Houten schijfspeler: 20 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Door jbumsteadJon BumsteadVolg meer van de auteur:

Over: Projecten in licht, muziek en elektronica. Vind ze allemaal op mijn site: www.jbumstead.com Meer over jbumstead » Fusion 360-projecten »

Ik wilde demonstreren hoe apparaten voor informatieopslag werken door een grootschalige schijfafspeelmachine te bouwen. In plaats van te zijn gebaseerd op lichtinterferentie zoals cd-spelers, speelt het apparaat dat ik heb gebouwd houten schijven met gaten en "niet-gaten" (zoals ik ze in deze instructie noem) die een laserstraal doorlaten of blokkeren. Deze gaten en niet-gaten komen overeen met enen en nullen in binaire gegevens die een tekstbericht coderen, zoals songteksten of een citaat. De binaire informatie wordt van de schijf afgelezen, opgeslagen op een Arduino en gedecodeerd om het tekstbericht weer te geven op een LED-matrix aan de voorkant van het apparaat. Terwijl de gegevens worden gelezen, wordt de LED-matrix gevuld om de binaire informatie te visualiseren. Wanneer een hoge bit wordt gelezen, wordt er ook een MIDI-noot gespeeld. De geproduceerde muziek klinkt misschien willekeurig, maar het symboliseert een reeks enen en nullen die daadwerkelijk betekenisvolle informatie bevatten.

De houten schijfspeler die ik heb gemaakt, kan slechts ongeveer 700 bits (< 0,1 kB) bevatten vanwege de grote gaten in de schijf. Daarom zijn de berichten die kunnen worden opgeslagen kort. Ter referentie: een cd kan ongeveer 700 MB aan informatie bevatten, wat ongeveer 10 miljoen keer meer informatie is dan de houten schijven die ik heb gemaakt. Het hele project helpt bij het voorstellen van de omvang van informatieopslag op cd's (een reeds gedateerd opslagapparaat) en hoe de digitale informatie wordt gelezen en gedecodeerd tot iets dat betekenisvol is voor mensen.

In deze instructable zal ik het systeemontwerp en de constructie bespreken, hoe het bericht werd omgezet in binaire informatie op een houten schijf en de vele uitdagingen onderweg.

Het project is geïnspireerd door vele bronnen, waaronder:

8-bit Show and Tell's kanaal had een geweldige video over een geheim bericht opgeslagen op een record dat kon worden gelezen op een Commodore 64

Verticale platenspelers, zoals die van Gramovox en Roy Harpaz

Mechanische apparaten voor het afspelen van muziek, polyfonen genaamd, ontwikkeld in het midden van de 19e eeuw

Het Computer History Museum in Mountain View, CA

Techmoan's video op de CED Videodisc ontwikkeld door RCA

Applied Science foto's platen, cd's en dvd's met elektronenmicroscoop

Optische roterende encoders

Benodigdheden

10X 10 "x15" x1/8 "multiplexplaat

Witte acrylplaat

1X 50 RPM DC-motor

1X Arduino Nano

1X H-brug L9110

1X stappenmotoren Nema 17 Bipolaire stappenmotor (3.5V 1A)

1X 2mm loodschroeven

2X kussenblokken 21. Twee spindelmoeren 22. Twee lagerglijbussen en lineaire assen van 200 mm:

1X DOT-matrixweergave MAX 7219

1X 5V voeding

1X Mini-USB-kabel

2X fotodiodes -

2X IR-LED's

1X IR-fotodiode

2X 650nm lasermodule

1X 5,5 x 2,5 mm Paneelmontage DC-voedingsaansluiting

1X aan/uit-schakelaar -

1X MIDI-aansluiting -

3X LM358 op amp

2X NPN-transistors

1X TIP120-transistor

2X diodes

3X 10k trimpotten

Weerstanden zoals getoond op systeemschema

Prototype bord

Magneten met een diameter van 8 mm -

Metrische hardwarekit

Stap 1: Systeemoverzicht

Het doel van het apparaat is om een bericht te decoderen dat is opgeslagen op een houten schijf. In deze stap geef ik een snel overzicht van het hele proces.

