Laser Tripwire

Je kent het waarschijnlijk wel, die samengestelde set met 20 of meer sensoren en andere zaken die je in Azië voor een tientje koopt en die je op de Raspberry Pi wilt aansluiten om te bestuderen wat ze doen. Ze worden ook wel starterskit genoemd. Zo'n moduleset bevat veel verschillende sensoren, van bewegingsmelder tot trilsensor en van LDR schakelaar tot lasermodule. Mocht je willen starten, kijk dan goed wat je nodig hebt, er zijn verschillende sets.

Die laatste twee sensoren kom ik op veel sites tegen als zgn. tripwire project ofwel struikeldraad. En dan bedoel ik niet een fysieke draad waar men over struikelt. Ik bedoel die laserlichtlijn die normaliter onzichtbaar is, maar in films mooi opgloeit en dient als beveiliging. Het liefst de hele ruimte vol laserstralen om iets te beveiligen… Hollywood op z’n best!

In de beveilingswereld heet het systeem LSS of Laser Security System. Als je er meer over wilt weten, op internet vind je er van alles over.

In deze tutorial bouwen we een tripwire systeem op basis van een laserdiode en een lichtgevoelige weerstandsmodule (LDR). Beide onderdelen komen met de bundel modulesets mee en zijn eenvoudig aan te sluiten.

Waarschuwing: dit is een laserapparaat met laag vermogen, maar zoals bij alle laserapparaten moet je voorzichtig zijn bij gebruik ervan. Je mag nooit rechtstreeks in de straal kijken of de laser op een andere persoon richten. Dit kan permanente oogbeschadiging veroorzaken. Dit artikel is niet geschikt voor kinderen.

Toepassing
Een praktische toepassing voor de opstelling is als detector binnen of in de tuin die dan met een signaalgever zoals de deurbel of het alarmsysteem verbonden is. Ik zou nog veel voorbeelden kunnen noemen, maar dat laat ik aan jou over.

De lasermodule
Door het grote aanbod van lasermodules is het voor mij (nog) niet mogelijk vast te stellen welk type de mijne betreft. Ik denk dat het een KY-008 module is, maar daarbij is de pin aansluiting anders. Mijn Chinese module is niet voorzien van een artikel- of typenummer, daardoor weet ik ook niet wat het vermogen van de laser is. Desalniettemin blijft het een module die een laserdiode bevat en een kleine, intense gefocuste straal van zichtbaar rood licht uitzendt op 650nm.

De module wordt in deze tutorial gebruikt in combinatie met een fotoweerstandsmodule om signalering op afstand te detecteren. De overbruggingsafstand is in theorie vele honderden meters, maar in praktijk zal blijken dat het afstellen van de laser een lastig ding is. Hoe groter de afstand, hoe lastiger dat is. Als je een spiegel gebruikt waarbij de laserstraal een hoek moet maken, wordt het nog lastiger. Laat staan dat je meerdere spiegels gebruikt…. Dan wordt het nagenoeg onmogelijk om met deze modules een systeem te bouwen zonder speciaal ophangsysteem waarbij de modules af kunt stellen.

Specificaties
– Ingangsspanning: 5V DC
– Ingangsstroom: 30mA
– Golflengte: 650nm
– Laservermogen : 5 mW (KY-008)

De Lichtgevoelge weerstand (LDR) module
De 3 pins LDR-sensormodule wordt gebruikt om de aanwezigheid van licht te detecteren / de intensiteit van het licht te meten. De uitvoer van de module wordt LAAG in de aanwezigheid van licht en wordt HOOG bij afwezigheid van licht.

De gevoeligheid van de signaaldetectie kan worden aangepast met behulp van een potentiometer. De LDR sensor module is ook beschikbaar in een 4 pins uitvoering. Pin 4 is dan de analoge uitgang die de waarden van de intensiteit van het licht weergeeft. In deze tutorial maken we hier geen gebruik van.

Specificaties
– Voeding (Vcc) : 3,3V – 5V (Voor GPIO wordt 3,3V geadviseerd)
– Uitgang Type : Digitaal – Logica HOOG of LAAG.
– Indicatoren : Voeding (groene LED) en uitgangsindicator D0 (groene LED)
– De gevoeligheid van het schakelmoment kan worden aangepast met behulp van de potentiometer.

Laserdiode en LDR module gemonteerd voor eenvoudige afstelling

Afstellen van de drempelwaarde
Om de sensor te kunnen gebruiken zullen we hem af moeten stellen. We doen dit op het licht dat momenteel in de ruimte is.
– Verbind de Vcc en de GND van de sensor module respectievelijk met de 3,3V en de GND (ground) van de headerpinnen van de Raspberry Pi. Als het goed is brand ten minste een van de twee LEDs. Het kan ook zijn dat beide LEDs branden.
– Neem een kleine schroevendraaier en draai de potmeter zo dat de indicator LED net aanblijft. Met de klok mee draaien vergroot de gevoeligheid voor de intensiteit van het licht.

Digitaal uit (D0)
LED uit = HOOG
LED aan = LAAG

Je kunt controleren of de sensor module goed ingesteld is door de LDR sensor te bedekken. Als het goed is gaat nu de indicator LED uit. Haal je je hand weg, dan gaat de LED weer aan.

Aansluitschema
De modules worden als volgt met de Raspberry Pi verbonden worden. Vanwege afstand die de laserdiode tot de LDR module heeft, is het waarschijnlijk praktischer om deze een aparte 5V-voeding te geven.

Zo nodig kan je op GPIO pin 18 en 22 twee LEDs (ieder met een 330Ω serieweerstand) aansluiten die naast de uitkomst in de terminal de status van de sensor aangeven. Pin 22 vertegenwoordigt hierbij het ALARM signaal en kan bijvoorbeeld ook een 5V (stuur)relais zijn die een zwaardere last zoals een (zwaai)lamp, een garagedeur of een sirene in beweging zet.

Aansluittabel om de 3 onderdelen met elkaar te verbinden

Let op!
Veel hobby-isten voeden de LDR-module met 5V. Dat betekent dat de logische uitgang van de module ook 5V is. Voor een testopstelling zal dit prima werken, maar 5V is teveel om de GPIO voor langere tijd aan te sturen. Gelukkig is de GPIO robuust, maar ik adviseer om de GPIO met 3,3V aan te sturen, al dan niet met een pull-weerstand. 3,3V is de I/O-spanning waarop de poort ontworpen is en waarmee het inleest en uitstuurt. In deze tutorial stuurt de module 3,3V uit, maar als dit niet anders kan gebruik dan een levelshifter die de logische spanning (bi-directioneel) naar het juiste niveau (3,3V) omzet.

Het Python script
Om de GPIO poort uit te lezen is in de basis maar een klein python script nodig. Ik heb er wat extra’s aan toegevoegd om het meer een ‘Security Tripwire’ van te maken. Wees vrij om er iets naar jou smaak van te maken.

Je kunt de code opstarten met python trip.py. Met Ctrl-c stopt het script.

Have A Nice Day!