Пожарныя система

    Введение 

    Радиотехнические  системы (РТС) – это класс информационно-управляющих  систем, осуществляющих передачу, извлечение или разрушение информации с помощью  радиоволн. В общем случае, РТС  включает в свой состав радиопередающее и радио-приѐмное устройства. Характерным признаком РТС является использование радиосигнала в качестве носителя информации. Представителем системы передачи информации, используемое в современном обществе является GSM.

    GSM (Global System for Mobile Communications) – глобальная система мобильной связи – является одной из лидирующей в мире цифровых сотовых систем связи и принадлежит ко второму поколению или 2G. Сеть GSM впервые открыто в 1991 году. В конце прошлого века стандарт GSM был внедрен в более чем 100 странах мира и стал «де-факто» стандартом мобильной связи в Европе и Азии. GSM может использоваться также в охранных устройствах и сигнализациях.

    GSM-сигнализация  – это охранное устройство, предназначенное  для охраны и контроля удаленных  объектов (квартира, дача, автомобиль, гараж, склад, офис и т.п.), передачи  сигнала тревоги (автодозвон или  отправка SMS-сообщения) с удаленного  объекта по средствам сотовых  сетей связи на телефон владельца  объекта, его близких, а также  дистанционного управления различными  электроприборами. Это устройство  также нашло широкое применение  в системах мониторинга и контроля  автотранспорта (грузоперевозки, такси  и т.п.).

    Основной  характеристикой любой охранной системы является оперативность  реагирования, в данном случае это  оповещение владельца о покушении  на охраняемый объект. При качественной связи и наличии у сотового оператора свободных каналов  средний промежуток времени между  срабатыванием сигнализации и поступлением сигнала оповещения на сотовый телефон  равен 10-20 секундам. Злоумышленникам вряд ли будет достаточно этого времени, но пользователь может и не заметить сигнала тревоги. В этом случае преимущество прямого звонка неоспоримо: вызов будет продолжаться вновь и вновь, вплоть до поднятия трубки.

    Система охранной сигнализации состоит из контрольного устройства (с GSM -модулем) и различных  датчиков, в зависимости от объекта, для фиксирования нарушителя, также  в систему входят: блок бесперебойного питания с аккумуляторной батареей и кабель для систем сигнализации. Контрольно-охранное устройство, может  быть как проводным – проводное  соединение с датчиками, так и  беспроводным – беспроводное соединение с датчиками посредством радиосигнала (питание проводное). Управление радиоохраной может осуществляться через беспроводные радиобрелки. Контрольный прибор отображает текущий режим сигнализации («Внимание», «Тревога», «Снятие»), а также с помощью ключа Touch Memory или SMS ставится-снимается с охраны. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Литературный  обзор

    На  сегодняшний день есть множество  охранных фирм, которые занимаются установкой охранных систем. А также  имеется большое разнообразие видов  охранных систем, классификация которых  может проводиться по разным параметрам: от вида охраняемого объекта(автомобиль, гараж, квартира и др.) до типов каналов передачи сигналов от датчиков к контрольному устройству.

    Нас интересует охранная система с GSM-оповещением. Она передает сигнал о взломе( попытке взлома) через оператора сотовой связи хозяину квартиры.

    Для сравнения охранных сигнализаций такого типа будет 

    описано несколько сигнализаций: два из них  устанавливают охранные фирмы, а  третье можно собрать, запрограммировать  и установить самому.

    Форпост GSM

    GSM-сигнализация " Форпост GSM " - это абсолютно полноценный охранно-пожарный мониторинговый комплекс, снабженный теми же датчиками, функциями и возможностями, что и обычные системы сигнализаций. Только для связи и подачи сигналов тревоги такая система использует не телефонные или электрические провода, не различные радиосигналы и линии, а глобальную GSM-сеть. Такая система позволяет владельцу в режиме реального времени понимать, в каком состоянии находится сейчас дом, квартира и т. д. Точно так же эти системы заводятся на пульты охранных организаций и предприятий.

