مشغل اقراص خشبية: 20 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

بواسطة jbumstead جون بومستيد متابعة المزيد من قبل المؤلف:

حول: مشاريع في الضوء والموسيقى والإلكترونيات. اعثر عليها جميعًا على موقعي: www.jbumstead.com المزيد حول jbumstead »مشاريع Fusion 360»

أردت أن أوضح كيف تعمل أجهزة تخزين المعلومات من خلال بناء آلة تشغيل قرص على نطاق واسع. بدلاً من الاعتماد على تداخل الضوء مثل مشغلات الأقراص المضغوطة ، فإن الجهاز الذي صنعته يشغل أقراصًا خشبية بها ثقوب و "بدون ثقوب" (كما أشير إليها في هذا الدليل) والتي إما أن تمرر أو تمنع شعاع الليزر. تتوافق هذه الثقوب وغير الثقوب مع الأرقام 1 و 0 في البيانات الثنائية التي ترمز رسالة نصية ، مثل كلمات الأغاني أو الاقتباس. تتم قراءة المعلومات الثنائية من القرص وتخزينها على Arduino وفك تشفيرها لعرض الرسالة النصية على مصفوفة LED في الجزء الأمامي من الجهاز. أثناء قراءة البيانات ، يتم ملء مصفوفة LED لتصور المعلومات الثنائية. عند قراءة بت عالية ، يتم أيضًا تشغيل ملاحظة MIDI. قد تبدو الموسيقى المنتجة عشوائية ، لكنها ترمز إلى سلسلة من 1 و 0 تحتوي في الواقع على معلومات مفيدة.

يمكن لمشغل الأقراص الخشبية الذي قمت بإنشائه أن يستوعب حوالي 700 بت (<0.1 كيلو بايت) فقط بسبب حجم الثقوب الموجودة في القرص. لذلك ، فإن الرسائل التي يمكن تخزينها تكون قصيرة. كمرجع ، يمكن أن يحتوي القرص المضغوط على حوالي 700 ميغا بايت من المعلومات ، وهي معلومات أكثر بحوالي 10 ملايين مرة من الأقراص الخشبية التي صنعتها. يساعد المشروع بأكمله في تخيل حجم تخزين المعلومات على أقراص مضغوطة (جهاز تخزين مؤرخ بالفعل) وكيفية قراءة المعلومات الرقمية وفك تشفيرها إلى شيء ذي معنى للبشر.

في هذا الدليل ، سوف أتناول تصميم النظام وبنائه ، وكيف تم تحويل الرسالة إلى معلومات ثنائية على قرص خشبي ، والتحديات العديدة على طول الطريق.

استوحى المشروع من عدة مصادر منها:

تحتوي قناة 8-bit Show and Tell على فيديو رائع حول رسالة سرية مخزنة في سجل يمكن قراءتها على Commodore 64

مشغلات الأسطوانات العمودية ، مثل تلك التي كتبها غراموفوكس وروي هارباز

أجهزة تشغيل الموسيقى الميكانيكية تسمى polyphons ، تم تطويرها في منتصف القرن التاسع عشر

The Computer History Museum في ماونتن فيو ، كاليفورنيا

فيديو Techmoan على قرص فيديو CED الذي طورته RCA

تسجل صور Applied Science والأقراص المدمجة وأقراص DVD بالمجهر الإلكتروني

المشفرات الدوارة الضوئية

اللوازم

10 × 10 "× 15" × 1/8 "لوح خشب رقائقي

ورقة بيضاء الاكريليك

محرك 1X 50RPM DC

1X اردوينو نانو

1X H-bridge L9110

1X محرك متدرج نيما 17 محرك خطوي ثنائي القطب (3.5 فولت 1 أمبير)

مسامير الرصاص 1X 2mm

عدد 2 من كتل الوسائد 21. صامولتان لولبيتان من الرصاص 22. اثنتان من جلبة محامل منزلقة وأعمدة خطية 200 مم:

عرض مصفوفة 1X DOT MAX 7219

1X 5V امدادات الطاقة

1X كابل USB صغير

2X photodiodes -

2X IR المصابيح

1X IR الثنائي الضوئي

وحدة ليزر 2X 650nm

مقبس طاقة تيار مستمر 1 × 5.5 × 2.5 مم

1X مفتاح الطاقة -

مقبس 1X MIDI -

3X LM358 op amp

2X NPN الترانزستورات

1X TIP120 الترانزستور

2X الثنائيات

3x 10k أواني تقليم

المقاومات كما هو موضح في تخطيطي النظام

لوحة النموذج

مغناطيس بقطر 8 مم -

مجموعة الأجهزة المترية

الخطوة 1: نظرة عامة على النظام

الغرض من الجهاز هو فك شفرة رسالة مخزنة على قرص خشبي. في هذه الخطوة ، سأقدم نظرة عامة سريعة على العملية برمتها.

