ETOVЗапорожьеЧП ДмитренкоСтатьиОхранная GSM-сигнализация для дома, дачи, гаража (Часть 1)
Контакты

Охранная GSM-сигнализация для дома, дачи, гаража (Часть 1)

Введение

 В настоящее время существует множество схем и конструкций приборов сигнализации с поддержкой GSM-функций. Они описаны во многих журналах, есть и в Интернете. Но практически у всех их при детальном рассмотрении всплывает одна особенность: а прошивка-то – демонстрационная! Если хочешь пользоваться на все сто – плати! И сразу пропадает желание пользоваться таким прибором, а в некоторых случаях – даже покупать такие журналы, превращающиеся в обычные рекламные листки радиотехнического профиля…

 Описываемый ниже прибор является охранной сигнализацией с дополнительными GSM-функциями, притом, модуль GSM – встроенный, мобильные телефоны не требуются. Схема не представляет особой сложности для современного радиолюбителя, кроме того, давно налажено производство печатных плат к прибору и прочей периферии. И, самое главное: прошивка – полнофункциональная, никаких демонстрационных версий!

 Данный проект постоянно развивается и совершенствуется. Уже готовы пульты дистанционного управления на ИК-лучах, клавиатурный блок управления, приемник DTMF-команд, блоки питания с контролем заряда аккумуляторной батареи, прочие сопутствующие элементы. Также существует программа микроконтроллера для работы в качестве автомобильной сигнализации автономной или дополнительно с уже установленной. В ближайших планах: устройство управления на ключах TouchMemory, радиопульты.

 Назначение и основные функции прибора.

 Наблюдение за состоянием четырёх шлейфов сигнализации (ШС) во всех режимах работы, кроме режима «Программирование», и отображения состояния шлейфов при помощи светодиодных индикаторов, расположенных на передней панели прибора (свечение индикатора – «шлейф в нормальном состоянии», в другом случае – присутствует обрыв или замыкание шлейфа сигнализации).

 В шлейфы сигнализации могут быть включены:

сигнализаторы магнитоконтактные (герконы СМК, СОМК);

извещатели типа «Фольга», «Окно»;

извещатели пожарные (ИП-104, ИП-105);

датчики движения, объема, бития;

прочие датчики, имеющие замкнутый выход в нормальном состоянии, и размыкающие контакты при нарушении.

 Поддержка прибором следующих типов зон (шлейфов) сигнализации: 

«нормальная» (сигнал «Тревога» формируется сразу при поступлении сигнала нарушения целостности шлейфа сигнализации, шлейф после срабатывания не восстанавливается);

«с задержкой» (пользователю предоставляется время на выход и на вход, чтобы можно было успеть включить прибор и покинуть объект или вскрыть объект и отключить прибор);

«коридор» (при срабатывании зоны и дальнейшем её возвращении в нормальное состоянии данный тип зоны снова берется под охрану);

 «круглосуточная, пожарная» (шлейф сигнализации постоянно под охраной, снятие и взятие производится при помощи специальной SMS-команды);

«круглосуточная, тревожная кнопка» (шлейф сигнализации постоянно под охраной, снятие и взятие производится при помощи специальной SMS-команды, при срабатывании шлейфа производится только дозвон, отправка SMS-сообщения о саботаже, сирена при этом не включается);

«отключена» (система не реагирует ни на какие изменения на входе ШС).

 Включение режима «Охрана» при помощи «скрытой», или «секретной» кнопки, «секретного» переключателя (вместо которого может быть использованная клавиатура с замыкающими контактами, типа «Satel»), пульта дистанционного управления, ключа TouchMemory (Dallas) или дополнительной клавиатуры, в зависимости от прошивки контроллера. Описываемая здесь прошивка использует только «секретный» переключатель, остальные версии будут рассмотрены позже.

