Reproductor de disc de fusta: 20 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Per jbumstead Jon Bumstead Segueix-ne més per l'autor:

Quant a: Projectes de llum, música i electrònica. Troba-les totes al meu lloc: www.jbumstead.com Més informació sobre jbumstead »Projectes Fusion 360»

Volia demostrar com funcionen els dispositius d’emmagatzematge d’informació construint una màquina de reproducció de discs a gran escala. En lloc de basar-se en la interferència de la llum com els reproductors de CD, el dispositiu que he construït reprodueix discos de fusta amb forats i "no forats" (com faig referència a ells en aquest instructiu) que passen o bloquegen un feix làser. Aquests forats i no forats corresponen a 1 i 0 de dades binàries que codifiquen un missatge de text, com ara lletres de cançons o una cita. La informació binària es llegeix del disc, s’emmagatzema en un Arduino i es descodifica per mostrar el missatge de text en una matriu de LED a la part frontal del dispositiu. A mesura que es llegeixen les dades, la matriu LED s’omple per visualitzar la informació binària. Quan es llegeix un bit alt, també es reprodueix una nota MIDI. La música produïda pot sonar a l'atzar, però simbolitza una sèrie d'1 i 0 que en realitat contenen informació significativa.

El reproductor de disc de fusta que he creat només pot contenir uns 700 bits (<0,1 kB) a causa de la mida dels forats del disc. Per tant, els missatges que es poden emmagatzemar són curts. Com a referència, un CD pot contenir uns 700 MB d’informació, la qual cosa suposa aproximadament 10 milions de vegades més informació que els discos de fusta que vaig fabricar. Tot el projecte ajuda a imaginar l’escala d’emmagatzematge d’informació en CD (un dispositiu d’emmagatzematge ja datat) i com es llegeix i es descodifica la informació digital en alguna cosa significativa per als humans.

En aquest instructiu, examinaré el disseny i la construcció del sistema, com es va convertir el missatge en informació binària en un disc de fusta i els molts reptes que hi ha al llarg del camí.

El projecte es va inspirar en moltes fonts, incloses:

El canal de 8 bits de Show and Tell tenia un increïble vídeo sobre un missatge secret emmagatzemat en un registre que es podia llegir en un Commodore 64

Tocadors de discos verticals, com els de Gramovox i Roy Harpaz

Dispositius de reproducció de música mecànica anomenats polifons, desenvolupats a mitjan 1800

El Computer History Museum de Mountain View, Califòrnia

El vídeo de Techmoan al Videodisc CED desenvolupat per RCA

Registres d'imatges de ciència aplicada, CD i DVD amb microscopi electrònic

Codificadors rotatius òptics

Subministraments

Full de fusta contraxapat 10X 10”x15” x1 / 8”

Full acrílic blanc

Motor de corrent continu 1X 50RPM

1X Arduino Nano

1X pont H L9110

Motors pas a pas 1X Motor pas bipolar Nema 17 (3,5V 1A)

Cargols 1X 2mm

2x coixins de coixí 21. Dues femelles de cargol de plom 22. Dues casquets de rodament i eixos lineals de 200 mm:

Pantalla de matriu 1X DOT MAX 7219

Alimentació 1X 5V

Cable mini USB 1X

Fotodíodes 2X:

2x LEDs IR

Fotodiode IR 1X

Mòdul làser 2X 650nm

Jack d'alimentació de CC de muntatge de panell 1X 5,5 x 2,5 mm

Interruptor d’alimentació 1X:

1X presa MIDI:

Amplificador operatiu 3X LM358

Transistors NPN 2X

1X transistor TIP120

Diodes 2X

Olles de retallades 3X 10k

Resistències tal com es mostra a l’esquema del sistema

Tauler prototip

Imants de 8 mm de diàmetre:

Kit de maquinari mètric

Pas 1: Visió general del sistema

L’objectiu del dispositiu és descodificar un missatge emmagatzemat en un disc de fusta. En aquest pas, proporcionaré una visió general ràpida de tot el procés.

1. Escolliu un missatge. Vaig triar missatges d’alguns dels meus escriptors i músics favorits per emmagatzemar al disc. A l'exemple de dibuix anterior, tinc el clàssic "No us espanteu!" de la Guia de l'autoestopista a la galàxia.

2. Creeu una taula de conversió binària. Si no esteu familiaritzat amb la informació binària, hi ha un munt de llibres, cursos i vídeos útils per conèixer tot el procés. La idea bàsica és trobar combinacions úniques d’1 i 0 que corresponguin a alguna acció, valor, lletra o altra entitat. Per al meu reproductor de disc, em vaig centrar en la descodificació de missatges. Per tant, vaig crear una taula que connectava números binaris de 5 bits a un caràcter (per exemple, 00100 correspon a la lletra "d"), que s'adjunta en aquest pas. La taula que he creat és una versió truncada de la taula ASCII de 8 bits.

3. Convertiu el missatge en binari. Amb la taula que he creat, cada caràcter del missatge es converteix en binari i es desa per crear una seqüència binària.

4. Disposeu el binari en un disc. Ara que tenia un missatge binari, havia de plantejar-me com emmagatzemar la informació en un disc de fusta de manera que el dispositiu pogués llegir-la. Vaig decidir emmagatzemar l'1 i el 0 com a forats i forats disposats en cercle (igual que un CD). Una vegada que s'omplís una revolució completa d'informació, les dades següents s'emmagatzemarien en una altra fila movent-se radialment cap a l'exterior. Vaig triar llegir un bit a la vegada, de manera que només cal un detector de dades. A mesura que gira el disc, els forats i els no forats passen pel detector.

Però, com sap el detector quan llegir les dades? Com puc estar segur que el detector de dades estava llegint en el moment adequat quan el forat del disc estava sobre el detector? Vaig solucionar aquest problema afegint un detector de "rellotge" que roman estacionat al dispositiu. L'anell més interior del disc té forats col·locats uniformement. Quan el detector de rellotge registra una vora descendent o ascendent, el detector de dades llegeix una mica d'informació. Tots els processos llistats del 2 al 4 es van fer amb Matlab i es discuteixen al pas 18.

5. Llegiu en binari amb el reproductor de disc. El rellotge i els detectors de dades consisteixen cadascun en un làser i un fotodiode. Quan no hi ha forat, el làser es reflecteix en el disc i colpeja el fotodiode i registra un 1. La sortida del fotodiode s’amplifica, es binaritza amb un disparador Schmitt i es llegeix digitalment amb un Arduino Nano. Després de completar una fila del disc, un motor pas a pas (motor de pas bipolar Nema 17 3.5V 1A) tradueix el detector de dades a la següent fila del disc. La posició inicial del rail que sosté el detector de dades es determina mitjançant una fotointerrupció a la posició superior del rail. El reproductor consisteix en una sortida MIDI, que produeix una nota cada vegada que es llegeix un 1. Els detalls del circuit es descriuran en passos posteriors.

6. Descodifiqueu el binari i mostreu un missatge. Després de llegir tot el disc, l'Arduino descodifica el binari al missatge i el desa com una cadena. El missatge es mostra a la pantalla de matriu de punts (MAX 7219).

Pas 2: model CAD, tall per làser i impressió 3D

Accèssit al concurs CNC 2020