Сборка механического телевизора требует тщательной подготовки и понимания его основных компонентов. Вначале нужно создать корпус, который будет удерживать все детали, включая экран, механизмы и источники света. Необходимы также системы для синхронизации изображения и звука, что можно сделать, используя механические компоненты, такие как диски и шестерни, которые обеспечивают нужную передачу данных.
После сборки структуры установите экран, который может быть из тонкой пленки или другого материала, способного показывать изображение. Затем подключите механизмы, которые будут вращать ваши диски с изображениями, а также добавьте аудиосистему для звука. Важно протестировать все соединения и убедиться, что механизмы работают синхронно, чтобы добиться качественного отображения и звука.
Как мы собирали телевизор эпохи Сталина и остались живы
Два человека без всякого опыта в электротехнике пытались собрать телевизор по детской книге 1937 года, когда не было ни телеканалов, ни даже привычных экранов.
Это было чудовищной идеей с самого начала.
1 октября исполнилось 85 лет советскому телевещанию. Удивительно, что меньше века назад, в 1931 году, появилась технология, про которую уже сейчас можно презрительно говорить: "Ой, да я и не смотрю телевизор этот". Тогда вещание шло полчаса в день. Телевизоров никто не производил на заводах ещё минимум два года: это было всего лишь развлечение для радиолюбителей, которые делали аппараты руками. Никаких телеканалов, рекламы, сериалов: показывали что-то понятное. Например, кошку.
Телевизоры продолжали собирать дома почти всё десятилетие. Так, в 1937 году в серии "Библиотека юного конструктора" выходит брошюрка "Самодельный телевизор" за авторством Б. Шефера. Книжка не очень толстая, всего 33 страницы. И в ней подробно и скрупулёзно описывается, как и из чего можно сделать телевизор. Самый настоящий. Вокруг которого собирались всей семьёй радиолюбители в 30-е годы и смотрели на кошку.
Вообще вся серия книг "Библиотека юного конструктора" заражает детским эйфорическим энтузиазмом. С её помощью за 40 страниц столярничанья можно собрать что угодно: например, там есть руководство " Простейшая ветроэлектростанция КД — 2". Хочется сесть и просто собирать. Поэтому сразу было решено, что мы за вечер сделаем телевизор и непременно покажем по нему художественный фильм "Безумный Макс. Дорога ярости" и клип PPAP.
Примерно так и выглядит известный мем на механическом телевизоре. Только намного хуже. Это изображение 30 на 30 точек.
Чего там делать, казалось бы? Нужно всего лишь внимательно прочитать 32 страницы, дословно выполнить указания Шефера, запустить — и готово.
Но брошюрку в итоге мы читали н есколько часов. Видимо, юные конструкторы тех лет превосходили сегодняшнее человечество абсолютно во всём, даже в чтении. А тут за дело взялись двое журналистов, вообще не имеющих никакого отношения ни к электротехнике, ни к телевидению, ни вообще к работе руками. Каждому из нас не больше 25 лет, всё, что мы умеем, — писать тексты, а один из нас, например, даже не может по линейке прямую линию провести.
В общем, изначально мы пытались понять, что именно нам делать. Здесь нужно пояснить, как вообще устроен телевизор времён 30-х годов. В нём, например, не было ничего похожего на квадратный экран. Фактически телевизор состоит из:
- круга с дырками по спирали;
- одной лампочки;
- моторчика.
Такая технология называется диск Нипкова. Вкратце она работает так. Круг с дырками крутится мотором со скоростью, скажем, 750 оборотов в минуту. Сзади в такт мигает лампочка. Если лампочка в момент просвета через дырку не светила, то это чёрный цвет в изображении, если светила — белый, остальные варианты — 50 оттенков серого.
Так как человеческий глаз воспринимает окружающий мир с некоторой инерцией, то получившиеся "цвета" лампочки, просвечивающей сквозь дырки, он видит как линию из отдельных "пикселей". А дырки расположены по спирали, поэтому линий ещё и несколько. В результате, если к краю круга подставить лупу, а за кругом включить мигающую лампочку, видно малюсенькое изображение.
Почти сразу выяснилось, что сделать всё, как в книжке, у нас не получится (никто и не сомневался). Например, собирать самим моторчик не имело никакого смысла: вся инструкция была заточена на электрическую сеть Москвы 1937 года. Более того, в книжке предлагалось взять для него "жесть от старых консервных банок" (у нас не было даже новых банок), стягивать детали "штепсельным гнездом", что бы это ни значило. В общем, мы сразу поняли, что это не наш случай, и пошли в специализированный магазин.
