გოდოს მანქანა: 4 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:17

რა არის გოდოს მანქანა?

ეს არის ადამიანური გამოცდილების ნაწილი, რომ ჩვენ აღმოვჩნდებით იმ მდგომარეობის მოლოდინში, რაც შეიძლება საბოლოოდ მოხდეს დიდი ხნის ლოდინის შემდეგ, ან საერთოდ არა.

გოდო მანქანა არის მზის ენერგიაზე მომუშავე ელექტრო „ხელოვნების“ნაჭერი, რომელიც ცდილობს დაიპყროს სასოწარკვეთილი ემოცია, რომელიც ახლავს ალბათ უაზრო ლოდინს.

სახელი არის სამუელ ბეკეტის ცნობილი პიესიდან „გოდოს მოლოდინში“, რომელშიც ორი მამაკაცი ელოდება გარკვეული გოდოს მოსვლას, რომელიც შეიძლება ხვალ, ზეგ და არც არასდროს ჩამოვიდეს.

რას აკეთებს გოდოს მანქანა?

1. 1. მზის შუქის გათვალისწინებით, ჯოულ ქურდის წრე იწყებს კონდენსატორების ბანკის დატენვას.
2. 2. ერთხელ დატენვის დაახლოებით 5V, Arduino Nano იკვებება.
3. 3. Arduino წარმოქმნის 20-ბიტიან ჭეშმარიტ შემთხვევით რიცხვს, რომელიც ნაჩვენებია 4-ბიტიან LED ზოლზე.
4. 4. ეს რიცხვი შედარებულია სხვა შემთხვევით რიცხვთან, რომელიც ყველასთვის უცნობია, რომელიც ინახებოდა პირველად წრეში ჩატვირთვისას.
5. 5. თუ თანაბარია, ლოდინი დასრულებულია, მანქანა ინახავს ამ ფაქტს eeprom– ში და ამიერიდან მწვანე LED და პიეზო სიგნალი გააქტიურებულია (თუ საკმარისი ენერგიაა).
6. 6. თუ თანაბარი არ არის, იმედი, სასოწარკვეთა, გამეორება.

… ასევე, დროდადრო გენერირებული რიცხვი ისმის სიგნალის საშუალებით, ასე რომ თქვენ რეალურად არ დაგავიწყდეთ, რომ გოდოს მანქანა გაქვთ.

იმის გათვალისწინებით, რომ გოდოს ნომერზე დარტყმის ალბათობა არის 1 – ზე 2^20 – ზე ან მილიონზე ერთი და მანქანა არ არის ძალიან სწრაფი, განსაკუთრებით ზამთარსა და შემოდგომაზე, მის აღმოჩენას შეიძლება წლები დასჭირდეს. თქვენი გოდო მანქანა შესაძლოა თქვენი მემკვიდრეობის ნაწილიც კი გახდეს. სანამ ელოდებით მას მომდევნო ნომრის შესამოწმებლად, შეგიძლიათ ფანტაზირება მოახდინოთ იმაზე, თუ როგორ შეიძლება საბოლოოდ დაინახონ თქვენსმა შორეულმა დიდმა შვილიშვილებმა მისი დასკვნა. მოკლედ: ეს არის იდეალური საჩუქარი მომავალი საკურორტო სეზონისთვის!

ნაბიჯი 1: სქემატური

გოდოს მანქანა შედგება:

-Joule Thief ენერგიის შემკრები (Q1), რომელიც იტენება 9x2200uF კონდენსატორებით. მათთვის, ვინც განიცდის ჰელიქსაფობიას (ინდუქტორების ირაციონალური გაბრაზება, ხოლო კონდენსატორები და რეზისტორები არ წარმოადგენენ მსგავს პრობლემას), ნუ შეგეშინდებათ, რადგან არ არის საჭირო მექანიკური გრაგნილი: შეერთება იქმნება ერთმანეთის სიახლოვეს სტანდარტული კოაქსიალური ინდუქტორების განთავსებით, როგორც ეს ნაჩვენებია აქ. მე -2 სურათი. გასაოცარი ხრიკი!