 Поддерживается два режима работы прибора:

сигнализация GSM (GSM-терминал подключен и с ним осуществляется обмен данными);

автономная сигнализация (GSM-терминал не участвует в работе системы, устройство работает как автономная сигнализация).

 Снятие с охраны и постановка под охрану при помощи звонка с определенного телефона (может быть отключено) с передачей соответствующего SMS о состоянии системы.

 Передача подтверждающего sms-сообщения при взятии объекта под охрану (может быть отключено).

 Формирование сигнала «Тревога» (включение сирены, передача данных «тревоги» на мобильный телефон) при нарушении целостности («обрыв» или «замыкание») хотя бы одного из шлейфов сигнализации.

 тправка SMS-сообщений и автодозвон на три мобильных или стационарных (если поддерживается поддержка SMS-функций оператором связи) номера телефонов.

 Перевод прибора в режим «Снят с охраны» при помощи только пульта дистанционного управления,  клавиатуры, путем приема SMS-сообщения с мобильного номера 1 и(или) дозвона с этого номера (может быть отключено), а также «секретного» переключателя, в зависимости от прошивки контроллера.

 Возможность дистанционного управления устройством путем передачи SMS-сообщений определенного содержания (может быть отключена).

 Возможность прослушивания охраняемого объекта путем звонка на номер SIM-карты системы (при наличии внутреннего микрофона в GSM-терминале, также может быть отключена).

 Программирование основных функций и параметров прибора (номера телефонов, время задержки, время работы сирены и т.д.) при помощи компьютерной программы Lite Programmer в режиме «Программирование» прибора. При этом выход СОМ-порта компьютера (выводы RxD и TxD) подключаются к соответствующему разъёму прибора сигнализации с помощью специального кабеля.

 Подача прибором определенного сигнала пользователю о недостатке средств на счету мобильной карты.

 Подача прибором определенного сигнала пользователю об отсутствии сигнала связи с мобильной станцией.

 Передача сигнала SMS при пропадании питающего напряжения сети (220В) в режиме "Охрана" (может быть отключено).

 Применение встроенного модема GSM позволяет обойтись без лишних блоков и подключений, а также повысить совместимость и стабильность связи GSM-канала.

 Программированная реакция силового реле: включение реле только в режиме "Тревога" на установленное пользователем время (от 60 до 240 секунд).

 Использование оригинального протокола передачи данных ИК-излучения пультом дистанционного управления для управления устройством и пультом радиоизлучения, а также оригинальная кодировка данных, поступающих с клавиатуры.

 При поступлении некоторого количества не занесенных в память контроллера кодов пульта дистанционного управления прибор формирует сигнал «Саботаж», с целью исключения подбора кодов пульта злоумышленниками.

 В качестве пультов ДУ применяются пульты с кодом, характерным только для определенного набора, вариантов кодов, при этом существующих вариантов кодов – около 3 млрд., что существенно затрудняет подбор. 

 Имеется возможность контроля прибором напряжения питания сети и напряжения аккумуляторной батареи, при этом при пропадании и появлении напряжения сети отсылаются соответствующие SMS-сообщения. Также при понижении напряжения питания резервного источника (аккумулятора) ниже заданного уровня (8-9В) отсылается сообщение, после чего прибор переходит в «спящий» режим, выход из которого возможен только при возобновлении питания (сетевого или аккумуляторного).  

 Отправка SMS-сообщения на мобильный номер 1 при поступлении входящих звонков с указанием входящего номера (может быть отключена).

 Прибор позволяет осуществить коммутацию внешних звуковых или световых оповещателей (звонок, сирена, лампа) с рабочим напряжением до 250В и потребляемой мощностью до 200Вт.

Прошивка микроконтроллера, описанная в данной статье, предназначена для работы устройства совместно с «секретным» переключателем, а также включения-отключения прибора при помощи дозвона и отсылки SMS-сообщений. Остальные варианты исполнения устройства будут описаны в следующих материалах, при наличии, естественно, читательского интереса.

