Cómo construir un tripwire láser con Arduino

Introducción

El laboratorio de cada científico loco, o la habitación de un niño de siete años, necesita protección avanzada contra la intrusión de agentes ilegales o hermanos. 

Este tutorial le muestra cómo construir un cable láser que emite una alarma cuando se interrumpe el láser. Utiliza un fotorresistor para detectar la presencia de un rayo láser y usa un elemento piezo estándar para reproducir el sonido directamente desde un Arduino sin un amplificador.

Reúne los componentes y herramientas

Componentes

  • Breadboard de tamaño cuarto
  • Arduino (este tutorial usa Nano, pero la mayoría de los modelos deberían funcionar)
  • Cargador USB de uso general 5V
  • Cable de conector de barril USB a 2.1mm
  • Enchufe de barril de 2.1mm DC amigable
  • Interruptor amistoso de Breadboard
  • Espejo de juego de ajedrez laser
  • Fotorresistor de 10K Ohm
  • Resistencia de 10K ohmios (marrón-rojo-naranja) (un buen conjunto de resistencias es útil para su kit)
  • ¡Láser! (El signo de exclamación es necesario cuando se habla de láser)
  • Elemento piezo cerrado
  • Kit de cables de conexión a la placa de pruebas (solo unos pocos necesarios para este tutorial pero el conjunto es bueno para un kit de electrónica)
  • Soporte de montaje láser

Herramientas

  • Soldador
  • Soldar
  • Herramienta de tercera mano
  • Ordenador con Arduino IDE para la programación.
  • Cable USB apropiado para el Arduino (Mini B para el Nano)

Preparar el láser y el elemento piezo.

Tanto el láser como el elemento piezo vienen con cables pequeños que no son compatibles con el tablero. Debido a que está construyendo el proyecto en una placa de pruebas, deberá prepararlos.. 

Para hacer que los cables sean aptos para el tablero, sueldarlos a un cable de conexión corto que le permita unirlos al tablero.. 

Realice los siguientes pasos para ambos conductores desde ambos componentes. Intente hacer coincidir el color del cable de conexión con el color del cable del componente para obtener consistencia (rojo a rojo, negro a negro).

  1. Estañe el cable del componente juntándolo en la herramienta de ayuda y fundiendo un poco de soldadura en el extremo del cable.
  2. Tape el extremo del cable de conexión sujetándolo en la otra abrazadera de la herramienta de mano auxiliar y fundiendo un poco de soldadura en ella
  3. Suelde el cable y el cable usando la herramienta de mano para tocarlos y fundir la soldadura. Si bien hay formas más sólidas de empalmar cables, esto será suficiente para este proyecto.

Repita los pasos para los cuatro conductores.

Seguridad del laser

Los láseres no son juguetes. Asegúrese de saber cómo manejar un láser de manera segura leyendo la información en seguridad láser. Esto te dará precauciones sobre diferentes clases de láser.. 

El láser utilizado en este proyecto es un láser de Clase IIIa. Puede causar daño a un ojo si se le da suficiente tiempo. Tienes que ser bastante negligente para que esto te lastime, pero como con cualquier tecnología, debes saber cómo tratarla de manera segura..

Montar tablero de pan

Siga el diagrama de abajo para montar la placa de pruebas. Aquí hay algunas cosas a tener en cuenta sobre el circuito..

  1. Los principales autobuses de potencia en el tablero están regulados. La potencia no regulada del adaptador de corriente entra en el regulador de potencia en el Arduino
  2. El interruptor de la placa de pruebas traerá el pin digital 2 alto cuando esté encendido. Esto permitirá que el código de boceto detecte si la alarma de cable está armada o no. No se reproducirá el sonido si el interruptor está apagado. Esto le permitirá posicionar sigilosamente el cable y verificar que esté alineado correctamente antes de activar la alarma
  3. El fotorresistor está en serie con otra resistencia de 10K ohmios mientras que el pin analógico A7 lee el valor de voltaje entre las resistencias que crean un circuito divisor de voltaje. Este circuito permite al Arduino leer de manera segura y predecible el nivel de voltaje analógico que cambia cuando el fotorresistor cambia la resistencia. La resistencia del fotoresistor disminuye cuanto más luz recibe. El resultado es que el valor leído por el pin A7 se reduce cuando hay más luz. Vi valores tan bajos como 14 cuando estaba probando el circuito
  4. El láser siempre está encendido cuando la alimentación está encendida, así que tenga cuidado y no mire directamente al láser.. Si bien es solo un láser de Clase IIIa, puede causar daños en un ojo si se le da suficiente tiempo. Consulte la página de seguridad del láser para leer sobre las precauciones para diferentes clases de láseres. Tienes que ser bastante negligente para que esto te lastime, pero como con cualquier tecnología, debes saber cómo tratarla de manera segura.
Circuito de cable láser

Programa el arduino

Empuje el código al Arduino con los siguientes pasos. Asegúrese de que el interruptor de la placa de pruebas esté en apagado por lo que el dispositivo no comienza a bombardearte con alertas tan pronto como se carga el código.

