Wie man einen Laser Tripwire mit Arduino baut

Einführung

Jedes verrückte Wissenschaftlerlabor oder jedes siebenjährige Kinderzimmer benötigt einen erweiterten Schutz gegen das Eindringen von Schurken oder Geschwistern. 

Dieses Tutorial zeigt Ihnen, wie Sie einen Laser-Tripwire konstruieren können, der einen Alarm ausgibt, wenn der Laser unterbrochen wird. Mit einem Fotowiderstand wird das Vorhandensein eines Laserstrahls erfasst und ein Standard-Piezoelement verwendet, um den Ton direkt von einem Arduino ohne Verstärker abzuspielen.

Sammeln Sie die Komponenten und Werkzeuge

Komponenten

• Viertelgroßes Steckbrett
• Arduino (dieses Tutorial verwendet Nano, aber die meisten Modelle sollten funktionieren)
• 5V Universal-USB-Ladegerät
• USB-Kabel mit 2,1-mm-Stecker
• Breadboard-freundlicher 2,1-mm-DC-Fassanschluss
  
• Breadboard freundlicher Schalter
  
• Laser-Schachspielspiegel
  
• 10K Ohm Fotowiderstand
  
• 10K Ohm Widerstand (Braun-Rot-Orange) (Ein guter Satz Widerstände ist nützlich für Ihr Kit)
• Laser! (Das Ausrufezeichen ist erforderlich, wenn Sie über Laser sprechen.)
  
• Geschlossenes Piezoelement
• Breadboard-Anschlussdraht-Kit (nur wenige für dieses Tutorial erforderlich, aber das Set ist gut für ein Elektronik-Kit)
• Laser-Montageständer

Werkzeuge

• Lötkolben
• Löten
• Werkzeug für Dritte
• Computer mit Arduino IDE zur Programmierung
• USB-Kabel für den Arduino (Mini B für den Nano)

Bereiten Sie den Laser und das Piezo-Element vor

Sowohl der Laser als auch das Piezo-Element verfügen über kleine Kabel, die überhaupt nicht verbesserungswürdig sind. Da Sie das Projekt auf einem Steckbrett bauen, müssen Sie es vorbereiten. 

Lösen Sie die Drähte mit dem Steckbrett an einen kurzen Verbindungsdraht, damit Sie sie am Steckbrett befestigen können. 

Führen Sie die folgenden Schritte für beide Kabel von beiden Komponenten aus. Versuchen Sie, die Farbe des Anschlussdrahts an die Farbe der Leitung der Komponente anzupassen (Rot nach Rot, Schwarz nach Schwarz)..

1. Verzinnen Sie das Blei aus dem Bauteil, indem Sie es mit dem Handwerkzeug umklammern und etwas Lötzinn am Ende des Bleis schmelzen
2. Verzinnen Sie das Ende des Verbindungsdrahtes, indem Sie es in die andere Klemme des Handwerkzeugs einhaken und etwas Lot darauf schmelzen
3. Löten Sie die Leitung und den Draht zusammen, indem Sie sie mit dem Helferhandwerkzeug berühren und das Lot schmelzen. Zwar gibt es robustere Möglichkeiten, Drähte zu verbinden, dies reicht jedoch für dieses Projekt aus

Wiederholen Sie die Schritte für alle vier Ableitungen.

Lasersicherheit

Laser sind kein Spielzeug. Stellen Sie sicher, dass Sie mit dem Laser sicher umgehen können, indem Sie die Informationen auf lesen Lasersicherheit. Dies gibt Ihnen Vorsichtsmaßnahmen für verschiedene Laserklassen. 

Der in diesem Projekt verwendete Laser ist ein Laser der Klasse IIIa. Das Auge kann bei ausreichender Zeit beschädigt werden. Man muss ziemlich nachlässig sein, um sich von diesem einen verletzen zu lassen, aber wie jede andere Technologie weiß man, wie man sicher damit umgeht.

Breadboard zusammenbauen

Folgen Sie der nachstehenden Abbildung, um das Steckbrett zusammenzubauen. Hier sind einige Dinge, die Sie über die Rennstrecke beachten sollten.

