Деревянный проигрыватель дисков: 20 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Подпишитесь на другие сообщения автора:

О проекте: Проекты в области света, музыки и электроники. Найдите их все на моем сайте: www.jbumstead.com Подробнее о jbumstead »Проекты Fusion 360»

Я хотел продемонстрировать, как работают устройства хранения информации, построив крупномасштабную машину для проигрывания дисков. Вместо того, чтобы основываться на световых помехах, таких как проигрыватели компакт-дисков, устройство, которое я построил, воспроизводит деревянные диски с отверстиями и «без отверстий» (как я их называю в этой инструкции), которые либо пропускают, либо блокируют лазерный луч. Эти дыры и не дыры соответствуют единицам и нулям в двоичных данных, которые кодируют текстовое сообщение, например текст песни или цитату. Двоичная информация считывается с диска, сохраняется на Arduino и декодируется для отображения текстового сообщения на светодиодной матрице на передней панели устройства. По мере считывания данных светодиодная матрица заполняется для визуализации двоичной информации. Когда считывается старший бит, также воспроизводится MIDI-нота. Произведенная музыка может звучать случайным образом, но она символизирует серию единиц и нулей, которые на самом деле содержат значимую информацию.

Созданный мной деревянный проигрыватель дисков может вмещать только около 700 бит (<0,1 КБ) из-за того, насколько велики отверстия на диске. Следовательно, сообщения, которые можно сохранить, короткие. Для справки, компакт-диск может содержать около 700 МБ информации, что примерно в 10 миллионов раз больше, чем на деревянных дисках, которые я сделал. Весь проект помогает представить масштаб хранения информации на компакт-дисках (уже устаревшее запоминающее устройство) и то, как цифровая информация читается и декодируется во что-то значимое для человека.

В этом руководстве я расскажу о проектировании и построении системы, о том, как сообщение было преобразовано в двоичную информацию на деревянном диске, и о многих проблемах на этом пути.

На создание проекта вдохновили многие источники, в том числе:

На 8-битном канале Show and Tell было потрясающее видео о секретном сообщении, хранящемся в записи, которое можно было прочитать на Commodore 64

Вертикальные проигрыватели, такие как Gramovox и Roy Harpaz

Механические устройства для воспроизведения музыки, называемые полифонами, разработанные в середине 1800-х годов

Музей истории компьютеров - Маунтин-Вью, CA

Видео Techmoan на видеодиске CED, разработанном RCA

Записи изображений прикладной науки, компакт-диски и DVD с электронным микроскопом

Оптические датчики вращения

Запасы

Лист фанеры 10X 10”x15” x1 / 8”

Белый акриловый лист

Двигатель постоянного тока 1X 50 об / мин

1x Arduino Nano

1X H-образный мост L9110

1X шаговые двигатели Nema 17 Биполярный шаговый двигатель (3,5 В, 1 А)

1X 2 мм ходовые винты

2 опорных блока 21. Две гайки ходового винта 22. Две скользящие втулки подшипника и линейные валы 200 мм:

Матричный дисплей 1X DOT MAX 7219

1 блок питания 5 В

1X Mini USB-кабель

2х фотодиоды -

2X ИК-светодиода

1X ИК-фотодиод

2X 650нм лазерный модуль

1X 5,5 x 2,5 мм Разъем питания постоянного тока для монтажа на панели

Выключатель питания 1X -

1X MIDI-разъем -

3X LM358 операционный усилитель

2 транзистора NPN

1X TIP120 транзистор

2х диода

3х 10к горшки для обрезки

Резисторы, как показано на схеме системы

Доска прототипа

Магниты диаметром 8 мм -

Комплект метрической фурнитуры

Шаг 1. Обзор системы

Назначение устройства - расшифровать сообщение, хранящееся на деревянном диске. На этом этапе я сделаю краткий обзор всего процесса.

1. Выберите сообщение. Я выбрал сообщения некоторых из моих любимых писателей и музыкантов для хранения на диске. В приведенном выше примере рисунка у меня есть классическая фраза «не паникуйте!» из Путеводителя по Галактике автостопом.

2. Создайте таблицу двоичного преобразования. Если вы не знакомы с двоичной информацией, есть множество полезных книг, курсов и видео, чтобы узнать все об этом процессе. Основная идея состоит в том, чтобы придумать уникальные комбинации 1 и 0, которые соответствуют некоторому действию, значению, букве или другой сущности. В моем проигрывателе дисков я сосредоточился на декодировании сообщений. Поэтому я создал таблицу, которая связывает 5-битные двоичные числа с символом (например, 00100 соответствует букве «d»), которая добавляется на этом этапе. Созданная мной таблица является усеченной версией 8-битной таблицы ASCII.

3. Преобразуйте сообщение в двоичный. Используя созданную мной таблицу, каждый символ в сообщении преобразуется в двоичный и сохраняется для создания одной двоичной последовательности.

4. Разместите двоичный файл на диске. Теперь, когда у меня было двоичное сообщение, мне нужно было подумать, как сохранить информацию на деревянном диске таким образом, чтобы она могла быть прочитана устройством. Я решил хранить 1 и 0 как не дырки, а как дырочки, расположенные по кругу (как на компакт-диске). Как только полный оборот будет заполнен информацией, следующие данные будут сохранены в другой строке, движущейся радиально наружу. Я решил читать по одному биту за раз, поэтому требуется только один детектор данных. Во время вращения диска отверстия и не отверстия проходят над детектором.

Но как детектор узнает, когда читать данные? Как я мог быть уверен, что детектор данных считывает в нужный момент, когда отверстие в диске находится над детектором? Я решил эту проблему, добавив «часовой» детектор, который остается неподвижным на устройстве. На самом внутреннем кольце диска отверстия расположены равномерно. Когда детектор тактовых импульсов регистрирует спадающий или нарастающий фронт, детектор данных считывает один бит информации. Все процессы, перечисленные в 2-4, были выполнены с использованием Matlab и обсуждаются на шаге 18.

5. Считайте двоичный файл с помощью проигрывателя дисков. Каждый детектор часов и данных состоит из лазера и фотодиода. Когда нет отверстия, лазер отражается от диска, ударяется о фотодиод и регистрирует 1. Выходной сигнал фотодиода усиливается, преобразуется в двоичную форму с помощью триггера Шмитта и считывается в цифровом виде с помощью Arduino Nano. После завершения одного ряда на диске шаговый двигатель (биполярный шаговый двигатель Nema 17, 3,5 В, 1 А) переводит детектор данных вниз на следующую строку на диске. Начальное положение рельса, удерживающего детектор данных, определяется с помощью фотопрерывателя в верхнем положении рельса. Плеер имеет MIDI-выход, который воспроизводит ноту каждый раз, когда считывается 1. Детали схемы будут описаны позже.

6. Расшифруйте двоичный файл и отобразите сообщение. После того, как весь диск будет прочитан, Arduino декодирует двоичный файл в сообщение и сохраняет его как строку. Сообщение отображается на точечно-матричном дисплее (MAX 7219).

Шаг 2: модель САПР, лазерная резка и 3D-печать

Второй приз в конкурсе CNC Contest 2020