Hvordan bygge en laser Tripwire med Arduino

Introduksjon

Hver vitsforskerens laboratorium, eller syv år gamle barns rom, trenger avansert beskyttelse mot inntrengning av rogue agenter eller søsken. 

Denne opplæringen viser hvordan du konstruerer en laser tripwire som spiller en alarm når laseren er avbrutt. Den bruker en fotoresistor til å fornemme tilstedeværelsen av en laserstråle og bruke et standard piezoelement for å spille lyd rett fra en Arduino uten en forsterker.

Samle komponentene og verktøyene

komponenter

• Quarter sized breadboard
• Arduino (denne opplæringen bruker Nano, men de fleste modeller skal fungere)
• 5V USB-lader med generelt formål
• USB til 2,1 mm fatkabel
• Brødbrett-vennlig 2.1mm DC fat-jack
  
• Brødbrettvennlig bryter
  
• Laser sjakk spill speil
  
• 10K ohm fotoresistor
  
• 10K ohm motstand (Brown-Red-Orange) (Et godt sett med motstander er nyttig for settet ditt)
• Laser! (Utropstegnet er nødvendig når du snakker om lasere)
  
• Vedlagt piezoelement
• Breadboard hookup wire kit (bare noen få trengs for denne opplæringen, men settet er bra for et elektronikksett)
• Lasermonteringsstativ

Verktøy

• Loddejern
• Lodd
• Tredje håndverktøy
• Datamaskin med Arduino IDE for programmering
• USB-kabel passende for Arduino (Mini B for Nano)

Forbered laser- og piezoelementet

Både laseren og piezoelementet kommer med små ledningsledninger som ikke er i det hele tatt breadboard-vennlig. Fordi du bygger prosjektet på et brettbrett, må du forberede dem. 

For å gjøre ledningene tilbrettet, lodd dem til en kort tilkoblingstråd som lar deg feste dem på brødbrettet. 

Utfør følgende trinn for begge lederne fra begge komponentene. Prøv å matche fargene på tilkoblingskabelen med ledningenes farge fra komponenten for konsistens (rød til rød, svart til svart).

1. Tinn ledningen fra komponenten ved å klemme den i det hjelpende håndverktøyet og smelte litt lodde på enden av ledningen
2. Tin i enden av hookup wire ved å clasping det i den andre klemmen av hjelpende håndverktøyet og smelte litt lodde på det
3. Løsn ledningen og ledningen sammen ved hjelp av hjelpende håndverktøy for å berøre dem sammen og smelte loddet. Mens det er mer robuste måter å spleise ledninger, vil dette nok til dette prosjektet

Gjenta trinnene for alle fire lederne.

Lasersikkerhet

Lasere er ikke leker. Sørg for at du vet hvordan du håndterer en laser trygt ved å lese informasjonen på lasersikkerhet. Dette vil gi deg forholdsregler for forskjellige klasser av lasere. 

Laseren som brukes i dette prosjektet er en klasse IIIa laser. Det kan forårsake skade på øyet gitt nok tid. Du må være ganske uaktsom for å la denne skade deg, men som med hvilken som helst teknologi, vet hvordan du skal håndtere det trygt.

Monter brettbrett

Følg diagrammet nedenfor for å montere brødbrettet. Her er noen ting å merke seg om kretsen.

1. De viktigste kraftbussene på brødbrettet er regulert. Uregulert strøm fra strømadapteren går inn i strømregulatoren på Arduino
2. Bryteren på brettbrettet bringer digital stift 2 høyt når den er på. Dette vil tillate skissekoden å oppdage om tripwire-alarmen er væsket eller ikke. Det vil ikke spille lyden hvis bryteren er slått av. Dette vil tillate deg å plassere trippelplassen og kontrollere at den er riktig justert før du aktiverer alarmen
3. Fotoresistoren er i serie med en annen 10K ohm motstand mens analog pin A7 leser spenningsverdien mellom motstandene som skaper en spenningsdelerkrets. Denne kretsen gjør at Arduino sikkert og forutsigbart kan lese det analoge spenningsnivået som endres når fotoresistoren endrer motstanden. Fotoresistorens motstand reduserer jo mer lys det mottar. Resultatet er at verdien som leses av pin A7 reduseres når det er mer lys. Jeg så verdiene så lavt som 14 da jeg testet kretsen
4. Laseren er alltid på når strømmen er på, så vær forsiktig og ikke se direkte inn i laseren. Selv om det bare er en klasse IIIa-laser, kan det forårsake skade på et øye gitt nok tid. Sjekk lasersikkerhetssiden for å lese om forholdsregler for ulike klasser av lasere. Du må være ganske uaktsom for å la denne skade deg, men som med hvilken som helst teknologi, vet hvordan du skal håndtere det trygt

Laser Tripwire Circuit

Programmér Arduino

Trykk koden til Arduino med følgende trinn. Kontroller at bryteren på brødbrettet er satt til av så enheten begynner ikke å bombardere deg med varsler så snart koden er lastet opp.

