Hur man bygger en laser tripwire med Arduino

Introduktion

Varje galen forskare laboratorium, eller sju år gammal barns rum, behöver avancerat skydd mot intrång av rogue agenter eller syskon. 

Denna handledning visar hur du konstruerar en laserstrålkabel som spelar larm när lasern avbryts. Den använder en fotoresistor för att känna till närvaron av en laserstråle och använda ett standard piezoelement för att spela ljud direkt från en Arduino utan en förstärkare.

Samla komponenterna och verktygen

Komponenter

• Quarter sized breadboard
• Arduino (denna handledning använder Nano, men de flesta modeller ska fungera)
• 5V Universal USB laddare
• USB till 2,1 mm fatuttagskabel
• Breadboard-vänlig 2,1 mm DC-fat jack
  
• Breadboard friendly switch
  
• Laserskakspelspegel
  
• 10K ohm fotoresistor
  
• 10K ohm resistor (Brown-Red-Orange) (En bra uppsättning motstånd är användbar för din kit)
• Laser! (Utropstecken är nödvändigt när man talar om lasrar)
  
• Inkapslat piezoelement
• Breadboard hookup wire kit (endast några behövs för denna handledning men uppsättningen är bra för ett elektronik kit)
• Laser monteringsställ

Verktyg

• Lödkolv
• Löda
• Tredje handverktyg
• Dator med Arduino IDE för programmering
• USB-kabel lämplig för Arduino (Mini B för Nano)

Förbered laser- och piezoelementet

Både lasern och piezoelementet kommer med små ledningar som inte alls är breadboard-vänliga. Eftersom du bygger projektet på en brödbräda måste du förbereda dem. 

För att göra trådarna brödbräda vänliga, löd dem till en kort anslutningstråd som låter dig fästa dem på brödbrädet. 

Gör följande steg för båda ledarna från båda komponenterna. Försök att matcha färgen på kopplingstråden med ledarens färg från komponenten för konsistens (röd till röd, svart till svart).

1. Tina ledningen från komponenten genom att klämma den i det hjälpande handverktyget och smälta lite lödd i slutet av ledningen
2. Tenn i anslutningstrådens ände genom att klämma fast den i det andra handverktyget och klämma lite lödd på den
3. Löd ledningen och tråden genom att använda hjälpverktyget för att röra dem ihop och smälta löddet. Även om det finns mer robusta sätt att skarva trådar så räcker det för detta projekt

Upprepa stegen för alla fyra ledarna.

Lasersäkerhet

Lasrar är inte leksaker. Se till att du vet hur man hanterar en laser säkert genom att läsa informationen på lasersäkerhet. Detta ger dig försiktighetsåtgärder i olika klasser av lasrar. 

Lasern som används i detta projekt är en klass IIIa-laser. Det kan orsaka skador på ögat med tanke på tillräckligt med tid. Du måste vara ganska försumlig att låta den här skada dig, men som med vilken teknik som helst, vet hur man hanterar det på ett säkert sätt.

Montera brödbräda

Följ diagrammet nedan för att montera brödbrädet. Här är några saker att notera om kretsen.

1. De viktigaste kraftbussarna på brödbrädet är reglerade. Oreglerad ström från nätadaptern går in i effektregulatorn på Arduino
2. Omkopplaren på brödbrädet kommer att medföra digital stift 2 högt när den är på. Detta gör det möjligt för sketch-koden att upptäcka om trådlarmet är beväpnat eller inte. Det kommer inte att spela ljudet om strömbrytaren är avstängd. På så sätt kan du enkelt placera tråden och kontrollera att den är rätt inriktad innan du aktiverar larmet
3. Fotoresistorn är i serie med ett annat 10K ohm-motstånd medan analoga stift A7 läser spänningsvärdet mellan motstånden som skapar en spänningsdelarekrets. Denna krets gör det möjligt för Arduino att säkert och förutsägbart läsa den analoga spänningsnivån som ändras när fotoresistorn ändrar motståndet. Fotoresistorns motstånd minskar ju mer ljus det tar emot. Resultatet är att värdet som läsas av pin A7 minskar när det finns mer ljus. Jag såg värden så låg som 14 när jag testade kretsen
4. Lasern är alltid på när strömmen är på så var försiktig och titta inte direkt in i lasern. Medan det bara är en klass IIIa-laser kan det orsaka skador på ögat med tanke på tillräckligt med tid. Kolla in lasersäkerhetssidan för att läsa om försiktighetsåtgärder för olika klasser av lasrar. Du måste vara ganska försumlig att låta den här skada dig, men som med vilken teknik som helst, vet hur man hanterar det på ett säkert sätt

Laser Tripwire Circuit

Programera Arduino

Tryck koden till Arduino med följande steg. Se till att brytaren på brödbrädet är inställt på av så enheten börjar inte bombardera dig med varningar så snart koden är uppladdad.

