Koka disku atskaņotājs: 20 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Džons BumsteadSekot vairāk autora:

Par: Gaismas, mūzikas un elektronikas projekti. Atrodiet tos visus manā vietnē: www.jbumstead.com Vairāk par jbumstead »Fusion 360 projekti»

Es gribēju parādīt, kā darbojas informācijas uzglabāšanas ierīces, izveidojot liela mēroga disku atskaņošanas mašīnu. Tā vietā, lai balstītos uz gaismas traucējumiem, piemēram, CD atskaņotājiem, manis uzbūvētā ierīce atskaņo koka diskus ar caurumiem un "bez caurumiem" (kā es uz tiem atsaucos šajā pamācībā), kas vai nu izlaiž, vai bloķē lāzera staru. Šie caurumi un bedrītes atbilst 1 un 0 binārajos datos, kas kodē īsziņu, piemēram, dziesmu vārdus vai citātu. Binārā informācija tiek nolasīta diskā, saglabāta Arduino un dekodēta, lai parādītu īsziņu uz LED matricas ierīces priekšpusē. Datu lasīšanas laikā tiek aizpildīta LED matrica, lai vizualizētu bināro informāciju. Kad tiek lasīts augsts bits, tiek atskaņota arī MIDI piezīme. Izveidotā mūzika var izklausīties nejauši, taču tā simbolizē virkni 1 un 0, kas faktiski satur nozīmīgu informāciju.

Manis izveidotais koka disku atskaņotājs var saturēt tikai aptuveni 700 bitus (<0,1 KB), jo diskā ir lieli caurumi. Tāpēc ziņas, kuras var saglabāt, ir īsas. Uzziņai kompaktdiskā var ietilpt aptuveni 700 MB informācijas, kas ir aptuveni 10 miljonus reižu vairāk informācijas nekā manis izgatavotie koka diski. Viss projekts palīdz iedomāties informācijas uzglabāšanas apjomu kompaktdiskos (jau datēta atmiņas ierīce) un to, kā digitālā informācija tiek nolasīta un atšifrēta par kaut ko nozīmīgu cilvēkiem.

Šajā pamācībā es apskatīšu sistēmas dizainu un uzbūvi, to, kā ziņojums tika pārvērsts binārajā informācijā uz koka diska, un daudzos izaicinājumus.

Projektu iedvesmoja daudzi avoti, tostarp:

8 bitu Show and Tell kanālā bija satriecošs video par slepenu ziņu, kas tika saglabāta ierakstā, ko varēja izlasīt Commodore 64

Vertikālie ierakstu atskaņotāji, piemēram, Gramovox un Roy Harpaz

Mehāniskās mūzikas atskaņošanas ierīces, ko sauc par polifoniem, tika izstrādātas 1800. gadu vidū

Datoru vēstures muzejs Mountain View, CA

Techmoan video par RCA izstrādāto CED videodisku

Lietišķā zinātne attēlo ierakstus, kompaktdiskus un DVD diskus ar elektronu mikroskopu

Rotējošie optiskie kodētāji

Piegādes

10X 10”x15” x1/8”saplākšņa loksne

Balta akrila loksne

1X 50 apgr./min līdzstrāvas motors

1x Arduino Nano

1X H-tilts L9110

1X pakāpju motori Nema 17 Bipolāri pakāpju motori (3.5V 1A)

1X 2 mm svina skrūves

2X spilvenu bloki 21. Divi svina skrūves uzgriežņi 22. Divi gultņu bīdāmie bukses un 200 mm lineārās vārpstas:

1X DOT matricas displejs MAX 7219

1X 5V barošanas avots

1X mini USB kabelis

2X fotodiodes -

2x IR gaismas diodes

1x IR fotodiods

2X 650 nm lāzera modulis

1X 5,5 x 2,5 mm paneļa stiprinājuma līdzstrāvas ligzda

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

1X MIDI ligzda -

3X LM358 op pastiprinātājs

2X NPN tranzistori

1X TIP120 tranzistors

2X diodes

3X 10k apdares podi

Rezistori, kā parādīts sistēmas shēmā

Prototipa dēlis

8 mm diametra magnēti -

Metriskās aparatūras komplekts

1. darbība: sistēmas pārskats

Ierīces mērķis ir atšifrēt koka diskā saglabāto ziņojumu. Šajā solī es sniegšu ātru pārskatu par visu procesu.

