Ξύλινη συσκευή αναπαραγωγής δίσκων: 20 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Από τον jbumsteadJon Bumstead Ακολουθήστε περισσότερα από τον συγγραφέα:

Σχετικά με: Έργα στο φως, τη μουσική και τα ηλεκτρονικά. Βρείτε τα όλα στον ιστότοπό μου: www.jbumstead.com Περισσότερα για το jbumstead »Έργα Fusion 360»

Wantedθελα να καταδείξω πώς λειτουργούν οι συσκευές αποθήκευσης πληροφοριών με την κατασκευή μιας μεγάλης κλίμακας μηχανή αναπαραγωγής δίσκων. Αντί να βασίζεται σε παρεμβολές φωτός όπως οι συσκευές αναπαραγωγής CD, η συσκευή που έφτιαξα παίζει ξύλινους δίσκους με τρύπες και "μη τρύπες" (όπως τους αναφέρομαι σε αυτό το διδακτικό) που είτε περνούν είτε μπλοκάρουν μια δέσμη λέιζερ. Αυτές οι οπές και οι μη-οπές αντιστοιχούν σε 1 και 0 σε δυαδικά δεδομένα που κωδικοποιούν ένα μήνυμα κειμένου, όπως στίχους τραγουδιών ή ένα απόσπασμα. Οι δυαδικές πληροφορίες διαβάζονται από το δίσκο, αποθηκεύονται σε ένα Arduino και αποκωδικοποιούνται για να εμφανιστεί το μήνυμα κειμένου σε μια μήτρα LED στο μπροστινό μέρος της συσκευής. Καθώς τα δεδομένα διαβάζονται, η μήτρα LED συμπληρώνεται για να απεικονίσει τις δυαδικές πληροφορίες. Όταν διαβάζεται ένα υψηλό bit, παίζεται επίσης μια νότα MIDI. Η μουσική που παράγεται μπορεί να ακούγεται τυχαία, αλλά συμβολίζει μια σειρά 1 και 0 που στην πραγματικότητα περιέχει σημαντικές πληροφορίες.

Η ξύλινη συσκευή αναπαραγωγής δίσκων που δημιούργησα μπορεί να χωρέσει μόνο περίπου 700 bit (<0.1kB) λόγω του πόσο μεγάλες είναι οι οπές στο δίσκο. Επομένως, τα μηνύματα που μπορούν να αποθηκευτούν είναι σύντομα. Για αναφορά, ένα CD μπορεί να χωρέσει περίπου 700MB πληροφοριών, δηλαδή περίπου 10 εκατομμύρια φορές περισσότερες πληροφορίες από τους ξύλινους δίσκους που έφτιαξα. Το όλο εγχείρημα βοηθά να φανταστούμε την κλίμακα αποθήκευσης πληροφοριών σε CD (μια ήδη αποθηκευμένη συσκευή αποθήκευσης) και πώς οι ψηφιακές πληροφορίες διαβάζονται και αποκωδικοποιούνται σε κάτι που έχει νόημα για τους ανθρώπους.

Σε αυτό το διδακτικό, θα εξετάσω το σχεδιασμό και την κατασκευή του συστήματος, πώς το μήνυμα μετατράπηκε σε δυαδικές πληροφορίες σε έναν ξύλινο δίσκο και τις πολλές προκλήσεις στην πορεία.

Το έργο εμπνεύστηκε από πολλές πηγές, μεταξύ των οποίων:

Το κανάλι 8-bit Show and Tell είχε ένα φοβερό βίντεο σχετικά με ένα μυστικό μήνυμα αποθηκευμένο σε μια εγγραφή που μπορούσε να διαβαστεί σε ένα Commodore 64

Κάθετοι δίσκοι, όπως αυτοί των Gramovox και Roy Harpaz

Μηχανικές συσκευές αναπαραγωγής μουσικής που ονομάζονται πολύφωνες, που αναπτύχθηκαν στα μέσα του 1800