Рассказывает Егор, который никогда не делал руками ничего сложнее, чем замена лампы в люстре:
— Для журналиста магазин радиодеталей — дивный новый мир. На стене висят титанические мотки проводов, изоляторов и других загадочных шнуров. Вокруг ходят пожухлые грустные мужчины и ищут нужные транзисторы в бесконечных стеллажах до потолка с неизвестными буквами на ящиках. За стеной находится отрада для посетителей — кафе "Припой" с паяльниками и пивом.
Я встал посередине магазина и мучительно осознал, что не знаю, как объяснить, что мне нужно. Спустя час сложнейшего разговора с продавцом, во время которого он безуспешно пытался обучить меня основам электротехники, мне удалось достать целый пакет каких-то клемм, проводов, батареек и несколько малюсеньких светодиодных лампочек.
В другом магазине, который находится в отдалённом районе без фонарей вообще, нашёлся миниатюрный моторчик. Дружелюбный консультант, радующийся, кажется, уже тому факту, что хоть кто-то до него доехал, рассказал, что такие моторчики целыми ящиками закупают неизвестные украинцы. Они делают из них игрушки: какие-то пистолеты с крутящимися элементами и так далее.
Наконец, мы решили начать собирать. Предвещался самый странный вечер пятницы в нашей жизни.
На первый взгляд, сделать диск Нипкова — самая простая задача. Но, разумеется, никаких простых задач перед нами в принципе не стояло, все они были сложными.
Если вас не убедит этот текст и вы захотите повторить наш тяжело давшийся жизненный опыт, то всё будет происходить так. У вас будет сбиваться циркуль, вам придётся стирать ластиком кривые круги и чертить их заново, а спина будет адски болеть.
Рассказывает Юлия, которая как раз умеет проводить по линейке прямую линию:
Я взяла ватман, нарисовала циркулем три окружности радиусом 7,5 см, 10,5 см и 13,5 см. После вырезала круг по периметру самой большой окружности. Далее началась самая кропотливая работа: между окружностями с радиусом 10,5 и 13,5 см нужно было начертить 30 окружностей на расстоянии 1 мм одна от другой. На восьмой окружности я поняла, для чего в комплекте с циркулем продаётся мини-точилка: для заточки грифеля.
Потом на линейке циркулем я отмерила 1,6 см и с его помощью на окружности радиусом 10,5 см сделала засечки. Так я поделила окружность на 30 равных частей. После этого по линеечке от центра через засечки я провела линии до последней окружности.
Далее ответственный момент: аккуратно иголкой циркуля по спирали я сделала отверстия на пересечении окружностей и линий. И вуаля — у меня получился диск Нипкова!
Наконец, требовалось собрать оставшуюся часть. Мы примотали оголённые проводки батарейного блока к лампочке и к моторчику, что было нетрудно даже для нас. Хотя всё висело на соплях и отваливалось. В сумме это заняло несколько часов.
Настал волнительный момент запуска. Мы выключили свет, загадали желание, раскрутили моторчик, на который накололи наш диск Нипкова, и подсветили сзади лампочкой. Под внимательным, испытующим взглядом редактора мы взглянули на получившееся изображение.
И увидели лампочку. Больше ничего.
Это был тяжёлый удар. От него мы смогли оправиться только через пару месяцев, когда редактор поинтересовался, где же текст про сборку телевизора. При этом, разумеется, никакого собранного телевизора у нас не было.
Помощь пришла, откуда не ждали. Внезапно обнаружилось, что в стране есть другие люди, которые пытались собрать механический телевизор. В частности, существует целая подробная инструкция энтузиаста на технарском сайте. Она, к сожалению, также не идеальна: в ней есть такие сложные приколы, как "любой транзистор n-p-n типа" и электросхема по сборке усилителя. Но зато благодаря такому подходу мы поняли: наш телевизор наконец-то сможет показать что-то кроме лампочки.
Когда-то телепередачи нужно было получать по радио при помощи тёплого лампового приёмника. Даже двух: по одному транслировался звук, а другой "мигал" "неонкой". Теперь провернуть такое невозможно: те ламповые приёмники, которые описаны в книжке "Юный конструктор", стоят в музеях. Да и работать они не будут, потому что на волнах, которые они принимают, трансляций не ведётся.
