Trình phát đĩa gỗ: 20 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Bởi jbumsteadJon BumsteadFollow More của tác giả:

Giới thiệu: Các dự án về ánh sáng, âm nhạc và điện tử. Tìm tất cả chúng trên trang web của tôi: www.jbumstead.com Thông tin thêm về jbumstead »Dự án Fusion 360»

Tôi muốn chứng minh cách thức hoạt động của các thiết bị lưu trữ thông tin bằng cách xây dựng một máy chơi đĩa quy mô lớn. Thay vì dựa trên sự giao thoa ánh sáng như đầu đĩa CD, thiết bị tôi chế tạo sẽ phát các đĩa gỗ có lỗ và "không lỗ" (như tôi đề cập trong tài liệu hướng dẫn này) truyền hoặc chặn chùm tia laze. Các lỗ và không lỗ này tương ứng với số 1 và số 0 trong dữ liệu nhị phân mã hóa một tin nhắn văn bản, như lời bài hát hoặc một câu trích dẫn. Thông tin nhị phân được đọc ra khỏi đĩa, được lưu trữ trên Arduino và được giải mã để hiển thị tin nhắn văn bản trên ma trận LED ở mặt trước của thiết bị. Khi dữ liệu đang được đọc, ma trận LED được điền để hiển thị thông tin nhị phân. Khi một bit cao được đọc, một nốt MIDI cũng được phát. Âm nhạc được tạo ra nghe có vẻ ngẫu nhiên, nhưng nó tượng trưng cho một chuỗi số 1 và số 0 thực sự chứa thông tin có ý nghĩa.

Đầu đĩa bằng gỗ mà tôi tạo ra chỉ có thể chứa khoảng 700bits (<0,1kB) vì các lỗ trên đĩa lớn như thế nào. Do đó, các tin nhắn có thể được lưu trữ là ngắn. Để tham khảo, một đĩa CD có thể chứa khoảng 700MB thông tin, gấp khoảng 10 triệu lần so với đĩa gỗ mà tôi đã làm. Toàn bộ dự án giúp hình dung quy mô lưu trữ thông tin trên đĩa CD (một thiết bị lưu trữ đã có từ lâu đời) và cách thông tin kỹ thuật số được đọc và giải mã thành một thứ gì đó có ý nghĩa đối với con người.

Trong phần hướng dẫn này, tôi sẽ xem xét thiết kế và xây dựng hệ thống, cách thông điệp được chuyển đổi thành thông tin nhị phân trên đĩa gỗ và nhiều thách thức trong quá trình thực hiện.

Dự án được lấy cảm hứng từ nhiều nguồn, bao gồm:

Kênh Show and Tell của 8-bit đã có một video tuyệt vời về một thông điệp bí mật được lưu trữ trong một bản ghi có thể đọc được trên Commodore 64

Trình phát đĩa dọc, như của Gramovox và Roy Harpaz

Thiết bị chơi nhạc cơ học được gọi là polyphons, được phát triển vào giữa những năm 1800

Bảo tàng Lịch sử Máy tính ở Mountain View, CA

Video của Techmoan trên CED Videodisc do RCA phát triển

Các bản ghi hình ảnh Khoa học Ứng dụng, CD và DVD với kính hiển vi điện tử

Bộ mã hóa quay quang học

Quân nhu

Tấm ván ép 10X 10”x15” x1 / 8”

Tấm acrylic trắng

Động cơ DC 1X 50RPM

1X Arduino Nano

Cầu 1X L9110

Động cơ bước 1X Nema 17 Động cơ bước lưỡng cực (3.5V 1A)

1X vít chì 2mm

Khối gối 2X 21. Hai đai ốc vít dẫn 22. Hai ống lót ổ trượt và trục tuyến tính 200mm:

Màn hình ma trận 1X DOT MAX 7219

Nguồn điện 1X 5V

1X cáp USB mini

Điốt quang 2X -

Đèn LED hồng ngoại 2X

1X điốt quang IR

Mô-đun laser 2X 650nm

1X 5,5 x 2,5 mm Gắn bảng điều khiển Giắc cắm nguồn DC

Công tắc nguồn 1X -

Giắc cắm MIDI 1X -

3X LM358 op amp

2X bóng bán dẫn NPN

Bóng bán dẫn 1X TIP120

2X điốt

Chậu trang trí 3X 10k

Điện trở như được hiển thị trên sơ đồ hệ thống

Ban nguyên mẫu

Nam châm đường kính 8mm -

Bộ phần cứng hệ mét

Bước 1: Tổng quan về hệ thống

Mục đích của thiết bị là giải mã một thông điệp được lưu trữ trên đĩa gỗ. Trong bước này, tôi sẽ cung cấp tổng quan nhanh về toàn bộ quy trình.

