Дипломная работа: Охоронна сигналізація з GSM-каналом

Дипломная работа: Охоронна сигналізація з GSM-каналом

Вступ

Системи охоронної сигналізації є найбільш традиційними та поширеними засобами, що використовуються для охорони будинків, квартир, офісів. Основне призначення охоронної сигналізації - виявлення несанкціонованого проникнення у взяті під охорону приміщення, і як наслідок, забезпечення цілісності майна.

Охоронна сигналізація дозволяє контролювати і сповіщає про такі процеси що відбуваються в об'єкті, взятому під охорону:

– руйнування вікон, стін, перекриттів;

– відкриття дверей і вікон;

– пересування людей всередині приміщень.

Сьогодні на ринку охоронних сигналізацій представлено безліч різних варіантів, які відрізняються не тільки багатофункціональністю й зовнішнім виглядом, але й ціною.

Види систем охоронної сигналізації:

– охоронна система, яка у випадку спрацьовування будь-якого датчика активує сирену або строб-спалах;

– система сигналізації з підключенням до телефонної лінії. При появі сигналу тривоги по телефонній лінії передається заздалегідь записане голосове повідомлення на запрограмовані телефонні номери;

– система охоронної сигналізації з підмиканням до центру спостереження (пультова охорона). Всі сигнали тривоги надходять на пульт централізованого спостереження. Оператор, отримавши інформацію від охоронної системи, вживає необхідних заходів.

– GSM сигналізація. Охоронна сигналізація при спрацьовуванні датчика відправляє сигнал тривоги як SMS повідомлення на мобільний телефон.

Всім охоронним системам, за винятком останньої, притаманний ряд недоліків:

1) немає можливості оповіщення користувача про тривогу, якщо його немає біля охоронного об'єкта - дана система виконує лише «відлякувальну» функцію.

2) система сигналізації з відімкненням до телефонної лінії. Телефонну лінію можна обрізати. Можливі також і інші пошкодження телефонної лінії - дана система не автономна.

3) пультова охорона, як і попередня, з'єднується з пультом охорони за допомогою дротів; при пошкодженні дротів система перестає працювати.

Виходячи з цього, розробка засобів контролю за віддаленими об'єктами на основі технології GSM охорони є перспективним і актуальним завданням.

Метою даної роботи є розробка автономного недорогого універсального охоронного пристрою, виконаного на сучасній елементній базі, який призначений для цілодобової охорони об'єктів різного призначення: офісів, дач, квартир, гаражів, складів і т. п.

Завданнями даної роботи є: проведення розрахунків, які підтверджують працездатність пристрою й подальшу його експлуатацію; розробка принципової схеми і друкованої плати; визначення економічних параметрів.

1. Порівняльний аналіз розроблювального пристрою з аналогами

З розвитком послуг стільникового зв'язку все більше розповсюдження отримують GSM сигналізації. Перевага GSM сигналу над звичайним радіосигналом у тому, що радіосигнал є обмеженим по дальності зв‘язку, станція випрацювання такого сигналу має великі розміри, а отже, енергоємна і залежить від електропостачання. Разом з тим, GSM джерело має розміри мобільного телефону і може працювати від акумулятора, а дальність поширення такого сигналу обмежується лише можливостями вашого мобільного оператора.

Суть такої охоронної системи полягає у використанні вже наявного GSM каналу будь-якого стільникового оператора для передачі сигналів тривоги у вигляді SMS або голосу на телефон абонента, а можливо і групи абонентів. Велика кількість подібних каналів сигналізації дозволяє довідатися про стан параметрів об'єкта охорони: від активності об'єктів до температури і атмосферного тиску на ділянці охорони.

Принцип роботи охоронної GSM сигналізації: на об'єкті, що охороняється встановлюється комплект охоронної сигналізації, який оснащується GSM модемом або мобільним телефоном. При виникненні ситуації тривоги контрольна панель активізує цей модем, і далі можливі три результати:

1. Передача SMS.