Поэтому сегодняшние ретрорадиолюбители применяют самые современные технологии. Радио для передачи звука больше не нужно. Можно просто воткнуть в обычный аудиоразъём ноутбука провод и замкнуть его на лампочке. Более того, любое видео можно перевести с помощью специальной программы в аудиоформат и таким образом "промигать" на лампочке всё, что нужно.
Программу, кстати, разрабатывал член Ассоциации узкополосного телевидения (да, такая организация реально существует). То есть люди действительно собирают доисторические телевизоры, перекодируют для них фильмы и даже ведут друг для друга трансляции в Великобритании.
В недрах редакции Лайфа нашлись и резистор, и транзистор, и прочие детали, предназначение которых до сих пор остаётся для нас загадкой. Мы, в общем-то, наугад соединяли проволочки, торчащие из деталей, пока лампочка действительно не замигала в такт любимой песне PPAP.
Совершенно удивительно, что нам действительно удалось показать кино с помощью собственноручно созданного механического телевизора. Результат превзошёл все наши ожидания. Оказалось, качество изображения, которое можно получить с помощью круга, вырезанного из ватмана, и лампочки может быть намного лучше, чем на широкоформатном телевизоре. Самое удивительное, что технология предусматривает даже потрясающе яркие цвета! Смотрите сами:
Шутка. На самом деле у нас ничего не получилось.
Редакция благодарит Михаила Шапеченкова, Матвея Филиппова и Антона Панкратова за помощь в подготовке этого материала. Без вас мы бы даже этого не сделали.
Механическое что-то-такое-видение
Можно смело утверждать, что все телевизоры, мониторы, планшеты, смартфоны обязаны своим появлением технологическому отверстию. Попросту говоря — дырке. Именно отверстие лежит в основе камеры-обскуры, изобретенной, как считается, в VI веке до нашей эры. Оно же легло в основу всего современного телевидения — с помощью отверстий считывалось и показывалось изображение в механическом телевидении. Вместе с инженерами AvitoTech мы решили воспроизвести один из этапов зарождения телевидения и «на коленке» собрать механический телевизор с диском Нипкова.
Телик. Начало
Скорее всего, кроме возможности взмыть в воздух человечество всегда мечтало и о том, чтобы наладить быстрое общение на расстоянии: не ждать, пока голуби или «курьерская» служба тамплиеров доставят письма, и уж тем более отказаться от необходимости лично доставлять что-то пешком. Можно сказать, что первые шаги к исполнению этой мечты были сделаны в VI веке до нашей эры. Именно к тому времени относятся первые упоминания камеры-обскуры.
Это простое устройство представляло собой небольшую темную внутри коробку, в одной из стенок которой было проделано небольшое отверстие, проще говоря — дырка. Отраженный от объектов внешнего мира свет, проходя через дырку диаметром до полумиллиметра, падал на расположенную напротив стену коробки. В результате на ней появлялось изображение внешнего мира — правда, перевернутое. Для VI века изобретение было удивительным.
Долгое время устройство использовалось только для развлечения. Однако в VIII веке камеры-обскура, которые позволяли детальнее разглядывать звездное небо, начали применять для астрономических наблюдений. В XVI веке художники впервые применили устройство для рисования пейзажей со сложной перспективой — камеру доработали, оснастив зеркалом и стеклянным подстольем. Там располагалась бумага, на которую проецировалось изображение. Художникам оставалось только аккуратно перенести на холст.
В XVIII веке камера-обскура легла в основу первых фотоаппаратов — синопов, которые сегодня называют пинхолами. К слову, пинхолы выпускаются до сих пор и ценятся любителями фотографии как аппараты, дающие хорошую фокусировку на бесконечность (резкость по всей глубине изображения), относительно четкое с загадочной легкой размытостью изображение.
Наконец, в 1884 году немецкий техник Пауль Нипков изобрел первое механическое устройство, позволявшее раскладывать изображение на линии, — диск Нипкова. Это был легкий металлический диск, по краю которого на равном угловом расстоянии друг от друга находятся небольшие отверстия равной величины. Они расположены по спирали в один оборот таким образом, что последнее отверстие в спирали (дальше прочих от края диска) находится в точности под первым.
Закрепленный на оси диск Нипкова вращается. При этом каждое отверстие движется по своей круговой траектории, которая в каждом отдельно взятом секторе является практически прямой. Во время вращения диска в каждом конкретном его секторе свет проходит последовательно через отверстия в спирали: сначала первое от края диска, затем второе, потом третье и так далее.
