Gsm сигнализация

выполнил Ершов Владимир, 2 курс техникума
2009-2010 учебный год

Аннотация

В настоящее время очень большую популярность получили GSM сигнализации, т. к. идеально подходят для охраны любых удалённых объектов (гаражи, склады, дачи, киоски и пр.). Всё, что необходимо для работы любой GSM сигнализации - это, наличие электрической энергии, и достаточно устойчивой сотовой связи.GSM сигнализация в общем случае представляет собой некоторый блок (GSM контроллер), к которому подключаются датчики (чувствительные элементы), и GSM модем. В качестве GSM модема очень удобно и экономически целесообразно использовать уже устаревшие сотовые телефоны, ввиду их низкой стоимости.

Данная страничка посвящена разработке экономичной GSM сигнализации на базе 8-разрядного микроконтроллера PIC16F628A фирмы Microchip с использованием сотового телефона Siemens 35/45 серий.

Описание

Некоторые основные особенности данной разработки      

  1. быстродействие - оповещение, в случае нештатной ситуации на объекте, происходит путём дозвона GSM сигнализации на телефон "администратора". В качестве "администратора" может выступать любой абонент связи, имеющий подключенный сотовый, или стационарный телефонный аппарат. "Администратор" - это Вы сами;
  2. удобство - отсутствуют кнопки (и провода) для постановки/снятия в режим охраны - постановка/снятие в режим охраны - дистанционная - с помощью дозвона "администратора" на GSM сигнализацию. Отсутствуют микропереключатели конфигурации GSM сигнализации - вся настройка в памяти сотового телефона, который подключен к GSM контроллеру (см. рис. 1);
  3. автономность - при пропаже внешнего питающего напряжения, GSM сигнализация продолжает работать, т. к. GSM контроллер питается от аккумулятора сотового телефона;
  4. информативность - при дозвоне "администратора" на GSM сигнализацию (в случае постановке/снятии в режим охраны), а так же при дозвоне GSM сигнализации на телефон "администратора" (при возникновении нештатной ситуации в режиме охраны) передаются звуковые сигналы, информирующие о состоянии GSM сигнализации/объекта.
  5. экономичность - при эксплуатации практически не требует денежных средств (см. также раздел "Подсказка" пункт "рекомендации по использованию тарифных планов");
  6. простота и надёжность - основой GSM сигнализации является высоконадёжный PIC16F628. Минимизировано количество внешних электронных компонентов. Присутствует защита от переполюсовки. Входные цепи от датчиков также защищены;
  7. доступность - по сравнению с аналогичными является одной из самых дешёвых;
  8. многофункциональность - помимо основной функции, встроена функция реле. Включение/выключение выходного реле осуществляется путём дозвона "администратора" на GSM сигнализацию;
  9. минимальное потребление электрической энергии - основой GSM контроллера является PIC16F628, эти микроконтроллеры одни из самых экономичных в потреблении электрической энергии;
  10. зависимость от сотовых сетей - должен быть обеспечен достаточный уровень сотового сигнала. Но с каждым днём, областей с малым уровнем сигнала, становится всё меньше и меньше;
  11. зависимость от электрической энергии - хотя при отсутствии внешнего питания GSM контроллер и питается от аккумулятора сотового телефона, но вечных батарей всё-таки ещё не придумали  :)

Принцип действия GSM сигнализации

       Принцип действия GSM сигнализации рис.1  заключается в получении и обработке данных с установленных на объекте датчиков GSM контроллером и, в случае возникновения нештатной ситуации (срабатывании датчика), GSM контроллер совершает дозвон через подключенный к нему сотовый телефон на телефон "администратора". Кроме того, к GSM контроллеру подключается внешнее питание и, в случае необходимости  звуковая сирена (к выходному реле).                               

Принципиальная электрическая схема GSM контроллера

       Принципиальная электрическая схема GSM контроллера представлена на рис. 2. Основу GSM контроллера составляет микроконтроллер PIC16F628A. Схема не содержит дорогостоящих и труднодоступных деталей.

Перечень электронных компонентов

       Перечень электронных компонентов, используемых в GSM контроллере:

DD1 - PIC16F628A-I/P

ZQ1 - 4 MHz

C1, C2 - 25 pF

C3, C4, C5, C8  - 0,1 mF

C6 - 360 pF

C7 - 220/16

K1 - BS115C-12A-5V

VT1 - KT815A (KT829A)

R1, R4, R5 - 4,7 K

R2, R3 - 150

R6 - 1 K

R7, R8 - 510

R9 - 47 K

LED_R - GNL-3014HD (красный) или любой другой красного цвета и диаметром 3 мм.

