Охранно-пожарная GSM-сигнализация

Эта ОС была задумана с коммерческой целью ещё в далёком 2007 году, несколько раз модернизировалась и успешно прошла множество проверок и несколько модификаций за прошедшее время. Основные её задачи заключаются в нескольких пунктах:

1) Должна оповещать владельца о проникновении в охраняемое помещение и возгорании и при таких случаях давать прослушать, что там происходит.

2) Должна работать в широком температурном диапазоне при эксплуатации в условиях любого не отапливаемого помещения (у нас в Западной Сибири зимой минус сорок не редкость, а летом под железобетонной крышей гаража доходит до плюс пятидесяти).

3) Должна работать в тяжёлых условиях электропитания (в тех же гаражах сетевое напряжение может не только просаживаться до 150 вольт, но и пропадать по нескольку раз в течении короткого времени).

4) Должна быть простой в установке, вводе в эксплуатацию и использовании (последнее требование не шутка – если человек полгода не пользуется чем-то сложным, то легко забывает некоторые "навороты").

5) В случае проникновения в помещение или возгорания в нём, должна иметь максимально возможную "длительность жизни", т.е. успеть позвонить владельцу и включить звуковое оповещение до того, как взломщики или огонь доберутся до неё.

6) Должна быть по возможности дешёвой при покупке и в эксплуатации.

Сами мы понимали, что "стопроцентно" выполнить ВСЕ мыслимые требования не возможно, и постарались ограничиться минимальной функциональностью, а так же свести к минимуму всевозможные ошибки при проектировании, установке и эксплуатации системы. Поэтому решили использовать как можно меньше "самодельщины", тем более что конторы, торгующие пожарно-охранными системами предлагают извещатели (датчики) и оповещатели (сирены) оптом и в розницу на любой вкус и цвет, а в качестве GSM-модуля решили использовать сотовый телефон - на то время стоимость нового Philips180 в магазине была в два с половиной раза меньше модуля SIM300 в компании Symmetron. Оставалось только написать программу для микроконтроллера, соединить в одно целое процессорную часть, "периферию", телефон и подать туда питание.

Базовая система ориентирована на охрану гаража площадью не более 30 кв.м. от взлома и имеет такие свойства и параметры:

1. ставится и снимается с охраны при помощи ключа Touch Memory (далее ТМ):

А. уходя из помещения прикладываете ключ ТМ к считывателю и нажимаете кнопку "Выход" на считывателе ТМ (установлен внутри помещения), затем не торопясь выходите – система встанет на охрану спустя 15-20 секунд после закрывания входной двери.

Б. заходя же в охраняемое помещение, нужно просто приложить ключ ТМ к считывателю (первый звонок о взломе на Ваш телефон обычно успевает прийти);

2. имеет один инфракрасный датчик (Patrol или Рапид), реагирующий на движение людей и появление огня в охраняемом пространстве;

3. один магнитный датчик (ИО 102-20), устанавливаемый на входной двери (магнит на дверь, геркон на косяк);

4. звуковой оповещатель (Иволга или Флейта), включаемый в случае срабатывания охранки (обычно используется режим задержки включения на 30 секунд – пока система выполняет первый звонок);

5. 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);

6. можно позвонить на номер охранки и определить то состояние, в котором она находится в этот момент:

А. если она не стоит на охране – будут слышны длинные гудки;

Б. если стоит на охране и всё нормально – сбросит Ваш вызов – пойдут короткие гудки;

В. если поднимает трубку и даёт послушать – был взлом;

Г. если милый женский голос сообщает о недоступности абонента – отсутствует питание системы.

7. 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);

8. 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.

9. 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.