-დისკრეტული ტრანზისტორი დენის გადამრთველი (Q2, Q3, Q4), რომელიც ჩართულია 5V1 ზე და გამორთულია დაახლოებით 3.0V. შეიძლება დაგჭირდეთ R2-R4 ოდნავ მორგება, თუ იყენებთ სხვადასხვა (ზოგადი დანიშნულების) ტრანზისტორების ტიპებს.

-ენტროპიის გენერატორი (Q6, Q7, Q8). ეს წრე აძლიერებს გარემოში არსებულ ელექტრონულ ხმაურს მიკროვოლტიდან ვოლტის დონემდე. ეს სიგნალი შემდეგ აღებულია ქაოსზე დაფუძნებული (წაიკითხეთ) შემთხვევითი რიცხვების გენერატორი. გიტარის სიმები ასრულებს ანტენის როლს.

-LED ბარი 4 LED- ით ან 4 წითელი ცალკე LED- ით, პიეზო სიგნალით და მწვანე LED- ით.

გაითვალისწინეთ, რომ დენის გადამრთველის გამომავალი (Q4- ის შემგროვებელი) დაკავშირებულია Arduino Nano- ს 5V პინთან და არა VIN პინთან!

ნაბიჯი 2: გოდოს აპარატის შექმნა

მე ავაშენე წრე პერფორდის ნაჭერზე. არაფერი განსაკუთრებული იქ. 2V/200mA მზის პანელი არის დარჩენილი პროექტი. ბრენდი არის Velleman. ადვილია მისი გახსნა ბასრი დანის გამოყენებით, ხრახნების ხვრელების დასამზადებლად და ა. შ. იდეა ის არის, რომ მზის პანელი შეიძლება განთავსდეს მზისკენ ფანჯარაში.

ნაბიჯი 3: კოდი: შემთხვევითი რიცხვები ქაოსიდან?

როგორ იქმნება შემთხვევითი რიცხვები? ისე, ისინი დამზადებულია მათემატიკით!

იმის ნაცვლად, რომ Arduino– ს შემთხვევითი რიცხვების გენერატორის ფუნქცია შემთხვევითი () გამოვიყენო, მე გადავწყვიტე დავწერო ჩემი შემთხვევითი რიცხვების გენერატორი (RNG), მხოლოდ გასართობად.

იგი ემყარება ლოგისტიკურ რუქას, რომელიც დეტერმინიზმის ქაოსის უმარტივესი მაგალითია. აი როგორ მუშაობს:

დავუშვათ x არის რეალური მნიშვნელობა 0-დან 1-მდე, შემდეგ გამოთვალეთ: x*r*(1-x), სადაც r = 3.9. შედეგი არის თქვენი შემდეგი 'x'. გაიმეორეთ უსასრულოდ. ეს მოგცემთ რიცხვებს 0 -დან 1 -მდე, როგორც პირველ სურათზე, სადაც ეს პროცესი იწყება x = 0.1 (წითელი) და ასევე x = 0.1001 (ლურჯი) საწყისი მნიშვნელობით.

ახლა აქ არის მაგარი ნაწილი: რაც არ უნდა ახლოს აირჩიოთ ორი განსხვავებული საწყისი პირობა, თუ ისინი არ არიან ზუსტად თანაბარი, რიცხვების შედეგად მიღებული სერია საბოლოოდ განსხვავდება. ამას ეწოდება "მგრძნობიარე დამოკიდებულება საწყის პირობებზე".

მათემატიკურად, რუქის განტოლება x*r*(1-x) არის პარაბოლა. როგორც მე -2 ფიგურაშია ნაჩვენები, თქვენ შეგიძლიათ გრაფიკულად განსაზღვროთ x სერია, რაც ცნობილია როგორც cobweb კონსტრუქცია: დაიწყეთ x– დან ჰორიზონტალურ ღერძზე, იპოვეთ ფუნქციის მნიშვნელობა y ღერძზე, შემდეგ აისახება სწორი ხაზის წინააღმდეგ 45 – ზე გრადუსიანი კუთხე გადის საწყისზე. გაიმეორეთ. როგორც ნაჩვენებია წითელი და ლურჯი სერიებისთვის, თუნდაც თავდაპირველად დახურული, ისინი სრულად განსხვავდებიან დაახლოებით 30 გამეორების შემდეგ.