1. Fest Arduino til datamaskinen med USB-kabelen
2. Sett brettype og seriell port fra Verktøy Meny
3. Last ned kildekoden fra pakken som er vedlagt denne opplæringen eller github-depotet
4. Åpne kildekoden i Arduino IDE
5. Pass på at du har begge lasertripwire.ino og pitches.h filer lastet i skissen
6. Bekreft og last opp skissen
7. Trekk ut programmeringsledningen
8. Koble til strømforsyningen og fest kabelen for å slå på enheten

Test Tripwire og Finish Assembly

Test at trekkstrømkretsen oppfører seg som det skal ved å peke laseren øverst på fotoresistoren. Den innebygde LED-lampen på pin 13 av Arduino bør tennes når laseren er sentrert på fotoresistoren. Skissen lyser denne lysdioden når motstandsverdien faller under den definerte terskelen. Dette vil tillate deg å justere laseren og speilet før du slår på enheten. 

Ved å holde laseren rettet mot fotoresistoren, vri bryteren for å slå på enheten og bruk en finger til å bryte laserstrålen (dette høres mer spennende ut enn det er). Du bør belønnes med alarmmelodien. Melodien for dette prosjektet skal gjenkjennes for det meste av menneskeheten som en uheldig advarsel om at noe skjebnesvikt forekommer.

Melodien spilles på piezoelementet ved hjelp av tone funksjon av Arduino. De tone funksjon genererer en firkant lydbølge ved en gitt frekvens på den angitte pin for den angitte varigheten. Ved å bruke denne metoden er det enkelt å sette opp en rekke plasser og varigheter for å spille som alarmen. De pitches.h filen bidrar til å gjøre dette enda enklere ved å sette opp definerer for frekvenser som tilsvarer notater på et musikalsk personale.

Når du er glad for at kretsen fungerer, må du slå av enheten ved å koble fra strømkabelen. Monter laseren i monteringsbraketten og stram skruene. Denne spesielle braketten vil holde lasernivået når det er frittstående på de fleste horisontale flater.  

Bøy ledningene til fotoresistoren slik at toppen av den peker over siden av breadboard, horisontal med bakken. Dette vil tillate deg å sette opp laser og speil for å reflektere lyset på toppen av fotoresistoren horisontalt over en døråpning.

Sett opp Tripwire

Nå som enheten er montert og testet, monter tråden over døråpningen til ditt hemmelige laboratorium (vennligst uttalt dette lah-BOR-uh-tory i forbindelse med denne opplæringen).

1. Slå av alarmen ved å slå bryteren på brødbrettet, av
2. Sett trehjulsenheten på den ene siden av den sikre døråpningen
3. Koble strømforsyningen til et nærliggende uttak og koble det til brødbrettet
4. Mål laseren over døråpningen til et sted hvor du kan sette speilet
5. Sett speilet på motsatt side av døråpningen fra laseren og mål forsiktig laserstrålen tilbake på fotoresistoren. Noen forsøk, feil og justering kan være nødvendig for å få justeringen akkurat. Du vil kunne fortelle at justeringen er riktig når indikatorlampen på Arduino lyser. Hvis du føler deg så tilbøyelig, kan du permanent feste speilet, laseren og brødbrettet til overflatene med skruer eller dobbeltsidig tape.
6. Arm tråden ved å vri bryteren til på stillingen
7. Slapp av i lairen din med sikte på at du vil bli advart hvis noen forsøker å komme inn

Ved å bruke speilet til å reflektere laseren, kan du holde alle ledninger og strømkontakter på den ene siden av døren. Det er mulig å sette laseren og sensoren på hver side av døren, men dette krever kraftuttak. Denne løsningen løser for det problemet og holder prosjektet enklere.

Sammendrag

Du har nå samlet og bevæpnet din laser tripwire. I prosessen har du lært hvordan du bruker en fotomodstand til å føle nærvær og fravær av en laserstråle. Du har også lært om en veldig enkel og enkel måte å spille lyder fra din Arduino ved hjelp av et piezoelement. 

Det er mange gode måter å bygge på dette prosjektet og gjøre det enda mer kult når du lærer om elektronikk. Prøv å endre melodien som spilles når den utløses, eller bygge et tilfelle for enheten som lar deg montere den på veggen. 

Jeg skal prøve å legge fjernkontroll til dette prosjektet ved hjelp av en ekstern bryter og nøkkelfob. Tross alt vil du ikke bli fanget i din egen felle.