 Полную инструкцию по эксплуатации и программированию прибора можно скачать здесь – [2].

 Технические характеристики

 Количество шлейфов сигнализации – 4.

 Сопротивление выносного элемента (оконечного), кОм – 2,7.

 Максимальное сопротивление шлейфа охраны без учета сопротивления выносного элемента, Ом – 750.

 Напряжение питания сети переменного тока, В – 220 (110…260 при использовании импульсного источника питания)

 Напряжение питания постоянного тока, В – 12 (8…17, без использования аккумулятора резервного источника питания; 8…25 если не используются АКБ и активные датчики сигнализации).

 Потребляемая мощность от сети переменного тока, в следующих режимах работы (без подключенных активных датчиков сигнализации), не более:

-           «дежурный», без использования GSM-модуля – 6 Вт;

-           «дежурный», при использовании GSM-модуля – 11 Вт;

-           «охрана», при использовании GSM-модуля – 12 Вт;

-           «тревога», при использовании GSM-модуля и отключенной сирене – 16 Вт;

-           пиковое потребление – 43 Вт.

 Потребляемый ток от источника постоянного тока (без подключенных активных датчиков сигнализации), при напряжении 12,6 В, в следующих режимах работы, не более:

-           «дежурный», без использования GSM-модуля – 0,16 А;

-           «дежурный», при использовании GSM-модуля – 0,23 А;

-           «охрана», при использовании GSM-модуля – 0,28 А;

-           «тревога», при использовании GSM-модуля и отключенной сирене – 0,34 А;

-           пиковое (импульсное) потребление – 1,8 А.

 Поддерживаемые стандарты GSM: 900/1800/1900 MHz.

 Максимальный размер текстового сообщения SMS, символов – 85 (при использовании латиницы в сообщениях).

 Пределы установок времени:

-           Время задержки на вход – 0…150 секунд;

-           Время задержки на выход – 0…250 секунд;

-           Время работы сирены – 30…250 секунд.

 Описание схемы электрической принципиальной модуля

 Схема электрическая принципиальная устройства приведена на рисунке 1. На одной плате, для удобства и минимизации общих размеров устройства, объединены три устройства: блок микроконтроллера, модуль GSM, преобразователь RS232-UART для обмена данными с компьютером в режиме программирования. Нумерация элементов на схемах – цифра перед порядковым номером элемента соответствует номеру модуля. В связи с тем, что в дальнейшем планируется использование дополнительной периферии – клавиатур, различных пультов ДУ, приемников TouchMemory, каждому блоку будет присваиваться своя, «фирменная», цифра перед порядковым элементом.

Схема устройства отличается сравнительной простотой и относительной стандартизацией элементной базы, то есть все комплектующие можно купить в ближайшем радиомагазине. 


Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная устройства сигнализации GSM

 Все установки и функции приборов программируются с помощью специального программного обеспечения, что исключает возможность перепрограммирования на объекте, в том числе и с криминальной целью. Это касается в первую очередь магазинов и прочих учреждений с массовым потоком людей. По этой причине, а также – из жизненного опыта, я категорически против возможности программирования устройств сигнализации GSM с помощью установок SIM-карты! Хотя это порой и бывает очень неудобно…

 Ядром системы сигнализации является микроконтроллер ATmega168 производства известной фирмы Atmel Corp. Это довольно известные микроконтроллеры, поэтому не будем заострять внимание на принципе их работы или архитектуре. Микроконтроллер контролирует состояния шлейфов сигнализации, подключенных ко входам АЦП, и, в зависимости от режима работы, осуществляет дальнейшие действия, как то: дозвон и отсылку SMS-сообщений, включение реле сирены, и т.д.

 Входы АЦП PC0-PC3 предназначены для контроля состояния шлейфов сигнализации, МК производит измерение напряжения на этих выводах, и, в зависимости от напряжения, формирует сигнал «обрыв», «норма» или «замыкание». На PC5, PC6 подаются напряжения с выхода блока питания для контроля значений. Кстати, если эти вывода не будут подключены, устройство не запустится!