Для увеличения охраняемой площади нужно просто увеличивать количество датчиков, учитывая потребляемый ими ток – используемый блок питания может обеспечить 0,4 А в непрерывном режиме и 1 А кратковременно. Например, в комплекте с одним инфракрасным датчиком Patrol-901 (12 мА) система от аккумулятора потребляет в режиме охраны 20-25 мА, а при наборе номера (100 мА) и включении сирены Иволга (55 мА, 105 dB) уже до 160 мА. Добавляя, к примеру, ещё датчик Арфа или Стекло (которые можно настроить на стук по металлической двери, 55 мА) и три датчика Шорох (поверхностный, вибрационный, реагирующий на стук по стене, полу или крыше, каждый 25 мА) ток потребления повысится до 160 мА в дежурном режиме и до 300 мА в режиме дозвона. Расчёт не точный, потому что некоторые датчики во время срабатывания потребляют меньший ток – реле обесточивается. Приведённая расчётная комплектация взята только для примера – устанавливать "такое" можно только в отдельных случаях, потому что система очень чувствительна к звуку и вибрации и при некорректной настройке будет звонить по любому неподходящему случаю - дети шли мимо и стукнули палкой (камнем) по двери, или тяжеловоз какой мимо проехал. Вам это надо?

Есть ещё множество всевозможных датчиков, для одних и тех же целей применяющих разные принципы, реагирующие на всевозможные изменения окружающего пространства, например, в домах с подведённым газом устанавливают датчики контроля состава газовой среды (ИГ-МПБ-02 "Атлант" – реакция на метан, пропан, бутан), правда, цена у него… Можно долго писать, придумывая разные способы контроля и методы противоборства взлому, но всё это уже есть как в Интернете, так и в специализированных журналах, глянцевых и не очень, поэтому переходим к описанию схемы.

Схему читать надо справа налево. Так уж получилось.

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). За прошедшие четыре года жалоб на то, что сигналки срабатывают в таких случаях, не было, т.е. наводки на провод не достигают даже напряжения, соответствующего единичному состоянию микросхемы, но, здесь, как говорится, "лучше перебдеть, чем недобдеть".

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. Мы использовали нижеприведенную схему и программу PonyProg2000. Микросхема распаивается навесным монтажом прямо в пластиковом корпусе разъёма, выходящий провод неэкранированный, длиной около метра, имеет на конце разъём "мама". Микросхему SN74LS244 можно заменить на К555АП5 (восьмиканальный однонаправленный шинный формирователь).

Установка Fuse bits для работы микроконтроллера с внутренним тактированием частотой 4 МГц:

Прошивки для моделей телефонов Siemens и Philips в конце статьи в полном пакете документов.

Продолжим по схеме.

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. Такой сервис сделан по желанию клиентов – 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). Более подробно, как это делается, описано в "Руководстве по вводу в эксплуатацию и пользованию" в конце статьи.

Управление телефоном через клавиатуру в наше время может быть и не "круто", но мы посчитали его более приемлемым в наших условиях. На схеме нарисованы пять оптронов, но кнопку "Телеф. справочник" мы перестали использовать совсем, поэтому ОРТ3 можно не впаивать. Так же при использовании телефонов Philips не нужен ОРТ5. Описание подключения проводов к клавиатуре телефона будет описано ниже с картинками.

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. Ниже будет описано подробнее.

Теперь по блоку питания.
Все детали от сетевого клеммника XS1 до предохранителя FU3 – это стандартная схема (за исключением цепей индикации) из источника вторичного электропитания "Парус-3", обеспечивающего 12 В и 0,4 А. Производитель иногда заменяет некоторые комплектующие на аналоги, поэтому маркировка некоторых деталей на принципиальной схеме не обозначена. Покупается это изделие там же, где и все датчики с сиренами, проводами и аккумуляторами – в любой конторе, торгующей пожарно-охранными системами. Родная плата вытаскивается и аккуратно разбирается на комплектующие, которые сразу же впаиваются в блок питания охранки (чтоб чего не попутать). Корпус с трансформатором используется по назначению – под него и была разведена плата сигнализации. Фото справа.

Родной выключатель, установленный на корпусе слева не используется, хотя можно его поставить сразу после FU3 для разрыва цепи питания.

Далее по схеме.

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

Стабилизатор на VR2 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 – на плате место под такой вариант разведено.

По деталям.

Все SMD резисторы и конденсаторы (кроме применяемых в БП) типоразмера 0805.

Разъёмы XS4 для подключения периферии – клеммники винтовые двухконтактные прямые однорядные серии 300-02-1-1 (ТВ-2) тип 1. Шесть штук соединяются пазами и впаиваются.

