دستگاه پخش دیسک چوبی: 20 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

توسط jbumsteadJon Bumstead بیشتر توسط نویسنده دنبال کنید:

درباره: پروژه های نور ، موسیقی و الکترونیک. همه آنها را در سایت من بیابید: www.jbumstead.com بیشتر درباره jbumstead »پروژه های Fusion 360»

من می خواستم نحوه ساخت دستگاه های ذخیره اطلاعات را با ساخت یک دستگاه پخش دیسک در مقیاس بزرگ نشان دهم. به جای آنکه بر اساس تداخل نور مانند دستگاه های پخش سی دی باشد ، دستگاهی که من ساخته ام دیسک های چوبی را با حفره و "بدون سوراخ" (همانطور که در این قسمت به آنها اشاره می کنم) که از پرتو لیزر عبور می کنند یا مسدود می کند ، پخش می کند. این حفره ها و حفره ها مربوط به 1 و 0 در داده های باینری است که یک پیام متنی را مانند متن آهنگ یا نقل قول کد می کند. اطلاعات باینری از روی دیسک خوانده می شود ، در یک آردوینو ذخیره می شود و رمزگشایی می شود تا پیام متنی را روی یک ماتریس LED در جلوی دستگاه نمایش دهد. با خواندن داده ها ، ماتریس LED برای تجسم اطلاعات باینری پر می شود. هنگامی که یک بیت بالا خوانده می شود ، یک یادداشت MIDI نیز پخش می شود. موسیقی تولید شده ممکن است تصادفی به نظر برسد ، اما نماد مجموعه ای از 1 و 0 است که در واقع اطلاعات معنی داری را در خود دارد.

دستگاه دیسک چوبی که من ایجاد کردم فقط به دلیل بزرگ بودن حفره ها روی دیسک می تواند حدود 700 بیت (<0.1 کیلوبایت) را نگه دارد. بنابراین ، پیامهای قابل ذخیره کوتاه هستند. برای مرجع ، یک سی دی می تواند حدود 700 مگابایت اطلاعات را در خود جای دهد ، که حدود 10 میلیون برابر بیشتر از دیسک های چوبی است که من ساخته ام. کل پروژه به تصور مقیاس ذخیره اطلاعات روی سی دی (یک دستگاه ذخیره سازی قدیمی) و نحوه خواندن و رمزگشایی اطلاعات دیجیتالی به چیزی که برای انسان معنی دار است کمک می کند.

در این قسمت آموزشی ، من به طراحی و ساخت سیستم ، نحوه تبدیل پیام به اطلاعات دودویی روی یک دیسک چوبی و چالش های متعدد در این راه می پردازم.

این پروژه از منابع زیادی الهام گرفته است ، از جمله:

کانال 8 بیتی Show and Tell یک ویدیوی بسیار جذاب در مورد یک پیام مخفی ذخیره شده در یک رکورد داشت که در Commodore 64 قابل خواندن بود

دستگاه های ضبط عمودی ، مانند دستگاه های Gramovox و Roy Harpaz

دستگاه های مکانیکی پخش موسیقی به نام پلی فون ، در اواسط دهه 1800 توسعه یافت

موزه تاریخ رایانه در Mountain View ، CA

ویدئوی Techmoan در CED Videodisc توسعه یافته توسط RCA

علوم کاربردی با میکروسکوپ الکترونی ، پرونده ها ، CD ها و DVD ها را ثبت می کند

رمزگذارهای چرخشی نوری

تدارکات

ورق تخته سه لا 10X 10 "x15" x1/8"

ورق اکریلیک سفید

موتور DC 1X 50 دور در دقیقه

آردوینو نانو 1X

1X H-Bridge L9110

موتورهای پله ای 1X Nema 17 موتور دو مرحله ای (3.5V 1A)

پیچ های سربی 1X 2 میلی متری

بلوک بالش 2X 21. دو مهره پیچ سربی 22. دو بوش اسلاید بلبرینگ و شفت خطی 200 میلی متری:

صفحه نمایش 1X ماتریس DOT MAX 7219

منبع تغذیه 1X 5V

کابل USB 1X مینی

دیودهای نوری 2X -

2X LED LED

دیود نوری IR 1X

ماژول لیزری 2X 650 نانومتر

جک پاور DC 1X 5.5 x 2.5 میلی متر نصب

کلید برق 1X-https://www.digikey.com/product-detail/fa/zf-elect…

1X جک MIDI -

3X LM358 اپ آمپر

2X ترانزیستور NPN

ترانزیستور 1X TIP120

دیودهای 2X

قابلمه های تریم 3X 10k

مقاومتها همانطور که در شماتیک سیستم نشان داده شده است

تخته نمونه اولیه

آهنرباهای با قطر 8 میلی متر -

کیت سخت افزار متریک

مرحله 1: مرور سیستم

هدف دستگاه رمزگشایی پیامی است که روی دیسک چوبی ذخیره شده است. در این مرحله ، یک مرور کلی از کل فرآیند ارائه می دهم.

