เครื่องเล่นแผ่นไม้: 20 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

By jbumsteadJon Bumsteadติดตามเพิ่มเติมโดยผู้เขียน:

เกี่ยวกับ: โครงการด้านแสง ดนตรี และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ค้นหาทั้งหมดบนเว็บไซต์ของฉัน: www.jbumstead.com ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ jbumstead » โครงการ Fusion 360 »

ฉันต้องการแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลทำงานอย่างไรโดยการสร้างเครื่องเล่นดิสก์ขนาดใหญ่ แทนที่จะอิงจากการรบกวนของแสงเช่นเครื่องเล่นซีดี อุปกรณ์ที่ฉันสร้างจะเล่นแผ่นไม้ที่มีรูและ "ไม่ใช่รู" (ตามที่ฉันอ้างถึงในคำแนะนำนี้) ที่ผ่านหรือบล็อกลำแสงเลเซอร์ หลุมและไม่หลุมเหล่านี้สอดคล้องกับ 1 และ 0 ในข้อมูลไบนารีที่เข้ารหัสข้อความเช่นเนื้อเพลงหรือคำพูด ข้อมูลไบนารีจะถูกอ่านจากแผ่นดิสก์ เก็บไว้ใน Arduino และถอดรหัสเพื่อแสดงข้อความบนเมทริกซ์ LED ที่ด้านหน้าของอุปกรณ์ ขณะที่กำลังอ่านข้อมูล เมทริกซ์ LED จะถูกเติมเพื่อแสดงข้อมูลไบนารี เมื่ออ่านบิตสูง โน้ต MIDI จะเล่นด้วย เพลงที่ผลิตอาจฟังดูสุ่ม แต่เป็นสัญลักษณ์ของชุดของ 1 และ 0 ที่เก็บข้อมูลที่มีความหมายจริงๆ

เครื่องเล่นแผ่นไม้ที่ฉันสร้างสามารถเก็บได้ประมาณ 700 บิต (<0.1kB) เนื่องจากรูขนาดใหญ่ในแผ่นดิสก์ ดังนั้นข้อความที่สามารถจัดเก็บได้นั้นสั้น สำหรับการอ้างอิง ซีดีสามารถเก็บข้อมูลได้ประมาณ 700MB ซึ่งมากกว่าแผ่นไม้ที่ฉันทำประมาณ 10 ล้านเท่า โครงการทั้งหมดช่วยจินตนาการถึงขนาดของการจัดเก็บข้อมูลบนซีดี (อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลที่ล้าสมัยแล้ว) และวิธีที่ข้อมูลดิจิทัลถูกอ่านและถอดรหัสเป็นสิ่งที่มีความหมายต่อมนุษย์

ในคำแนะนำนี้ ฉันจะพูดถึงการออกแบบและการสร้างระบบ วิธีที่ข้อความถูกแปลงเป็นข้อมูลไบนารีบนแผ่นดิสก์ไม้ และความท้าทายมากมายระหว่างทาง

โครงการได้รับแรงบันดาลใจจากหลายแหล่ง ได้แก่:

ช่องของ Show and Tell แบบ 8 บิตมีวิดีโอที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับข้อความลับที่เก็บไว้ในบันทึกที่สามารถอ่านได้ใน Commodore 64

เครื่องเล่นแผ่นเสียงแนวดิ่ง เช่นเดียวกับ Gramovox และ Roy Harpaz

เครื่องเล่นเพลงแบบเครื่องกลที่เรียกว่า Polyphons ซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงกลางปี ค.ศ. 1800

พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์คอมพิวเตอร์ ใน เมาน์เทนวิว, CA

วิดีโอของ Techmoan บน CED Videodisc ที่พัฒนาโดย RCA

บันทึกภาพวิทยาศาสตร์ประยุกต์ ซีดี และดีวีดีด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

ตัวเข้ารหัสแบบโรตารี่ออปติคัล

เสบียง

10X 10”x15”x1/8” แผ่นไม้อัด

แผ่นอะครีลิคสีขาว

มอเตอร์ DC 1X 50RPM

1X Arduino นาโน

1X สะพาน H L9110

1X สเต็ปมอเตอร์ Nema 17 สเต็ปมอเตอร์แบบไบโพลาร์ (3.5V 1A)

สกรูนำ 1X 2 มม

บล็อคหมอน 2X 21. น็อตลีดสกรูสองตัว 22. บูชสไลด์แบริ่งสองตัวและเพลาเชิงเส้น 200 มม.:

1X DOT matrix display สูงสุด 7219

แหล่งจ่ายไฟ 1X 5V

1X สาย USB ขนาดเล็ก

โฟโต้ไดโอด 2X -

2X IR LEDs

1X IR โฟโตไดโอด

โมดูลเลเซอร์ 2X 650nm

1X 5.5 x 2.5 มม. แจ็คเสียบไฟ DC

สวิตช์ไฟ 1X -

แจ็ค MIDI 1X -

ออปแอมป์ 3X LM358

ทรานซิสเตอร์ NPN 2X

1X TIP120 ทรานซิสเตอร์

ไดโอด 2X

กระถางตัดแต่ง 3X 10k

ตัวต้านทานตามที่แสดงบนแผนผังระบบ

บอร์ดต้นแบบ

แม่เหล็กเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 มม. -

ชุดฮาร์ดแวร์เมตริก

ขั้นตอนที่ 1: ภาพรวมระบบ

วัตถุประสงค์ของอุปกรณ์คือการถอดรหัสข้อความที่จัดเก็บไว้ในแผ่นดิสก์ไม้ ในขั้นตอนนี้ ฉันจะให้ภาพรวมโดยย่อของกระบวนการทั้งหมด