LED_G - GNL-3014GD (зелёный) или любой другой зелёного цвета и диаметром 3 мм.

VD1, VD2 - 1N4007

VD3, VD4- 1N4148 (КД522)

XS1 - XS3 -  340-021-12 (blue)

XS4 - 340-031-12 (blue)

       В качестве разъёма к телефону Siemens используется стандартный интерфейсный разъём, их легко можно найти на радиорынках и в магазинах, торгующих электронными компонентами.

Питание устройства

       К XS1 подключается внешнее питание, которое должно обеспечивать напряжение 6 - 8 вольт при токе нагрузки не менее 300 мА. Можно использовать трансформаторное зарядное устройство от сотового телефона не китайского производства. Сам контроллер питается от аккумуляторной батареи сотового телефона. Поэтому, кратковременные перебои электроэнергии (в среднем до 2 дней) на работу GSM сигнализации не влияют. Чем выше качество аккумуляторной батареи, тем дольше GSM сигнализация способна сохранять свою работоспособность при пропаже внешнего питания.

Подключение датчиков

       GSM контроллер имеет два независимых входа для подключения внешних датчиков. К XS2 и XS3 подключаются любые датчики с нормально замкнутыми или нормально разомкнутыми контактами. Это могут быть обычные кнопки, герконовые датчики, датчики разбития стекла, датчики движения, инфракрасные барьеры, датчики утечки газа, дымовые извещатели, датчики протечки воды и многие другие. Следует отметить, что на один вход можно подцепить сразу несколько датчиков (рис. 3. а, б). В последовательную цепочку (рис. 3. а) те, которые в дежурном режиме нормально замкнуты (в аварийной ситуации размыкаются), и параллельную (рис. 3. б) те, которые в дежурном режиме нормально разомкнуты (в аварийной ситуации замыкаются).

Подключение устройств индикации

       GSM контроллер имеет одно выходное реле (XS4), к которому при необходимости подключается сирена, сигнальная лампа или другое устройство оповещения. Номинальная мощность силовых контактов реле составляет 2400 Вт (10А 240VAC). Как видно из принципиальной электрической схемы (Рис. 2), ВЫХОДНОЕ РЕЛЕ БУДЕТ РАБОТАТЬ ЛИШЬ ПРИ НАЛИЧИИ ВНЕШНЕГО ПИТАНИЯ.

Используемые модели сотовых телефонов

       В качестве сотового телефона можно использовать такие модели Siemens как: C35, C45, M35, M35i, M50, ME45, MT50, S25, S35, S45, SL42. С ДРУГИМИ МОДЕЛЯМИ ТЕЛЕФОНА ДАННЫЙ GSM КОНТРОЛЛЕР РАБОТАТЬ НЕ БУДЕТ.

Конфигурация GSM сигнализации

       Данная GSM сигнализация выгодно отличается тем, что GSM контроллер не имеет никаких кнопок и переключателей, а вся настройка происходит в первой ячейке SIM карты телефонного аппарата. Т. о., в первой ячейке SIM карты телефонного аппарата нужно записать набор цифр, которые бы сконфигурировали GSM контроллер нужным нам образом. Сам набор цифр, записанных в первой ячейке, назовём STATUS. Итак, слово STATUS - является главной настройкой всей системы, и ОБЯЗАТЕЛЬНО ДОЛЖНО РАСПОЛАГАТЬСЯ В ПЕРВОЙ ЯЧЕЙКЕ SIM КАРТЫ ТЕЛЕФОННОГО АППАРАТА. Слово STATUS - 9 битовое слово.

В таблице 1 описаны параметры, которые настраиваются словом STATUS.

Номер бита

Принимаемые значения

Назначение

Описание

1

0,1

режим

  0 - режим сигнализации

  1 - режим реле

2

0,1

администратор 1

  0 - администратор 1 не активен

  1 - администратор 1 активен

3

0,1

администратор 2

  0 - администратор 2 не активен

  1 - администратор 2 активен

4

0,1

администратор 3

  0 - администратор 3 не активен

  1 - администратор 3 активен

5

0,1

SMS пропажи внешнего питания

  0 - сообщение не отправляется при пропадании питания

  1 - сообщение отправляется при пропадании питания

6

0,1

SMS появления

внешнего питания

  0 - сообщение не отправляется при появлении питания

  1 - сообщение отправляется при появлении питания

7

0-9

режим включения реле

  0 - реле вкл./выкл.;

  1 - включение на 1 сек.;

  2 - включение на 5 сек.;

  3 - включение на 10 сек.;

  4 - включение на 30 сек.;

  5 - включение на 60 сек.;

  6 - включение на 5 мин.;

  7 - включение на 10 мин.;

  8 - включение на 30 мин.;

