Структурная схема gsm сигнализации

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 20.09.2024

Обновление 2: Новые платы с DIP-компонентами, добавлены в архив для скачивания.

Обновление 1: Так как у многих есть проблемы с поиском PIC16F84A, была написана программа для микроконтроллера PIC16F628 (A). Она должна работать, но я не проверял.

В устройстве я применил популярный микроконтроллер от Microchip: PIC16F84A. Я не стал использовать память EEPROM для хранения SMS, а использовал память телефона.

После включения устройства, светодиод будет мигать, затем будет он читает настройки из EEPROM. Через 2 секунды микроконтроллер даст команду на включение телефона. После этого начнется инициализация AT команд, хранящихся в EEPROM. Если в процессе последовательной связи между микроконтроллером и GSM телефоном некоторые данные оказались утерянными, то телефон GSM будет инициализирован вновь. Каждые 5 минут микроконтроллер будет связываться с GSM телефоном, в состоянии тревоги микроконтроллер даст команду на телефон и система немедленно сообщит о тревоге.

Система может быть поставлена и снята с охраны с помощью другого телефона, для этого номер с которого будете звонить, нужно сохранить в памяти нашего GSM устройства

Когда система ставится или снимается с охраны вызовом, есть два вида отчета этого действия: гудок сирены (щебет), подобно в автомобиле или функция обратного вызова. Функция обратного вызова активизируется только когда система снята с охраны. Телефон перезвонит пользователю, чтобы дать ему знать о случившемся.

При SMS уведомлении о взломе могут узнать все сразу, а при вызове, узнает первым тот, кто первым поднимет трубку.

Когда система ставится на охрану светодиод мигает примерно раз в 2 секунды. Когда система снята с охраны, светодиод выключен. Сразу после снятия системы с охраны этот индикатор сообщит нам о том, был ли взлом:

Это мигание будет осуществляться в три захода по снятию с охраны, и за это время не представляется возможным повторно поставить систему на охрану.

Резервное питание

Это дает возможность подключения резервного источника питания к устройству, к примеру может быть аккумуляторная батарея. На плате есть перемычки, которые включает и выключает зарядку резервного аккумулятора от первичного источника питания.

Датчики

Устройство поддерживает использование двух типов датчиков: с NO ( датчики соединенные параллельно) и NC (датчики, подключенные последовательно).

Настройка устройства осуществляется на 8 DIP-переключателях, которые находятся на плате. Можно настроить следующие параметры:

- Опция 1) уведомление: SMS или по телефону (переключатель № 4).
- Опция 2) оповещение о тревоге только номеру 1 в телефонной книге SIM-карты или для всех (переключатель № 3).
- Опция 3) постановка на охрану / снятие с охраны по вызову включено / выключено (переключатель № 6).
- Опция 4) постановка на охрану / снятие с охраны только запись с номером 1 из телефонной книги SIM-карты, когда вариант 3 включен. (Переключатель № 7.)
- Опция 5) уведомление о постановке / снятии системы с помощью сирены или обратного вызова, когда вариант 3 включен. Если вариант 3 отключен, то используется для задержки активации тревоги через 5 секунд. (Переключатель № 5.)
- Опция 6) Тип используемого датчика: NO или NC. * Требуется сброс устройства применить новые настройки. (Переключатель № 8.)
- Опция 8) Включение / выключение сирены. (Переключатель № 1.)

GSM телефон и его модификации

Рисунок печатной платы для чип элементов:

В архиве присутствуют печатные платы как для DIP так и для ЧИП элементов.

В статье приводится схема простой охранной сигнализации, описание работы, резидентное программное обеспечение (прошивка). Устройство не сложно собрать своими руками. Вся информация, необходимая для этого есть в статье.

Общее описание устройства.

Охранная сигнализация собрана на PIC контроллере PIC12F629. Это микроконтроллер с 8 выводами и ценой всего 0,5 $. Несмотря на простоту и низкую стоимость, устройство обеспечивает контроль двух стандартных шлейфов охранной сигнализации. Сигнализация может быть использована для охраны достаточно крупных объектов. Управление устройством производится пультом с двумя кнопками и одним светодиодом.

Наша фирма переехала в новое здание. От предыдущих хозяев осталась старая охранная сигнализация. Она представляла собой железный коробок с красными светодиодами и сиреной над входной дверью и раскуроченный электронный блок.