1. Izvēlieties ziņu. Es izvēlējos ziņas no dažiem maniem iecienītākajiem rakstniekiem un mūziķiem, lai tos saglabātu diskā. Iepriekš redzamajā piemēra zīmējumā man ir klasiskais "nekrītiet panikā!" no stopētāja ceļveža uz galaktiku.

2. Izveidojiet bināro reklāmguvumu tabulu. Ja jums nav pazīstama binārā informācija, ir daudz noderīgu grāmatu, kursu un videoklipu, lai uzzinātu visu par šo procesu. Pamatideja ir nākt klajā ar unikālām kombinācijām 1 un 0, kas atbilst kādai darbībai, vērtībai, burtam vai citai entītijai. Savā disku atskaņotājā es koncentrējos uz ziņojumu dekodēšanu. Tāpēc es izveidoju tabulu, kas 5 bitu bināros skaitļus savienoja ar rakstzīmi (piemēram, 00100 atbilst burtam "d"), kas ir pievienota šajā solī. Mana izveidotā tabula ir saīsināta 8 bitu ASCII tabulas versija.

3. Pārvērst ziņojumu par bināro. Izmantojot manu izveidoto tabulu, katra ziņojuma rakstzīme tiek pārveidota par bināru un saglabāta, lai izveidotu vienu bināro secību.

4. Sakārtojiet bināro failu diskā. Tagad, kad man bija binārs ziņojums, man bija jāapsver, kā saglabāt informāciju uz koka diska tā, lai to varētu nolasīt ierīce. Es nolēmu uzglabāt 1 un 0 kā ne-caurumus un caurumus, kas sakārtoti aplī (tāpat kā CD). Kad pilna revolūcija bija piepildīta ar informāciju, nākamie dati tiks saglabāti citā rindā, kas virzās radiāli uz āru. Es izvēlējos lasīt vienu bitu vienlaikus, tāpēc ir nepieciešams tikai viens datu detektors. Kad disks griežas, caurumi un bezcaurulīši iet pāri detektoram.

Bet kā detektors zina, kad lasīt datus? Kā es varu būt pārliecināts, ka datu detektors lasa īstajā brīdī, kad diska caurums bija virs detektora? Es atrisināju šo problēmu, pievienojot "pulksteņa" detektoru, kas ierīcē paliek nekustīgs. Diska iekšējam gredzenam ir vienmērīgi izvietoti caurumi. Kad pulksteņa detektors reģistrē krītošu vai augošu malu, datu detektors nolasa vienu informācijas bitu. Visi no 2-4 uzskaitītie procesi tika veikti, izmantojot Matlab, un tie tiek apspriesti 18. darbībā.

5. Lasiet binārā veidā ar disku atskaņotāju. Pulkstenis un datu detektori sastāv no lāzera un fotodiodes. Ja nav caurumu, lāzers atstarojas no diska un nokļūst fotodiodē un reģistrē a 1. Fotodiodes izeja tiek pastiprināta, binarizēta ar Schmitt sprūdu un nolasīta digitāli ar Arduino Nano. Pēc vienas diska rindas pabeigšanas pakāpju motors (Nema 17 Bipolar Step Motor 3.5V 1A) pārvērš datu detektoru uz nākamo diska rindu. Datu detektora turētāja sākotnējo stāvokli nosaka, izmantojot foto pārtraukumu sliedes augšējā pozīcijā. Atskaņotājs sastāv no MIDI izejas, kas katru reizi, kad tiek nolasīts 1, rada noti. Sīkāka informācija par ķēdi tiks aprakstīta turpmākajos soļos.

6. Atšifrējiet bināro un parādiet ziņojumu. Pēc visa diska nolasīšanas Arduino dekodē bināro ziņojumu un saglabā to kā virkni. Ziņojums tiek parādīts punktu matricas displejā (MAX 7219).

2. darbība: CAD modelis, griešana ar lāzeru un 3D drukāšana

Otrā balva CNC konkursā 2020