1. پیامی را انتخاب کنید. من پیامهای برخی از نویسندگان و نوازندگان مورد علاقه خود را برای ذخیره روی دیسک انتخاب کردم. در مثال نقاشی بالا ، من کلاسیک "نگران نباش!" از راهنمای Hitchhiker به Galaxy.

2. ایجاد یک جدول تبدیل باینری. اگر با اطلاعات باینری آشنایی ندارید ، تعداد زیادی کتاب ، دوره و فیلم مفید برای یادگیری همه چیز در مورد این فرآیند وجود دارد. ایده اصلی این است که ترکیبهای منحصر به فردی از 1 و 0 ارائه شود که مربوط به یک عمل ، ارزش ، حرف یا موجودیت دیگر است. برای پخش کننده دیسک من روی رمزگشایی پیام ها تمرکز کردم. بنابراین من جدولی ایجاد کردم که اعداد باینری 5 بیتی را به یک کاراکتر متصل می کرد (به عنوان مثال 00100 مربوط به حرف "d" است) ، که در این مرحله ضمیمه شده است. جدولی که من ایجاد کردم یک نسخه کوتاه از جدول 8 بیتی ASCII است.

3. پیام را به باینری تبدیل کنید. با استفاده از جدولی که ایجاد کردم ، هر کاراکتر پیام به باینری تبدیل شده و ذخیره می شود تا یک دنباله دودویی ایجاد شود.

4. باینری را روی یک دیسک مرتب کنید. اکنون که پیام دودویی دریافت کردم ، باید نحوه ذخیره اطلاعات روی دیسک چوبی به گونه ای که توسط دستگاه قابل خواندن باشد را در نظر بگیرم. من تصمیم گرفتم که 1 و 0 را به عنوان یک سوراخ و سوراخ مرتب در یک دایره (درست مانند یک CD) ذخیره کنم. هنگامی که یک انقلاب کامل با اطلاعات پر شد ، داده های بعدی در یک ردیف دیگر ذخیره می شوند که بصورت شعاعی به سمت خارج حرکت می کند. من هر بار یک بیت را خواندم ، بنابراین فقط یک آشکارساز برای داده ها مورد نیاز است. با چرخش دیسک ، سوراخ ها و سوراخ ها از روی آشکارساز عبور می کنند.

اما چگونه آشکارساز می داند چه زمانی داده ها را بخواند؟ چگونه می توانم مطمئن شوم که آشکارساز داده در زمان مناسب هنگامی که سوراخ دیسک روی آشکارساز قرار داشت ، می خواند؟ من این مشکل را با افزودن یک آشکارساز "ساعت" که روی دستگاه ثابت می ماند حل کردم. داخلی ترین حلقه روی دیسک سوراخ هایی را به طور مساوی قرار داده است. هنگامی که آشکارساز ساعت لبه در حال سقوط یا افزایش را ثبت می کند ، آشکارساز داده یک بیت اطلاعات را می خواند. فرایندهای ذکر شده در 2-4 همه با استفاده از Matlab انجام شده است و در مرحله 18 مورد بحث قرار گرفته است.

5. با دستگاه پخش دیسک به صورت باینری بخوانید. ساعت و آشکارسازهای داده هریک از لیزر و فوتودیود تشکیل شده اند. هنگامی که هیچ حفره ای وجود ندارد ، لیزر دیسک را منعکس می کند و به دیود نوری برخورد می کند و یک عدد 1 را ثبت می کند. خروجی فوتودیود تقویت می شود ، با ماشه اشمیت دوتایی می شود و با آردوینو نانو به صورت دیجیتالی خوانده می شود. پس از تکمیل یک ردیف دیسک ، یک موتور پله ای (Nema 17 Bipolar step motor 3.5V 1A) آشکارساز داده را به ردیف بعدی دیسک ترجمه می کند. موقعیت اولیه ریل دارای آشکارساز داده با استفاده از یک وقفه نوری در موقعیت بالای ریل تعیین می شود. پخش کننده شامل یک خروجی MIDI است که در هر بار خواندن 1 یک یادداشت ایجاد می کند. جزئیات مدار در مراحل بعدی توضیح داده خواهد شد.

6. کد باینری را رمزگشایی کرده و پیامی را نمایش دهید. پس از خواندن کل دیسک ، آردوینو فایل باینری را در پیام رمزگشایی می کند و آن را به عنوان یک رشته ذخیره می کند. پیام روی صفحه نقطه ماتریس (MAX 7219) نمایش داده می شود.

مرحله 2: مدل CAD ، برش لیزری و چاپ سه بعدی

جایزه دوم در مسابقه CNC 2020