Я установил маленькую плату в блок сигнализации и превратил этот хлам в современную, надежную охранную сигнализацию. В данный момент она используется для охраны двухэтажного здания общей площадью 250 м 2 .

Итак, сигнализация обеспечивает:

Контроль двух стандартных охранных шлейфов с измерением их сопротивления и цифровой фильтрацией сигналов.
Управление с помощью пульта (две кнопки и один светодиод):
- включение сигнализации;
- отключение сигнализации через секретный код
- задание секретного кода (код хранится во внутренней энергонезависимой памяти контроллера);
- индикация режима работы светодиодом пульта.
Структурная схема охранной сигнализации выглядит так.

К основному блоку охранной сигнализации подключены:
- 2 охранных шлейфа с
  - НЗ – нормально замкнутыми датчиками;
  - НР – нормально разомкнутыми датчиками;
  - Rок – оконечными резисторами.
  Шлейфы охранной сигнализации и подключение датчиков.
  
  Для контроля датчиков (извещателей) устройство использует стандартные охранные шлейфы. Контролируется сопротивление шлейфов. Если сопротивление цепи больше верхнего или меньше нижнего порога, то формируется сигнал тревоги. Нормальным считается сопротивление шлейфа равного оконечному резистору (2 кОм). Таким образом, если злоумышленник оборвет провода шлейфов или замкнет их, то сработает сигнализация. Таким способом отключить охранные датчики не получится.
  
  В данном устройстве выбраны следующие пороговые значения сопротивления шлейфа.
  
  Сопротивление шлейфа
  
  Номинальное значение 2000 Ом
  
  Верхний порог 5900 Ом
  
  Нижний порог 540 Ом
  
  Т.е. сопротивление шлейфа в пределах 540 … 5900 Ом считается нормальным. Выход значения сопротивления из этого диапазона вызовет срабатывание сигнализации.
  
  Схема подключения датчиков (извещателей) к охранному шлейфу.
  
  К одному шлейфу могут быть подключены как нормально замкнутые охранные датчики (НЗ), так и нормально разомкнутые (НР). Главное, чтобы в нормальном состоянии цепь имела сопротивление 2 кОм, а при срабатывании любого датчика вызывала обрыв или замыкание.
  
  Для повышения помехозащищенности системы в устройстве происходит цифровая фильтрация сигналов шлейфов.
  
  Принципиальная схема охранной сигнализации.
  
  В принципе все должно быть понятно. К микроконтроллеру PIC12F629 подключены:
  - Два шлейфа через RC цепочки R1-R6, C1, C2, обеспечивающие
    - формирование питания шлейфа;
    - аналоговую фильтрацию сигнала;
    - согласование с входными уровнями входов PIC контроллера.
    Для определения сопротивления шлейфов используется компаратор микроконтроллера. Ко второму входу компаратора подключается внутренний источник опорного напряжения. Значения источника опорного напряжения (ИОН) для сравнения с верхним и нижним пороговыми значениями сопротивления задаются программно.
    
    Я собрал устройство на плате размерами 54 x 45 мм.
    
    Установил его в корпус старой сигнализации. Оставил только блок питания.
    
    Пульт выполнил в пластиковом корпусе размерами 65 x 40 мм.
    
    Программное обеспечение.
    
    Резидентное программное обеспечение разработано на ассемблере. В программе циклически происходит переустановка всех переменных и регистров. Зависнуть программа не может.
    
    Загрузить прошивку для PIC12F629 в HEX формате можно здесь.
    
    Управление охранной сигнализацией с пульта.
    
    Пульт это маленькая коробочка с двумя кнопками и светодиодом.
    
    Устанавливать ее лучше внутри помещения около входной двери. С помощь пульта включается и отключается сигнализация, меняется секретный код.
    
    Режимы и управление.
    
    При первой подаче питания устройство переходит в режим СИГНАЛИЗАЦИЯ ОТКЛЮЧЕНА. Светодиод не светится. В таком режиме устройство находится в течение рабочего дня.
    
    Для включения сигнализации (режим ОХРАНА) необходимо нажать на две кнопки сразу. Светодиод начнет часто мигать, и через 20 секунд устройство перейдет в режим ОХРАНА, т.е. начнет контролировать состояние датчиков. Это время, необходимое на то чтобы выйти из помещения и закрыть входную дверь.
    
    Если в течение этого отрезка времени (20 сек) нажать на любую кнопку, то устройство отменит режим охраны и вернется в режим СИГНАЛИЗАЦИЯ ОТКЛЮЧЕНА. Часто люди что-то вспоминают непосредственно перед выходом из здания.
    
