Reproductor de discos de madera: 20 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

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Quería demostrar cómo funcionan los dispositivos de almacenamiento de información construyendo una máquina de reproducción de discos a gran escala. En lugar de basarse en la interferencia de la luz como los reproductores de CD, el dispositivo que construí reproduce discos de madera con agujeros y "no agujeros" (como los llamo en este instructivo) que pasan o bloquean un rayo láser. Estos huecos y no huecos corresponden a unos y ceros en datos binarios que codifican un mensaje de texto, como la letra de una canción o una cita. La información binaria se lee del disco, se almacena en un Arduino y se decodifica para mostrar el mensaje de texto en una matriz de LED en la parte frontal del dispositivo. A medida que se leen los datos, la matriz de LED se llena para visualizar la información binaria. Cuando se lee un bit alto, también se reproduce una nota MIDI. La música producida puede parecer aleatoria, pero simboliza una serie de unos y ceros que en realidad contiene información significativa.

El reproductor de discos de madera que creé solo puede contener alrededor de 700 bits (<0.1kB) debido al tamaño de los agujeros en el disco. Por tanto, los mensajes que se pueden almacenar son breves. Como referencia, un CD puede contener alrededor de 700 MB de información, que es aproximadamente 10 millones de veces más información que los discos de madera que hice. Todo el proyecto ayuda a imaginar la escala del almacenamiento de información en CD (un dispositivo de almacenamiento ya anticuado) y cómo se lee y decodifica la información digital para convertirla en algo significativo para los humanos.

En este instructivo, repasaré el diseño y la construcción del sistema, cómo el mensaje se convirtió en información binaria en un disco de madera y los muchos desafíos en el camino.

El proyecto se inspiró en muchas fuentes, que incluyen:

El canal Show and Tell de 8 bits tenía un video increíble sobre un mensaje secreto almacenado en un registro que se podía leer en un Commodore 64

Tocadiscos verticales, como los de Gramovox y Roy Harpaz

Dispositivos mecánicos de reproducción de música llamados polifones, desarrollados a mediados del siglo XIX

Museo de Historia de la Computación en Mountain View, CA

Vídeo de Techmoan sobre el CED Videodisc desarrollado por RCA

Imágenes, CD y DVD de Applied Science con microscopio electrónico

Encoders rotativos ópticos

Suministros

Hoja de madera contrachapada de 10 x 10 "x 15" x 1/8"

Lámina acrílica blanca

1 motor de CC de 50 RPM

1X Arduino Nano

1X Puente en H L9110

Motores paso a paso 1X Motor paso a paso bipolar Nema 17 (3.5V 1A)

Tornillos de plomo de 1X 2 mm

Soportes 2X 21. Dos tuercas de tornillo de avance 22. Dos casquillos deslizantes de cojinetes y ejes lineales de 200 mm:

Pantalla de matriz 1X DOT MAX 7219

Fuente de alimentación 1X 5V

1 cable mini USB.

Fotodiodos 2X -

LED de infrarrojos 2X

Fotodiodo IR 1X

Módulo láser 2X 650nm

1 conector de alimentación de CC para montaje en panel de 5,5 x 2,5 mm

Interruptor de encendido 1X -

Conector MIDI 1X -

Amplificador operacional 3X LM358

Transistores 2X NPN

Transistor 1X TIP120

Diodos 2X

Macetas de ajuste 3X 10k

Resistencias como se muestra en el esquema del sistema

Tablero prototipo

Imanes de 8 mm de diámetro -

Kit de hardware métrico

Paso 1: descripción general del sistema

El propósito del dispositivo es decodificar un mensaje almacenado en un disco de madera. En este paso, proporcionaré una descripción general rápida de todo el proceso.

1. Elija un mensaje. Elegí mensajes de algunos de mis escritores y músicos favoritos para almacenarlos en el disco. En el dibujo de ejemplo anterior, tengo el clásico "¡que no cunda el pánico!" de la Guía del autoestopista galáctico.

2. Cree una tabla de conversión binaria. Si no está familiarizado con la información binaria, hay muchos libros, cursos y videos útiles para aprender todo sobre el proceso. La idea básica es crear combinaciones únicas de unos y ceros que correspondan a alguna acción, valor, letra u otra entidad. Para mi reproductor de discos, me concentré en decodificar mensajes. Por lo tanto, creé una tabla que conectaba números binarios de 5 bits a un carácter (por ejemplo, 00100 corresponde a la letra "d"), que se adjunta en este paso. La tabla que creé es una versión truncada de la tabla ASCII de 8 bits.

3. Convierta el mensaje a binario. Usando la tabla que creé, cada carácter del mensaje se convierte a binario y se guarda para crear una secuencia binaria.

4. Organice el binario en un disco. Ahora que tenía un mensaje binario, necesitaba considerar cómo almacenar la información en un disco de madera de una manera que pudiera ser leída por un dispositivo. Decidí almacenar los 1 y 0 como no agujeros y agujeros dispuestos en un círculo (como un CD). Una vez que una revolución completa se llenó de información, los siguientes datos se almacenarían en otra fila moviéndose radialmente hacia afuera. Elegí leer un bit a la vez, por lo que solo se requiere un detector de datos. A medida que el disco gira, los orificios y los no orificios pasan sobre el detector.

Pero, ¿cómo sabe el detector cuándo leer los datos? ¿Cómo podría estar seguro de que el detector de datos estaba leyendo en el momento correcto cuando el agujero en el disco estaba sobre el detector? Resolví este problema agregando un detector de "reloj" que permanece estacionario en el dispositivo. El anillo más interno del disco tiene orificios colocados uniformemente. Cuando el detector de reloj registra un flanco ascendente o descendente, el detector de datos lee un bit de información. Todos los procesos enumerados del 2 al 4 se realizaron con Matlab y se analizan en el Paso 18.

5. Leer en binario con el reproductor de discos. Los detectores de reloj y de datos constan cada uno de un láser y un fotodiodo. Cuando no hay ningún agujero, el láser se refleja en el disco, golpea el fotodiodo y registra un 1. La salida del fotodiodo se amplifica, se binariza con un disparador Schmitt y se lee digitalmente con un Arduino Nano. Después de completar una fila del disco, un motor paso a paso (motor paso a paso bipolar Nema 17 3.5V 1A) traslada el detector de datos a la siguiente fila del disco. La posición inicial del riel que sostiene el detector de datos se determina mediante una fotointerrupción en la posición superior del riel. El reproductor consta de una salida MIDI, que produce una nota cada vez que se lee un 1. Los detalles del circuito se describirán en pasos posteriores.

6. Decodifique el binario y muestre un mensaje. Después de leer todo el disco, Arduino decodifica el binario en el mensaje y lo guarda como una cadena. El mensaje se muestra en la pantalla de matriz de puntos (MAX 7219).

Paso 2: modelo CAD, corte láser e impresión 3D

Segundo premio en el Concurso CNC 2020