1. اختر رسالة. اخترت رسائل من بعض الكتاب والموسيقيين المفضلين لدي لتخزينها على القرص. في المثال أعلاه ، لديّ العبارة الكلاسيكية "لا داعي للذعر!" من دليل Hitchhiker إلى المجرة.

2. قم بإنشاء جدول تحويل ثنائي. إذا لم تكن معتادًا على المعلومات الثنائية ، فهناك الكثير من الكتب والدورات ومقاطع الفيديو المفيدة لتعلم كل شيء عن العملية. الفكرة الأساسية هي التوصل إلى مجموعات فريدة من 1 و 0 تتوافق مع بعض الإجراءات أو القيمة أو الحرف أو أي كيان آخر. بالنسبة لمشغل الأقراص الخاص بي ، ركزت على فك تشفير الرسائل. لذلك قمت بإنشاء جدول يربط أرقامًا ثنائية مكونة من 5 بتات بحرف (على سبيل المثال 00100 يتوافق مع الحرف "d") ، والذي تم إرفاقه في هذه الخطوة. الجدول الذي قمت بإنشائه هو إصدار مبتور لجدول ASCII 8 بت.

3. تحويل الرسالة إلى ثنائي. باستخدام الجدول الذي قمت بإنشائه ، يتم تحويل كل حرف في الرسالة إلى ثنائي وحفظه لإنشاء تسلسل ثنائي واحد.

4. رتب الملف الثنائي على قرص. الآن بعد أن تلقيت رسالة ثنائية ، كنت بحاجة إلى التفكير في كيفية تخزين المعلومات على قرص خشبي بطريقة يمكن قراءتها بواسطة الجهاز. قررت تخزين 1 و 0 على أنها ليست ثقوبًا وثقوبًا مرتبة في دائرة (تمامًا مثل القرص المضغوط). بمجرد امتلاء ثورة كاملة بالمعلومات ، سيتم تخزين البيانات التالية في صف آخر تتحرك شعاعيًا نحو الخارج. اخترت أن أقرأ بت واحد في كل مرة ، لذلك لا يلزم سوى كاشف واحد للبيانات. أثناء دوران القرص ، تمر الثقوب وغير الثقوب فوق الكاشف.

ولكن كيف يعرف الكاشف متى يقرأ البيانات؟ كيف يمكنني التأكد من أن كاشف البيانات كان يقرأ في اللحظة المناسبة عندما كان الثقب الموجود في القرص فوق الكاشف؟ لقد قمت بحل هذه المشكلة عن طريق إضافة كاشف "ساعة" يظل ثابتًا على الجهاز. تحتوي الحلقة الداخلية على القرص على ثقوب متساوية. عندما يسجل كاشف الساعة حافة هبوط أو صاعدة ، يقوم كاشف البيانات بقراءة بت واحد من المعلومات. تم إجراء جميع العمليات المدرجة من 2-4 باستخدام Matlab وتمت مناقشتها في الخطوة 18.

5. قراءة في ثنائي مع مشغل القرص. يتكون كل من كاشفات الساعة والبيانات من ليزر وثنائي ضوئي. عندما لا يكون هناك ثقب ، ينعكس الليزر عن القرص ويضرب الثنائي الضوئي ويسجل 1. يتم تضخيم خرج الثنائي الضوئي ، وثنائيًا بمشغل شميت ، وقراءته رقميًا باستخدام Arduino Nano. بعد الانتهاء من صف واحد من القرص ، يقوم محرك متدرج (Nema 17 Bipolar step motor 3.5V 1A) بترجمة كاشف البيانات إلى الصف التالي على القرص. يتم تحديد الموضع الأولي للقضيب الذي يحمل كاشف البيانات باستخدام فاصل ضوئي في أعلى موضع للسكك الحديدية. يتكون المشغل من إخراج MIDI ، والذي ينتج ملاحظة في كل مرة تتم فيها قراءة 1. سيتم وصف تفاصيل الدائرة في خطوات لاحقة.

6. فك الشفرة الثنائية وعرض رسالة. بعد قراءة القرص بالكامل ، يقوم Arduino بفك تشفير الملف الثنائي في الرسالة وحفظه كسلسلة. يتم عرض الرسالة على شاشة Dot Matrix (MAX 7219).

الخطوة 2: نموذج CAD والقطع بالليزر والطباعة ثلاثية الأبعاد

الجائزة الثانية في مسابقة CNC 2020