ახლა, საიდან მოდის 'r = 3.9' რიცხვი? გამოდის, რომ r დაბალი მნიშვნელობებისთვის, ჩვენ ვიღებთ მხოლოდ ორ მონაცვლეობით x მნიშვნელობას. R- პარამეტრის გაზრდა რაღაც მომენტში გადადის რხევაზე 4, 8, 16 მნიშვნელობებს შორის და ა.შ. ეს განშტოებები ან ბიფურკაციები უფრო და უფრო სწრაფად ჩნდება, როდესაც რ იზრდება, რასაც ეწოდება "პერიოდის ქაოსის გაორმაგების გზა". ნაკვეთი r- ით ჰორიზონტალურ ღერძზე და მრავალი x- გამეორება ვერტიკალურად გადაფარებული გამოიწვევს იმას, რაც ცნობილია როგორც ბიფურკაციის ნაკვეთი (მე -3 ფიგურა). R = 3.9 – ისთვის რუკა სრულად ქაოტურია.

ასე რომ, თუ ჩვენ გამოვთვლით ბევრ x განახლებას და მათგან ვიღებთ ნიმუშს, მივიღებთ შემთხვევით რიცხვს? კარგი, არა, ამ დროს ეს იქნებოდა ფსევდო შემთხვევითი რიცხვების გენერატორი (PRNG), რადგან თუ ჩვენ ყოველთვის ვიწყებთ ერთი და იგივე საწყისი მნიშვნელობიდან (გადატვირთვის შემდეგ), ჩვენ ყოველთვის ვიღებდით ერთსა და იმავე თანმიმდევრობას; აკა დეტერმინისტული ქაოსი. სწორედ აქ ჩნდება ენტროპია-გენერატორი, რომელიც თესავს ლოგისტიკურ რუქას იმ რიცხვით, რომელიც შექმნილია გარემოში აღმოჩენილი ელექტრული ხმაურისგან.

სიტყვებით, შემთხვევითი რიცხვების გენერატორის კოდი აკეთებს ამას:

- გაზომეთ ძაბვა ენტროპიის გენერატორიდან pin A0- ზე. შეინახეთ მხოლოდ 4 არანაკლებ მნიშვნელოვანი ბიტი.

- გადაიტანეთ ეს 4 ბიტი "თესლის" მნიშვნელობად, გაიმეორეთ 8-ჯერ, რომ მიიღოთ 32-ბიტიანი მცურავი წერტილის თესლი.

- ხელახლა გაზარდეთ თესლი 0 -დან 1 -მდე.

- გამოთვალეთ ამ თესლის საშუალო და x, ლოგისტიკური რუქის ამჟამინდელი მდგომარეობა.

- გააუმჯობესეთ ლოგისტიკური რუკა მრავალი (64) საფეხურით.

- ამოიღეთ ერთი ბიტი ლოგისტიკური რუქის მდგომარეობიდან x უმნიშვნელო ათწილადის შემოწმებით.

- გადაიტანე ეს ცოტა საბოლოო შედეგში.

- გაიმეორეთ ყველა ნაბიჯი 20 -ჯერ ზემოთ.

შენიშვნა: კოდში მითითებულია Serial.println და Serial.begin. ამოიღეთ // სერიული მონიტორის გენერირებული შემთხვევითი რიცხვების შესამოწმებლად.

მართალი გითხრათ, მე სტატისტიკურად არ შევამოწმე შემთხვევითი რიცხვების ხარისხი (მაგ. NIST სატესტო კომპლექტი), მაგრამ, როგორც ჩანს, ნორმალურია.

ნაბიჯი 4: გაოცდი შენი გოდო მანქანით

ისიამოვნეთ თქვენი გოდო მანქანით და გთხოვთ გაუზიაროთ, გააკეთოთ კომენტარი და/ან ჰკითხოთ თუ რამე გაუგებარია.

სანამ თქვენ ელოდებით გოდოს ნომრის პოვნას, გთხოვთ მიეცით ხმა ამ ინსტრუქციულს Made With Math კონკურსში! მადლობა!

მეორე ადგილზე გავიდა მათემატიკის კონკურსში