Come realizzare un sistema di allarme laser

Hai mai visto un film d’azione in cui un personaggio deve muoversi in un sistema di sicurezza laser per rubare qualcosa di grande valore? Puoi farlo anche a casa tua con un tipo specifico di puntatore laser. Non è necessario realizzare la versione complessa come nei film. Si può realizzare facilmente un semplice circuito elettronico del genere anche con il trasmettitore laser e il sensore laser per Arduino. Ovviamente, nella realtà il raggio laser impiegato sarà invisibile, per non essere visto dai ladri. Questa esperienza è eseguibile con puntatori o penne laser, mai con laser di potenza superiore a 1 mW.  

Un sistema di allarme laser utilizza un laser – o una serie di laser – per creare un circuito di allarme attivato da un sensore laser per proteggere la tua famiglia e la tua zona. I laser sono diversi dagli altri tipi di luce perché creano una linea stretta di luce (come un puntatore laser) mentre altri, come le torce, tendono a diffonderla. Quando accendi una torcia avrai un’area diretta che offre la maggior quantità di luce e, man mano che si espande, avrai meno luce. Un laser non ha questo tipo di problema.

Con un sistema di sicurezza laser, usi una serie di raggi laser e rilevatori in tutto il cortile e intorno alla tua casa con una serie di specchi. Il raggio laser sparerà da un’area e si rifletterà su una serie di specchi attraverso il cortile fino a quando non viene diretto nel rivelatore. Il laser creerà un flusso di luce continuo sotto forma di quel raggio e, se qualcosa entra nel mezzo di un raggio laser e lo interrompe sulla strada verso il rivelatore, il sistema invierà immediatamente un qualche tipo di avviso.

Uno dei tanti kit per allarme laser in vendita online, ad es. qui.

Quando viene attivato il sistema di avviso, è possibile reagire in diversi modi. Alcuni sistemi attiveranno un allarme acustico come un cicalino o uno squillo. Questi si attiveranno immediatamente quando la linea del raggio laser viene interrotta e avviseranno l’intruso che è stato rilevato. Altri possono chiamare automaticamente i servizi di emergenza o una società di monitoraggio che controllerà immediatamente per vedere che cosa ha causato il problema e se è necessaria assistenza immediata.

Vantaggi di un allarme laser e rischi dei laser

Ciò può creare un allarme antifurto udibile e silenzioso oppure può solo attivare l’allarme silenzioso in modo che l’intruso non sappia nemmeno che è stato rilevato. Infine, potresti installarlo per attivare l’elettronica della tua casa, facendo in modo che le luci esterne della tua casa reagiscano all’intrusione. Ciò avviserà l’intruso che sono stati rilevati, ma renderà anche molto più facile per chiunque abiti intorno a te notare cosa sta succedendo e comportarsi di conseguenza.

Un raggio laser percorrerà una distanza molto lunga senza degradarsi o rompersi, il che significa che avrai un perimetro molto sicuro per la tua casa e potrai coprire una distanza decente. Non dovrai preoccuparti di proteggere la tua casa già da abbastanza lontano, perché quel raggio laser viaggerà oltre quanto potresti pensare. È anche in grado di riflettere e rimbalzare più volte in quel range di distanza, il che significa che un singolo raggio può coprire più distanza di quanto si pensi.

Un puntatore laser a portachiave, che puoi usare per realizzare un allarme laser didattico.

Se installi il sistema esternamente alla casa, inoltre, sarà molto visibile. Ci saranno telecamere (vere o finte), scatole, riflettori e molto altro che deve essere installato e ognuna di queste cose sarà probabilmente individuata facilmente da qualcuno che vuole causare problemi o irrompere in casa. Ciò significa che sapranno che il sistema è lì. Per alcuni, questo può essere un deterrente e potresti non preoccuparti che il sistema venga notato facilmente, nel qual caso puoi installarlo dentro casa.

Un altro vantaggio di un sistema di allarme laser – di cui puoi acquistare dei semplici kit qui – è che avrai la libertà di costruirlo tu stesso. Ogni casa e famiglia è diversa e con questo tipo di sistema avrai tutta la libertà che potresti desiderare di ottenere proprio il sistema di cui hai bisogno. Ciò significa che il tuo sistema non sarà esattamente come quello che ha il tuo vicino o chiunque altro, il che rende più difficile per un intruso capire il sistema e usare tale informazione a proprio vantaggio.

AVVERTENZE. Il rischio derivante da un laser è espresso dalla “classe” di potenza del laser, sebbene le definizioni di classe siano cambiate negli ultimi anni. Ad un’estremità della scala, i puntatori laser di Classe 1 (potenza < 0,04 mW) sono sicuri per la normale visualizzazione. I danni agli occhi causati dalla visualizzazione diretta del raggio di una penna laser (ad es. per lavagna luminosa) di Classe 2 ( potenza < 1 mW) sono in genere evitati dalla risposta del battito di ciglia.

