Drewniany odtwarzacz płyt: 20 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Autor: jbumsteadJon BumsteadObserwuj Więcej autora:

O: Projekty ze światła, muzyki i elektroniki. Znajdziesz je wszystkie na mojej stronie: www.jbumstead.com Więcej o jbumstead » Projekty Fusion 360 »

Chciałem zademonstrować, jak działają urządzenia do przechowywania informacji, budując maszynę do odtwarzania dysków na dużą skalę. Zamiast opierać się na interferencji światła, jak odtwarzacze CD, urządzenie, które zbudowałem, odtwarza drewniane dyski z otworami i „nieotworami” (jak je nazywam w tej instrukcji), które albo przepuszczają, albo blokują wiązkę laserową. Te dziury i nie dziury odpowiadają jedynkom i zerom w danych binarnych, które kodują wiadomość tekstową, taką jak tekst piosenki lub cytat. Informacje binarne są odczytywane z dysku, przechowywane na Arduino i dekodowane w celu wyświetlenia wiadomości tekstowej na matrycy LED z przodu urządzenia. Gdy dane są odczytywane, matryca LED jest wypełniana w celu wizualizacji informacji binarnych. Gdy odczytywany jest wysoki bit, odtwarzana jest również nuta MIDI. Wyprodukowana muzyka może brzmieć losowo, ale symbolizuje serię jedynek i zer, które faktycznie zawierają znaczące informacje.

Drewniany odtwarzacz płyt, który stworzyłem, może pomieścić tylko około 700 bitów (<0,1kB) ze względu na duże otwory w płycie. Dlatego wiadomości, które można przechowywać, są krótkie. Dla porównania, płyta CD może pomieścić około 700 MB informacji, czyli około 10 milionów razy więcej informacji niż drewniane dyski, które zrobiłem. Cały projekt pomaga wyobrazić sobie skalę przechowywania informacji na płytach CD (już przestarzałe urządzenie do przechowywania danych) oraz sposób odczytywania i dekodowania informacji cyfrowych na coś znaczącego dla ludzi.

W tej instrukcji omówię projekt i budowę systemu, sposób konwersji wiadomości na informacje binarne na drewnianym dysku oraz wiele wyzwań po drodze.

Projekt inspirowany był wieloma źródłami, m.in.:

8-bitowy kanał Show and Tell miał niesamowity film o tajnej wiadomości przechowywanej na nagraniu, które można odczytać na Commodore 64

Pionowe gramofony, takie jak Gramovox i Roy Harpaz

Mechaniczne urządzenia odtwarzające muzykę zwane polifonami, opracowane w połowie XIX wieku

Muzeum Historii Komputerów w Mountain View, Kalifornia

Film Techmoana na dysku CED Videodisc opracowanym przez RCA

Applied Science obrazuje płyty, płyty CD i DVD za pomocą mikroskopu elektronowego

Optyczne enkodery obrotowe

Kieszonkowe dzieci

Arkusz sklejki 10X 10”x15”x1/8”

Biały arkusz akrylowy

Silnik prądu stałego 1X 50 obr./min;

1X Arduino Nano

1X mostek H L9110

1X silniki krokowe Nema 17 Bipolarny silnik krokowy (3,5 V 1 A)

Śruby pociągowe 1X2mm

2X oprawki 21. Dwie nakrętki śruby pociągowej 22. Dwie tuleje ślizgowe łożyska i wały liniowe 200mm:

1X wyświetlacz matrycowy DOT MAX 7219

Zasilanie 1X5 V

1X kabel Mini USB

Fotodiody 2X -

2X diody podczerwieni

1X fotodioda IR

Moduł laserowy 2X 650nm

1X 5,5 x 2,5 mm Montaż panelowy Gniazdo zasilania prądem stałym

1X wyłącznik zasilania -

1X gniazdo MIDI -

Wzmacniacz operacyjny 3X LM358

2X tranzystory NPN

1X tranzystor TIP120

2X diody

3X 10 tys. garnków przycinających

Rezystory jak pokazano na schemacie systemu

Płytka prototypowa

Magnesy o średnicy 8mm -

Zestaw metryczny

Krok 1: Przegląd systemu

Zadaniem urządzenia jest dekodowanie wiadomości zapisanej na drewnianym dysku. W tym kroku przedstawię krótki przegląd całego procesu.