Таким образом удалось реализовать построчную развертку изображения, то есть его разложение на составные линии. Вкупе с изобретением радио диск Нипкова толкнул вперед развитие технологий передачи изображения на большие расстояния.
Построчная развертка
Благодаря диску Нипкова появилась техническая возможность улавливать изображение (причем движущееся!) и передавать его на расстояние: сначала по проводам, а потом и по радио. Идея для современного человека выглядит простой: за непрозрачным диском со спирально расположенными отверстиями необходимо расположить фоточувствительный элемент, например фоторезистор (резистор, сопротивление которого уменьшается в зависимости от степени его освещенности) или фотодиод (устройство, генерирующее напряжение, величина которого зависит от освещенности).
Вся прелесть устройства в последовательности. При прохождении первого отверстия в спирали через сектор, за которым расположен фоточувствительный элемент, на этот самый элемент попадает световое излучение, интенсивность которого постоянно изменяется. Как только первое отверстие спирали уходит, «чтение» первой строки изображения завершается. Процесс повторяется для второго отверстия, затем для третьего, для четвертого и так далее.
Таким образом формируется непрерывный изменяющийся сигнал, с которым можно работать. Например, через усилитель, который повышает передаваемое по проводу напряжение, подключить обычную лампочку, а напротив расположить второй диск Нипкова, вращающийся с той же скоростью, с которой вращался «читавший» изображение первый диск. В этом случае на одном из секторов второго диска возникало движущееся изображение: мигающая лампа для каждого отрезка траектории движения точек диска давала свою освещенность, которая складывалась в картинку.
Позднее провод заменили радиосигналом, в который научились помимо аудио- добавлять и видеосигнал. Так появилось механическое телевидение, имевшее только один (зато неоспоримый) плюс: конструкция передатчиков и приемников изображения была очень простой.
А вот минусов было много. Основным, пожалуй, можно считать очень низкую четкость изображения по вертикали (хотя по горизонтали благодаря плавному движению отверстий четкость была очень высокой) — сказывалось небольшое количество отверстий, которые можно было разместить в спирали (обычно их было от 30 до 50 на диске диаметром от 30 до 50 сантиметров). В целом же плотная спираль позволяла разложить изображение на 200 строк, однако при этом страдала ширина изображения. В телевидении большинства стран был принят стандарт изображения в 30 строк (иначе говоря, линий), а в Канаде, например, действовал свой уникальный стандарт — 180 строк.
Механические телевизоры как устройства отображения движущихся изображений вошли в обиход в 1920-х годах — после того, как устройство, в основе которого лежал диск Нипкова, разработал шотландский инженер Джон Лоуги Бэрд, — но просуществовали недолго. В конце 1930-х годов механические телевизоры почти полностью были вытеснены телевизорами на электронно-лучевых трубках русского инженера Владимира Зворыкина и американского изобретателя Фило Фарнсуорта.
Сегодня механическое телевидение транслируется только на нескольких любительских радиоканалах США. Однако изобретение Нипкова используется и по сей день. Это неотъемлемая часть некоторых моделей конфокальных микроскопов и камер для рапидной съемки. Но самое главное заключается в другом: принцип построчной развертки изображения послужил одной из основ для создания электронно-лучевых и жидкокристаллических дисплеев, а позднее и диодных матриц на органических диодах. В них изображение тоже формируется построчно, а каждая строка представлена пикселями.
Игла, паяльник и немного магии
Вместе с инженерами «Авито» мы решили собрать механический телевизор — правда, с небольшим налетом современности.
Если в первых механических телевизорах настройка изображения производилась вручную с помощью переменного резистора (он изменял напряжение, подаваемое на электромотор, который вращал диск, изменяя и частоту его вращения; позднее настройку автоматизировали с помощью синхронизирующих импульсов, передаваемых в радиосигнале), то в нашей версии управление частотой вращения было решено доверить Arduino. При этом данные о скорости вращения диска Нипкова мы будем получать с помощью датчика скорости вращения с оптопарой (фотодиод и светодиод) и реперного диска на валу электромотора.
Сам диск Нипкова мы сделали, воспользовавшись утилитой, написанной американским программистом Гэри Миллардом, — Nipkow Disc DXF Generator. Она позволяет, указав диаметр диска, рассчитать расположение отверстий спирали и вывести их в виде изображения для последующей печати. Утилита позволяет генерировать схему диска Нипкова для 30- и 32-строчной развертки.
