动序列。(5线步进，线圈有中心丝锥连接到第5线。)

你还需要一个电源变压器提供2到12V交流输出，但你经常会找到一个你可以重复使用。一些插入式电源模块是交流电，在电池充电器里面你会发现12V交流电。你需要一个电容串联一个线圈，一个电阻串联另一个线圈。电阻器和电容器一样，可以减小电机的电流。电容器还有一个额外的作用:它使交流波形相移，将其延迟约90°。不需要晶体管，微处理器或计算机程序!

现在在轴上加一个轮子和一个指针，或者轴上加一个指针和一圈数字。加上开关，你就拥有了自己的幸运之轮。将数字按随机顺序排列，通过短暂地转动转盘来防止作弊。当你打开它时，它会旋转得太快而看不见，当它停下来时，它会用它自然的“踏踏实实”精确地指向一个数字。

上图中的步进器有24个步进，12V AC来自插件电源模块，一个线圈电路中有一个100uF电容，另一个线圈中有440欧姆电阻。您将需要发挥电阻/电容的值，因为您的步进和交流电源将不一样，但保持电流低至mA水平。

步进电机通常是24步的，所以你可以用1到6的四组来标记它，用作骰子。或者你可以在转盘上做记号，模拟《龙与地下城》等游戏中的多面体骰子。对于双重骰子分数，你可以使用图片上的1- 6标签，然后旋转两次。或者把两个指针放在转盘上，然后把每个指针的分数加起来。但是，你能用从2(二一)到12(二六)的数字给轮子编号，让你的大脑省掉做加法的脑力劳动吗?是的，你可以……但事实证明，用2到12的随机数对双骰子进行编号并不简单。

问题是这些分数的概率并不相同。2(两个1)的概率很小。你更有可能得到3(2加1或1加2)。甚至更有可能得到4(1 + 3或3 + 1或2 + 2)……等等。该图显示了步进骰子100次双跑的双骰子得分。

事实上，为了得到正确的概率你必须输入不同的数字:1个2,2个3,3个4,4个5,5个6,6个7,5个8,4个9,3个10,2个11和一个12。加起来是36。所以一个36步的步进会很好地发挥作用，轮子可以提供许多游戏需要的双骰子投掷分数。

然而，如果你的步进器有24步，那么你可以通过在你的电动幸运轮上标记一个2、两个3、两个4、两个5、三个6、四个7、三个8、两个9、两个10、两个11和一个12来大致获得正确的概率。现在拿出你的圣诞大富翁，龙与地下城或卡尔卡松，玩得开心!

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