Μουσείο Ιστορίας Υπολογιστών στο Mountain View, CA

Το βίντεο του Techmoan για το CED Videodisc αναπτύχθηκε από την RCA

Η εφαρμοσμένη επιστήμη απεικονίζει αρχεία, CD και DVD με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο

Οπτικοί περιστροφικοί κωδικοποιητές

Προμήθειες

Φύλλο κόντρα πλακέ 10X 10 "x15" x1/8"

Λευκό ακρυλικό φύλλο

Κινητήρας DC 1X 50RPM

1X Arduino Nano

1X H-bridge L9110

1X βηματικοί κινητήρες Nema 17 Διπολικός κινητήρας (3.5V 1A)

Βίδες μολύβδου 1Χ 2mm

2X μπλοκ μαξιλαριού 21. Δύο παξιμάδια μολύβδου βιδών 22. Δύο δακτύλιοι ολίσθησης με ρουλεμάν και γραμμικοί άξονες 200mm:

Οθόνη μήτρας 1X DOT MAX 7219

Τροφοδοσία 1X 5V

1X καλώδιο Mini USB

2Χ φωτοδιόδους -

2Χ IR LED

Φωτοδίοδος IR 1X

Μονάδα λέιζερ 2X 650nm

1X 5,5 x 2,5 mm Πίνακας στήριξης DC Power Jack

Διακόπτης ισχύος 1X-https://www.digikey.com/product-detail/en/zf-elect…

1X υποδοχή MIDI -

3X LM358 op amp

2X τρανζίστορ NPN

Τρανζίστορ 1X TIP120

2Χ διόδους

Γλάστρες 3x 10k

Αντιστάσεις όπως φαίνεται στο σχηματικό σύστημα

Πρωτότυπος πίνακας

Μαγνήτες διαμέτρου 8mm -

Μετρικό κιτ υλικού

Βήμα 1: Επισκόπηση συστήματος

Ο σκοπός της συσκευής είναι να αποκωδικοποιήσει ένα μήνυμα που είναι αποθηκευμένο σε έναν ξύλινο δίσκο. Σε αυτό το βήμα, θα κάνω μια γρήγορη επισκόπηση ολόκληρης της διαδικασίας.

1. Επιλέξτε ένα μήνυμα. Διάλεξα μηνύματα από μερικούς από τους αγαπημένους μου συγγραφείς και μουσικούς για αποθήκευση στο δίσκο. Στο παραπάνω σχέδιο, έχω το κλασικό "μην πανικοβάλλεσαι!" από τον Οδηγό του Οστόστορ στον Γαλαξία.

2. Δημιουργήστε έναν δυαδικό πίνακα μετατροπής. Εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με δυαδικές πληροφορίες, υπάρχουν πολλά χρήσιμα βιβλία, μαθήματα και βίντεο για να μάθετε τα πάντα σχετικά με τη διαδικασία. Η βασική ιδέα είναι να προκύψουν μοναδικοί συνδυασμοί 1 και 0 που αντιστοιχούν σε κάποια ενέργεια, τιμή, γράμμα ή άλλη οντότητα. Για τη συσκευή αναπαραγωγής δίσκων, επικεντρώθηκα στην αποκωδικοποίηση μηνυμάτων. Ως εκ τούτου, δημιούργησα έναν πίνακα που συνέδεε δυαδικούς αριθμούς 5-bit σε έναν χαρακτήρα (π.χ. το 00100 αντιστοιχεί στο γράμμα "d"), ο οποίος επισυνάπτεται σε αυτό το βήμα. Ο πίνακας που δημιούργησα είναι μια περικομμένη έκδοση του πίνακα ASCII 8 bit.

3. Μετατρέψτε το μήνυμα σε δυαδικό. Χρησιμοποιώντας τον πίνακα που δημιούργησα, κάθε χαρακτήρας στο μήνυμα μετατρέπεται σε δυαδικό και αποθηκεύεται για να δημιουργήσει μία δυαδική ακολουθία.