В процесі налаштовування системи в GSM модем заносять sms-повідомлення, які будуть передані на запрограмований номер телефону згідно з заздалегідь визначеними ситуаціями, наприклад, «Тривога», «Відсутність мережного живлення», «Пожежа», «Витік води» і ін.

Причому для кожної події можна запрограмувати своє повідомлення. Отримавши таке sms-повідомлення, власник буде точно знати, що сталося на об'єкті охорони: тривожна ситуація або, наприклад, витік води.

2. Дзвінок на мобільний телефон.

Це мабуть, «найбюджетніший» варіант використання системи. У випадку тривоги, наприклад, відкриття вхідних дверей під час перебування системи в режимі «ОХОРОНА», модем робить дзвінок на Ваш мобільний телефон. На екрані телефону відображається номер абонента, що викликається, яким є охоронна система. Вам відразу стає зрозуміло, що відбулася позаштатна ситуація, але без подальшої деталізації.

Оскільки сьогодні оператори стільникового зв'язка пропонують велику кількість тарифів без абонентської плати, то можна не піклуватися про стан рахунку. Адже немає необхідності піднімати трубку.

3. Голосовий виклик.

Якщо необхідно отримувати голосові повідомлення по спрацьовуванню охоронної системи, то додатково знадобиться голосовий модуль, у який заздалегідь надиктовуються повідомлення про тривогу. При реалізації такої схеми GSM модем буде виконувати функції емалювання дротової телефонної лінії.

GSM – модем працює разом з «класичною» системою охоронної сигналізації, тобто він є доповненням до системи, а це спричиняє додаткові витрати.

Оскільки купівля GSM-Модему вимагає витрат, то замість нього можна використовувати мобільний телефон, який виконує такі ж функції, має менші габарити і доступну ціну.

Система охоронної сигналізація включає:

·  датчики;

·  виконавчі пристрої.

Датчик - чутливий елемент, що перетворює контрольований параметр в електричний сигнал.

Особливість датчиків для систем охоронної сигналізації та, що вони реєструють, в основному, неелектричні величини. Вимірювання неелектричних величин - досить складне завдання і при цьому датчики мусять забезпечувати високу надійність і вірогідність контролю.

Датчики об'єднуються в зони. Під зоною розуміють один або кілька датчиків, що охороняють певний об'єкт або ділянку об'єкта.

У системах типу «охоронна сигналізація» використовуються датчики наступних типів:

·  пасивні інфрачервоні датчики руху;

·  датчики розбивання скла;

·  активні інфрачервоні датчики руху і присутності;

·  фотоелектричні датчики;

·  мікрохвильові датчики;

·  ультразвукові датчики;

·  вібродатчики;

·  датчики температури;

·  датчики наявності пару і газу;

·  магнітні (герконові) датчики;

·  шлейфи.

Пульт-Концентратор - центральний пристрій системи типу «охоронна сигналізація». Він виконується на базі мікроконтролера. Всі функції системи обумовлюються програмою мікроконтролера. Параметри програми задає користувач, залежно від його повноважень, зі спеціального пульта.

Існують різні способи постановки / зняття охорони: дистанційно, радіо брелоками, електронними ключами Touch Memory, Proximity, магнітними картами, простими кнопками.

Електронні ідентифікатори Touch Memory являють собою мікросхему, розміщену в міцному корпусі із нержавіючої сталі. Аутентифікація (розпізнання) користувача випрацьовується за унікальним і незмінним для кожної карти кодом завдовжки 48 біт.

Недоліки: незважаючи на наявність унікального 48-бітного коду, який

теоретично унеможливлює підробку Touch Memory, в той же час існують програми, що дозволяють у найкоротший строк здійснювати копіювання цього виду електронних ключів. Подібні програми (в поєднанні зі вмонтованою у корпус Touch Memory програмувальною мікросхемою) використовуються сьогодні численними пунктами, які пропонують «виготовити копію електронних ключів».