На странице автора также можно найти еще одну полезную утилиту, которая пригодится нам в этом проекте, — Video2NBTV. Она позволяет конвертировать видео в звуковой сигнал, которым можно будет впоследствии зажигать светодиод для формирования изображения. Нам потребуются два транзистора КТ819Г (или любых других биполярных NPN-транзистора со схожими характеристиками), резистор на 1 килоом, резистор 500 ом, блок питания на 12 вольт, электродвигатель с питанием от 12 вольт (идеально подойдет, например, двигатель от корпусного компьютерного кулера), паяльник, флюс, немного припоя и несколько часов на программирование микроконтроллера.
Прежде всего необходимо собрать устройство, которое будет трансформировать аудиосигнал в мигание светодиода. Для этого и потребуются транзисторы, светодиод, конденсаторы и резисторы. Чтобы добиться лучшего эффекта, светодиод нужно прикрыть каким-нибудь матовым рассеивателем.
В этой схеме используется каскад из двух транзисторов (выполняют роль ключей), который позволяет управлять светодиодом. Когда на входе появляется аудиосигнал, то есть отличный от нуля уровень напряжения, первый транзистор открывается сам и открывает второй. После этого ток начинает свободно протекать через светодиод, и тот загорается. Как только аудиосигнал пропадает, оба транзистора закрываются, и светодиод гаснет. Еще до подключения к источнику звука работу этой схемы можно легко проверить: достаточно подключить ее к источнику питания и коснуться аудиоразъема пальцем — светодиод загорится.
Помимо транзисторного каскада для управления светодиодом, необходимо собрать и логическую часть телевизора, которая будет управлять вращением диска Нипкова. Для этого датчик оборотов подключаем к питанию (можно подключаться прямо к Arduino), а его сигнальную линию — к цифровому пину 2 на микроконтроллере.
Кроме того, потребуется подключить модуль управления электромоторчиком на базе драйвера L298N. Этому модулю необходимо питание 12 вольт, которое тоже можно взять с Arduino (смотри схему подключения), а также три управляющих сигнала: два на линиях A и B (они задают направление вращения электромоторчика) к пинам 3 и 4 на Arduino и линия Spd к пину 5. У некоторых производителей линии A, B и Spd могут обозначаться как IN1, IN2 и ENA соответственно. Модули обычно выполняются с возможностью управления двумя электромоторами, тогда названия линий для второго моторчика будут IN3, IN4 и ENB соответственно.
Если в модуле подать логическую единицу, то есть напряжение около 5 вольт, на линию A, на линию B — логический нуль, а на линию Spd — напряжение выше нуля, то моторчик будет вращаться против часовой стрелки. Если линии A и B инвертировать — вращение будет происходит по часовой стрелке. Чем выше напряжение на линии Spd, тем быстрее будет вращаться электромотор. Все просто.
Теперь, когда все собрано по схемам (автор не заморачивался и использовал навесной монтаж, когда все элементы припаиваются к ножкам друг друга, а не к электрической плате), нужно продумать алгоритм и написать скетч для Arduino. Логика проста: датчиком оборотов мы подсчитываем количество оборотов диска Нипкова в минуту (наш вентилятор от компьютера выдает 1800 оборотов в минуту при напряжении 12 вольт) и исходя из полученного значения увеличиваем или уменьшаем скорость вращения электромотора.
Выглядит готовый скетч следующим образом:
re>#define rotPIN 2 #define spdPIN 5 #define aPIN 3 #define bPIN 4 unsigned int count = 0; unsigned int rotations = 750; unsigned long int time; unsigned int period = 0; int spdVal = 0; void measure() < count++; period = millis() - time; if(period >= 1000) < rotations = count * 60; count = 0; time = millis(); >> void setup() < pinMode(spdPIN, OUTPUT); digitalWrite(aPIN, HIGH); digitalWrite(bPIN, LOW); pinMode(rotPIN, INPUT_PULLUP); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(rotPIN), measure, RISING); time = millis(); >void loop() < analogWrite(spdPIN, spdVal); if (rotations == 750 || rotations < 750 rotations >740 || rotations > 750 rotations < 760) < analogWrite(spdPIN, spdVal); >if (rotations < 740) < rotations = rotations + 10; spdVal = map(rotations, 0, 1800, 0, 255); >if (rotations > 760) < rotations = rotations - 10; spdVal = map(rotations, 0, 1800, 0, 255); >>
Сначала определяем константы подключенных пинов Arduino, а также числовые переменные, в которые будем записывать расчеты оборотов и вычисления. В функции setup() для константы, для которой назначен пин управления скоростью электромотора, назначаем функцию выхода, то есть на этот пин будет подаваться напряжение. Затем на пины 3 и 4 подаем высокий и низкий логический уровни, чтобы указать модулю управления электромотором, что этот самый электромотор должен вращаться против часовой стрелки. Наконец, для пина, к которому подключен датчик оборотов, указываем режим работы через прерывания. Это позволит избежать задержек в выполнении основного скетча.