1. Kies een bericht. Ik koos berichten van enkele van mijn favoriete schrijvers en muzikanten om op de schijf op te slaan. In de bovenstaande voorbeeldtekening heb ik de klassieker "geen paniek!" uit Hitchhiker's Guide to the Galaxy.

2. Maak een binaire conversietabel. Als u niet bekend bent met binaire informatie, zijn er tal van nuttige boeken, cursussen en video's om alles over het proces te leren. Het basisidee is om unieke combinaties van enen en nullen te bedenken die overeenkomen met een actie, waarde, letter of andere entiteit. Voor mijn schijfspeler concentreerde ik me op het decoderen van berichten. Daarom heb ik een tabel gemaakt die 5-bits binaire getallen verbond met een teken (bijv. 00100 komt overeen met de letter "d"), die in deze stap is bijgevoegd. De tabel die ik heb gemaakt, is een ingekorte versie van de 8-bits ASCII-tabel.

3. Converteer het bericht naar binair. Met behulp van de tabel die ik heb gemaakt, wordt elk teken in het bericht geconverteerd naar binair en opgeslagen om één binaire reeks te maken.

4. Schik het binaire bestand op een schijf. Nu ik een binair bericht had, moest ik bedenken hoe ik de informatie op een houten schijf kon opslaan op een manier die door een apparaat kon worden uitgelezen. Ik besloot de enen en nullen op te slaan als niet-gaten en gaten in een cirkel (net als een cd). Zodra een volledige omwenteling met informatie was gevuld, zouden de volgende gegevens worden opgeslagen in een andere rij die radiaal naar buiten beweegt. Ik heb ervoor gekozen om één bit tegelijk te lezen, dus er is slechts één detector voor gegevens vereist. Terwijl de schijf ronddraait, gaan de gaten en niet-gaten over de detector.

Maar hoe weet de detector wanneer de gegevens moeten worden gelezen? Hoe kon ik er zeker van zijn dat de datadetector op het juiste moment aan het lezen was toen het gat in de schijf zich boven de detector bevond? Ik heb dit probleem opgelost door een "klok" -detector toe te voegen die stationair op het apparaat blijft. De meest binnenste ring op de schijf heeft gelijkmatig geplaatste gaten. Wanneer de klokdetector een dalende of stijgende flank registreert, leest de datadetector één bit informatie in. De processen vermeld van 2-4 zijn allemaal uitgevoerd met Matlab en worden besproken in stap 18.

5. Lees binair in met de disc-speler. De klok- en datadetectoren bestaan elk uit een laser en een fotodiode. Als er geen gat is, reflecteert de laser op de schijf en raakt de fotodiode en registreert een 1. De output van de fotodiode wordt versterkt, gebinariseerd met een Schmitt-trigger en digitaal gelezen met een Arduino Nano. Na het voltooien van een rij van de schijf, vertaalt een stappenmotor (Nema 17 Bipolaire stappenmotor 3,5V 1A) de gegevensdetector naar de volgende rij op de schijf. De beginpositie van de rail die de datadetector vasthoudt, wordt bepaald met behulp van een foto-interrupt op de bovenste positie van de rail. De speler bestaat uit een MIDI-uitgang, die elke keer dat een 1 wordt gelezen een noot produceert. Details van de schakeling zullen in latere stappen worden beschreven.

6. Decodeer het binaire bestand en geef een bericht weer. Nadat de hele schijf is gelezen, decodeert de Arduino het binaire bestand in het bericht en slaat het op als een tekenreeks. Het bericht wordt weergegeven op het Dot Matrix-display (MAX 7219).

Stap 2: CAD-model, lasersnijden en 3D-printen

Tweede prijs in de CNC-wedstrijd 2020