Invece, i laser di Classe 3 – che si divide in Classe 3A (potenza < 5 mW, che può avere luce rossa o azzurrina) e in Classe 3B (potenza compresa fra 5 mW e 500 mW, laser di colore verde o viola) – possono danneggiare un occhio prima che abbia il tempo di battere le palpebre e possono potenzialmente causare lesioni agli occhi, specie nelle mani di un operatore distratto o non addestrato. Pertanto, non devi guardarlo mai direttamente e nemmeno riflesso da una superficie, né puntarlo verso altre persone!

Schema delle classi potenza dei laser e la legislazione che li regola in Italia.

Mentre per i laser di Classe 1 e 2 sono liberi la vendita, il porto e l’uso, per quelli di Classe 3 e 4 la vendita è consentita solo da parte di rivenditori autorizzati e per usi professionali, ed il portarli in giro (il “porto”) e l’uso non professionale sono proibiti (art. 4 n.2 legge 110/75). Pertanto, a meno che tu non ne faccia un uso professionale (ad es. didattico), non puoi acquistarli o usarli, e se lo fai automaticamente te ne assumi le conseguenze, come pure quelle di eventuali danni prodotti a te stesso o agli altri.

Un allarme laser basato sul Timer 555

Per questo progetto avrai bisogno dei seguenti componenti:

  • Puntatore laser
  • Scheda a circuito stampato o scheda millefori
  • Circuito integrato Timer 555
  • Portapiedini per circuito integrato (opzionale)
  • Buzzer da 3 a 12 Volt
  • Interruttore
  • Fotoresistenza CdS
  • 2 resistenze
  • 3 batterie AA
  • Portabatterie AA
  • Cavi jumper
  • Guaina termorestringente.

Innanzitutto assembla il circuito su una breadboard per testarlo. Imposta l’interruttore per collegare il cicalino. Senza il laser che brilla sulla fotoresistenza, l’allarme dovrebbe suonare. Se si gira l’interruttore nell’altro modo, si dovrebbe spegnere l’allarme. Ora fai brillare il puntatore laser sulla fotoresistenza e gira l’interruttore ancora una volta per riattivarlo. Finché il laser è centrato sulla fotoresistenza, l’allarme non dovrebbe suonare. Ma quando sposti il ​​laser, l’allarme dovrebbe spegnersi di nuovo.

Schema del circuito elettrico da realizzare e piedinatura del Timer 555.

Questo circuito di allarme utilizza il famoso e versatile circuito integrato Timer 555. Il sensore di luce che rileva il laser è una foto resistenza al solfuro di cadmio o CdS (R3). Questa è cablato in serie con una resistenza fissa standard (R2). Queste due resistenze formano un partitore di tensione che viene utilizzato per attivare il circuito integrato. Il valore di R2 dovrebbe essere approssimativamente uguale alla resistenza della fotoresistenza quando si punta il puntatore laser sulla faccia sensibile alla luce.

Poiché le caratteristiche di uscita delle fotoresistenze variano considerevolmente da uno all’altro, è necessario misurarlo con un multimetro. Dopodiché, collega la fotoresistenza al multimetro e puntare il puntatore laser direttamente su di esso. Nel mio caso, la sua resistenza era di circa 100 ohm. Quindi ho usato una resistenza fissa da 100 ohm per R2. Quando il raggio di luce viene interrotto, la resistenza della fotoresistenza aumenta notevolmente e anche la tensione sul pin 6 aumenta.

Implementazione pratica del circuito descritto nel testo.

Di conseguenza, la tensione sul pin 6 a un certo punto supera la soglia di riferimento. In questo modo il pin di uscita 3 diventa BASSO e attiva l’allarme. Per disattivare l’allarme e ripristinare il sistema, un interruttore (unipolare a doppio polo) disconnette l’altoparlante e invia il segnale BASSO dal pin di uscita 3 al pin di attivazione 2. Il sistema è ora disattivato. Per riattivarlo, riporta l’interruttore nella posizione originale. L’allarme rimarrà spento fino alla successiva interruzione del raggio luminoso.

La tensione di alimentazione può variare da 4,5 V a 18 V. Ho scelto di utilizzare 4,5 V (tre batterie AA) perché questa è la stessa tensione utilizzata dal puntatore laser. Ciò ti dà la possibilità di alimentare il puntatore laser con lo stesso pacco batteria del circuito di allarme. La resistenza R1 funge da resistenza di pull-up per il pin 2. Aiuta a prevenire falsi trigger causati dall’elettricità statica. Essa può essere di qualsiasi valore. In molti casi può essere non impiegata senza causare problemi.