 В качестве GSM-модуля выбран широко известный модуль SIM300 производства китайской фирмы SimCom. Он давно зарекомендовал себя как более-менее надежный модуль, и всё чаще и чаще применяется в различных радиолюбительских устройствах. В данной схеме он используется в стандартном включении, без каких-либо «изысков». Для питания модуля применен импульсный стабилизатор напряжения на микросхеме LM2576T-ADJ. Возможно применение LM2596-ADJ для еще большей минимизации печатной платы, но она дороже, и поэтому мной не применялась.

 Транзисторы 2Q2…2Q4 предназначены для согласования низковольтных (не более 2,7В) портов модуля GSM  с высоковольтными (5В) портами микроконтроллера. От этих элементов вообще можно отказаться, намного упростив схему. Для этого общее питания схемы нужно уменьшить до 2,7…3В, поставив вместо 1IC2 соответствующий стабилизатор напряжения. Но в этом случае может «всплыть» другой минус: при таком низком напряжении питания любая наводка в шлейфе сигнализации может привести к ложным срабатываниям. Поэтому шлейфы не рекомендуется делать слишком большими по расстоянию.

 В схеме используются контрольные светодиоды: 1LED1 – контроль работы системы (в рабочих режимах моргает с частотой 3-5 раз в секунду, в режиме программирования горит постоянным светом), 2LED1 – контроль работы модуля GSM (при наличии связи и работы модуля моргает с частотой 1 вспышка в течении 2-3 секунд, в остальных случаях имеются проблемы со связью или с самим модулем). Кроме этого, к выводам OUT_I1…OUT_I4 подключаются светодиоды контроля состояния шлейфов сигнализации (OUT_I1…OUT_I4 – катоды, +5V – общий анод). KEY_S – собственно, сама «секретная» кнопка или переключатель. SPEAKER – разъем для подключения динамика, он может быть на любое сопротивление, мощность не менее 0,25 Вт.

 рименяемые элементы и комплектующие как отечественного, так и импортного производства. Список довольно широк, всё зависит от того, какие размеры печатной платы предполагаются. Мной разработана печатная плата с применением SMD элементов, поэтому перечень ограничен. Если читателем предполагается использовать плату иной разработки, собственной, то можно использовать, например, резисторы МЛТ-0,125 или любые прочие, транзисторы 1Q1, 1Q2 КТ3102, КТ315, КТ502, КТ815 (это даже лучше, так как мощность встроенного динамика увеличится в несколько раз, только нужно исключить резистор 1R18). 1Q3 – КТ3102, КТ361 и аналогичные. Диоды – КД521, КД522, стабилитроны на 5В – КС147, КС156. Микроконтроллер – ATmega168, в любом корпусе. Вместо логической микросхемы 74257 возможно применение 74HC257, 74HCT257, 74HC157, и даже К555КП11. 3IC1 – ST232, MAX232.

 К модулю GSM есть возможность подключить микрофон и(или) громкоговоритель, для этого тоже предусмотрен специальный разъем.

Можно также применить внешний преобразователь USB-UART (например, на основе известной ИМС FT232), и вообще исключить из схемы модуль RS323-UART на микросхеме ST232.

 Отдельно стоит поговорить о применяемом модуле. Мной был применен SIM300D (SIM300DZ), для минимизации размеров устройства в целом, хотя можно применять и SIM300C, только придется переразводить печатную плату. На момент написания данной статьи фирмой SimCom, производящей данные модули, было объявлено о снятии производства модулей серии SIM300 до конца 2010 года, и рекомендовано в последующих разработках применять новые модули – SIM900, для тех же, кто создавал проекты на основе SIM300D будет временно выпускаться переходная модель – SIM900D. Это повыводный аналог SIM300D, но на базе SIM900. Как только появится в свободной продаже модуль SIM900, автором тот час же будет произведена замена его в данной разработке, о чем читателям будет сообщено дополнительно. Еще одна радостная объявленная SimCom новость: модуль SIM900 будет стоить дешевле SIM300D. Что ж, будем ждать…