Разъём XS1 (ввод сетевого напряжения 220 вольт) – той же модели, что и XS4, но тип 2 (по каталогу ПЛАТАН), переставляется с платы источника вторичного электропитания "Парус-3", так же как и колодка с предохранителем и разъём, от которого идёт четыре провода к трансформатору питания (марка не известна).

Разъёмы XS2 и XS3 – гребёнки PLS, шесть и два штырька соответственно, джампер на XS3 стандартный. Гребёнки и джампер можно взять с компьютерных плат.

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.

Микроконтроллер ATtiny2313 на любую предельную частоту (работает на внутреннем тактировании 4 МГц) и в любом корпусе – дорожки разведены под оба варианта (DIP, SMD).

Оптроны TLP521-1 четырёхвыводные, заменяемы на TLP621, TLP626 и TLP721.

Транзисторы VT1-VT3 - BC817-40 или подобные. VT3 должен выдерживать ток не менее 0,5А.

Транзистор VT4 - IRFR9120 или IRFR5305, паяется со стороны печати.

Микросхема под обозначением VD5 – в SMD исполнении TL431CDBVR-TI, заменяема на TL431 в обыкновенном исполнении, но паять всё равно со стороны дорожек.

Резисторы R11 и R20 - 3329Н, 3321H, PV32H. Можно так же и SMD - PVZ3A. Номинал R11 можно увеличивать до 100 кОм, а R20 уменьшать до 500 Ом.

Стабилизатор питания VR2 – LM317 или 7805, паяется со стороны печати и, отдавая тепло на большую поверхность фольги, помогает улучшить температурный режим в зимний период.

Кнопка S1- TS-A3PV-130 (по каталогу ПЛАТАН), угловая с длиной штока 7 или 9,5 мм. Кнопка S2 – "Выход", встраиваемая в считыватель ТМ – TS-A3PS-130, прямая с длиной штока 7 мм. Можно и с 9,5 мм штоком, но он будет выступать слишком далеко, и его лучше укоротить.

Теперь перейдём к конструктивному исполнению.

Все детали блока, кроме трансформатора и аккумулятора, расположены на одной печатной плате размерами 180х75 мм, выполненной из фольгированного с одной стороны текстолита толщиной 1,5 мм. Двусторонний тоже подойдёт, тогда лучше просверлить отверстия по периметру земляных шин и пропаять перемычки оголённым проводом, соединив обе стороны.

Плата устанавливается в корпус от блока питания "Парус-3" и крепится на старые установочные места. Приводим рисунок одного из вариантов платы.

Все варианты отличались в основном мелочами, кроме одного, где разъём XS4 был выполнен не на клеммниках, а состоял из четырёх розеток TJ-8P8C, установленных на плату в верхней части – где чёрное поле на рисунке. Соответственно, обжав концы проводов от датчиков в вилки ТР-8Р8С, можно было подключать всю периферию снаружи, т.е. крышку нужно было снимать только для установки SIM-карты и подключения 220 вольт. Так сказать, "безотвёрточная сборка" – хороша тем, что провода попутать невозможно.

Детали в процессорной части блока, кроме разъёмов XS2, XS3, XS4 паяются со стороны печати. Ножки оптронов, стабилитронов и микроконтроллера, если он в DIP корпусе, откусываются по самое брюхо. Выводы стабилитронов перед обрезкой надо согнуть под прямым углом к корпусу. К сожалению, фото со стороны печати только такое - плата закрашена перманентным маркером чёрного цвета:

И она же со стороны телефона:

Наиболее ответственная часть конструирования – доработка телефона и подпайка к нему проводов.

Модели используемых телефонов определялись в основном конструктивом держателя Sim-карты. Так как плата телефона использовалась без корпуса, то держатель должен иметь упоры, чтоб карта встала строго по месту и не болталась. Конечно, можно доработать любой держатель, но мы просто покупали определённые модели: Siemens серий А35, С35i, S35, А40 и Philips серий 180 и 192.

