Come costruire un Laser Tripwire con Arduino

introduzione

Il laboratorio di ogni scienziato pazzo, o la stanza di un bambino di sette anni, ha bisogno di una protezione avanzata contro le intrusioni da parte di agenti canaglia o fratelli. 

Questo tutorial mostra come costruire un tripwire laser che riproduce un allarme quando il laser viene interrotto. Utilizza una fotoresistenza per rilevare la presenza di un raggio laser e utilizzare un elemento piezo standard per riprodurre il suono direttamente da un Arduino senza un amplificatore.

Raccogli i componenti e gli strumenti

componenti

• Breadboard di un quarto di dollaro
• Arduino (questo tutorial usa Nano, ma la maggior parte dei modelli dovrebbe funzionare)
• Caricabatterie USB per uso generico
• Cavo connettore da USB a 2,1 mm
• Jack da 2,1 mm con connettore CC a prova di pane
  
• Interruttore per breadboard
  
• Specchio da gioco laser a scacchi
  
• Fotoresistenza 10K Ohm
  
• Resistenza da 10K Ohm (Marrone-Rosso-Arancio) (Un buon set di resistori è utile per il tuo kit)
• Laser! (Il punto esclamativo è necessario quando si parla di laser)
  
• Elemento piezo chiuso
• Kit di cavi per il collegamento del tagliere (solo alcuni necessari per questo tutorial ma il set è adatto per un kit di elettronica)
• Supporto per montaggio laser

Utensili

• Saldatore
• Saldare
• Strumento di terza mano
• Computer con IDE Arduino per la programmazione
• Cavo USB appropriato per Arduino (Mini B per Nano)

Preparare il laser e l'elemento piezo

Sia il laser che l'elemento piezoelettrico sono dotati di piccoli fili di filo che non sono per niente compatibili con il tagliere. Poiché stai costruendo il progetto su una breadboard, dovrai prepararli. 

Per rendere i cavi adatti ai tagliere, saldarli a un filo di collegamento corto che ti consentirà di collegarli alla breadboard. 

Effettuare le seguenti operazioni per entrambi i lead da entrambi i componenti. Cerca di far combaciare il colore del filo di collegamento con il colore del piombo del componente per coerenza (da rosso a rosso, da nero a nero).

1. Stagna il piombo dal componente afferrandolo nello strumento di aiuto e sciogliendo un po 'di saldatura alla fine del piombo
2. Stagna l'estremità del filo di aggancio tenendolo nell'altro morsetto dello strumento di aiuto e sciogliendo un po 'di saldatura su di esso
3. Saldare il piombo e il filo usando lo strumento manuale per toccarli insieme e sciogliere la saldatura. Mentre ci sono modi più robusti per collegare i cavi, questo è sufficiente per questo progetto

Ripeti i passaggi per tutti e quattro i cavi.

Sicurezza laser

I laser non sono giocattoli. Assicurati di sapere come gestire un laser in sicurezza leggendo le informazioni sicurezza laser. Questo ti darà precauzioni su diverse classi di laser. 

Il laser utilizzato in questo progetto è un laser di Classe IIIa. Può causare danni a occhio dato abbastanza tempo. Devi essere abbastanza negligente per lasciare che questo ti ferisca, ma come con qualsiasi tecnologia, sai come affrontarlo in sicurezza.

Assembla tagliere

Seguire lo schema seguente per assemblare la breadboard. Ecco alcune cose da notare sul circuito.

1. I principali bus di alimentazione sulla breadboard sono regolati. L'alimentazione non regolata dall'adattatore di alimentazione viene inserita nel regolatore di alimentazione di Arduino
2. L'interruttore sulla breadboard porterà il pin digitale 2 alto quando è acceso. Ciò consentirà al codice dello schizzo di rilevare se l'allarme del tripwire è inserito o meno. Non suonerà il suono se l'interruttore è spento. Ciò consentirà di posizionare in sordina il tripwire e verificare che sia allineato correttamente prima di attivare l'allarme
3. La fotoresistenza è in serie con un'altra resistenza da 10 K ohm mentre il pin analogico A7 legge il valore di tensione tra i resistori creando un circuito divisore di tensione. Questo circuito consente all'Arduino di leggere in modo sicuro e prevedibile il livello di tensione analogico che cambia quando la fotoresistenza cambia resistenza. La resistenza della fotoresistenza diminuisce più luce riceve. Il risultato è che il valore letto dal pin A7 si riduce quando c'è più luce. Ho visto valori fino a 14 quando stavo testando il circuito
4. Il laser è sempre acceso quando l'alimentazione è accesa, quindi fai attenzione e non guardare direttamente il laser. Anche se è solo un laser di Classe IIIa, può causare danni a occhio dato abbastanza tempo. Controlla la pagina sulla sicurezza del laser per leggere le precauzioni relative alle diverse classi di laser. Devi essere abbastanza negligente per lasciare che questo ti ferisca, ma come con qualsiasi tecnologia, sai come affrontarlo in sicurezza

Circuito Laser Tripwire

Programma l'Arduino

Spingere il codice su Arduino con i seguenti passaggi. Assicurarsi che l'interruttore sulla breadboard sia impostato su via quindi il dispositivo non inizia a bombardarti di avvisi non appena viene caricato il codice.