Пример звуковой записи для механического телевизора (осторожно, это громко):
Кроме того, в скетче прописана функция measure(). Она вызывается в функции attachInterrup() внутри setup() каждый раз, как на пине 2 микроконтроллер будет обнаруживать высокий уровень сигнала — значит, метка на реперном диске прошла мимо инфракрасного светодиода и фотоприемника и диск Нипкова совершил один полный оборот. Число оборотов сохраняем в переменную count. Подсчет оборотов ведется каждую секунду с помощью функции millis(), которая указывает количество миллисекунд, прошедших с момента запуска Arduino.
Особенность Arduino заключается в том, что микроконтроллер исполняет записанный в него скетч в непрерывном цикле. Во время каждой новой итерации цикла мы записываем текущее значение millis() в переменную time. На следующем цикле мы снова запрашиваем текущее значение millis() и вычитаем из него значение переменной time, а результат сохраняем в переменную period. Как только значение period становится равно или больше 1000 миллисекунд, мы умножаем значение переменной count (число оборотов в секунду) на 60 — получается число оборотов в минуту; это сделано для простоты. После этого переменную count обнуляем, она будет считаться по новой.
Микроконтроллер выводит диск Нипкова на заданные обороты
Известно, что частота кадров в механическом телевидении с 32-строчной разверткой составляет 12,5 в секунду, или 750 в минуту. Поэтому в функции loop() — тот самый «вечный» цикл Arduino — мы будем добиваться, чтобы электромотор вращался именно с частотой 750 оборотов в минуту. Для удобства используем функцию map(). Она позволяет привести один диапазон значений к другому. В нашем случае приводится диапазон от 0 до 1800 (диапазон оборотов вентилятора) к диапазону от 0 до 255 (диапазон шим-сигнала на выходе Arduino, где 255 — высокий уровень, то есть 5 вольт).
Далее все совсем просто. Работа нашего скетча стартует со значения переменной rotations 750. В loop() указаны три логических оператора. Если в результате подсчетов оборотов диска получается значение в диапазоне от 740 до 760, то скорость вращения электромотора не изменяется. Если значение меньше 740, срабатывает второй логический оператор и скорость мотора увеличивается (через увеличение значения rotations на 10). Если же значение rotations больше 760, скорость мотора уменьшается.
Работа механического телевизора. Из-за небольшого несовпадения частот изображение «плывет»
Этот алгоритм очень прост и не позволяет добиться стабильного изображения (оно периодически искажается по диагонали или превращается в бегущую строку), поскольку скорость электромотора будет «плавать» в очень узких пределах из-за инертности как самого кода и вычислений, так и механической системы (на раскрутку и замедление диска Нипкова необходимо время). Решить проблему можно через усложнение кода — в него можно добавить гистерезис, то есть возможность учета текущего состояния системы.
Однако такой телевизор вполне сгодится для наших целей: во-первых, он позволяет понять принцип передачи относительно сложного изображения с помощью простого аудиосигнала; во-вторых, с его помощью становится ясно, как, используя персистенцию (инерцию человеческого зрения), получать движущиеся изображения.
Сегодня любители электроники собирают уже довольно сложные схемы механических телевизоров, позволяющие добиваться четкого цветного изображения, которое точно так же передается с помощью аудиосигнала. Принцип такого телевидения не отличается: все тот же диск Нипкова с дырками и трехцветный светодиод: красный, синий, зеленый.
Видеоплеер из подручных материалов
Эта статья расскажет, как сделать видеоплеер из предметов, которые можно найти в кладовке любого айтишника. Ардуино, журнал Vogue, и дисплей от Нокиа 3310 можно оставить в покое — они нам не понадобятся. Наличие паяльника приветствуется, но можно обойтись и без него.
