Hoe een Laser Tripwire te bouwen met Arduino

Invoering

Het laboratorium van elke gekke wetenschapper, of de ruimte van zeven jaar oude kinderen, heeft geavanceerde bescherming nodig tegen indringing door malafide agenten of broers en zussen. 

Deze tutorial laat zien hoe je een laser tripwire construeert die een alarm laat horen als de laser onderbroken wordt. Het maakt gebruik van een fotoresistor om de aanwezigheid van een laserstraal te detecteren en een standaard piezo-element te gebruiken om geluid rechtstreeks van een Arduino af te spelen zonder een versterker.

Verzamel de componenten en gereedschappen

Components

  • Kwartaal breadboard
  • Arduino (deze tutorial gebruikt Nano, maar de meeste modellen zouden moeten werken)
  • 5V Universele USB-lader
  • USB naar 2,1 mm vatconnectorkabel
  • Breadboard-vriendelijke 2,1 mm DC vat jack
  • Breadboard-vriendelijke schakelaar
  • Laser schaakspel spiegel
  • 10 Ohm fotoresistor
  • 10K Ohm-weerstand (bruin-rood-oranje) (een goede set weerstanden is handig voor uw kit)
  • Laser! (Het uitroepteken is noodzakelijk als het over lasers gaat)
  • Ingesloten piezo-element
  • Breadboard hookup wire kit (slechts een paar nodig voor deze tutorial maar de set is goed voor een elektronica-set)
  • Lasermontagestandaard

Hulpmiddelen

  • Soldeerbout
  • Soldeer
  • Gereedschap uit de derde hand
  • Computer met Arduino IDE voor programmeren
  • USB-kabel geschikt voor de Arduino (Mini B voor de Nano)

Bereid het laser- en piëzo-element voor

Zowel de laser als het piëzo-element worden geleverd met kleine draaddraden die helemaal niet geschikt zijn voor breadboards. Omdat je het project bouwt op een breadboard, moet je ze voorbereiden. 

Om de draden broodplankvriendelijk te maken, soldeer ze aan een korte aansluitdraad waarmee je ze aan het breadboard kunt bevestigen. 

Voer de volgende stappen uit voor beide leads van beide componenten. Probeer de kleur van de aansluitdraad aan te passen aan de kleur van de lead van het component voor consistentie (rood naar rood, zwart naar zwart).

  1. Laat de lijn van de component druipen door hem in het helptuig te klemmen en een beetje soldeer aan het einde van de lijn te smelten
  2. Blik het uiteinde van de aansluitdraad door hem in de andere klem van het helptuig te klemmen en een beetje soldeer erop te smelten
  3. Soldeer de geleidingsdraad en de draad aan elkaar door het hulphulpmiddel te gebruiken om ze aan elkaar te raken en het soldeer te smelten. Hoewel er meer robuuste manieren zijn om draden te splitsen, is dit voldoende voor dit project

Herhaal de stappen voor alle vier de leads.

Laserveiligheid

Lasers zijn geen speelgoed. Zorg ervoor dat u weet hoe u veilig met een laser moet omgaan door de informatie te lezen laserveiligheid. Dit geeft u voorzorgsmaatregelen voor verschillende laserklassen. 

De laser die in dit project wordt gebruikt, is een Klasse IIIa-laser. Het kan schade aan een oog veroorzaken, mits voldoende tijd. Je moet behoorlijk nalatig zijn om dit je pijn te laten doen, maar zoals met elke technologie, weet hoe je er veilig mee om kunt gaan.

Monteer breadboard

Volg het onderstaande schema om het breadboard samen te stellen. Hier zijn een paar dingen om op te merken over het circuit.

  1. De hoofdstroombussen op het breadboard zijn gereguleerd. Ongereguleerde stroom van de stroomadapter gaat in de vermogensregelaar op de Arduino
  2. De schakelaar op het breadboard zal digitale pin 2 hoog maken wanneer deze aan staat. Hierdoor kan de schetscode detecteren of het tripwire-alarm is ingeschakeld of niet. Het zal het geluid niet spelen als de schakelaar uit staat. Hiermee kunt u de tripwire onopvallend plaatsen en controleren of deze goed is uitgelijnd voordat u het alarm inschakelt
  3. De fotoresistor is in serie met een andere 10K ohm-weerstand terwijl analoge pin A7 de spanningswaarde tussen de weerstanden leest en een spanningsdelercircuit creëert. Met dit circuit kan de Arduino het analoge spanningsniveau dat verandert wanneer de fotoresistor van weerstand verandert, veilig en voorspelbaar aflezen. De weerstand van de fotoresistor neemt af naarmate er meer licht wordt ontvangen. Het resultaat is dat de waarde die wordt gelezen door pin A7 vermindert wanneer er meer licht is. Ik zag waarden zo laag als 14 toen ik het circuit aan het testen was
  4. De laser is altijd aan als de stroom is ingeschakeld, dus wees voorzichtig en kijk niet recht in de laser. Hoewel het slechts een Klasse IIIa-laser is, kan deze schade aan een oog veroorzaken, mits voldoende tijd in beslag wordt genomen. Bekijk de laserveiligheidspagina voor meer informatie over voorzorgsmaatregelen voor verschillende laserklassen. Je moet behoorlijk nalatig zijn om dit je pijn te laten doen, maar zoals met elke technologie, weet hoe je er veilig mee om kunt gaan
Laser Tripwire Circuit

Programmeer de Arduino

Duw de code naar de Arduino met de volgende stappen. Zorg ervoor dat de schakelaar op het breadboard is ingesteld op uit dus het apparaat begint je niet te bombarderen met waarschuwingen zodra de code is geüpload.