Держатель карты у Siemens-ов вынимается из задней крышки и просто впаивается по месту. Чтоб пластмаска не болталась в воздухе – приклеивается клеем "Момент" (или подобным эластичным) к экранирующей крышке на плате:

У Philips-ов держатель уже впаян в плату, поэтому остаётся только согнуть по размерам Sim-карты П-образную полоску ограждения из тонкой жести размерами 35х3 мм (банка из под кофе или сгущенки) и припаять её так, чтоб карта при установке становилась по месту (на фото так же виден добавленный конденсатор по питанию, к плюсовой ножке которого подпаивается провод +4,2 вольта):

На плате телефона удаляются все светодиоды подсветки клавиатуры и индикатора, у Philips-а жалом паяльника или кусачками отдирается (в буквальном смысле) одна нога от двигателя виброзвонка (чтоб не вибрировал попусту) и к ней припаивается провод МГТФ – по нему будет уходить сигнал в процессорную часть, где, повторяем, транзистор VT1 убирается, а базовая и коллекторная площадки соединяются перемычкой припоя, ну или при пайке платы резистор R6 сразу паяется на нужные площадки. Для Siemens-ов транзистор VT1 нужен!

Ниже на рисунках резистор звонковой цепи для Philips-а и места подпайки управляющих проводов от оптронов к разным моделям телефонов:

Стоит, наверное, рассказать, как мы искали места подключения. Так как наличие npn-транзистора в оптроне подразумевает "напряжение на коллекторе более положительное, чем на эмиттере", то на этапе разборки телефона, когда корпус снят и припаяны провода питания, осциллографом были померены потенциалы на контактах клавиатуры. Оказалось, что на обоих контактах каждой кнопки присутствует очень близкое по потенциалу напряжение, но всё же с некоторой различимой разницей. Вот к тем проводникам, где потенциал выше, и паяется проводник от коллектора транзистора.

Вообще-то, сложилось впечатление, что не важно, как припаяны оптроны - однажды поменяли местами провода "коллектор-эмиттер" подключая телефон Philips, и ничего, система работала без проблем – и только случайно обнаружилась ошибка.

Кнопка "Сброс" на телефонах одним контактом сидит сразу на земляной шине, поэтому на печатной плате эмиттер ОРТ1 (контакт 10) разведен перемычкой на "землю" – в случае необходимости можно перерезать.

Фото клавиатуры есть только для Siemens-ов:

Микрофон или просто впаивается в плату, или по желанию клиента выносится экранированным проводом (5-20 см – слева на фото чёрный провод с синей изолентой) на корпус для более "чувствительной" работы - это если блок устанавливается в какой-нибудь шкаф или прячется в другом укромном месте.

Плюсовой провод питания припаивается к контакту, куда подключался аккумулятор. В это же место впаивается конденсатор на 100 микрофарад. Фото запитки Siemens-а:

Минусовым проводом являются четыре проволочные стойки диаметром 0,3-0,5 мм и длиной 20-30 мм (ножки от резисторов или диодов, смотрите на фотографиях выше по тексту), припаянные к земляным проводам телефона со стороны клавиатуры. На рисунке ниже красным обведены места впайки, расположенные в верхней части платы блока. Такие же "пятачки" есть и в нижней части платы.

Считыватель ключей ТМ носит название "Считыватель-2 исполнение 01" в той конторе, где мы брали комплектующие. В него встраивается тактовая кнопка S2 "Выход", одна ножка которой паяется на массу, а от другой идет провод длиной 150-200 мм (зелёный по цвету в "Руководстве…"), к которому во время установки сигнализации будет подключен один из сигнальных проводов. Конечно, можно использовать любой другой вариант исполнения, главное, чтоб было удобно пользоваться. Обычно считыватель крепится вертикально - так удобней нажимать. На фото кнопка находится справа от светодиода.

Порядок пайки и сборки.

После изготовления печатной платы и проверки крепления в корпусе, на неё переносятся детали с платы стабилизатора "Парус-3". Аккумулятор пока НЕ подключаем.

Проверяем выходное напряжение +12 вольт.

Затем распаиваем защиту от глубокого разряда аккумуляторной батареи.

Проверяем, что защита пропускает +12 вольт.

Распаиваем стабилизатор +4,2 вольта. Нагружаем его, например, на двенадцативольтовую лампочку с током потребления примерно 300 мА.

Проверяем работоспособность стабилизатора и выставляем +4,2 вольта.

Подключаем вместо аккумулятора блок питания с регулируемым напряжением, и настраиваем защиту от глубокого разряда.