Судя по скорости развития технологий, лет через десять появится поколение, никогда не видевшее электронно-лучевых трубок. А между тем, история видео дисплеев начиналась с совершенно других устройств…
История
В 1884 году, за несколько лет до изобретения радио, немецкий студент Пауль Нипков (Paul Nipkow) запатентовал первую в мире систему телевидения. С электроникой в то время было неважно, поэтому для построения изображения применялся электромеханический подход: яркость пикселя задавалась электрической лампой, а его положение — механически, с помощью вращающегося диска. В диске делались отверстия, расположенные по спирали; таким образом, при вращении диска пролетающие по одному отверстия «сканировали» фиксированное поле зрения. И хотя сам изобретатель так никогда и не создал такую систему, вплоть до 1930-х годов диск Нипкова был популярен у других разработчиков телевидения.
На передающей стороне, за диском располагался фотоэлемент, оценивающий яркость каждой точки изображения. Сегнетовые фотодетекторы того времени имели низкую чувствительность, поэтому студию приходилось заливать ярким светом, а лица дикторов гримировать фиолетовой краской — лишь бы улучшить качество изображения. В другом варианте, источники и детекторы света менялись местами: за диском ставилась яркая дуговая лампа, и светящаяся точка затемнённую студию; отражённый свет улавливался набором фотоэлементов.
Телезрители, в свою очередь, смотрели сквозь диск Нипкова на неоновую лампу, яркость которой определялась переданными из студии показаниями фотоэлементов. Картинка получалась размером с почтовую марку, поэтому перед диском ставилась увеличивающая линза. Занятно, что данные изображения вмещались в звуковой спектр, и принимались самым обычным радиоприёмником. По сути, телевизор был простой приставкой, которую мог собрать деревенский радиолюбитель. Основной проблемой было раздобыть неонку — всё остальное, от разметки диска до намотки электродвигателя, делалось своими руками. (В особо запущенных случаях вместо электродвигателя ставилась рукоятка, которую телезритель должен был вращать со скоростью строго 50 об/мин.)
Разумеется, за прошедшие восемдесят лет технологии шагнули далеко вперёд, и никого не удивляют устройства вроде «3D HD дисплей с активной матрицей на органических светодиодах» (в 1930-х, между прочим, обычный человек понял бы только слово «органический»). С другой стороны, это означает, что современный инженер в куче старого хлама может найти хоть яркую «неонку» (светодиод), хоть прецизионный шаговый двигатель (в старом CD-ROM’е), — не говоря уже о лёгких и отлично сбалансированных компакт-дисках…
Сборка механического телевизора
Хотя наше устройство будет работать на записанных сигналах, и его уместнее называть видеоплеером, — тем не менее, его вполне можно использовать и для показа NBTV телепередач, вещаемых некоторыми радиолюбителями.
- Диск Нипкова
- Двигатель для вращения диска
- Регулируемый источник света
- Источник видеосигнала
Диск Нипкова
В тридцатых годах диски делали из картона, тонкого алюминия, или вообще из бумажного кольца на проволочной рамке. Мы же воспользуемся прелестями прогресса и возьмём ненужный компакт-диск, благо их навалом. Если есть выбор, лучше взять диск с тёмной поверхностью — это улучшит контрастность изображения.
В прошлом веке разметка отверстий требовала большой аккуратности, умения управляться с транспортиром, и специального циркуля для вычерчивания спирали. Мы же разметим диск виртуально в графическом редакторе (например, Inkscape) и распечатаем готовый чертёж на принтере. Затем загибаем бумагу вдоль краёв напечатанной окружности (см. фото), и заворачиваем диск в получившийся бумажный конверт. Распечатанное изображение должно остаться снаружи, оно будет служить ориентиром для сверления. Счастливые обладатели приводов с поддержкой технологий LightScribe/LabelFlash могут распечатать маску с отверстиями прямо на поверхности диска.
Наконец, берём микродрель со сверлом 0.6–0.8 мм и сверлим диск согласно разметке. Нет микродрели? Не беда! Дело в том, что у CD-дисков (но не DVD!) алюминиевый слой с данными защищён только тонким слоем лака, так что их можно аккуратно процарапать острым металлическим предметом, например отвёрткой. Насквозь цапарать не нужно, подложка диска прозрачна.