1. Wybierz wiadomość. Wybrałem wiadomości od kilku moich ulubionych pisarzy i muzyków do przechowywania na płycie. Na przykładowym rysunku powyżej mam klasyczne „nie panikuj!” z Przewodnika po Galaktyce Autostopowicza.

2. Utwórz binarną tabelę konwersji. Jeśli nie znasz informacji binarnych, istnieje wiele przydatnych książek, kursów i filmów wideo, które pomogą Ci dowiedzieć się wszystkiego o tym procesie. Podstawową ideą jest wymyślenie unikalnych kombinacji jedynek i zer, które odpowiadają jakiejś akcji, wartości, literze lub innej jednostce. W przypadku mojego odtwarzacza płyt skupiłem się na dekodowaniu wiadomości. Dlatego stworzyłem tabelę łączącą 5-bitowe liczby binarne ze znakiem (np. 00100 odpowiada literze „d”), która jest dołączona w tym kroku. Utworzona przeze mnie tabela jest okrojoną wersją 8-bitowej tabeli ASCII.

3. Przekonwertuj wiadomość na binarną. Korzystając z utworzonej przeze mnie tabeli, każdy znak w wiadomości jest konwertowany na binarny i zapisywany w celu utworzenia jednej sekwencji binarnej.

4. Ułóż plik binarny na dysku. Teraz, gdy otrzymałem wiadomość binarną, musiałem zastanowić się, jak przechowywać informacje na drewnianym dysku w sposób, który może być odczytany przez urządzenie. Zdecydowałem się przechowywać jedynki i zera jako nie-otwory i otwory ułożone w okrąg (tak jak CD). Gdy pełny obrót zostanie wypełniony informacjami, następne dane będą przechowywane w kolejnym rzędzie poruszającym się promieniście na zewnątrz. Zdecydowałem się czytać po jednym bicie na raz, więc wymagany jest tylko jeden detektor danych. Gdy dysk się kręci, dziury i nieotwory przechodzą nad detektorem.

Ale skąd detektor wie, kiedy odczytać dane? Skąd mogłem mieć pewność, że detektor danych odczytuje w odpowiednim momencie, gdy otwór w płycie znajdował się nad detektorem? Rozwiązałem ten problem dodając detektor „zegarowy”, który pozostaje nieruchomy na urządzeniu. Najbardziej wewnętrzny pierścień na tarczy ma równomiernie rozmieszczone otwory. Gdy detektor zegarowy zarejestruje opadające lub narastające zbocze, detektor danych odczytuje jeden bit informacji. Wszystkie procesy wymienione w punktach 2-4 zostały wykonane przy użyciu Matlaba i zostały omówione w kroku 18.

5. Czytaj binarnie za pomocą odtwarzacza płyt. Detektory zegara i danych składają się z lasera i fotodiody. Gdy nie ma dziury, laser odbija się od dysku, uderza w fotodiodę i rejestruje 1. Sygnał wyjściowy fotodiody jest wzmacniany, zbinaryzowany za pomocą wyzwalacza Schmitta i odczytywany cyfrowo za pomocą Arduino Nano. Po skompletowaniu jednego rzędu dysku, silnik krokowy (Nema 17 Bipolar step motor 3,5 V 1 A) przenosi detektor danych w dół do następnego rzędu na dysku. Początkowe położenie szyny trzymającej detektor danych jest określane za pomocą fotoprzerwania w górnym położeniu szyny. Odtwarzacz składa się z wyjścia MIDI, które generuje nutę za każdym razem, gdy zostanie odczytana 1. Szczegóły obwodu zostaną opisane w dalszych krokach.

6. Odkoduj plik binarny i wyświetl komunikat. Po odczytaniu całej płyty Arduino dekoduje plik binarny do wiadomości i zapisuje go jako ciąg. Komunikat jest wyświetlany na wyświetlaczu Dot Matrix (MAX 7219).

Krok 2: Model CAD, cięcie laserowe i druk 3D

II nagroda w Konkursie CNC 2020