1. เลือกข้อความ ฉันเลือกข้อความจากนักเขียนและนักดนตรีคนโปรดของฉันเพื่อเก็บไว้ในแผ่นดิสก์ ในตัวอย่างที่วาดด้านบน ฉันมีคลาสสิก "อย่าตื่นตระหนก!" จาก Hitchhiker's Guide to the Galaxy

2. สร้างตารางการแปลงไบนารี หากคุณไม่คุ้นเคยกับข้อมูลไบนารี มีหนังสือ หลักสูตร และวิดีโอที่เป็นประโยชน์มากมายสำหรับการเรียนรู้เกี่ยวกับกระบวนการทั้งหมด แนวคิดพื้นฐานคือการสร้างชุดค่าผสม 1 และ 0 ที่ไม่ซ้ำกันซึ่งสอดคล้องกับการกระทำ ค่า ตัวอักษร หรือเอนทิตีอื่นๆ สำหรับเครื่องเล่นดิสก์ของฉัน ฉันเน้นที่การถอดรหัสข้อความ ดังนั้นฉันจึงสร้างตารางที่เชื่อมต่อเลขฐานสอง 5 บิตกับอักขระ (เช่น 00100 ตรงกับตัวอักษร "d") ซึ่งแนบมาในขั้นตอนนี้ ตารางที่ฉันสร้างเป็นเวอร์ชันที่ตัดทอนของตาราง ASCII 8 บิต

3. แปลงข้อความเป็นไบนารี เมื่อใช้ตารางที่ฉันสร้าง อักขระแต่ละตัวในข้อความจะถูกแปลงเป็นไบนารีและบันทึกเพื่อสร้างลำดับไบนารีหนึ่งรายการ

4. จัดเรียงไบนารีบนแผ่นดิสก์ ตอนนี้ฉันมีข้อความไบนารี ฉันต้องพิจารณาวิธีจัดเก็บข้อมูลบนแผ่นดิสก์ไม้ในลักษณะที่อุปกรณ์สามารถอ่านได้ ฉันตัดสินใจเก็บเลข 1 และ 0 เป็นแบบไม่มีรูและรูเรียงเป็นวงกลม (เหมือนกับแผ่นซีดี) เมื่อข้อมูลเต็มการปฏิวัติแล้ว ข้อมูลถัดไปจะถูกเก็บไว้ในแถวอื่นโดยเคลื่อนออกนอกแนวรัศมี ฉันเลือกอ่านทีละบิต ดังนั้นจึงต้องใช้ตัวตรวจจับข้อมูลเพียงตัวเดียว ขณะที่แผ่นดิสก์หมุน รูและรูที่ไม่ใช่รูจะผ่านเครื่องตรวจจับ

แต่เครื่องตรวจจับรู้ได้อย่างไรว่าเมื่อใดควรอ่านข้อมูล? ฉันจะแน่ใจได้อย่างไรว่าเครื่องตรวจจับข้อมูลกำลังอ่านอยู่ในช่วงเวลาที่เหมาะสมเมื่อรูในแผ่นดิสก์อยู่เหนือเครื่องตรวจจับ ฉันแก้ไขปัญหานี้โดยเพิ่มตัวตรวจจับ "นาฬิกา" ที่ยังคงอยู่กับที่ในอุปกรณ์ วงแหวนด้านในสุดบนแผ่นดิสก์มีรูที่เท่ากัน เมื่อตัวตรวจจับนาฬิกาลงทะเบียนขอบที่ตกหรือสูงขึ้น ตัวตรวจจับข้อมูลจะอ่านข้อมูลเพียงบิตเดียว กระบวนการที่แสดงรายการจาก 2-4 ทั้งหมดเสร็จสิ้นโดยใช้ Matlab และมีการกล่าวถึงในขั้นตอนที่ 18

5. อ่านแบบไบนารีด้วยเครื่องเล่นดิสก์ ตัวตรวจจับนาฬิกาและข้อมูลแต่ละตัวประกอบด้วยเลเซอร์และโฟโตไดโอด เมื่อไม่มีรู เลเซอร์จะสะท้อนออกจากแผ่นดิสก์และกระทบกับโฟโตไดโอดและลงทะเบียนเป็น 1 เอาต์พุตของโฟโตไดโอดจะถูกขยาย แบ่งไบนารีด้วยทริกเกอร์ชมิตต์ และอ่านแบบดิจิทัลด้วย Arduino Nano หลังจากทำดิสก์หนึ่งแถวเสร็จแล้ว สเต็ปเปอร์มอเตอร์ (Nema 17 Bipolar step motor 3.5V 1A) จะแปลตัวตรวจจับข้อมูลลงไปที่แถวถัดไปบนดิสก์ ตำแหน่งเริ่มต้นของรางที่จับเครื่องตรวจจับข้อมูลถูกกำหนดโดยใช้โฟโตอินเตอร์รัปต์ที่ตำแหน่งบนสุดของราง เครื่องเล่นประกอบด้วยเอาต์พุต MIDI ซึ่งสร้างโน้ตทุกครั้งที่อ่าน 1 รายละเอียดของวงจรจะอธิบายในขั้นตอนต่อไป

6. ถอดรหัสไบนารีและแสดงข้อความ หลังจากอ่านดิสก์ทั้งหมดแล้ว Arduino จะถอดรหัสไบนารีลงในข้อความและบันทึกเป็นสตริง ข้อความจะแสดงบนจอแสดงผล Dot Matrix (MAX 7219)

ขั้นตอนที่ 2: โมเดล CAD, การตัดด้วยเลเซอร์ และการพิมพ์ 3 มิติ

รางวัลที่สองในการประกวด CNC 2020