  1. Sluit de Arduino aan op de computer met de USB-kabel
  2. Stel het bordtype en de seriële poort in vanuit de Hulpmiddelen menu
  3. Download de broncode uit het pakket dat bij deze zelfstudie of de github-repository hoort
  4. Open de broncode in de Arduino IDE
  5. Zorg ervoor dat u beide hebt lasertripwire.ino en pitches.h bestanden geladen in de schets
  6. Verifieer en upload de schets
  7. Ontkoppel de programmeerkabel
  8. Sluit de voeding aan en sluit de kabel aan om het apparaat in te schakelen

Test de Tripwire en Finish Assembly

Test of het tripwire-circuit zich gedraagt ​​zoals het hoort door de laser op de bovenkant van de fotoresistor te richten. De ingebouwde LED op pin 13 van de Arduino zou moeten oplichten als de laser in het midden van de fotoresistor staat. De schets licht deze LED op wanneer de weerstandswaarde onder de gedefinieerde drempel daalt. Hiermee kunt u de laser en spiegel uitlijnen voordat u het apparaat inschakelt. 

Houd de laser gericht op de fotoresistor, draai de schakelaar om het apparaat in te schakelen en gebruik een vinger om de laserstraal te doorbreken (dit klinkt spannender dan het is). Je zou beloond moeten worden met de alarmmelodie. De melodie voor dit project moet voor de meeste mensen herkenbaar zijn als een onheilspellende waarschuwing dat er iets kwalijks gebeurt.

De melodie wordt gespeeld op het piëzo-element met behulp van de toon functie van de Arduino. De toon functie genereert een vierkante geluidsgolf op een gegeven frequentie op de gespecificeerde pen voor de aangegeven duur. Met deze methode is het eenvoudig om een ​​reeks toonhoogtes en tijdsduren in te stellen om als alarm af te spelen. De pitches.h bestand maakt dit nog eenvoudiger door het instellen definieert voor frequenties die corresponderen met noten op een muziekstaf.

Zodra u tevreden bent dat het circuit correct werkt, schakelt u het apparaat uit door de voedingskabel los te koppelen. Monteer de laser in de montagebeugel en draai de schroeven vast. Deze specifieke beugel houdt de laser horizontaal wanneer hij op de meeste horizontale oppervlakken vrijstaand staat.  

Buig de draden van de fotoresistor zo dat de bovenkant ervan over de rand van het breadboard wijst, horizontaal met de grond. Hiermee kunt u de laser en spiegel instellen om het licht op de bovenkant van de fotoresistor horizontaal over een deuropening weer te geven.

Stel de Tripwire in

Nu het apparaat is gemonteerd en getest, installeert u de struikeldraad over de deuropening naar uw bovenste geheime laboratorium (spreek dit alstublieft uit lah-BOR-uh-tory voor de doeleinden van deze tutorial).

  1. Schakel het alarm uit door de schakelaar op het breadboard te draaien, uit
  2. Plaats het tripwire-apparaat aan een kant van de beveiligde deuropening
  3. Sluit de voeding aan op een stopcontact in de buurt en verbind deze met het breadboard
  4. Richt de laser over de deuropening naar een locatie waar je de spiegel kunt instellen
  5. Plaats de spiegel aan de andere kant van de deuropening van de laser en richt de laserstraal voorzichtig op de fotoresistor. Er zijn mogelijk wat tests, fouten en aanpassingen nodig om de uitlijning precies goed te krijgen. Je zult kunnen zien dat de uitlijning juist is als het indicatielampje op de Arduino oplicht. Als u zich zo geneigd voelt, kunt u de spiegel, laser en breadboard permanent op hun oppervlak bevestigen met schroeven of dubbelzijdig plakband.
  6. Stel de tripwire in door de schakelaar in de aan-positie te draaien
  7. Ontspan in je hol, veilig in de wetenschap dat je gewaarschuwd zult worden als iemand probeert binnen te komen

Door de spiegel te gebruiken om de laser weer te geven, kunt u alle draden en stroomaansluitingen aan één kant van de deur houden. Het is mogelijk om de laser en sensor aan beide zijden van de deur te plaatsen, maar dit vereist beide. Deze oplossing lost dit probleem op en houdt het project eenvoudiger.

Samenvatting

Je hebt nu je laser tripwire samengebouwd en bewapend. Tijdens het proces heeft u geleerd hoe u een fotoresistor gebruikt om de aanwezigheid en afwezigheid van een laserstraal te meten. Je hebt ook geleerd over een heel eenvoudige en eenvoudige manier om geluiden van je Arduino te spelen met een piëzo-element. 

Er zijn veel geweldige manieren om op dit project te bouwen en het nog cooler te maken terwijl je over elektronica leert. Probeer de melodie te veranderen die wordt afgespeeld wanneer deze wordt getriggerd of bouw een hoesje op voor het apparaat waarmee je het aan de muur kunt bevestigen. 

Ik ga proberen afstandsbediening aan dit project toe te voegen door middel van een externe tuimelschakelaar en sleutelhanger. Je wilt tenslotte niet gevangen worden in je eigen val.