1. Die Hauptstrombusse auf dem Steckbrett sind reguliert. Die unregulierte Stromversorgung des Netzteils geht in den Stromregler des Arduino
2. Der Schalter am Steckbrett bringt den digitalen Pin 2 hoch, wenn er eingeschaltet ist. Dadurch kann der Skizzencode erkennen, ob der Tripwire-Alarm aktiviert ist oder nicht. Der Ton wird nicht abgespielt, wenn der Schalter ausgeschaltet ist. Auf diese Weise können Sie den Tripwire verdeckt positionieren und prüfen, ob er richtig ausgerichtet ist, bevor Sie den Alarm aktivieren
3. Der Fotowiderstand ist in Reihe mit einem anderen Widerstand von 10 K Ohm geschaltet, während der analoge Pin A7 den Spannungswert zwischen den Widerständen liest, wodurch eine Spannungsteilerschaltung entsteht. Diese Schaltung ermöglicht es dem Arduino, den analogen Spannungspegel sicher und vorhersagbar zu lesen, der sich ändert, wenn der Fotowiderstand den Widerstand ändert. Der Widerstand des Fotowiderstands nimmt ab, je mehr Licht er empfängt. Das Ergebnis ist, dass der von Pin A7 gelesene Wert abnimmt, wenn mehr Licht vorhanden ist. Als ich die Schaltung testete, sah ich so niedrige Werte wie 14
4. Der Laser ist immer eingeschaltet, wenn der Strom eingeschaltet ist. Seien Sie also vorsichtig und schauen Sie nicht direkt in den Laser. Obwohl es sich nur um einen Laser der Klasse IIIa handelt, kann er bei ausreichender Zeit Schäden am Auge verursachen. Auf der Lasersicherheitsseite finden Sie die Vorsichtsmaßnahmen für verschiedene Laserklassen. Man muss ziemlich nachlässig sein, um sich von diesem einen verletzen zu lassen, aber wie jede andere Technologie weiß man, wie man sicher damit umgeht

Laser-Tripwire-Schaltung

Programmieren Sie den Arduino

Schieben Sie den Code mit den folgenden Schritten zum Arduino. Stellen Sie sicher, dass der Schalter auf dem Steckbrett auf eingestellt ist aus Das Gerät bombardiert Sie also nicht, sobald der Code hochgeladen wurde.

1. Verbinden Sie den Arduino mit dem USB-Kabel mit dem Computer
2. Stellen Sie den Kartentyp und die serielle Schnittstelle über ein Werkzeuge Speisekarte
3. Laden Sie den Quellcode aus dem Paket herunter, das diesem Lernprogramm beigefügt ist, oder aus dem github-Repository
4. Öffnen Sie den Quellcode in der Arduino IDE
5. Stellen Sie sicher, dass Sie beide haben lasertripwire.ino und Stellplätze Dateien in der Skizze geladen
6. Überprüfen Sie die Skizze und laden Sie sie hoch
7. Trennen Sie das Programmierkabel
8. Stecken Sie das Netzteil ein und schließen Sie das Kabel an, um das Gerät einzuschalten

Testen Sie das Tripwire und beenden Sie die Montage

Testen Sie das Verhalten des Tripwire-Schaltkreises, indem Sie den Laser auf den Fotowiderstand richten. Die eingebaute LED an Pin 13 des Arduino sollte leuchten, wenn der Laser auf dem Fotowiderstand zentriert ist. Die Skizze leuchtet diese LED, wenn der Widerstandswert den festgelegten Schwellenwert unterschreitet. Auf diese Weise können Sie den Laser und den Spiegel vor dem Aktivieren des Geräts ausrichten. 

Halten Sie den Laser auf den Fotowiderstand gerichtet, betätigen Sie den Schalter, um das Gerät zu aktivieren, und brechen Sie den Laserstrahl mit einem Finger (dies klingt aufregender als es ist). Sie sollten mit der Alarmmelodie belohnt werden. Die Melodie für dieses Projekt sollte für die meisten Menschen als ominöse Warnung auf etwas Schändliches erkennbar sein.