  9 - включение на 60 мин

8

0-2

режим входа Input_1

  0 - вход Input_1 не используется;

  1 - авария в разомкнутом состоянии;

  2 - авария при замкнутом состоянии

9

0-2

режим входа Input_2

  0 - вход Input_2 не используется;

  1 - авария в разомкнутом состоянии;

  2 - авария при замкнутом состоянии

Примечания:

       Администратор 1 - это владелец телефонного аппарата, который имеет доступ к таким функциям как: постановка в режим охраны (для режима сигнализации), снятие с режима охраны (для режима сигнализации), включение/выключение реле (для режима реле). В режиме сигнализации администратор 1 оповещается дозвоном в случае нештатной ситуации (при срабатывании датчика), а также при дополнительной настройке может получать SMS сообщения о пропаже/восстановлении внешнего питания. Номер администратора 1 должен быть записан во второй ячейке SIM карты телефонного аппарата, и иметь вид 8-xxx-xx-xx-xxx.

       Администратор 2 - это владелец телефонного аппарата, который имеет доступ к таким функциям как: постановка в режим охраны (для режима сигнализации), снятие с режима охраны (для режима сигнализации), включение/выключение реле (для режима реле). В режиме сигнализации администратор 2 оповещается дозвоном в случае нештатной ситуации (при срабатывании датчика), а также при дополнительной настройке может получать SMS сообщения о пропаже/восстановлении внешнего питания. Номер администратора 2 должен быть записан в третьей ячейке SIM карты телефонного аппарата, и иметь вид 8-xxx-xx-xx-xxx.

       Администратор 3 - это владелец телефонного аппарата, который имеет доступ к таким функциям как: постановка в режим охраны (для режима сигнализации), снятие с режима охраны (для режима сигнализации), включение/выключение реле (для режима реле). В режиме сигнализации администратор 3 оповещается дозвоном в случае нештатной ситуации (при срабатывании датчика), а также при дополнительной настройке может получать SMS сообщения о пропаже/восстановлении внешнего питания. Номер администратора 3 должен быть записан в четвёртой ячейке SIM карты телефонного аппарата, и иметь вид 8-xxx-xx-xx-xxx.

       SMS пропажи внешнего питания - если  5 бит слова STATUS имеет значение 1, то, при пропаже внешнего питания, произойдёт отправка СМС сообщения из 1-й ячейки SIM карты на номер, который эта СМС была отправлена при конфигурации (см. пример 2 пункт 5).

       SMS появления внешнего питания - если  6 бит слова STATUS имеет значение 1, то, при возникновении внешнего питания, произойдёт отправка СМС сообщения из 2-й ячейки SIM карты на номер, который эта СМС была отправлена при конфигурации (см. пример 2 пункт 5).

 

 

GSM сигнализация

Пример 1

 

           GSM сигнализацию нужно сконфигурировать следующим образом:

  • режим - сигнализация (1 бит слова STATUS = 0 или STATUS,1=0);
  • активны все 3 "администратора" (STATUS,2=1; STATUS,3=1; STATUS,4=1);
  • SMS пропажи внешнего питания - не используется  (STATUS,5=0);
  • SMS появления внешнего питания - не используется  (STATUS,6=0);
  • режим включения реле STATUS,7 для режима сигнализации значения не имеет;
  • вход Input_1 подключен к датчику с нормально замкнутым контактом в дежурном режиме (STATUS,8=1);
  • вход Input_2 подключен к датчику с нормально разомкнутым контактом в дежурном режиме (STATUS,9=2).

 

Итак, слово STATUS (см. табл. 1) в данном случае будет иметь вид 011100x12 (x - не значащий бит).

Последовательность действий:

 

    1.  берём включенный телефон с активной SIM-картой.

 

    2.  создаём в телефонной книге запись слова STATUS (ячейка 1 SIM карты):

       Номер:

       011100012

       Имя:

       STATUS

       Группа:

       Нет группы

       Память:

       SIM

       Запись ном.:

       1

(если запись номер 1 отсутствует (занята другим номером), следует найти этот номер, и присвоить ему любой другой и повторить пункт 2).