4. Τακτοποιήστε το δυαδικό σε ένα δίσκο. Τώρα που είχα ένα δυαδικό μήνυμα, έπρεπε να σκεφτώ πώς να αποθηκεύσω τις πληροφορίες σε έναν ξύλινο δίσκο με τρόπο που να μπορεί να διαβαστεί από μια συσκευή. Αποφάσισα να αποθηκεύσω το 1 και το 0 ως μη τρύπες και τρύπες διατεταγμένες σε κύκλο (ακριβώς όπως ένα CD). Μόλις μια πλήρης περιστροφή γεμίσει με πληροφορίες, τα επόμενα δεδομένα θα αποθηκευτούν σε μια άλλη σειρά κινούμενα ακτινικά προς τα έξω. Επέλεξα να διαβάζω ένα κομμάτι τη φορά, οπότε απαιτείται μόνο ένας ανιχνευτής δεδομένων. Καθώς ο δίσκος περιστρέφεται, οι οπές και οι μη οπές περνούν πάνω από τον ανιχνευτή.

Πώς όμως ξέρει ο ανιχνευτής πότε πρέπει να διαβάσει τα δεδομένα; Πώς θα μπορούσα να είμαι σίγουρος ότι ο ανιχνευτής δεδομένων διάβαζε τη σωστή στιγμή όταν η τρύπα στο δίσκο ήταν πάνω από τον ανιχνευτή; Έλυσα αυτό το πρόβλημα προσθέτοντας έναν ανιχνευτή "ρολογιού" που παραμένει ακίνητος στη συσκευή. Ο πιο εσωτερικός δακτύλιος στο δίσκο έχει ομοιόμορφα τοποθετημένες οπές. Όταν ο ανιχνευτής ρολογιού καταγράφει πτώση ή άνοδο του άκρου, ο ανιχνευτής δεδομένων διαβάζει ένα κομμάτι πληροφοριών. Οι διαδικασίες που παρατίθενται από το 2-4 έγιναν όλες χρησιμοποιώντας το Matlab και συζητούνται στο Βήμα 18.

5. Διαβάστε δυαδικά με τη συσκευή αναπαραγωγής δίσκων. Το ρολόι και οι ανιχνευτές δεδομένων αποτελούνται από λέιζερ και φωτοδίοδο. Όταν δεν υπάρχει τρύπα, το λέιζερ αντανακλάται από το δίσκο και χτυπά τη φωτοδίοδο και καταγράφει 1. Η έξοδος της φωτοδιόδου ενισχύεται, υποδιαιρείται με σκανδάλη Schmitt και διαβάζεται ψηφιακά με Arduino Nano. Μετά την ολοκλήρωση μιας σειράς του δίσκου, ένας βηματικός κινητήρας (Nema 17 Bipolar step motor 3.5V 1A) μετατρέπει τον ανιχνευτή δεδομένων στην επόμενη σειρά του δίσκου. Η αρχική θέση της ράγας που συγκρατεί τον ανιχνευτή δεδομένων προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας μια φωτοδιακοπή στην επάνω θέση της ράγας. Η συσκευή αναπαραγωγής αποτελείται από μια έξοδο MIDI, η οποία παράγει μια νότα κάθε φορά που διαβάζεται το 1. Οι λεπτομέρειες του κυκλώματος θα περιγραφούν σε επόμενα βήματα.

6. Αποκωδικοποιήστε το δυαδικό και εμφανίστε ένα μήνυμα. Αφού διαβαστεί ολόκληρος ο δίσκος, το Arduino αποκωδικοποιεί το δυαδικό στο μήνυμα και το αποθηκεύει ως συμβολοσειρά. Το μήνυμα εμφανίζεται στην οθόνη Dot Matrix (MAX 7219).

Βήμα 2: Μοντέλο CAD, Laser Cutting και 3D Printing

Δεύτερο βραβείο στον διαγωνισμό CNC 2020