    Функциональные особенности Форпост GSM:

• 5 номеров оповещения (1 мастер-номер, 4 постановка/снятие оповещение);
• 5 сигнальных шлейфов (4 стандартных, 1 пожарный - всегда активен);
• возможность постановки/снятия звонком (без затрат на связь);
• функция тревожных СМС сообщений показывает, какая именно зона датчиков была нарушена;
• при отключении питания, постановке или снятии с охраны электронными ключами отправляется соответствующее СМС сообщение;
• система может использоваться в любых помещениях, где доступна GSM связь;
• время автономной работы от аккумулятора (автоматически активируется при отключении электричества) — до 12 часов;
• Также возможно подключение внешних источников питания любой емкости;
• запросить состояние системы можно посредством СМС - команды;

    Технические характеристики:

• рабочий диапазон температур — от -20 С до + 60 С;
• напряжение питания — до 24В;
• напряжение внутренней батареи — 12В;
• рабочая влажность — 20-95 %;
• время срабатывания сигнализации — менее 8 секунд(зависит от оператора);
• громкость сирены — 110 Дб;
• питание устройства — DC 18В;
• частота GSM-сетей — 900/1800 МГц;
• габариты —189*138*41мм ;

    Страж комфорт 

    Подконтрольная  территория оборудуется беспроводными  датчиками, подключаемыми к центральному блоку. При возникновении несанкционированного вторжения, возгорании в доме, утечки газа. т.е. при срабатывании какого-либо из датчиков сигнал поступает на центральный блок, который в свою очередь передает SMS сообщения, а также звонит на заранее запрограммированные номера телефонов.  
Постановка и снятие GSM сигнализации с охраны происходит с помощью брелока, со встроенной клавиатуры или же непосредственно с мобильного телефона.

    Обзор функций и особенностей

• Два встроенных дозвонщика
• Гибкая настройка каждой зоны
• Настройка параметров каждого датчика
• Частичная постановка на охрану
• Встроенный микрофон и спикерфон
• Простота настройки
• Использование беспроводных датчиков
• Встроенный аккумулятор
• Встроенная клавиатура и ЖК-дисплей
• Поддержка проводных датчиков
• Удаленное управление сигнализацией при помощи мобильного телефона
• Воспроизведение голосового сообщения при тревожном звонке.

     
Технические характеристики:

• Питание устройства: DC 12 В
• Рабочие температуры: 0 С – + 60 С
• Рабочая влажность: 20 % - 95 %
• Размеры: 180 х 130 х 32 мм
• Частота GSM сети: 900/1800 МГц
• Частота беспроводных датчиков: 433 МГц
• Количество беспроводных датчиков - 50.
• Количество зон: 8
• Количество номеров на дозвон: 6
• Количество телефонов для отправки SMS: 6

    Схема самостоятельной сборки на микроконтроллере Attiny-2313

    Описываемая GSM система охранной сигнализации работает совместно с практически любым  мобильным телефоном. Телефон используется в качестве GSM передатчика. В случае срабатывания тревоги передается СМС  или производится звонок пользователю. Эта схема не имеет больших преимуществ над другими, но она универсальна.

    Свойства  и параметры:

• ставится и снимается с охраны при помощи ключа Touch Memory ;
• имеет один инфракрасный датчик (Patrol или Рапид), реагирующий на движение людей и появление огня в охраняемом пространстве;
• один магнитный датчик (ИО 102-20), устанавливаемый на входной двери.
• звуковой оповещатель (Иволга или Флейта), включаемый в случае срабатывания охранки (обычно используется режим задержки включения на 30 секунд – пока система выполняет первый звонок);
• встроенный сотовый телефон (Siemens или Philips), звонящий на заранее записанные в SIM-карту телефонные номера, не важно, сотовые или городские (если дверь гаража, например, взломали и ходят внутри помещения – будет звонить Вам беспрерывно по тридцать секунд на каждый номер, а если убежали, услышав сирену, отзвонится по два раза на оба номера и перестанет, но если кто-то ещё войдет в помещение – ИК датчик его увидит и она опять начнёт Вам звонить и включать звуковое оповещение;
• можно позвонить на номер охранной сигнализации и определить то состояние, в котором она находится в этот момент:
• на встроенном же аккумуляторе вышеперечисленная комплектация находится ещё от двух до семи суток после пропадания сетевого напряжения – зависит от качества аккумулятора и используемой модели телефона (Philips-ы более экономичны);
• подзарядка аккумуляторной батареи происходит постоянно при наличии сетевого напряжения, а при его долгом отсутствии и снижении напряжения на аккумуляторе до десяти вольт защита от глубокого разряда батареи отключает систему от питания.
• при использовании в охранке SIM-карты с тарифом без абонентской платы деньги со счета не расходуются, но надо хотя бы раз в три месяца зайдя в охраняемое помещение ответить на пришедший вызов, чтоб сумма за звонок снялась со счёта и сотовая компания не заблокировала SIM-карту как не используемую.