  1. Conecte el Arduino a la computadora con el cable USB
  2. Configure el tipo de placa y el puerto serie desde la Herramientas menú
  3. Descargue el código fuente del paquete adjunto a este tutorial o al repositorio de github
  4. Abre el código fuente en el IDE de Arduino.
  5. Asegúrese de que tiene tanto lasertripwire.ino y pitches.h archivos cargados en el croquis
  6. Verificar y subir el croquis.
  7. Desenchufe el cable de programación.
  8. Enchufe la fuente de alimentación y conecte el cable para encender el dispositivo

Probar el Tripwire y terminar el montaje

Pruebe que el circuito de cable se comporta como debería, apuntando el láser hacia la parte superior de la foto-resistencia. El LED incorporado en el pin 13 del Arduino debe encenderse cuando el láser esté centrado en la foto-resistencia. El boceto enciende este LED cuando el valor de resistencia cae por debajo del umbral definido. Esto le permitirá alinear el láser y el espejo antes de armar el dispositivo. 

Mantenga el láser apuntando a la foto-resistencia, gire el interruptor para armar el dispositivo y use un dedo para romper el rayo láser (esto suena más emocionante de lo que es). Debes ser recompensado con la melodía de la alarma. La melodía de este proyecto debe ser reconocible para la mayoría de la humanidad como una alerta siniestra de que algo malo está ocurriendo..

La melodía se reproduce en el elemento piezo mediante el uso de la tono Función del Arduino. los tono La función genera una onda de sonido cuadrada a una frecuencia dada en el pin especificado para la duración indicada. Usando este método, es sencillo configurar una variedad de tonos y duraciones para jugar como la alarma. los pitches.h archivo ayuda a hacer esto aún más simple mediante la configuración define Para las frecuencias que corresponden a las notas de un pentagrama musical..

Una vez que esté contento de que el circuito esté funcionando correctamente, apague el dispositivo desenchufando el cable de alimentación. Monte el láser en el soporte de montaje y apriete los tornillos. Este soporte en particular mantendrá el nivel del láser cuando se apoye en la mayoría de las superficies horizontales.  

Dobla los cables de la foto-resistencia de modo que la parte superior apunte hacia el lado de la placa, horizontal con el suelo. Esto le permitirá configurar el láser y el espejo para reflejar la luz en la parte superior del fotoresistor horizontalmente a través de una puerta.

Configurar el Tripwire

Ahora que el dispositivo está ensamblado y probado, instale el cable cruzado a través de la puerta de su laboratorio secreto (pronuncie esto) lah-BOR-uh-tory para los propósitos de este tutorial).

  1. Desarmar la alarma girando el interruptor, en el tablero, apagado
  2. Coloque el dispositivo tripwire en un lado de la puerta segura
  3. Enchufe la fuente de alimentación a un tomacorriente cercano y conéctela a la placa de pruebas.
  4. Dirija el láser a través de la puerta hacia una ubicación donde pueda colocar el espejo
  5. Coloque el espejo en el lado opuesto de la puerta del láser y apunte con cuidado el rayo láser hacia la foto-resistencia. Es posible que se necesite algo de prueba, error y ajuste para obtener la alineación correcta. Podrá decir que la alineación es correcta cuando se enciende el LED indicador en el Arduino. Si se siente inclinado, puede fijar permanentemente el espejo, el láser y la placa en sus superficies con tornillos o cinta adhesiva de doble cara..
  6. Arme el cable trampa girando el interruptor a la posición de encendido
  7. Relájese en su guarida con la certeza de que se le advertirá si alguien intenta ingresar

Usar el espejo para reflejar el láser le permite mantener todos los cables y conectores de alimentación en un lado de la puerta. Es posible colocar el láser y el sensor a ambos lados de la puerta, pero esto requiere que ambos funcionen. Esta solución resuelve ese problema y mantiene el proyecto más simple..

Resumen

Ahora ha montado y armado su cable láser. En el proceso, aprendió a usar una foto-resistencia para detectar la presencia y ausencia de un rayo láser. También ha aprendido acerca de una forma realmente simple y fácil de reproducir sonidos desde su Arduino usando un elemento piezoeléctrico.. 

Hay muchas maneras excelentes de desarrollar este proyecto y hacerlo aún más divertido al aprender sobre electrónica. Intente cambiar la melodía que se reproduce cuando se activa o construya un estuche para el dispositivo que le permita montarlo en la pared. 

Voy a intentar agregar el control remoto a este proyecto usando un interruptor de control remoto y un llavero. Después de todo, no quieres ser atrapado en tu propia trampa.