1. Chọn một tin nhắn. Tôi đã chọn tin nhắn của một số nhà văn và nhạc sĩ yêu thích của tôi để lưu trữ trên đĩa. Trong hình vẽ ví dụ ở trên, tôi có câu cổ điển "đừng hoảng sợ!" từ Hitchhiker's Guide to the Galaxy.

2. Tạo bảng chuyển đổi nhị phân. Nếu bạn không quen với thông tin nhị phân, có rất nhiều sách, khóa học và video hữu ích để tìm hiểu tất cả về quy trình. Ý tưởng cơ bản là đưa ra các kết hợp độc đáo của số 1 và số 0 tương ứng với một số hành động, giá trị, chữ cái hoặc thực thể khác. Đối với đầu đĩa của tôi, tôi tập trung vào việc giải mã các thông điệp. Do đó, tôi đã tạo một bảng kết nối các số nhị phân 5 bit với một ký tự (ví dụ: 00100 tương ứng với ký tự "d"), được đính kèm trong bước này. Bảng tôi đã tạo là phiên bản bị cắt ngắn của bảng ASCII 8 bit.

3. Chuyển thông điệp sang dạng nhị phân. Sử dụng bảng tôi đã tạo, mỗi ký tự trong tin nhắn được chuyển đổi thành nhị phân và được lưu để tạo một chuỗi nhị phân.

4. Sắp xếp nhị phân trên đĩa. Bây giờ tôi đã có một tin nhắn nhị phân, tôi cần xem xét cách lưu trữ thông tin trên đĩa gỗ theo cách mà một thiết bị có thể đọc ra. Tôi quyết định lưu trữ số 1 và số 0 dưới dạng không lỗ và các lỗ được sắp xếp theo hình tròn (giống như đĩa CD). Khi một cuộc cách mạng đầy đủ thông tin được lấp đầy, dữ liệu tiếp theo sẽ được lưu trữ trong một hàng khác di chuyển hướng tâm ra ngoài. Tôi đã chọn đọc từng bit một, vì vậy chỉ cần một bộ dò cho dữ liệu. Khi đĩa quay, các lỗ và không lỗ đi qua máy dò.

Nhưng làm thế nào để máy dò biết khi nào cần đọc dữ liệu? Làm thế nào tôi có thể chắc chắn rằng bộ dò dữ liệu đang đọc vào đúng thời điểm khi lỗ trên đĩa nằm trên bộ dò? Tôi đã giải quyết vấn đề này bằng cách thêm một máy dò "đồng hồ" vẫn đứng yên trên thiết bị. Vòng trong nhất trên đĩa có các lỗ đặt đều nhau. Khi bộ dò đồng hồ ghi một cạnh xuống hoặc cạnh lên, bộ dò dữ liệu sẽ đọc một bit thông tin. Các quy trình được liệt kê từ 2-4 đều được thực hiện bằng Matlab và được thảo luận ở Bước 18.

5. Đọc ở dạng nhị phân với đầu đĩa. Mỗi bộ dò đồng hồ và dữ liệu bao gồm một laser và photodiode. Khi không có lỗ, tia laser phản xạ khỏi đĩa và chạm vào điốt quang và đăng ký 1. Đầu ra của điốt quang được khuếch đại, được mã hóa hai chiều bằng bộ kích hoạt Schmitt và đọc kỹ thuật số bằng Arduino Nano. Sau khi hoàn thành một hàng của đĩa, một động cơ bước (Động cơ bước Nema 17 Bipolar 3.5V 1A) dịch bộ dò dữ liệu xuống hàng tiếp theo trên đĩa. Vị trí ban đầu của thanh ray giữ bộ dò dữ liệu được xác định bằng cách sử dụng ngắt quang ở vị trí trên cùng của thanh ray. Trình phát bao gồm một đầu ra MIDI, tạo ra một nốt mỗi khi đọc 1. Chi tiết về mạch sẽ được mô tả trong các bước sau.

6. Giải mã nhị phân và hiển thị một thông báo. Sau khi toàn bộ đĩa được đọc, Arduino giải mã nhị phân thành tin nhắn và lưu nó dưới dạng chuỗi. Thông báo được hiển thị trên màn hình Ma trận chấm (MAX 7219).

Bước 2: Mô hình CAD, Cắt Laser và In 3D

Giải nhì cuộc thi CNC 2020