Магнітні карти є пластиковими картками стандартних розмірів.

Недоліки: чутливі до забруднення, впливу магнітних полів, нагрівання, механічних ушкоджень. При багаторазових зчитуваннях відбувається поступове стирання магнітного шару. Досвід експлуатації виявив слабкість пристроїв для зчитування магнітних карт і карт зі штриховим кодом.

Незважаючи на сучасність і простоту, використання таких ідентифікаторів вимагає додаткових заходів обережності: зберігання має здійснюватися так, як і зберігання звичайного ключа від квартири (з якого можна зняти зліпок) або банківської карти (унікальний код якої можна зчитати).

На відміну від цих методів постановки / зняття охорони, використання звичайної кнопки керування (КК), що розміщується на території, яка охороняється, є досить простим і надійним.

Прокладку дротів від блоку керування до КК слід виконувати прихованою, бо обрив дроту порушує працездатність пристрою. Оскільки обірвати дріт можна тільки перебуваючи усередині охоронного приміщення, що вимагає відкриття дверей, чи вікон - моментально спрацює паралельна ланка охоронної сигналізації.

Розроблена охоронна сигналізація є універсальним, недорогим пристроєм і не поступається за своїми функціями й можливостями таким аналогам як: комплект GSM сигналізації «GSA-04 стандарт» і «GSA-04 економ», GSM сигналізація на базі МК PIC16F628A, Сталкер-5 (C60).

2. Розробка структурної схеми сигналізації

Охоронну сигналізацію з GSM-каналом можна розділити на такі структурні блоки, які й будуть складати структурну схему даного пристрою:

– кнопка керування;

– мікроконтролер AT89C 2051–24PI, ATTINY2313;

– датчики;

– перемикачі;

– сирена, зовнішній маяк;

– мобільний телефон з GSM-каналом.

Однократне натискання кнопки керування й утримання протягом 1…2 с запускає систему.

Даний пристрій містить два мікроконтролери, що дозволяє виконувати призначені функції кожним з них, незалежно один від одного.

Мікроконтролер AT89C 2051–24PI виконує основні функції по звіту часу на вхід Т1, на вихід Т2, тривалість звучання сирени Т3.

Ці параметри встановлюються за допомогою перемикача SA 1–4 на платі пристрою.

Два з‘єднувальні шлейфи і герконові датчики встановлені на вікнах і вхідних дверях приміщення, що охороняється. При порушенні цілісності одного або кількох шлейфів сигналізації (наприклад, розмикання герконового датчика) приводить до вмикання низькочастотного звукового сигналу і активує другий мікроконтролер, що виконує функцію розсилання sms-повідомлень або робить телефонні дзвінки на запрограмовані номери.

Сирена (звуковий оповісник) ПКІ-1 забезпечує тривалу подачу голосного звукового сигналу (100…105 дБ). Зовнішній світлодіод «Маяк» сигналізує про режими роботи охоронного пристрою (горить безперервно в режимі «Охорона» і перервно - у режимі «Тривога»).

2.1 Принцип роботи охоронної сигналізації

Охоронний пристрій забезпечує вмикання низькочастотного звукового сигналу стандартної п’єзокерамічної сирени ПКІ-1 при порушенні цілісності одного або кількох шлейфів сигналізації (розмиканні герконового датчика). Перед початком роботи слід встановити необхідні для користувача часові параметри (час на вхід Т1, час на вихід Т2, тривалість звучання сирени Т3). Ці параметри встановлюють за допомогою перемикача SA 1–4 на платі пристрою відповідно з таблицею 2.1.

Користувач, залишаючи охоронний об'єкт, вмикає систему однократним натискуванням і витримкою протягом 1…2 с кнопки керування КК1. При цьому лунає короткочасний (0,5с) звуковий сигнал, що підтверджує готовність пристрою до роботи (початок постановки в режим «Охорона»). Потім із затримкою на час Т2 (таблиця 2.1) пристрій автоматично переходить в режим «Охорона». Під час затримки пристрій не реагує на стан датчиків шлейфів сигналізації, тому користувач може безперешкодно покинути охоронний об'єкт. По витоку часу Т2 пристрій перевіряє стан шлейфів і, якщо вони перебувають у нормально-замкнутому стані, подає три сигнали сирени (включення режиму «Охорона»).