Il modo più semplice per impostare il sistema è come un allarme a fascio singolo. In questa configurazione il puntatore laser è montato su un lato del percorso e il circuito di allarme è montato sull’altro. Affinché il sistema funzioni, il puntatore laser deve essere costantemente acceso. Il modo più semplice per ottenere questo risultato è avvolgere strettamente un pezzo di nastro attorno al pulsante del puntatore laser. Una volta che la luce del puntatore laser è centrata sulla fotoresistenza, si è pronti per attivare l’allarme.

La configurazione di allarme a fascio singolo.

Ruota l’interruttore per collegare il cicalino e attivare l’allarme. Ogni volta che qualcuno attraversa il raggio, l’allarme suona. Innanzitutto monta il circuito di allarme in posizione. Dopodiché monta il puntatore laser sul lato opposto. Regola attentamente la posizione del puntatore laser in modo che sia puntato direttamente sulla fotoresistenza. L’allarme usato è un cicalino piezoelettrico. Qualsiasi cicalino può funzionare fintanto che è concepito per funzionare alla tensione appropriata.

Il buzzer ti avvisa che qualcuno ha fatto scattare l’allarme. Ma puoi anche collegare il tuo sensore laser a un sistema di sicurezza più grande. Come parte di un sistema di sicurezza di tutta la casa, hai più opzioni su come il sistema ti avverte. Una tale soluzione potrebbe anche consentirti di confermare l’avviso con altri sensori, in modo da evitare falsi allarmi, provocati ad esempio dal passaggio di insetti volanti. L’interfacciamento con un sistema di sicurezza più ampio non è difficile.

Collegamento a un sistema di sicurezza più grande.

Infatti, per collegare il tuo sistema di allarme laser a un altro circuito, collegare la terra di entrambi i circuiti. Poi collega il filo che era attaccato al terminale negativo del buzzer all’ingresso del segnale del secondo circuito. Imposta il tuo circuito di monitoraggio per cercare un segnale BASSO. Ad esempio, se si utilizza un Arduino, collegalo a un pin di ingresso digitale e utilizza la funzione digitalRead per monitorare il segnale su tale cavo. Quando rileva un segnale BASSO, ciò attiva gli allarmi.

Come fare un allarme laser con Arduino

In questo semplice progetto di allarme laser fai-da-te, basato sul “Grove Light Sensor” (un modulo Arduino compatibile che integra una fotoresistenza per rilevare l’intensità della luce), illustreremo in realtà due versioni del progetto: un allarme laser che puoi impostare con un semplice pulsante, mentre l’altro è più sicuro e richiede un codice password. Il sistema è innescato da movimenti fisici, per cui puoi usarlo per rilevare persone, animali, auto, quando passano attraverso un’area.

Il sensore di luce compatibile con Arduino usato in questo progetto.

Il sistema qui presentato si basa su un emettitore laser compatibile con Arduino (ma più potente di un puntatore o penna laser, per cui non devi MAI dirigerlo verso gli occhi!), che invia costantemente raggi al sensore di luce: quando passa qualcuno / qualcosa, il sensore non riceverà i raggi e verrà attivato l’allarme, che non si fermerà fino a quando non lo resetterai e attiverai nuovamente (tramite pulsante / codice password). Ecco ciò di cui avrai materialmente bisogno per realizzare il progetto:

  • Una scheda Arduino Uno
  • Un Grove Light Sensor
  • Un emettitore laser KY-008
  • Un buzzer a 3 pin (compatibile con Arduino)
  • Una resistenza (per versione 1)
  • Un pulsante (per versione 1)
  • Una tastiera 4 x 4 (per versione 2)
  • Una breadboard
  • Jumper vari

Il modulo trasmettitore laser KY-008 è costituito da una testa di diodo laser rosso a 650 nm ed ha una potenza di 5 mW (classe 3A), perciò NON è un giocattolo! Occorre maneggiarlo con cautela, e non guardare direttamente nella testa del laser né in un raggio riflesso, né puntarlo MAI verso persone vicine o lontane. La figura qui sotto mostra la tipica connessione con la scheda Arduino Uno. Se vuoi, puoi scaricare da qui lo sketch di Arduino che accenderà e spegnerà ripetutamente la testa del laser ogni secondo.

Il tipico collegamento del trasmettitore laser KY-008 con Arduino.

Versione 1 – Questo progetto si basa sul modulo trasmettitore laser, sul sensore di luce, su un cicalino e un pulsante. L’idea è molto semplice: il laser proietta costantemente la luce sul sensore del modulo, per cui quando una persona o qualcosa passa attraverso il raggio luminoso il sensore non rileva più la luce (quando la luce si ferma, la foto resistenza (Light Dependent Resistor, o LDR) aumenterà la resistenza, il che significa che passerà meno corrente e otterremo una caduta di tensione.