1. Fäst Arduino till datorn med USB-kabeln
2. Ställ in brädetyp och seriell port från Verktyg meny
3. Ladda ner källkoden från paketet som bifogas denna handledning eller githubförvaret
4. Öppna källkoden i Arduino IDE
5. Se till att du har båda lasertripwire.ino och pitches.h filer laddade i skissen
6. Verifiera och ladda upp skissen
7. Koppla ur programmeringskabeln
8. Anslut strömförsörjningen och sätt i kabeln för att slå på enheten

Testa Tripwire och avsluta monteringen

Testa att trippkretsen uppträder som den ska genom att peka på lasern längst upp på fotoresistorn. Den inbyggda lysdioden på stift 13 i Arduino bör tändas när lasern är centrerad på fotoresistorn. Skissen lyser denna LED när motståndsvärdet faller under den definierade tröskeln. På så sätt kan du justera lasern och spegeln innan du sätter på enheten. 

Håll laser riktade mot fotoresistorn, vrid omkopplaren för att sätta på enheten och använd ett finger för att bryta laserstrålen (det här låter mer spännande än det är). Du bör belönas med alarmmelodin. Melodin för detta projekt bör vara igenkännlig för de flesta av mänskligheten som en olycklig varning om att något häftigt förekommer.

Melodin spelas på piezoelementet med hjälp av tona funktionen av Arduino. De tona funktionen genererar en fyrkantig ljudvåg vid en given frekvens på den angivna stiften för den angivna varaktigheten. Med hjälp av den här metoden är det enkelt att ställa in en rad ställningar och varaktigheter för att spela som larm. De pitches.h filen hjälper till att göra det ännu enklare genom att installera definierar för frekvenser som motsvarar anteckningar på en musikalisk personal.

När du är nöjd med att kretsen fungerar korrekt, stäng av enheten genom att dra ut strömkabeln. Montera lasern i monteringskonsolen och dra åt skruvarna. Denna speciella hållare håller lasernivån vid fristående på de flesta horisontella ytor.  

Böj fotistorens ledningar så att toppen av den pekar över sidan av brödbrädet, horisontellt med marken. Detta gör att du kan ställa in lasern och spegeln för att återspegla ljuset på fotoresistorns övre sida över en dörröppning.

Ställ in Tripwire

Nu när enheten är monterad och testad installerar du tråden över dörren till ditt hemliga laboratorium (snälla uttala detta lah-BOR-uh-tory för syftet med denna handledning).

1. Avaktivera larmet genom att vrida brytaren på brödbrädet, av
2. Sätt trådenheten på ena sidan av den säkra dörröppningen
3. Anslut strömförsörjningen till ett närliggande uttag och anslut det till brödbrädet
4. Rikta lasern över dörröppningen till en plats där du kan ställa in spegeln
5. Ställ in spegeln på motsatt sida av dörren från lasern och försiktigt rikta laserstrålen tillbaka mot fotoresistorn. Vissa försök, fel och justeringar kan behövas för att få justeringen rätt. ou kommer att kunna berätta att justeringen är rätt när indikatorlampan på Arduino tänds. Om du känner dig så benägen kan du permanent fästa spegeln, lasern och brödbrädet på sina ytor med skruvar eller dubbelsidigt tejp.
6. Lossa tråden genom att vrida omkopplaren till på-läge
7. Koppla av i ditt lilla säkra med vetskap om att du kommer att bli varnad om någon försöker komma in

Genom att använda spegeln för att återspegla lasern kan du hålla alla ledningar och strömkontakter på ena sidan av dörren. Det är möjligt att placera lasern och sensorn på vardera sidan av dörren, men detta kräver att båda drivs. Denna lösning löser sig för det problemet och håller projektet enklare.

Sammanfattning

Du har nu monterat och beväpnat din laser tripwire. I processen har du lärt dig hur du använder ett fotomotstånd för att känna av närvaron och frånvaron av en laserstråle. Du har också lärt dig om ett riktigt enkelt och enkelt sätt att spela ljud från din Arduino med hjälp av ett piezoelement. 

Det finns många bra sätt att bygga på detta projekt och göra det ännu coolare när man lär sig om elektronik. Försök ändra melodin som spelas när den utlöses eller bygga ett fodral för enheten som låter dig montera den på väggen. 

Jag ska försöka lägga till fjärrkontrollen till det här projektet med hjälp av en fjärrkontroll och nyckelfob. När allt kommer omkring vill du inte fångas i din egen fälla.