1. Collega l'Arduino al computer con il cavo USB
2. Impostare il tipo di scheda e la porta seriale dal Utensili menu
3. Scarica il codice sorgente dal pacchetto allegato a questo tutorial o al repository github
4. Apri il codice sorgente nell'IDE di Arduino
5. Assicurati di avere entrambi lasertripwire.ino e pitches.h file caricati nello schizzo
6. Verifica e carica lo schizzo
7. Scollegare il cavo di programmazione
8. Collegare l'alimentatore e collegare il cavo per accendere il dispositivo

Testare Tripwire e Finish Assembly

Verificare che il circuito del tripwire si comporti come dovrebbe, puntando il laser nella parte superiore della fotocellula. Il LED incorporato sul pin 13 di Arduino dovrebbe accendersi quando il laser è centrato sulla fotocellula. Lo schizzo accende questo LED quando il valore della resistenza scende al di sotto della soglia definita. Ciò consentirà di allineare il laser e lo specchio prima di armare il dispositivo. 

Tenendo il laser puntato verso il fotoresistenza, girare l'interruttore per armare il dispositivo e utilizzare un dito per rompere il raggio laser (sembra più eccitante di quanto non sia). Dovresti essere ricompensato con la melodia dell'allarme. La melodia di questo progetto dovrebbe essere riconoscibile alla maggior parte dell'umanità come un allarme minaccioso che sta accadendo qualcosa di nefasto.

La melodia viene riprodotta sull'elemento piezo utilizzando il tono funzione di Arduino. Il tono la funzione genera un'onda sonora quadrata ad una data frequenza sul pin specificato per la durata indicata. Usando questo metodo, è semplice impostare una serie di altezze e durate per suonare come l'allarme. Il pitches.h il file aiuta a renderlo ancora più semplice impostando definisce per frequenze che corrispondono a note su uno staff musicale.

Una volta che sei felice che il circuito funzioni correttamente, spegni il dispositivo scollegando il cavo di alimentazione. Assemblare il laser nella staffa di montaggio e serrare le viti. Questa particolare staffa manterrà il livello del laser quando è indipendente sulla maggior parte delle superfici orizzontali.  

Piegare i puntali del fotoresistenza in modo che la parte superiore di esso punti sul lato della breadboard, orizzontale con il terreno. Ciò ti consentirà di impostare il laser e lo specchio per riflettere la luce sulla parte superiore della fotoresistenza orizzontalmente attraverso una porta.

Imposta il Tripwire

Ora che il dispositivo è assemblato e testato, installa il tripwire sulla porta del tuo laboratorio segreto (per favore pronuncia questo lah-BOR-uh-tory per gli scopi di questo tutorial).

1. Disattiva l'allarme ruotando l'interruttore, sulla breadboard, via
2. Metti il ​​dispositivo tripwire su un lato della porta sicura
3. Collegare l'alimentatore a una presa vicina e collegarlo alla breadboard
4. Puntare il laser attraverso la porta verso un punto in cui è possibile impostare lo specchio
5. Impostare lo specchio sul lato opposto della porta dal laser e mirare con attenzione il raggio laser sulla resistenza fotoelettrica. Alcuni tentativi, errori e aggiustamenti potrebbero essere necessari per ottenere l'allineamento giusto. ou sarà in grado di dire che l'allineamento è giusto quando il LED indicatore sull'arduino si accende. Se ti senti così incline, puoi fissare in modo permanente lo specchio, il laser e la breadboard alle loro superfici con viti o nastro biadesivo.
6. Armare il tripwire ruotando l'interruttore sulla posizione on
7. Rilassati nella tua tana con la certezza che sarai avvisato se qualcuno tenta di entrare

Utilizzando lo specchio per riflettere il laser è possibile mantenere tutti i fili e i connettori di alimentazione su un lato della porta. È possibile posizionare il laser e il sensore su entrambi i lati della porta, ma ciò richiede l'alimentazione di entrambi. Questa soluzione risolve questo problema e semplifica il progetto.

Sommario

Ora hai assemblato e armato il tuo tripwire laser. Nel processo hai imparato come utilizzare un fotorilevatore per rilevare la presenza e l'assenza di un raggio laser. Hai anche imparato a conoscere un modo semplice e facile per riprodurre suoni dal tuo Arduino usando un elemento piezo. 

Ci sono molti ottimi modi per costruire questo progetto e renderlo ancora più interessante mentre si impara a conoscere l'elettronica. Prova a cambiare la melodia che viene riprodotta quando viene attivata o crea una custodia per il dispositivo che ti consente di montarla sul muro. 

Ho intenzione di provare ad aggiungere il controllo remoto a questo progetto utilizzando un interruttore a levetta remoto e un portachiavi. Dopo tutto, non vuoi essere catturato nella tua stessa trappola.