Die Godot -masjien: 4 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Wat is 'n Godot -masjien?

Dit is deel van die menslike ervaring dat ons in 'n toestand van verwagting kan beland op iets wat uiteindelik kan gebeur na 'n lang tyd van wag, of glad nie.

Die Godot-masjien is 'n stuk elektriese "kuns" wat deur sonkrag aangedryf word en probeer om die wanhopige emosie wat gepaard gaan met moontlik nuttelose wag, vas te vang.

Die naam is afkomstig van Samuel Beckett se beroemde toneelstuk Waiting for Godot, waarin twee mans wag op die koms van 'n sekere Godot, wat môre, die dag daarna, of nooit sal kom.

So, wat doen die Godot -masjien?

1. 1. Met 'n bietjie sonskyn begin 'n Joule Thief -kring 'n bank kondensators laai.
2. 2. As die Arduino Nano eers opgelaai is tot ongeveer 5V, word hy aangedryf.
3. 3. Die Arduino genereer 'n 20-bis ware ewekansige getal, wat op 'n 4-bis LED balk verskyn.
4. 4. Hierdie getal word vergelyk met 'n ander ewekansige getal, onbekend vir almal, wat in eeprom gestoor is vanaf die eerste keer dat die kring begin het.
5. 5. As dit gelyk is, is die wag verby, die masjien stoor hierdie feit in eeprom en van nou af word die groen LED en piezo -pieper geaktiveer (as daar genoeg energie is).
6. 6. Indien nie gelyk nie, hoop, wanhoop, herhaal.

… ook word die gegenereerde nommer af en toe hoorbaar gemaak deur die pieper, sodat u nie eintlik vergeet dat u 'n Godot -masjien het nie.

Aangesien die waarskynlikheid om die Godot -getal te bereik 1 op 2^20 of ongeveer een uit 'n miljoen is, en die masjien nie baie vinnig is nie, veral in die winter en herfs, kan dit jare neem om dit te vind. U Godot -masjien kan selfs deel word van u erfenis. Terwyl u wag totdat die volgende nommer getoets word, kan u fantaseer oor hoe u agterkleinkinders uiteindelik kan sien dat dit tot sy slotsom kom. Kortom: dit is die ideale geskenk vir die komende vakansieseisoen!

Stap 1: Die skematiese

Die Godot -masjien bestaan uit:

-'n Joule Thief -energie -stroper (Q1) wat 9x2200uF kapasitors laai. Vir diegene wat aan heliksafobie ly ('n irrasionele angs van induktors, terwyl kapasitors en weerstande nie so 'n probleem bied nie), vrees nie, aangesien geen handmatige wikkeling nodig is nie: die koppeling word gemaak deur standaard koaksiale induktors in mekaar se omgewing te plaas, soos hier in die 2de foto. Awesome truuk!

-'n Afsonderlike transistor -kragskakelaar (Q2, Q3, Q4), wat ongeveer 5V1 teen ongeveer 3.0V aanskakel. Miskien wil u R2-R4 'n bietjie verstel as u verskillende transistortipes (vir algemene doeleindes) gebruik.

-'n Entropie -kragopwekker (Q6, Q7, Q8). Hierdie stroombaan versterk die elektroniese geraas wat in die omgewing voorkom, van mikrovolt tot volt. Die sein word dan bemonster om 'n chaos-gebaseerde (lees verder) ewekansige getalgenerator te ontdek. 'N Gitaarsnaar dien as 'n antenna.

-'n LED-balk met 4 LED's of 4 rooi aparte LED's, 'n piezo-pieper en 'n groen LED.

Let daarop dat die uitset van die aan / uit -skakelaar (versamelaar van Q4) gekoppel is aan die 5V -pen van die Arduino Nano, NIE aan die VIN -pen nie!

Stap 2: Bou die Godot -masjien

Ek het die kring op 'n stuk perfboard gebou. Niks besonders daar nie. Die 2V/200mA sonpaneel is 'n oorskot van 'n ander projek. Die handelsmerk is Velleman. Dit is maklik om dit oop te maak met 'n skerp mes, om gate vir skroewe te boor, ens. Plankbord en sonpaneel word op twee stukke laaghout vasgeskroef, soos op die foto getoon. Die idee is dat die sonpaneel op 'n venster in die rigting van die son geplaas kan word.

Stap 3: Die kode: ewekansige getalle uit chaos?