Допаиваем все остальные детали на плату. Не забываем "воздушные" перемычки от площадки к площадке, выполненные оголённым проводом 0,2-0,5 мм – обозначены серым цветом в lay-файле.

Программируем микроконтроллер.

Дорабатываем телефон и припаиваем к нему проводники из МГТФ максимально тонкого диаметра и с запасом по длине не более 1-2 см.

Впаиваем проводники и телефон в плату охранки.

Включаем и проверяем, что на экране телефона появляется надпись об отсутствии SIM-карты.

Читаем инструкцию о вводе системы в работу.

Программируем SIM-карту и вставляем её в телефон нашей охранки.

Подключаем к разъёмам все датчики. Вместо звукового оповещателя (сирены) подключите двенадцативольтовую лампочку.

Включаем. Убеждаемся, что телефон находит сеть.

Программируем ключи ТМ.

Теперь можно проверять всю систему в действии. Хорошо бы, чтоб было видно, что происходит на экране телефона.

Скорее всего, при правильной распайке система заработает сразу. Мест в схеме, где нужно что-то подбирать, нет.

Если что не так, то, опираясь на логику работы системы, проверяем прохождение сигналов в цепях и соответствие их нужным уровням.

Некоторые дополнения и уточнения.

При установке системы на месте пользования в качестве проводов датчиков использовали КСПВ 4х0,5 и КСПВ 2х0,5. Цветовое описание подключения в "Руководстве…" соответствует этим проводам.

Все датчики (извещатели) стандартные, никаким доработкам не подвергаются.

Инфракрасные датчики лучше брать с функцией защиты от животных. Были случаи, когда при беспорядке в гараже, охранка реагировала на мышей, бегающих по коробкам перед ИК датчиком. Т. е. перед датчиком не должно быть никаких поверхностей, по которым могут передвигаться мыши и птицы.

На задней крышке корпуса есть отверстия большого диаметра, через которые можно видеть экран телефона. После окончательной проверки их желательно заклеить пластиной из пластмассы, чтоб через них не забирались внутрь всякие насекомые. Был случай, когда паук закоротил фазу и ноль на печатной плате. Остались одни ножки, но предохранитель сгорел, и пришлось выезжать к клиенту. После этого случая по окончании настройки печатную плату со стороны дорожек иногда покрывали краской из баллончика, а обычно закрашивали перманентным маркером (вместе с деталями). Можно было, конечно использовать и лаки, но маркером как-то быстрее и удобней - покрытие получается достаточно плотным и никуда не затекает. Места ввода проводов через маленькие отверстия в задней крышке корпуса после установки охранки по месту тщательно заклеивали скотчем или изолентой. Может быть и не красиво, но действенно. Да и температурный режим зимой облегчается.

Что куда устанавливать и как крепить – решайте сами. Но основные правила есть, и они описаны в сопроводительных листах-инструкциях на извещатели и оповещатели. Хорошо бы предварительно посмотреть на уже работающие системы. Как вариант, представьте себя на месте грамотного и уверенного в себе взломщика и представьте его действия. Вся система должна успеть отработать, т.е. оповестить о взломе и включить сирену до того, как он её найдёт и отключит.

Напоследок приведём пример расположения сигнализации в гараже:

1. блок ОС закрепляется на стеллаже (в шкафу) или вешается на стену справа от входа на уровне груди;
2. инфракрасный датчик крепится выше роста человека в дальнем правом углу и направляется на ближний левый угол и дверь;
3. считыватель ТМ – справа от входа на уровне живота;
4. магнитный датчик крепится на верхней части калитки двери или самой двери при отсутствии калитки.
5. сирена – в ближнем левом углу выше роста человека;
6. при желании ставится второй ИК-датчик около сирены и направляется в сторону первого.

Хочется поблагодарить Исакова Александра - RA9OBD за профессионально выполненную фотосъёмку мелких деталей.

Ниже вы можете скачать архив, в котором находятся: разводка печатной платы в формате LAY, руководство по вводу в эксплуатацию и пользованию GSM сигнализации и прошивки ОС для ATtiny 2313.

Со всеми вопросами можно обращаться по адресу sibmon@yandex.ru

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• GSM
• AVR
• Микроконтроллер
• Sprint-Layout