    Через 20 сек после включения устройство перейдет в режим ОХРАНА. В этом режиме светодиоды пульта и блока внешней индикации мигают примерно раз в сек. В режиме ОХРАНА происходит контроль состояния датчиков.
    
    При срабатывании любого охранного датчика начинают часто мигать светодиоды, и сигнализация отсчитывает время, через которое прозвучит звуковой сигнал сирены. Это время (30 сек), необходимо для того, чтобы успеть отключить сигнализацию, набрав секретный код на кнопках пульта.
    
    На пульте 2 кнопки. Поэтому код выглядит как число из цифр 1 и 2. Например, код 121112 означает, что надо последовательно нажать кнопки 1, 2, три раза 1 и 2. Код может иметь от 1 до 8 цифр.
    
    Если код набран неправильно или не полностью, можно нажать две кнопки одновременно и повторить набор кода.
    
    При правильно набранном коде устройство переходит в режим СИГНАЛИЗАЦИЯ ОТКЛЮЧЕНА.
    
    Если за 30 сек после срабатывания датчика, правильный код набран не был, то включается сирена. Отключить ее можно набрав правильный код. В противном случае сирена будет звучать в течение 33 секунд, а затем устройство отключится (перейдет в режим СИГНАЛИЗАЦИЯ ОТКЛЮЧЕНА).
    
    Остается объяснить, как устанавливать секретный код. Это можно сделать только из режима СИГНАЛИЗАЦИЯ ОТКЛЮЧЕНА.
    
    Необходимо удерживать обе кнопки нажатыми в течение 6 секунд. Отпустить, когда засветится светодиод пульта. Это будет означать, что устройство перешло в режим задания секретного кода.
    
    Далее необходимо просто набрать новый секретный код. Не больше 8 цифр. Пауза между нажатием кнопок не должна превышать 5 секунд.
    
    Затем подождать пока светодиод погаснет (5 сек). Устройство перейдет в режим СИГНАЛИЗАЦИЯ ОТКЛЮЧЕНА, а новые код будет сохранен во внутренней энергонезависимой памяти микроконтроллера.
    
    Т.к. микроконтроллер устройства тактируется от внутреннего генератора невысокой точности, то указанные временные параметры могут отличаться на ±10 %.
    
    Состояния охранной сигнализации.
    
    Практически работа с сигнализацией сводится к действиям.
    - Уходя из помещения. Нажать две кнопки одновременно и закрыть дверь в течение 20 сек.
    - Войдя в помещение. В течение 30 сек набрать секретный код.
    Недостатки, возможные доработки.
    
    Устройство может быть легко доработано для своих, конкретных условий. Все доработки касаются только аппаратной части. Программное обеспечение они не затрагивают.
    - Желательно установить две сирены. Одну в блоке наружной индикации и оповещения, другую – в труднодоступном месте. Ток транзисторного ключа (2 А) сделать это позволяет.
    - Надо бы защитить провода сирены от короткого замыкания транзисторным стабилизатором тока. В представленном варианте схемы злоумышленник может замкнуть провода сирены и при срабатывании сигнализации произойдет короткое замыкание источника питания.
    - При желании можно подключать мощные и высоковольтные источники света, звука и т.п. через электромагнитные реле. Допустимый ток ключей это позволяет, и ключи имеют защиту от выбросов при коммутации обмотки реле.
    - В качестве резервного питания можно использовать аккумулятор, добавив в схему простейшую цепь заряда.
    Внешний вид установленной системы сигнализации.
    
    Сейчас к устройству подключен только датчик открывания входной двери. Планирую, со временем, добавлять охранные датчики. Два шлейфа вполне достаточно, чтобы охранять наш двух этажный корпус.
    
    Кстати, если используется только один шлейф, то ко второму надо подключить резистор сопротивлением 2 кОм.
    
    На форуме сайта есть другие варианты программного обеспечения устройства. Там же можно обсудить, задать вопросы по этому проекту.
    
    Основной задачей охранной сигнализации является определение факта вторжения на подконтрольную территорию (или определение утечки воды, газа, отключения электричества и т.д.) и активация предупредительных устройств (сирена, строб-вспышка) или оповещение хозяина и пункта централизованного наблюдения (или вневедомственной охраны).
    