Hoe word die ewekansige getalle gemaak? Wel, hulle is gemaak met wiskunde!

In plaas daarvan om die Arduino ewekansige getalgenerator funksie random () te gebruik, het ek besluit om my eie Random Number Generator (RNG) te skryf, net vir die plesier.

Dit is gebaseer op die logistieke kaart, wat die eenvoudigste voorbeeld van deterministiese chaos is. Hier is hoe dit werk:

Gestel x is 'n werklike waarde tussen 0 en 1, en bereken dan: x*r*(1-x), waar r = 3,9. Die resultaat is u volgende 'x'. Herhaal ad infinitum. Dit gee u 'n reeks getalle tussen 0 en 1, soos in die eerste prentjie, waar hierdie proses begin word met die aanvanklike waarde van x = 0,1 (rooi) en ook x = 0,1001 (blou).

Hier is die wonderlike deel: maak nie saak hoe naby u twee verskillende aanvanklike toestande kies nie; as hulle nie presies gelyk is nie, sal die gevolglike reeks getalle uiteindelik verskil. Dit word 'Sensitiewe afhanklikheid van aanvanklike toestande' genoem.

Wiskundig is die kaartvergelyking x*r*(1-x) 'n parabool. Soos in die 2de figuur getoon, kan u die x-reeks grafies bepaal met behulp van 'n spinnerak-konstruksie: begin vanaf x op die horisontale as, vind die funksiewaarde op die y-as en reflekteer dan teen 'n reguit lyn by 45 grade hoek deur die oorsprong. Herhaal. Soos getoon in die rooi en blou reeks, selfs al is dit aanvanklik naby, verskil dit heeltemal na ongeveer 30 herhalings.

Nou, waar kom die 'r = 3.9' nommer vandaan? Dit blyk dat ons vir lae waardes van r slegs twee afwisselende x-waardes kry. Die verhoging van die r-parameter sal dan op 'n sekere tyd oorskakel na 'n ossillasie tussen 4, 8, 16 waardes, ens. Hierdie vertakkings of verdelings kom al hoe vinniger namate r toeneem, in 'n 'periode-verdubbelingroete na chaos'. 'N Plot met r op die horisontale as en baie x-iterate wat vertikaal oorvleuel, sal lei tot wat bekend staan as 'n bifurcation plot (3de figuur). Vir r = 3.9 is die kaart heeltemal chaoties.

Dus, as ons baie x-opdaterings bereken en daaruit neem, kry ons 'n ewekansige getal? Nou nee, op hierdie stadium sou dit 'n Pseudo Random Number generator (PRNG) wees, want as ons altyd van dieselfde beginwaarde begin (nadat ons uit die reset gekom het), sou ons altyd dieselfde volgorde kry; aka deterministiese chaos. Dit is hier waar die entropie-kragopwekker inkom, wat die logistieke kaart met 'n getal ontgin wat ontstaan uit elektriese geraas wat in die omgewing voorkom.

In woorde, die ewekansige getalgeneratorkode doen dit:

- Meet die spanning van die entropie -generator op pen A0. Hou slegs die 4 kleinste stukke.

- Skuif hierdie 4 bisse in 'n 'saad'-waarde, herhaal 8 keer om 'n 32-bis drywende punt saad te kry.

- Skaal die saad tussen 0 en 1.

- Bereken die gemiddelde van hierdie saad en x, die huidige toestand van die logistieke kaart.

- Bevorder die logistieke kaart met baie (64) stappe.

- Onttrek 'n enkele bis uit die logistieke kaarttoestand x deur 'n onbeduidende desimaal na te gaan.

- Skuif die bietjie in die finale uitslag in.

- Herhaal alle stappe bo 20 keer.

Let wel: In die kode word die Serial.println en Serial.begin uitgegee. Verwyder die // om die gegenereerde ewekansige getalle op die seriële monitor na te gaan.

Om eerlik te wees, ek het nie statisties die kwaliteit van die ewekansige getalle nagegaan nie (bv. NIST -toetspakket), maar dit lyk asof dit goed is.

Stap 4: Bewonder u Godot -masjien

Geniet u Godot -masjien en deel, lewer kommentaar en/of vra as iets onduidelik is.

Terwyl u wag totdat die Godot -nommer gevind word, stem asseblief vir hierdie Instructable in die Made With Math -wedstryd! Dankie!

Naaswenner in die Made with Math -wedstryd