آلة جودو: 4 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

ما هي آلة جودو؟

إنه جزء من التجربة الإنسانية أن نجد أنفسنا في حالة انتظار لشيء قد يحدث في النهاية بعد فترة طويلة من الانتظار ، أو لا يحدث على الإطلاق.

آلة Godot هي قطعة من "الفن" الكهربائي تعمل بالطاقة الشمسية والتي تحاول التقاط المشاعر اليائسة التي تصاحب الانتظار غير المجدي.

الاسم مأخوذ من مسرحية صموئيل بيكيت الشهيرة في انتظار جودو ، حيث ينتظر رجلان مجيء جودو معين ، قد يصل غدًا أو في اليوم التالي أو لا يصل أبدًا.

إذن ماذا تفعل آلة جودو؟

1. 1. نظرًا لبعض أشعة الشمس ، تبدأ دائرة Joule Thief في شحن بنك من المكثفات.
2. 2. بمجرد شحنها إلى حوالي 5 فولت ، يتم تشغيل Arduino Nano.
3. 3. يولد Arduino رقمًا عشوائيًا حقيقيًا يبلغ 20 بت ، والذي يظهر على شريط LED 4 بت.
4. 4. تتم مقارنة هذا الرقم برقم عشوائي آخر ، غير معروف للجميع ، تم تخزينه في eeprom في المرة الأولى التي تم فيها تشغيل الدائرة.
5. 5. إذا كان متساويًا ، فقد انتهى الانتظار ، وتخزن الآلة هذه الحقيقة في eeprom ومن الآن فصاعدًا يتم تنشيط مؤشر LED الأخضر وصافرة بيزو (إذا كان هناك طاقة كافية).
6. 6. إذا لم تكن متساوية ، أمل ، يأس ، كرر.

… أيضًا ، من حين لآخر ، يصبح الرقم الذي تم إنشاؤه مسموعًا بواسطة الصافرة ، لذلك لا تنسى في الواقع أن لديك آلة Godot.

نظرًا لأن احتمال الوصول إلى رقم Godot هو 1 على 2 ^ 20 أو حوالي واحد في المليون ، وأن الآلة ليست سريعة جدًا ، خاصة في الشتاء والخريف ، فقد يستغرق العثور عليها سنوات. قد تصبح آلة Godot الخاصة بك جزءًا من ميراثك. أثناء انتظاره لاختبار الرقم التالي ، يمكنك أن تتخيل كيف قد يرى أحفاد أحفادك البعيدين أنه قد انتهى أخيرًا. باختصار: إنها الهدية المثالية لموسم الأعياد القادم!

الخطوة 1: التخطيطي

تتكون آلة Godot من:

-A Joule Thief حصاد الطاقة (Q1) الذي يشحن 9x2200 فائق التوهج المكثفات. بالنسبة لأولئك الذين يعانون من رهاب الحلزون (قلق غير منطقي من المحاثات ، في حين أن المكثفات والمقاومات لا تشكل مثل هذه المشكلة) ، لا تخف لأنه لا يلزم لف يدوي: يتم إنشاء الاقتران عن طريق وضع محاثات محورية قياسية في جوار بعضها البعض كما هو موضح هنا في الصورة الثانية. خدعة رائعة!

- مفتاح طاقة ترانزستور منفصل (Q2 ، Q3 ، Q4) ، والذي يتم تشغيله عند 5V1 حول وإيقاف عند حوالي 3.0V. قد ترغب في ضبط R2-R4 قليلاً إذا كنت تستخدم أنواعًا مختلفة من الترانزستور (للأغراض العامة).

-مولد إنتروبيا (Q6، Q7، Q8). تعمل هذه الدائرة على تضخيم الضوضاء الإلكترونية الموجودة في البيئة من مستويات الفولتات الدقيقة إلى مستويات الفولت. ثم يتم أخذ عينات من هذه الإشارة لبذر مولد رقم عشوائي قائم على الفوضى (اقرأ على). قطعة من وتر الغيتار تعمل كهوائي.

- شريط LED مع 4 مصابيح LED أو 4 مصابيح LED منفصلة حمراء ، وصافرة بيزو ، وضوء LED أخضر.

لاحظ أن خرج مفتاح الطاقة (جامع Q4) متصل بدبوس 5 فولت من Arduino Nano ، وليس دبوس VIN!

الخطوة الثانية: بناء آلة Godot

لقد بنيت الدائرة على قطعة من لوحة الأداء. لا يوجد شيء مميز هناك. اللوحة الشمسية 2V / 200mA هي بقايا من مشروع آخر. العلامة التجارية هي Velleman. من السهل فتحه باستخدام سكين حاد ، لحفر ثقوب للمسامير وما إلى ذلك. يتم تثبيت لوحة الدوائر واللوحة الشمسية على قطعتين من الخشب الرقائقي ، كما هو موضح في الصورة. الفكرة هي أنه يمكن وضع الألواح الشمسية في اتجاه الشمس على النافذة.

الخطوة الثالثة: الكود: أرقام عشوائية من الفوضى؟

كيف يتم عمل الأرقام العشوائية؟ حسنًا ، لقد صنعوا باستخدام الرياضيات!