Die Melodie wird auf dem Piezoelement mit der Taste gespielt Ton Funktion des Arduino. Das Ton Funktion erzeugt eine Rechteckwelle mit einer bestimmten Frequenz am angegebenen Pin für die angegebene Dauer. Bei Verwendung dieser Methode ist es einfach, ein Array von Tonhöhen und Zeitdauern für den Alarm festzulegen. Das Stellplätze Datei hilft, dies durch das Einrichten noch einfacher zu gestalten definiert für Frequenzen, die Noten auf einem Notenstab entsprechen.

Sobald Sie zufrieden sind, dass der Schaltkreis ordnungsgemäß funktioniert, schalten Sie das Gerät aus, indem Sie das Netzkabel abziehen. Montieren Sie den Laser in der Halterung und ziehen Sie die Schrauben fest. Diese spezielle Halterung hält den Laser waagerecht, wenn sie auf den meisten horizontalen Flächen frei steht.  

Biegen Sie die Kabel des Fotowiderstandes so, dass die Oberseite über der Seite des Steckbretts in Richtung Boden zeigt. Auf diese Weise können Sie den Laser und den Spiegel so einstellen, dass das Licht horizontal über eine Türöffnung auf den Fotowiderstand reflektiert wird.

Richten Sie den Tripwire ein

Nun, da das Gerät zusammengebaut und getestet ist, installieren Sie den Tripwire über der Tür in Ihrem streng geheimen Labor (bitte sprechen Sie dies an) Lah-BOR-uh-tory für die Zwecke dieses Tutorials).

1. Deaktivieren Sie den Alarm, indem Sie den Schalter auf dem Steckbrett drehen, aus
2. Legen Sie das Tripwire-Gerät auf eine Seite der sicheren Türöffnung
3. Stecken Sie das Netzteil in eine nahegelegene Steckdose und verbinden Sie es mit dem Steckbrett
4. Richten Sie den Laser über die Tür auf eine Stelle, an der Sie den Spiegel einstellen können
5. Setzen Sie den Spiegel auf die dem Laser gegenüberliegende Seite der Tür und richten Sie den Laserstrahl vorsichtig auf den Fotowiderstand. Möglicherweise sind einige Versuche, Fehler und Anpassungen erforderlich, um die Ausrichtung richtig einzustellen. Sie können feststellen, dass die Ausrichtung stimmt, wenn die Anzeige-LED am Arduino leuchtet. Wenn Sie sich so geneigt fühlen, können Sie den Spiegel, den Laser und das Steckbrett dauerhaft mit Schrauben oder doppelseitigem Klebeband an ihren Oberflächen befestigen.
6. Aktivieren Sie den Tripwire, indem Sie den Schalter in die Ein-Position bringen
7. Entspannen Sie sich in Ihrem Versteck, in dem Wissen, dass Sie gewarnt werden, wenn jemand versucht, einzutreten

Durch die Spiegelung des Lasers können Sie alle Drähte und Stromanschlüsse auf einer Seite der Tür halten. Es ist möglich, den Laser und den Sensor auf beiden Seiten der Tür zu platzieren. Dies erfordert jedoch die Stromversorgung beider. Diese Lösung löst dieses Problem und vereinfacht das Projekt.

Zusammenfassung

Sie haben Ihren Laser Tripwire jetzt zusammengebaut und bewaffnet. Sie haben dabei gelernt, einen Fotowiderstand zu verwenden, um das Vorhandensein und Nichtvorhandensein eines Laserstrahls zu erfassen. Sie haben auch gelernt, wie Sie mit einem Piezo-Element Klänge von Ihrem Arduino spielen können. 

Es gibt viele Möglichkeiten, auf diesem Projekt aufzubauen und es noch cooler zu machen, während Sie sich mit Elektronik beschäftigen. Ändern Sie die Melodie, die beim Auslösen abgespielt wird, oder erstellen Sie ein Gehäuse für das Gerät, mit dem Sie es an der Wand befestigen können. 

Ich werde versuchen, diesem Projekt eine Fernbedienung hinzuzufügen, indem Sie einen Kippschalter und einen Schlüsselanhänger verwenden. Schließlich willst du nicht in deine eigene Falle geraten.