Träskivspelare: 20 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Av jbumsteadJon BumsteadFölj mer av författaren:

Om: Projekt inom ljus, musik och elektronik. Hitta dem alla på min webbplats: www.jbumstead.com Mer om jbumstead »Fusion 360 -projekt»

Jag ville demonstrera hur information som lagrar enheter fungerar genom att bygga en storskalig skivspelningsmaskin. I stället för att vara baserad på ljusstörningar som CD-spelare spelar enheten jag byggde träskivor med hål och "icke-hål" (som jag hänvisar till dem i denna instruerbara) som antingen passerar eller blockerar en laserstråle. Dessa hål och icke-hål motsvarar 1: or och 0: or i binära data som kodar ett textmeddelande, som sångtexter eller ett citat. Den binära informationen läses av skivan, lagras på en Arduino och avkodas för att visa textmeddelandet på en LED -matris på enhetens framsida. När data läses in fylls LED -matrisen i för att visualisera den binära informationen. När en hög bit läses spelas också en MIDI -ton. Musiken som produceras kan låta slumpmässig, men den symboliserar en serie med 1: or och 0: or som faktiskt innehåller meningsfull information.

Träskivspelaren jag skapade rymmer bara cirka 700 bitar (<0,1 kB) på grund av hur stora hålen i skivan. Därför är meddelandena som kan lagras korta. Som referens kan en CD rymma cirka 700 MB information, vilket är cirka 10 miljoner gånger mer information än träskivorna jag gjorde. Hela projektet hjälper till att föreställa sig omfattningen av informationslagring på CD -skivor (en redan daterad lagringsenhet) och hur den digitala informationen läses och avkodas till något meningsfullt för människor.

I denna instruktiva kommer jag att gå igenom systemdesign och konstruktion, hur meddelandet konverterades till binär information på en träskiva och de många utmaningarna längs vägen.

Projektet var inspirerat av många källor, inklusive:

8-bitars Show and Tell-kanal hade en fantastisk video om ett hemligt meddelande lagrat på en post som kunde läsas på en Commodore 64

Vertikala skivspelare, som de av Gramovox och Roy Harpaz

Mekaniska musikspelande enheter som kallas polyfoner, utvecklades i mitten av 1800 -talet

Computer History Museum i Mountain View, CA

Techmoan's video om CED Videodisc utvecklad av RCA

Applied Science -bilder spelar in, CD -skivor och DVD -skivor med elektronmikroskop

Optiska roterande givare

Tillbehör

10X 10”x15” x1/8”plywoodskiva

Vitt akrylark

1X 50 rpm DC -motor

1X Arduino Nano

1X H-bridge L9110

1X stegmotorer Nema 17 Bipolär stegmotor (3,5V 1A)

1X 2 mm blyskruvar

2X kuddeblock 21. Två skruvmuttrar 22. Två lager glidbussningar och 200 mm linjära axlar:

1X DOT -matrisdisplay MAX 7219

1X 5V strömförsörjning

1X Mini USB -kabel

2X fotodioder -

2X IR -lysdioder

1X IR -fotodiod

2X 650nm lasermodul

1X 5,5 x 2,5 mm panelmonterad likströmskontakt

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

1X MIDI -uttag -

3X LM358 op amp

2X NPN -transistorer

1X TIP120 transistor

2X dioder

3X 10k krukor

Motstånd som visas i systemschemat

Prototypbräda

Magneter med 8 mm diameter -

Metrisk hårdvarukit

Steg 1: Systemöversikt

Syftet med enheten är att avkoda ett meddelande lagrat på en träskiva. I det här steget ger jag en snabb överblick över hela processen.

1. Välj ett meddelande. Jag valde meddelanden från några av mina favoritförfattare och musiker att lagra på skivan. I exempelritningen ovan har jag klassikern "Don't panic!" från Hitchhiker's Guide to the Galaxy.

2. Skapa en binär konverteringstabell. Om du inte känner till binär information finns det massor av användbara böcker, kurser och videor för att lära dig allt om processen. Grundidén är att komma med unika kombinationer av 1: or och 0: or som motsvarar någon handling, värde, bokstav eller annan enhet. För min skivspelare fokuserade jag på att avkoda meddelanden. Därför skapade jag en tabell som kopplade 5-bitars binära tal till ett tecken (t.ex. 00100 motsvarar bokstaven "d"), som är bifogad i detta steg. Tabellen jag skapade är en avkortad version av 8-bitars ASCII-tabellen.

3. Konvertera meddelandet till binärt. Med hjälp av tabellen jag skapade konverteras varje tecken i meddelandet till binärt och sparas för att skapa en binär sekvens.

4. Ordna binären på en skiva. Nu när jag hade ett binärt meddelande behövde jag fundera på hur jag skulle lagra informationen på en träskiva på ett sätt som kan läsas av en enhet. Jag bestämde mig för att lagra 1: orna och 0: orna som hål och hål arrangerade i en cirkel (precis som en CD). När en fullständig revolution var fylld med information skulle nästa data lagras i en annan rad som rör sig radiellt utåt. Jag valde att läsa en bit i taget, så det krävs bara en detektor för data. När skivan snurrar passerar hålen och icke-hålen över detektorn.

Men hur vet detektorn när den ska läsa data? Hur kunde jag vara säker på att datadetektorn läste i rätt ögonblick när hålet i skivan var över detektorn? Jag löste detta problem genom att lägga till en "klocka" -detektor som förblir stationär på enheten. Den mest inre ringen på skivan har jämnt placerade hål. När klockdetektorn registrerar en fallande eller stigande kant, läser datadetektorn in en bit information. De processer som anges från 2-4 gjordes alla med Matlab och diskuteras i steg 18.

5. Läs i binär med skivspelaren. Klockan och datadetektorerna består var och en av en laser och fotodiod. När det inte finns något hål reflekterar lasern från skivan och träffar fotodioden och registrerar en 1. Fotodiodens utmatning förstärks, binariseras med en Schmitt -trigger och läses digitalt med en Arduino Nano. Efter att ha slutfört en rad av skivan översätter en stegmotor (Nema 17 Bipolär stegmotor 3.5V 1A) datadetektorn ner till nästa rad på skivan. Den ursprungliga positionen för skenan som håller datadetektorn bestäms med hjälp av ett fotoavbrott vid skenans övre position. Spelaren består av en MIDI -utgång, som producerar en anteckning varje gång en 1 läses. Detaljer om kretsen kommer att beskrivas i senare steg.

6. Avkoda binären och visa ett meddelande. Efter att hela skivan har lästs avkodar Arduino det binära i meddelandet och sparar det som en sträng. Meddelandet visas på Dot Matrix -displayen (MAX 7219).

Steg 2: CAD -modell, laserskärning och 3D -utskrift

Andra pris i CNC -tävlingen 2020