    Технические характеристики:

• Электропитание блока ОС осуществляется от сети переменного тока 50 Гц напряжением от 187 В до 242 В;
• от встроенного аккумулятора номинальной емкостью 1,2 А/ч и напряжением от 10 В до 14 В;
• Максимальная потребляемая от сети переменного тока мощность не превышает 15 Вт;
• Блок имеет защиту от перегрузки и короткого замыкания по входным и выходным цепям, от перезарядки и глубокого разряда аккумуляторной батареи, а также от короткого замыкания и переполюсовки в цепи заряда аккумулятора;
• Вместо сирены можно подключить реле на напряжение 12 В и ток срабатывания не более 300 мА;
• Устройство работоспособно круглосуточно при температуре от –30 до +50 градусов Цельсия;
• относительной влажности воздуха не более 90%.

    Из  вышеуказанных устройств наиболее лучшим является «Страж комфорт»: преимущество его в использовании беспроводных датчиков, наличие двух дозвонщиков: GSM и обычного телефонного. Таким образом, в случае тревоги, информация будет передана сразу по двум каналам – сети мобильной связи и телефонной линии. Что в свою очередь делает невозможным блокировку передачи тревожного сообщения. К примеру, если перед вторжением вор перерезает телефонный кабель, система тут же включит сирену, и начнет звонить и слать SMS по GSM каналу. Если же злоумышленник окажется подготовленным, и включит GSM глушитель, сигнализация также мгновенно отреагирует включением сирены, и дозвоном по телефонной линии.

    Два других обладают только каналом GSM. Технические характеристики трех сигнализаций почти одинаковы, но самодельная GSM-сигнализация по температурным характеристикам превосходит обе фирменные сигнализации. Основной плюс самодельной сигнализации в том, что при ее проектировании и сборке использоваться схема, которую взломщик может не знать, следовательно повышается эффективность охранной системы. Такая сигнализация может устанавливаться на большинство объектов, в то время как преимущество охранной системы «Страж комфорт» (2 дозвона) теряется при установке ее на объекты, не имеющие телефонной линии. Сигнализация Форпост GSM имеет больше функций, чем самодельная, но уступает по техническим параметрам (температура и влажность).  Сигнализации «Форпост GSM» и «Страж комфорт» устанавливаются, настраиваются и обслуживаются комплексно, в то время как самодельная собирается в зависимости от объекта и требует меньшего обслуживания, так и экономична (используются только те устройства, которые необходимы для обеспечения охраны).

    В данной курсовой будет описана схема  самодельной охранной системы, построенной  на микроконтроллере Attiny2313. Для нее используются любые датчики. Вместо GSM-передатчика используется обычный мобильный телефон. 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. 
 

    Конструирование 

    Выбор элементной базы. 

    Большинство элементов схемы  модуля охранной сигнализации стандартные и не требуют  особенных параметров, но некоторых  из них нужно подбирать в зависимости  от условий эксплуатации сигнализации.

    Важнейшим элементов схемы является микроконтроллер.

    Микроконтроллер – микросхема, предназначенная для  управления электронными устройствами. Эти микросхемы являются основой  для построения встраиваемых систем, их можно встретить во многих современных  приборах, таких как телефоны, стиральные машины и т. п. На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, 16-битные MSP430 фирмы TI, а также ARM. В то время как 8-разрядные процессоры общего назначения полностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные микроконтроллеры продолжают широко использоваться. Это объясняется тем, что существует большое количество применений, в которых не требуется высокая производительность.