    Виды систем охранной сигнализации:
    
    Все охранные системы кроме последней имеют ряд недостатков:
    
    GSM-охрана на сегодняшний день является наиболее перспективным и, лишенным многих недостатков, средством контроля за удаленными объектами. К сожалению, очень небольшое количество людей, желающих защитить свое жилище, знакомы с довольно-таки новым средством GSM-охрана. Радиоканальная система безопасности GSM предназначена для обеспечения охраны, пожарной охраны на удаленных объектах.
    
    В случае получения тревожного сигнала по GSM каналу пользователь может сам решить, что делать: проверить охраняемый объект самостоятельно, вызвать милицию, позвонить соседям и пр. Однако, разумнее использовать несколько каналов связи для надежности. Основным может быть телефонная линия, резервным - GSM канал, тогда при срабатывании датчика сигнал передается по телефонной линии, а в случае невозможности - по GSM каналу.
    
    Данная GSM охрана работает совместно с практически любым мобильным телефоном. Телефон используется в качестве передатчика GSM.
    
    В основе устройства лежит микроконтроллер ATTiny2313 фирмы Atmel.
    
    Питание устройства производится от любого из двух источников: аккумулятора GSM-телефона или внешнего питания. При включенном внешнем питании МК питается от него и производится зарядки АКБ телефона, а при его отсутствии – от АКБ телефона. Внешнее питание стабилизируется аналоговой микросхемой-стабилизатором КРЕН5A, таким образом питание устройства может происходит от напряжения 5 – 20 вольт.
    
    К выходам XTAL1 и XTAL2 подключен кварц частотой 1,8432 МГц, данная частота обеспечивает безошибочную работу последовательного порта МК (UART). К разъему J2 "PROGRAMMER" подключается последовательный программатор для программирования микроконтроллера. К разъему J3 "GSM" подключается мобильный телефон. Линии RXD и TXD телефона подключаются к соответствующим выводам TXD и RXD последовательного порта МК, а выводы CTS, RTS, DTR мобильного телефона к таким же выводам МК.
    
    Через разъем J4 "C.S.S." ("Central Security System") возможно синхронизировать работу устройства с работой центральной охранной системы. В качестве одного из датчиков (на схеме F8) можно использовать датчик наличия внешнего питания охранной системы.
    
    Устройство собрано на одностороннем фольгированном стеклотекстолите, размерами 30×35 мм, с применением SND компонентов. Детали, не установленные на плате, устанавливаются навесным монтажом.
    
    Охранная система работает совместно со всеми телефонами, которые поддерживают АТ-команды:
    - Simiens - все серии, кроме серий A (индекс серии выше 35),
    - Sony Erricson,
    - Samsung,
    - Nokia,
    - Motorola,
    - Alcatel и др.
    При правильном монтаже устройство не требует настройки и начинает работать сразу. Все вопросы по работе с охранной системой и как необходимо сконфигурировать телефон рассмотрены в инструкции по эксплуатации. Если есть вопросы по сборке устройства или приобретении прошивки обращайтесь к автору или в соотетствующую тему форума.
    
    Не забывайте, что микроконтроллер необходимо прошить.
    
    Внешний вид устройства
    
    Версия прошивки 1.0
    - отсутствует возможность включения/выключения режима охраны "сбросом вызова"
    
    Версия прошивки 1.1
    - нет ограничений
    
    Как прошить МК?
    
    PS: запускать bat файл лучше всего из какого нибудь досовского менеджера типа FAR, VC, NC и т.д. Тогда нажатием CTRL+O можно посмотреть как прошел процесс прошивки, если есть ошибки необходимо прошить МК еще раз.
    
    Инструкция по эксплуатации
    
    1. Краткое описание устройства:
    a) Возможно подключение до 8 датчиков.
    б) Включение и выключение устройства может производится "сбросом вызова" либо переключателем (S2) (кодовым переключателем и др.).
    в) При срабатывания датчика производится отправка СМС и звонок по определенному номеру, при повторном срабатывании, датчик не обрабатывается.
    г) Возможно пользователю самому вводить текст СМС для каждого датчика.
    д) Возможно питание устройства от двух источников напряжения.
    е) Возможна синхронизация устройства с центральной охранной системой.
    
    3. Сигналы светодиода VD2:
    а) горит - наличие питания на устройстве.
    б) 1 длинный 1 короткий - ошибка в обмене данных с телефоном (телефон не поддерживает АТ-команды или повреждено соединение с телефоном).
    в) 1 длинный 2 коротких - повреждение соединения с телефоном (повреждена линия CTS)
    г) 1 длинный 3 коротких - нет номера в первой ячейке
    д) 1 длинный 4 коротких - не тот IMEI код телефона
    е) мигает - включен режим охраны.
    