Esempio: alla tipica luce indoor che troviamo dentro una casa, il sensore darà un valore di circa “750” quando si usa la funzione “analogRead”, mentre usando Arduino la tensione in uscita è intorno a “3,66 V” (1023 per 5 V), ma quando si copre il sensore mostrerà un valore intorno “10-15” che sta per “40 mV”. Quindi è meglio coprire o posizionare il sensore in un contenitore con un piccolo buco in modo tale che solo i raggi laser possano raggiungere il sensore, che altrimenti verrà “saturato”.

Schema di collegamento della versione 1 del progetto.

Una volta tagliati i raggi laser, il buzzer dell’allarme si attiverà e non si fermerà finché non viene premuto il pulsante, anche se il modulo rileva nuovamente il laser. Questo allarme ha due suoni: 2 kHz e 1 Khz, ritardati di 50 ms. Di seguito troverai la figura del cablaggio del sistema. Per quanto riguarda il software, se hai già installato l’IDE di Arduino, non dovrai fare altro che scaricare il codice (sketch) per Arduino da qui, copiarlo e caricarlo sulla scheda Arduino, dopodiché potrai testare il tutto.

Versione 2 – La versione 2 del progetto è praticamente come la versione 1, ma invece di interrompere l’allarme con un semplice pulsante, ora si richiede un codice password (passcode) inserito dalla tastiera per fermarlo, altrimenti non lo farà. Il passcode è memorizzato in un array, ho scelto un codice a 4 cifre (codice funzione [4] = {‘1’, ‘3’, ‘6’, ‘6’}; ), ma puoi renderlo facilmente più lungo o più corto, basta modificare la dimensione dell’array e aggiungere o rimuovere valori.

Per disattivare la sveglia, è necessario premere ‘*’ sulla tastiera, quindi immettere i numeri 1, 3, 6, 6. Il codice fisserà il cicalino in un suono a singola frequenza (inquietante) fino a quando non si immettono 4 cifre, se sono corretti l’allarme si fermerà, altrimenti si attiverà di nuovo. Per quanto riguarda il software, se hai già installato l’IDE di Arduino, non dovrai fare altro che scaricare il codice (sketch) per Arduino da qui, copiarlo e caricarlo sulla scheda Arduino, dopodiché potrai testare il tutto.

Schema di collegamento della versione 2 del progetto.

Come fare un sistema a raggio multiplo

Un sistema di allarme a singolo raggio, naturalmente, funziona bene, ma con l’aggiunta di alcuni specchi è possibile far incrociare il laser in tutta la stanza rendendo impossibile per qualcuno evitare il rilevamento. Per fare ciò, avrai bisogno di molti specchi. Ci sono un certo numero di posti in cui puoi ottenere piccoli specchi economici. Un posto è la sezione auto di un grande negozio di bricolage. Vendono spesso specchi in fogli di plastica progettati per sostituire gli specchietti delle automobili.

Il principale vantaggio di questi fogli è che puoi facilmente tagliarli in qualsiasi dimensione e forma che desideri. Un’altra buona fonte di specchi è un negozio di artigianato. Molte ditte artigianali hanno materiale con una finitura a specchio. Tuttavia, la superficie non è perfettamente uniforme. Quindi non sarai in grado di ottenere tanti riflessi prima che il raggio inizi a disperdersi. Una terza possibilità è di cercare e acquistare dei piccoli specchietti direttamente online, ad esempio qui.

Un esempio di specchio fai da te per realizzare un allarme a raggio multiplo.

Per impostare un allarme laser a raggio multiplo, inizia montando il puntatore laser. Quindi nel punto in cui il raggio colpisce la parete opposta, monta uno specchio. Puoi usare del nastro o uno stucco autoadesivo. Posiziona lo specchio con una leggera angolazione in modo che rifletta il raggio in una direzione diversa. Continua questo processo aggiungendo più specchi nell’ambiente fino a quando non sei soddisfatto del numero di raggi o il raggio di luce inizia a disperdersi troppo.

L’ultimo specchio dovrebbe indirizzare la luce verso il circuito di allarme. Poiché questo sistema utilizza un laser continuo, se uno qualsiasi dei raggi viene interrotto, l’allarme si spegnerà. A questo punto tutto quello che devi fare è collegare i terminali del puntatore laser alle batterie del circuito di allarme, che potrebbero essere delle batterie tampone. Ricordati di non posizionare mai i raggi all’altezza del viso di un bambino o di un adulto, in modo che non incontrino mai degli occhi umani.