    В данном устройстве не понадобится высокопроизводительный микроконтроллер (такие как 16-битные MSP430), так как число задач в системе оповещения будет не велико.

    В таблице представлены основные характеристики двух микроконтроллеров: Attiny2313 и PIC16F628A (Таблица 1) 
 
 
 

    Таблица 1 – Характеристики Attiny2313 и PIC16F628A

    Два данных микроконтроллера, сравниваемых между собой по характеристикам, не сильно отличаются друг от друга. Следовательно, каждый микронтроллер может быть использован для использования в центральном блоке системы оповещения. Однако микроконтроллер Attiny2313(рисунок 1) дешевле. Поэтому его выгоднее использовать в нашей схеме.

    Рисунок 1 -- ATtiny2313 

    Стабилизаторы LM317

    Интегральные  стабилизаторы  LM317 используются в качестве позитивных регулируемых стабилизаторов напряжения. Они предназначены для тока более чем1,5 A, нагрузки с выходным регулируемым напряжением в диапазоне 1.2В до 37В. Номинальное выходное напряжение выбирается путем использования только резистивного разделителя, что делает устройство исключительно простым в использовании. Эта микросхема может заменить большое количество стабилизаторов с фиксированным напряжением.

    Особенности:

• Диапазон выходного напряжения 1.2 - 37 V
• Выходной ток более 1.5 A
• Нестабильность выходного напряжения 0.1%
• Защита от короткого замыкания
• Защита от перегрева

    В схеме питания стоят два стабилизатора  LM317:

• Для установки на выходе 12В;
• Для установки на выходе 4.2В(рисунок 2);

    Рисунок 2 -- Схема стабилизатора напряжения для установки 4.3В

    Остальные элементы нужно выбирать в зависимости  от удобства построения схемы, качества, цены. Для примера: стабилитроны защиты (защитные TVS диоды по официальной классификации) P6KE6.8CA можно заменить на P4KE6.8, 1.5KE6.8, 1N6267. Буквы СА обозначают, что прибор двунаправленный, но можно использовать и однонаправленные. Можно обойтись и без них, но тогда диоды VD6, VD7, VD8, VD9, VD10 лучше заменить на BAV99 – они выдерживают больший ток.

    Принцип работы

    Данная  охранная система с GSM-сигнализацией состоит из: ИК датчика, датчика на входную дверь, считывателя Touch Memory, сирены и модуля охранной сигнализации(Приложение А).

    ИК  датчик

    ИК  датчик-- датчик обнаруживающий перемещение каких-либо объектов.

    Принцип работы основан на отслеживании уровня ИК-излучения в поле зрения датчика (как правило, пироэлектрического). Сигнал на выходе датчика монотонно зависит от уровня ИК излучения, усредненного по полю зрения датчика. При появлении человека (или другого массивного объекта с температурой большей, чем температура фона) на выходе пироэлектрического датчика повышается напряжение. Для того чтобы определить, движется ли объект, в датчике используется оптическая система — линза Френеля. Иногда вместо линзы Френеля используется система вогнутых сегментных зеркал. Сегменты оптической системы (линзы или зеркала) фокусируют ИК-излучение на пироэлементе, выдающем при этом электроимпульс. По мере перемещения источника ИК-излучения, оно улавливается и фокусируется разными сегментами оптической системы, что формирует несколько последовательных импульсов. В зависимости от установки чувствительности датчика, для выдачи итогового сигнала на пироэлемент датчика должно поступить 2 или 3 импульса.

    Датчик  на входную дверь

    Устанавливается для контроля входной двери. Самым  простым и недорогим является магнитоконтактный датчик СМК, который используется, наверное, во всех схемах охранной сигнализации. СМК состоит из двух частей: геркона и магнита.

    Принцип работы основан на том, что при  приближении магнита к геркону, контакты в нем замыкаются; а при  удалении на расстояние большее, чем  критическое, контакты размыкаются. При  размыкании контактов нарушается целостность  шлейфа сигнализации на что немедленно реагирует устройство сбора и обработки информации.

    Считыватель Touch Memory

    Считыватель предназначен для передачи кода электронных  ключей “Touch Memory” на регистрирующий прибор и отображения состояния охраняемого объекта. Считыватель может быть с индикаторным светодиодом и без светодиода.