3.  создаём в телефонной книге запись 1-го активного "администратора" (ячейка 2 SIM карты):

       Номер:

       8-xxx-xx-xx-xxx

       Имя:

       Admin 1

       Группа:

       Нет группы

       Память:

       SIM

       Запись ном.:

       2

4.  создаём в телефонной книге запись 2-го активного "администратора" (ячейка 3 SIM карты):

       Номер:

       8-xxx-xx-xx-xxx

       Имя:

       Admin 2

       Группа:

       Нет группы

       Память:

       SIM

       Запись ном.:

       3

5  создаём в телефонной книге запись 3-го активного "администратора" (ячейка 4 SIM карты):

       Номер:

       8-xxx-xx-xx-xxx

       Имя:

       Admin 3

       Группа:

       Нет группы

       Память:

       SIM

       Запись ном.:

       4

6.  подключаем на вход Input_1 GSM контроллера нормально замкнутый датчик;

 

    7.  подключаем на вход Input_2 GSM контроллера нормально разомкнутый датчик;

 

    8.  при необходимости к выходному реле подключаем сигнализатор;

 

    9.  подаём внешнее питание;

 

  1. подключаем к GSM контроллеру сконфигурированный телефонный аппарат (пункт 2,3,4,5).

 

 

Поведение системы:

 

    1.  загорятся оба светодиода LED_G и LED_R;

 

    2.  телефон последовательно издаст 5-7 звуковых сигналов (в это время происходит обмен начальной информации между GSM контроллером и телефоном);

 

    3.  светодиоды LED_G и LED_R гаснут, и зелёный светодиод (LED_G) начинает медленно кратковременно мигать - GSM сигнализация готова к постановке в режим охраны.

 

       Если часто мигает красный светодиод (LED_R) - ошибка на входе Input_1. Обрыв в цепи датчика. Следует найти и восстановить целостность цепи на входе Input_1. При дозвоне активного "администратора" (Admin 1, Admin 2, Admin 3) в телефоне будет слышен одиночный неприятный звуковой сигнал.

       Если часто мигает зелёный светодиод (LED_G) - ошибка на входе Input_2. Замыкание в цепи датчика. Следует найти и восстановить работоспособность цепи на входе Input_2. При дозвоне активного "администратора" (Admin 1, Admin 2, Admin 3) в телефоне будет слышен двойной неприятный звуковой сигнал.

       Если часто мигает и красный (LED_R) и зелёный (LED_G) светодиод (поочерёдно) - ошибка на обоих входах (Input_1 и Input_2). Следует восстановить работоспособность обеих цепей. При дозвоне активного "администратора" (Admin 1, Admin 2, Admin 3) в телефоне будет слышен тройной неприятный звуковой сигнал.

 

       Для постановки GSM сигнализации в режим охраны необходимо, чтобы, активный "администратор" (Admin 1, Admin 2, Admin 3) сделал дозвон на GSM сигнализацию. При этом он услышит звуковой сигнал, состоящий из трёх нот "до-ре-ми", который оповестит "администратора" о переходе GSM сигнализации в режим охраны, связь автоматически разорвётся. Красный светодиод (LED_R) начнёт медленно кратковременно мигать.

 

       GSM сигнализация находится в режиме охраны. Теперь, если на входе Input_1 и/или Input_2 произойдёт авария (обрыв цепи Input_1 и/или короткое замыкание цепи Input_2), GSM сигнализация начнёт поочерёдно осуществлять дозвон активным "администраторам" (Admin 1, Admin 2, Admin 3) до тех пор, пока все три "администратора" не ответят на вызов GSM сигнализации (зелёная клавиша на телефоне). При ответе "администратор" услышит одиночный, двойной  или тройной неприятный звуковой сигнал в зависимости от сработавшего входа (одинарный - сработал вход Input_1, двойной - сработал вход Input_2, тройной - сработали оба входа), связь автоматически разорвётся. После того, как все три "администратора" будут оповещены об аварии (ответят GSM сигнализации), GSM сигнализация автоматически снимется с режима охраны. Дальнейшая постановка GSM сигнализации в режим охраны возможна лишь после восстановления состояния сработавших датчиков (входов Input_1 и Input_2). Во время дозвона "администраторам" оба светодиода (LED_R и LED_G) светятся.

       Если, во время дозвона "администраторам" (из-за аварии) произойдёт восстановление состояния сработавших датчиков (входов Input_1 и Input_2), то дозвоны активным "администраторам" не приостановятся.

       Выходное реле находится во включенном состоянии с момента срабатывания какого-либо входа/датчика, до тех пор, пока GSM сигнализация автоматически не снимется с режима охраны.

       Для снятия GSM сигнализации с режима охраны необходимо, чтобы, активный "администратор" (Admin 1, Admin 2, Admin 3) сделал дозвон на GSM сигнализацию. При этом он услышит монотонный длинный звуковой сигнал который оповестит "администратора" о снятии GSM сигнализации с режима охраны, связь автоматически разорвётся. Зелёный светодиод (LED_G) начнёт медленно кратковременно мигать.

Рис. 1. Принцип действия GSM сигнализации

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема GSM контроллера

Рис. 3. а - схема подключения нормальнозамкнутых датчиков; б - схема подключения нормальноразомкнутых датчиков

Физика