一款自制的八控灯实现设计方案

最近在抖音上看到一个八控灯的实物图，出于好奇，便把这个视频发给认识的物理老师，让他们画电路图，还顺便拿去折腾几个高中生。今天我自己莫明其妙的来了兴趣，想去折腾一下，好歹俺高中时也曾是个物理高手啊。

所谓八控灯，就是一盏灯连八个开关，任何时刻用任何一个开关均能改变灯的状态（能开，也能关）。

首先，对这个问题做一番分析，最终总结以下几点：

1、从熟悉的入手：梯道天关。这个以前就会，用的两个单刀双置天关。如右图

2、天关类型的选择：首先，基本不考虑单置开关。因为单置开关就是简单地断开和接通某一固定的电路，当这个开关处于断开状态，其他开关如果能接通电路，那这个开关合阐后要断开电路几乎不可能（不考虑因短路而导致灯不亮的情况）。其次，双控开关用的单刀双置开关，左右只有一根线，尚可连线，但中间的天关应针对两端的通路不同设置不同的接线方法，意思是输入状态有两种，输出状态也是两种，所以选择双刀双置天关（也曾想过全用单刀双置开关，最终发现有一个结解不开 ：单刀双置只能改变一条线路，对另一条难起作用，而通电恰好在不起作用的那条线路上，那这个开关难起作用。同时看实物图，整个连线也不算太复杂，基本不考虑3、4条关联主电路的情况。

3、双刀双置开关的内部接线：双刀双置天关意味着入线两条，出线应是4条，然后合并为两条（如果不合并，那就会增加后面的输入线路数——当然如果想要分线路接天关而不增加开关本身输入线路数，分线路接的开关将难以对此开关未接线的部分产生影响）。合并线路大体有以下三种：

很显然，第一种接法，天关不起作用，舍弃吧。第二种接法也应舍弃，因为此开关在当前状态下，前面的开关不管是接通了上面线路还是下面线路，经过此开关后都将接通上面线路，即此开关之前的开关对后面的线路不起作用了，也就对整个线路起不到控制的作用。那就只剩下最后一个种接法了，能实现吗？我们需要考虑两个因素：前面开关能否起作用，本开关能否起作用。前面开关的作用应是改变输入状态，此关的作用是在相同输入状态下改变输出状态，（以下四图用红色表示通电）

从上面四图可以看出，本开关以前前面开关对状态的改变都能体现出来。

4、天关实质性理解：从双控开天可以看出，接通的线路有两条，每个天关必然会接通其中一条也只接通其中一条，这其实就是一个普通开关一样，两种状态，在多控线路中，每个开关都能改变状态，这跟单一天关的实质是一样的，因此，此种开关可重复（多个串联）。

5、最后的啰嗦：八控灯的实现实质是在双控线路中间加6个双刀双置开关即可。（画图实现麻烦，下面画一个四控开关图）

结束语：要解决一个问题，弄清问题的真正需求和实质才是最重要的东西。

题外话：在解决这个问题过程中，我也曾想到了用编程的方法来模拟和验证最终八控灯的正确性，在实施过程中，逐步总结出状态的定义和转换，至于最终的验证嘛，相信有了上面的图和分析，应该不用编程都能验证了，如果真要编程来实现，那可能就是另一个问题了。
编辑：hfy