    Модуль  охранной сигнализации.

    Его основная задача— обрабатывать сигналы с датчиков охранной системы и производить запрограммированную операцию основываясь на собранных данных.

    Схема этого блока состоит из самого модуля и схемы питания (Приложение Б). Схема построена на микроконтроллере Attiny 2313.

    Принцип работы 
     К разъёму XS4 подключаются все входящие в блок провода, кроме сетевого – он идёт на XS1. С контактов 3, 5, 7 и 9 сигналы через защитные цепи поступают в процессор. Туда  же приходят сигналы с телефона, сообщающие о его включении и о приходящих звонках. Обрабатывая все эти сигналы, процессор управляет  оптронами, подключенными к клавиатуре телефона, а так же включением звукового оповещения – сирены или другой нагрузки до 500 мА (контакт 11 разъёма XS4) и светодиодом на считывателе ТМ (контакт 10 разъёма XS4). 
     Цепочки из двустороннего стабилитрона (защитного TVS диода), резистора, двух диодов и конденсатора должны защищать от импульсов, наводимых на длинные провода датчиков во время грозы и работающих рядом всевозможных генераторов электромагнитных помех (например, сварочных аппаратов).    

      Схема защиты по цепи идущей со считывателя ТМ (контакт 9 XS4) отличается отсутствием конденсатора 100n и стабилитрона, так как эту линию процессор постоянно опрашивает, посылая короткие импульсы к считывателю. Присутствие конденсатора убивает этот процесс напрочь, а наличие стабилитрона - только при длине провода более 20 метров. 
     Стабилитроны VD11 и VD16 выполняют такие же защитные функции. 
     К разъёму XS2 подключается  программатор при прошивке процессора.    

      Разъём XS3 – штыревой PLS2, при установке  не нём перемычки включение  сирены происходит одновременно  со всеми звонками хозяину,  а если не устанавливать –  то система первый звонок совершает  молча, а  последующие уже со включенной сиреной. Т.е. с установленной перемычкой, когда Вы сами открываете гараж, она будет верещать, пока не приложите ключ ТМ. Такая функция включается в зависимости от желания – некоторые хотят, чтоб окружающие знали, что в гараже установлена охранная сигнализация (один из способов “профилактики” правонарушений). 
     Кнопка S1 “Пр” служит для смены очерёдности дозвона (первый номер – второй номер).  
    На схеме нарисованы пять оптронов, но кнопку “Телеф. справочник” перестали использовать совсем, поэтому ОРТ3 можно не впаивать. Так же при использовании телефонов Philips не нужен ОРТ5.  
     Входной сигнал “Состояние телефона” приходит с клавиатуры, по нему процессор узнаёт, включен телефон или нет (в рабочем состоянии там единичка), и если нет, то включает его, активировав ОРТ1 длинным импульсом, который в свою очередь замыкает кнопку “Сброс”. 
     Сигнал “Звонок” берётся у Siemens-ов с контакта, куда подключался звуковой излучатель, а у Philips-ов с двигателя виброзвонка, в этом случае транзистор VT1 не устанавливается, а базовая и коллекторная площадки закорачиваются перемычкой из припоя.

    Теперь  по блоку питания. Все детали от сетевого клеммника XS1 до предохранителя FU3 – это стандартная схема (за исключением цепей индикации) из источника вторичного электропитания обеспечивающего 12 В и 0,4 А. Она состоит из выпрямителя построенного на диодном мосте(VDS1), вместе со сглаживающими конденсаторами и стабилизатора напряжения, построенного на интегральном стабилизаторе LM317 который устанавливает напряжение 12B (рисунок 2).

    Рисунок 2 – Принцип построения стабилизатора для установки 12В

      Транзистор VT4 и обвязка – это  защита аккумулятора от глубокого  разряда. Порог, при котором  транзистор отключает нагрузку - 10 вольт, устанавливается резистором R11.

      Стабилизатор на DA2 обеспечивает 4,2 вольта для питания процессорной части и телефона. Напряжение выставляется резистором R20. Можно собрать и на пятивольтовом стабилизаторе, включив последовательно с нагрузкой диод типа 1N4007.