Двигатель
Честно говоря, изначально эта статья задумывалась как способ хоть как-то использовать валяющийся без дела старый DVD-ROM: там и двигатель, и держатель диска удобный. Однако копание темы показало, что двигатель привода далеко не так прост, как хотелось бы: он и многофазный, и использует датчики Холла для обратной связи, и управляется специальной микросхемой. Поэтому эксперименты с приводом было решено оставить на будущее, а использовать что-то более простое и понятное: компьютерный вентилятор, он же кулер.
В роли кулера подвернулся USB-вентилятор знаменитой фирмы NoName. Приятным моментом стал куполовидный колпачок с лопастями: диаметр его основания был 22 мм, тогда как диаметр центрального отверстия компакт-диска — 15 мм. Если направить вентилятор вертикально вверх, то сверху, почти как на патефон, можно положить диск, и главное — он не срывается. Чтобы улучшить сцепление, во внутреннее отверстие диска была наклеена пара полосок двухстороннего скотча (см. фото). К сожалению, хлипкий моторчик явно не рассчитан на 15-граммовую нагрузку, поэтому за пару минут работы довольно сильно нагревается. С более крупным кулером такой проблемы быть не должно.
Внимание: несмотря на гладкую форму и небольшой вес, сорвавшийся диск может доставить некоторые неприятности. А если переборщить с мощностью двигателя — диск может лопнуть, и осколки придётся не только собирать по комнате, но, возможно, и выковыривать из тела. Так что консультируйтесь со здравым смыслом, — автор за возможные увечья ответственности не несёт.
Источник света
Как ни странно, в 2011 году неоновую лампу достать ничуть не легче, чем в 1930: их уже практически не используют. К счастью, нам вполне подойдёт один из светодиодов, которые можно найти в любом старом периферийном устройстве, от мышки до принтера.
К сожалению, напрямую в аудиовыход светодиод включить не получится: даже на максимальной громкости свечения, скорее всего, не будет. Поэтому придётся соорудить простейший усилитель на одном транзисторе (см. схему). Источником питания может быть либо пара обычных батареек (тогда резистор можно убрать), либо USB (красный провод — плюс, чёрный — минус; резистор от 500 Ом и меньше, подбирается по яркости). Транзистор — любой n-p-n типа.
Если транзистор выковырян из какого-то устройства, определить его тип и расположение выводов можно с помощью мультиметра: пробуйте разные комбинации выводов, пока прибор не покажет число в диапазоне 30–1000. Когда это произойдёт — по буквам рядом с выводами определите расположение ног транзистора.
Если длина выводов позволяет, схему можно выполнить на скрутках, хотя, конечно, для надёжности и эстетичности соединения лучше пропаять. В любом случае, оголённые выводы сто́ит стянуть термоусадкой или обернуть синей изолентой™ для придания долговечности.
В использовании светодиода вместо газовой лампы есть один негативный момент: свечение полупроводника «точечное», а нам нужно подсвечивать (по возможности равномерно) квадратик 15×15 мм. Проблема легко решается размещением над светодиодом полупрозрачной бумажки, на которую будет проецироваться пятно света.
В сборе оптическая часть выглядит так:
Инструмент «третья рука» очень удобен для фиксации всех компонентов в нужных положениях. Линза необязательна, она просто шла в комплекте. Вместо «третьей руки» можно воспользоваться окружающими предметами, клеем, или помощью коллег.
Источник видеосигнала
Самый доступный для айтишника генератор сигналов — звуковая карта компьютера. Ею мы и воспользуемся. Разумеется, никто не мешает затем записать сгенерированный файл на MP3-плеер и поспорить с друзьями, что ваш однокнопочный айпод может воспроизводить видео.
Для отладки системы я написал простенькую Java-программу, которая выводит на звуковую карту изображение 22 на 32 пикселя. Исходник можно взять на pastebin, а готовый аудиофайл — здесь.
Кроме того, существуют программы, позволяющие конвертировать видеофайлы в аудиосигналы, и наоборот, воспроизводить видео на основе аудиофайлов. Причём, благодаря стерео формату в одном аудиофайле можно записывать и изображение, и звуковую дорожку. Например, вот этот mp3-файл превращается в отрывок фильма «Девчата»:
Результат
Основная сложность при просмотре — синхронизация скорости вращения диска с поступающим видеосигналом. В тридцатых годах для этого использовались синхроимпульсы и специальные схемы. Любителям, впрочем, предлагался гораздо более простой и доступный способ: притормаживать диск рукой. Понятно, что получение устойчивого изображения таким способом требует определённого навыка…
Ну вот, теперь вы с полным правом можете сказать, что собрали телевизор на коленке.