Якщо хоча б один зі шлейфів розімкнений, пристрій не переходить у режим «Охорона», подаючи поодинокі звукові сигнали. Якщо всі вікна й двері в приміщенні, що охороняється, зачинені - пристрій переходить в режим «Охорона», сигналізуючи про це трьома звуковими сигналами.

При розмиканні будь-якого датчика лунає звуковий сигнал протягом 0,5 с. Далі, із затримкою Т1 (таблиця 2.1), пристрій переходить у режим «Тривога» і видає потужний звуковий сигнал з рівнем 100…105 дБ. Під час зазначеної затримки або в режимі «Тривога», користувач може виключити сирену, натискаючи й утримуючи протягом 1…2 с кнопку керування КК1, розташовану в прихованому місці. У цьому випадку лунає двократний сигнал, який свідчить про те, що пристрій знято з режиму «Охорона». Разом із сиреною при спрацьовуванні датчика відбувається відправлення СМС і дзвінок на певний номер.

Таблиця 2.1. Установка режимів роботи

Конфігурування телефону:

а) в першій комірці телефонної книги на sim-карті необхідно записати номер, з яким буде працювати охоронна система (відправляти на нього sms, телефонувати, вмикатися і вимикатися при скиданні виклику тільки із цього номера);

б) в комірках з 1-ї по 8-у на sim-карті необхідно записати sms-повідомлення, які будуть відправлятися при спрацьовуванні певного датчика (в першій комірці - SMS першого датчика, у другий - другого і т.д.).

Якщо спрацьовування датчиків відбулося з вини зловмисників, сигнал тривоги буде тривати встановлений час Т3 (таблиця 2.1).

Оскільки пристрій працює на базі двох МК, які забезпечують незалежну роботу сирени й відправлення sms-повідомлень або телефонних дзвінків, то за відсутності зовнішнього живлення пристрій може продовжувати свою роботу:

·  живлення МК ATTINY2313 може здійснюватися від кожного із двох джерел: від акумулятора GSM-телефону або від зовнішнього живлення.

·  При наявності зовнішнього живлення від нього живиться МК і заряджається акумулятор мобільного телефону, а при відсутності зовнішнього живлення МК живиться від акумулятора мобільного телефону. Тому, короткочасні перебої електроенергії (до 2 днів) на роботу GSM сигналізації не впливають. Чим більша ємність акумуляторної батареї, тим довше GSM сигналізація здатна зберігати свою працездатність за відсутності зовнішнього живлення;

·  МК AT89C2051 що живиться від вбудованого пристрою з постійною напругою 9 В, забезпечує надійну цілодобову роботу пристрою протягом одного-двох місяців без заміни елементів живлення; рівень звукового тиску: 100…105 дБ при напрузі джерела живлення 9 В.

В режимі «Охорона» споживанням струму мале, тому необхідність заміни батарей виникає приблизно через 1…2 місяці експлуатації охоронного пристрою. Пристрій має два вбудованих світлодіоди, які працюють тільки при наявності зовнішнього живлення 12В: світлодіод «Мережа», що сигналізує наявність живлення, і світлодіод «Маяк», що сигналізує про режими роботи охоронного пристрою (горить безупинно в режимі «Охорона» і переривчасто - в режимі «Тривога»). Передбачені клеми для підмикання зовнішнього світлодіоду «Маяк».