 В остальном схема, мне кажется, пояснений не требует, назначение выводов описано. Скажу лишь, что, как оказалось, микросхема ATmega168 – очень «нежный» микроконтроллер, не выдерживающий повышенного напряжения на входах, а также коротких замыканий на выводах. В процессе испытанный было отправлено в утиль несколько МК из-за невнимательности при сборке и монтаже, и именно по причине КЗ («сопли» на печатной плате). Поэтому будьте внимательны!

 Печатная плата устройства собрана на основе двухстороннего текстолита, имеет размеры 108х82 мм. Желательно с металлизацией отверстий, иначе будет много хлопот и проблем. Конечно, можно развести и одностороннюю плату, но ставилась цель – минимизация. Также применены SMD-элементы, аналоги описанных. В инструкции по эксплуатации и программированию подробно описано назначения контактов на плате, опишем их и здесь.


Рисунок 2 – Назначение разъемов на печатной плате устройства

Ниже, в таблице, приведено назначение каждого контакта на плате. Следует заметить, что мы описываем здесь только прибор, работающий с «секретным» переключателем, и входы для подключения прочих устройств (пультов ДУ, клавиатур и т.д.) являются пока незадействованными.

Наименование

разъёма

Контакт

Назначение контакта

Подключение ПК,

порт RS232C

1

Вход TX RS232C

2

Вход RX RS232C

3

Вход GND RS232C

Разъем подключения шлейфов сигнализации,

разъем ZONES

1 (10)

Вход шлейфа сигнализации (ШС) №1

2 (20)

Общий провод ШС1 и ШС2

3 (30)

Вход ШС2

4 (40)

Вход ШС3

5 (50)

Общий провод ШС3 и ШС4

6 (60)

Вход ШС4

Разъем кнопки/ переключателя

выход подключения динамика

1

Динамик плюс

2

Динамик минус

3

Вход кнопки

4

Общий вывод кнопки

Разъем для основных подключений,

разъём GENERAL

1 (10)

Плюс напряжения питания 12,6В, аккумулятор

2 (20)

Минус/общий напряжения питания

3 (30)

Вывод реле CN – общий контакт

4 (40)

Вывод реле NC – нормально замкнутый контакт

5 (50)

Вывод реле NO – нормально разомкнутый контакт

6 (60)

Общий выход; выход сигнального светодиода системы (катод)

7 (70)

Приемник сигналов ДУ – общий

8 (80)

Приемник сигналов ДУ – вход

9 (90)

Приемник сигналов ДУ – питание

10 (100)

Выход сигнального светодиода системы (анод)

Разъем для подключения индикаторов состояния ШС

1

Плюс 5 В

2

Выход индикатора ШС4

3

Выход индикатора ШС3

4

Выход индикатора ШС2

5

Выход индикатора ШС1

6

Не используется

7

Общий провод

Антенна модуля GSM

1

Антенна

Гарнитура модуля GSM

1

Микрофон минус

2

Микрофон плюс

3

Общий

4

Громкоговоритель плюс

5

Громкоговоритель минус

Вход UART

1

Общий провод

2

Вывод Rx UART

3

Вывод Tx UART

Джампер отключения питания модуля GSM

1-2

Питание включено

2-3

Питание отключено

 Чертежи печатных плат в формате pdf и eagle можно скачать с сайта журнала, или с сайта автора [3]

Основное описание конструкции см. на сайте автора http://ddn.radioliga.com/cnt/09.htm

 
17 октября 2013
© 2013 - 2018 ЧП Дмитренко | Пожаловаться на содержимое
Создать сайт бесплатно
Сайт создан на платформе ETOV