Lettore di dischi in legno: 20 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

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Volevo dimostrare come funzionano i dispositivi di memorizzazione delle informazioni costruendo un lettore di dischi su larga scala. Invece di basarsi su un'interferenza leggera come i lettori CD, il dispositivo che ho costruito riproduce dischi di legno con fori e "non fori" (come li chiamo in questo tutorial) che passano o bloccano un raggio laser. Questi buchi e non buchi corrispondono a 1 e 0 nei dati binari che codificano un messaggio di testo, come il testo di una canzone o una citazione. Le informazioni binarie vengono lette dal disco, memorizzate su un Arduino e decodificate per visualizzare il messaggio di testo su una matrice di LED sulla parte anteriore del dispositivo. Durante la lettura dei dati, la matrice LED viene popolata per visualizzare le informazioni binarie. Quando viene letto un bit alto, viene suonata anche una nota MIDI. La musica prodotta può sembrare casuale, ma simboleggia una serie di 1 e 0 che contiene effettivamente informazioni significative.

Il lettore di dischi in legno che ho creato può contenere solo circa 700 bit (<0.1kB) a causa della grandezza dei fori nel disco. Pertanto, i messaggi che possono essere archiviati sono brevi. Per riferimento, un CD può contenere circa 700 MB di informazioni, ovvero circa 10 milioni di volte più informazioni rispetto ai dischi di legno che ho realizzato. L'intero progetto aiuta a immaginare la portata dell'archiviazione delle informazioni sui CD (un dispositivo di archiviazione già datato) e il modo in cui le informazioni digitali vengono lette e decodificate in qualcosa di significativo per gli esseri umani.

In questo tutorial, esaminerò la progettazione e la costruzione del sistema, come il messaggio è stato convertito in informazioni binarie su un disco di legno e le numerose sfide lungo il percorso.

Il progetto è stato ispirato da molte fonti, tra cui:

Il canale di Show and Tell a 8 bit aveva un fantastico video su un messaggio segreto memorizzato su un record che poteva essere letto su un Commodore 64

Giradischi verticali, come quelli di Gramovox e Roy Harpaz

Dispositivi meccanici per la riproduzione di musica chiamati polifoni, sviluppati a metà del 1800

Museo di storia del computer qui: Mountain View, CA

Il video di Techmoan sul CED Videodisc sviluppato da RCA

Registrazioni di immagini di scienza applicata, CD e DVD con microscopio elettronico

Encoder rotativi ottici

Forniture

Foglio di compensato 10X 10"x15"x1/8"

Foglio acrilico bianco

Motore CC 1X 50 RPM

1X Arduino Nano

1X H-bridge L9110

Motori passo-passo 1X Motore passo-passo Nema 17 bipolare (3.5V 1A)

Viti di comando 1X 2mm

Supporti 2X 21. Due madreviti 22. Due boccole di scorrimento dei cuscinetti e alberi lineari da 200 mm:

Display a matrice di punti 1X MAX 7219

Alimentatore 1X 5V

1X cavo mini USB

Fotodiodi 2X -

LED IR 2X

1X fotodiodo IR

Modulo laser 2X 650nm

Jack di alimentazione CC per montaggio a pannello 1X 5,5 x 2,5 mm

Interruttore di alimentazione 1X -

Presa MIDI 1X -

Amplificatore operazionale 3X LM358

Transistor 2X NPN

1X transistor TIP120

Diodi 2X

3X10k trim pots

Resistori come mostrato nello schema del sistema

Scheda prototipo

Magneti diametro 8mm -

Kit hardware metrico

Passaggio 1: panoramica del sistema

Lo scopo del dispositivo è decodificare un messaggio memorizzato su un disco di legno. In questo passaggio, fornirò una rapida panoramica dell'intero processo.

1. Scegli un messaggio. Ho scelto i messaggi di alcuni dei miei scrittori e musicisti preferiti da memorizzare sul disco. Nel disegno di esempio sopra, ho il classico "non farti prendere dal panico!" dalla Guida galattica per autostoppisti.

2. Creare una tabella di conversione binaria. Se non hai familiarità con le informazioni binarie, ci sono un sacco di libri, corsi e video utili per imparare tutto sul processo. L'idea di base è creare combinazioni uniche di 1 e 0 che corrispondano a qualche azione, valore, lettera o altra entità. Per il mio lettore di dischi, mi sono concentrato sulla decodifica dei messaggi. Pertanto ho creato una tabella che collegava i numeri binari a 5 bit a un carattere (ad es. 00100 corrisponde alla lettera "d"), che è allegata in questo passaggio. La tabella che ho creato è una versione troncata della tabella ASCII a 8 bit.

3. Converti il messaggio in binario. Utilizzando la tabella che ho creato, ogni carattere nel messaggio viene convertito in binario e salvato per creare una sequenza binaria.

4. Disporre il binario su un disco. Ora che avevo un messaggio binario, dovevo considerare come memorizzare le informazioni su un disco di legno in modo che potessero essere lette da un dispositivo. Ho deciso di memorizzare gli 1 e gli 0 come non fori e fori disposti in cerchio (proprio come un CD). Una volta che un giro completo è stato riempito di informazioni, i dati successivi vengono archiviati in un'altra riga spostandosi radialmente verso l'esterno. Ho scelto di leggere un bit alla volta, quindi è richiesto un solo rilevatore di dati. Mentre il disco gira, i fori ei non fori passano sopra il rivelatore.

Ma come fa il rilevatore a sapere quando leggere i dati? Come potevo essere sicuro che il rilevatore di dati leggesse al momento giusto quando il foro nel disco era sopra il rilevatore? Ho risolto questo problema aggiungendo un rilevatore di "orologio" che rimane fermo sul dispositivo. L'anello più interno del disco ha fori posizionati in modo uniforme. Quando il rilevatore di clock registra un fronte di discesa o di salita, il rilevatore di dati legge un bit di informazioni. I processi elencati da 2-4 sono stati tutti eseguiti utilizzando Matlab e sono discussi nel passaggio 18.

5. Leggere in binario con il lettore di dischi. L'orologio e i rilevatori di dati sono costituiti ciascuno da un laser e da un fotodiodo. Quando non c'è alcun foro, il laser si riflette sul disco e colpisce il fotodiodo e registra un 1. L'uscita del fotodiodo viene amplificata, binarizzata con un trigger Schmitt e letta digitalmente con un Arduino Nano. Dopo aver completato una riga del disco, un motore passo-passo (motore passo-passo Nema 17 bipolare 3,5 V 1 A) traduce il rilevatore di dati verso la riga successiva del disco. La posizione iniziale della rotaia che contiene il rilevatore di dati viene determinata utilizzando un fotointerruzione nella posizione superiore della rotaia. Il lettore è costituito da un'uscita MIDI, che produce una nota ogni volta che viene letto un 1. I dettagli del circuito verranno descritti nei passaggi successivi.

6. Decodifica il binario e visualizza un messaggio. Dopo che l'intero disco è stato letto, Arduino decodifica il binario nel messaggio e lo salva come stringa. Il messaggio viene visualizzato sul display Dot Matrix (MAX 7219).

Passaggio 2: modello CAD, taglio laser e stampa 3D

Secondo Premio al Concorso CNC 2020