2.2 Встановлення охоронної сигналізації

Пристрій бажано розміщувати на висоті ~ 2,5 м, щоб зашкодити навмисне виведення його з ладу зловмисниками. При розміщенні звукового блоку зовні охоронного об'єкту, слід унеможливити прямий вплив на нього атмосферних опадів. Мобільний телефон не обов'язково розміщувати поруч із охоронним пристроєм, дроти, що йдуть до телефонного апарату, не слід робити довшими ніж 30 см. Телефон можна помістити в металевому боксі разом із сигналізацією так, щоб власник мав до нього доступ і міг при потребі поміняти або записати новий номер телефону.

Кнопку керування КК1 необхідно помістити в прихованому, але доступному місці. Прокладку дротів від блоку керування до кнопки КН1 необхідно також виконати прихованою, оскільки обрив дротів порушує працездатність пристрою.

Герконові датчики встановлюють на коробках дверей і на віконних рамах, а магніти - на дверях і вікнах так, щоб при зачинених дверях (вікнах) відстань між датчиком і магнітом не перевищувала 1…3 мм, а при відчинених - ця відстань була більш ніж 2 см. Всі охоронні датчики включаються послідовно.

При необхідності встановлення великої кількості датчиків можна використовувати кінцеві вимикачі, герконові датчики інших типів, тонкого дротового шлейфу, фольги, що працюють «на розрив. Для шлейфу застосовують дріт ПЭВ, ПЭЛ діаметром 0, 05…0,3 мм.

2.3 Умови експлуатації охоронної сигналізації

– температурний діапазон - від – 40 до +40 оС;

– вологість не більше 90% при температурі 25 оС.

2.4 Технічні характеристики

·  напруга живлення: 9 В (батарея типу «Крона»);

·  споживаний струм у режимі «Охорона»: не більше 200 мкА;

·  споживаний струм у режимі «Тривога»: не більше 30 мА;

·  рівень звукового тиску: 100…105 дБ при напрузі джерела живлення 9 В;

·  тип використовуваних датчиків: геркони;

·  індикація живлення 12 В «Мережа», індикація режиму охорони й тривоги «Маяк» (тільки за наявності зовнішнього живлення;

·  GSM-Канал.

3. Розробка принципової схеми сигналізації

3.1 Вибір мікроконтролера

Основним функціональним елементом пристрою є мікроконтролер.

Основні функції, здійснювані мікроконтролером:

-  відлік часу (для даного пристрою час на вхід, на вихід і на звучання сирени);

-  приймання команд, що надходять від перемикачів.

Проаналізувавши функції, виконувані мікроконтролером, до нього можна висунути такі вимоги:

-  тактова частота мікроконтролера повинна бути достатньою для нормальної роботи всієї системи;

-  вихідні струми й напруги на виводах мікроконтролера повинні бути достатніми для керування індикатором;

-  загальна кількість виводів мікроконтролера повинна бути достатньою, для забезпечення керування всіма елементами, що входять до складу пристрою, робота яких керується мікроконтролером. [1]

Також мікроконтролер повинен відповідати низці другорядних вимог:

-  мікроконтролер повинен мати мале енергоспоживання;

-  об'єм пам'яті програм повинен вміщувати програмний код;

-  обсяг оперативної пам'яті має бути достатнім для коректної і швидкої роботи пристрою;

Враховуючи всі перераховані вимоги, для використання в нашому пристрої можна розглянути три мікроконтролери - це PIC16F84A, AT89C51 і PIC16C505 [2].

Для остаточного вибору мікроконтролера скористаємося методом вибору з використанням матриці нормованих параметрів. Для цього слід обрати основні характеристики, за якими будемо здійснювати порівняння обраних мікроконтролерів. В нашому випадку для порівняння доцільно використовувати такі параметри:

-  вихідна напруга рівня логічного нуля ;

-  вхідні напруги рівня логічного нуля ;

-  число ліній вводу / виводу мікроконтролера ;

-  вартість.

Складемо таблицю, у якій будуть зазначені значення всіх потрібних параметрів для трьох обраних мікроконтролерів (таблиця 3.1).

Таблиця 3.1 – Основні параметри мікроконтролерів

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7