بدلاً من استخدام وظيفة مولد الأرقام العشوائية في Arduino بشكل عشوائي () ، قررت أن أكتب مولد الأرقام العشوائي الخاص بي (RNG) ، فقط من أجل المتعة.

إنها مبنية على الخريطة اللوجيستية ، وهي أبسط مثال على الفوضى الحتمية. وإليك كيف يعمل:

افترض أن x قيمة حقيقية بين 0 و 1 ، ثم احسب: x * r * (1-x) ، حيث r = 3.9. والنتيجة هي "x" التالية. كرر إلى ما لا نهاية. سيعطيك هذا سلسلة من الأرقام بين 0 و 1 ، كما في الصورة الأولى ، حيث بدأت هذه العملية للقيمة الأولية لـ x = 0.1 (أحمر) وأيضًا x = 0.1001 (أزرق).

الآن هذا هو الجزء الرائع: بغض النظر عن مدى قربك من اختيار شرطين أوليين مختلفين ، إذا لم تكن متساوية تمامًا ، فإن سلسلة الأرقام الناتجة ستتباعد في النهاية. وهذا ما يسمى "الاعتماد الحساس على الظروف الأولية".

رياضيا ، معادلة الخريطة x * r * (1-x) هي القطع المكافئ. كما هو موضح في الشكل الثاني ، يمكنك تحديد سلسلة x بيانياً باستخدام ما يُعرف ببناء نسيج العنكبوت: ابدأ من x على المحور الأفقي ، وابحث عن قيمة الوظيفة على المحور y ، ثم انعكس مقابل خط مستقيم عند 45 درجة زاوية تمر من خلال الأصل. يكرر. كما هو موضح في السلسلة الحمراء والزرقاء ، حتى لو كانت قريبة في البداية ، فإنها تتباعد تمامًا بعد حوالي 30 تكرارًا.

الآن ، من أين يأتي الرقم "r = 3.9"؟ اتضح أنه للقيم المنخفضة لـ r ، نحصل على قيمتي x بالتناوب. ستؤدي زيادة المعلمة r عند نقطة ما إلى التبديل إلى تذبذب بين 4 و 8 و 16 قيمة وما إلى ذلك. تأتي هذه التفرعات أو التشعبات بسرعة أكبر كلما زاد r ، في ما يسمى بـ "فترة مضاعفة طريق الفوضى". مؤامرة مع r على المحور الأفقي والعديد من تكرارات x متداخلة رأسياً ستؤدي إلى ما يعرف بمخطط التشعب (الشكل الثالث). بالنسبة لـ r = 3.9 ، تكون الخريطة فوضوية بالكامل.

لذا إذا قمنا بحساب العديد من تحديثات x وأخذ عينات منها ، فسنحصل على رقم عشوائي؟ حسنًا ، لا ، في هذه المرحلة سيكون مولد رقم عشوائي زائف (PRNG) ، لأنه إذا بدأنا دائمًا من نفس القيمة الأولية (بعد الخروج من إعادة التعيين) ، فسنحصل دائمًا على نفس التسلسل ؛ ويعرف أيضا باسم الفوضى القطعية. هذا هو المكان الذي يأتي فيه مولد الانتروبيا ، والذي يزرع الخريطة اللوجستية برقم تم إنشاؤه من الضوضاء الكهربائية الموجودة في البيئة.

بالكلمات ، يقوم كود منشئ الرقم العشوائي بهذا:

- قم بقياس الجهد من مولد الانتروبيا على الدبوس A0. احتفظ فقط بال 4 بتات الأقل أهمية.

- قم بتحويل هذه البتات الأربعة إلى قيمة "أولية" ، كرر 8 مرات للحصول على بذرة النقطة العائمة 32 بت.

- إعادة مقياس البذرة بين 0 و 1.

- احسب متوسط هذه البذور و x ، الحالة الحالية للخريطة اللوجستية.

- تقدم الخريطة اللوجستية بعدة (64) خطوة.

- استخرج بت واحد من حالة الخريطة اللوجستية x عن طريق التحقق من عدد عشري غير ذي دلالة.

- قم بتحويل هذا الجزء إلى النتيجة النهائية.

- كرر جميع الخطوات أعلاه 20 مرة.

ملاحظة: في الكود ، تم التفوق على Serial.println و Serial.begin. قم بإزالة // للتحقق من الأرقام العشوائية التي تم إنشاؤها على الشاشة التسلسلية.

لكي نكون منصفين ، لم أقم بفحص جودة الأرقام العشوائية إحصائيًا (مثل مجموعة اختبار NIST) ولكن يبدو أنها لا بأس بها.

الخطوة 4: تعجب من آلة Godot

استمتع بجودوت ماشين ويرجى المشاركة والتعليق و / أو السؤال عما إذا كان هناك أي شيء غير واضح.

أثناء انتظار العثور على رقم Godot ، يرجى التصويت لهذا Instructable في مسابقة Made With Math! شكرا!

الوصيف في مسابقة Made with Math