    4. Включение и выключение режима охраны:
    а) "сбросом вызова" с определенного телефона на телефон охранной системы
    б) включением переключателя S2 (кодового включателя и т.п.)
    Выключен режим охраны может быть только таким же способом, каким был включен.
    При включении охраны путем "сброса вызова" на выводе, к которому подключен переключатель S2, устанавливается логический "0". Таким образом данная охранная система может быть синхронизирована с уже имеющейся.
    
    Внимание. Для предотвращения незаконных копий шрошивок, прошивки предназначены для работы только с телефоном имеющим определенный IMEI код. При заказе прошивки, необходимо указать этот код, для того чтобы автор смог сгенерировать прошивку под ваш телефон.
    
    Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
    
    TL; DR программно и аппаратно задуманное реализовано, тест в реальных условиях запущен, исходники и бинарники опубликованы, корпус не осилил.
    
    Устройство и характеристики
    
    Устройство отправляет SMS при возникновении следующих событий:
    - открытие двери (герконовый датчик);
    - резкое изменение освещения (фоторезистор);
    - движение (PIR датчик);
    - выход температуры из заданного диапазона;
    - низкое напряжение батареи.
    Пример SMS с событием
    
    Также, раз в сутки можно настроить время ежедневного отчета
    
    Питается устройство от 3-х батареек AA. Расчетное время работы ≥6мес.
    
    Настройка устройства, считывание логов событий и построение месячного графика температуры происходит с помощью утилиты (Python 2.7 + Tk + pyserial + matplotli).
    
    Основное окно утилиты настройки
    
    Окно лога событий
    
    Окно лога температуры
    
    Сборка устройства
    
    Себестоимость деталей устройства на момент публикации этой статьи составляет примерно 1000-1200 рублей (без учета заказа платы).
    
    Для удобства сборки и надежности в эксплуатации лучше заказать плату. Китайские друзья с известного сайта предлагают сделать 10 штук с доставкой за ~$7, а иногда и меньше. Но всегда можно собрать и на макетке, как я и поступил с первым прототипом:
    
    Arduino и совместимые модули были заказаны с aliexpress. Понадобятся:
    - Arduino Pro Mini 3.3v 8MHz (5v 16MHz is also acceptable, but requires different firmware);
    - MH-SR602 MINI Motion Sensor;
    - SIM800C(L) GSM Module;
    - CP2102 MICRO USB to UART TTL Module;
    - DS3231 RTC Module For Raspberry Pi;
    - 3 AA battery holder With ON OFF Switch;
    - различная рассыпуха (резисторы, конденсаторы, зуммер и поч.).
    В списке специально указаны названия, дающие нужный результат при вводе в поиск.
    
    Схема устройства
    
    Для снижения энергопотребления с платы Arduino нужно обязательно удалить резистор светодиода питания и регулятор напряжения. Проект платы сделан в Ki-CAD.
    
    Использование
    
    Локализация
    
    Поддержаны два языка для программы конфигурирования и текста SMS: английский, русский. При желании не сложно добавить поддержку других языков: все локализуемые строки вынесены в отдельный файл (принимаю issue с реквестом, если приложите переводы всех строк).
    
    Полевые испытания
    
    Прошу прощения за эстетику монтажа.
    
    Установка на входную дверь. Часть конструкции справа (непосредственно на самой двери) — магнит для срабатывания геркона
    
    Проблемы
    
    За время эксплуатации температура в помещении понизилась с +10°С до -15°С и обнаружилась две проблемы.
    
    В остальном полет нормальный.
    
    Что дальше
    
    В планах (когда-нибудь):
    - спроектировать и напечатать корпус;
    - подключить ESP-01 для конфигурации и просмотра логов через браузер с телефона.
    Отладка
    
    Ссылки
    
    Репозиторий проекта: github
    Доступны схема и плата в Ki-CAD, прошивка и исходники для Arduino, exe и исходники утилиты конфигурации.
    
    Читайте также:

Сопротивление шлейфа
Номинальное значение	2000 Ом
Верхний порог	5900 Ом
Нижний порог	540 Ом

Структурная схема gsm сигнализации

Устройство и характеристики

Сборка устройства

Использование

Локализация

Полевые испытания

Проблемы

Что дальше

Отладка

Ссылки