Модуль сбора и передачи информации в системе охранной сигнализации

Малышко Максим Александрович – магистрант кафедры Промышленной электроники Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета).

Кабышев Александр Михайлович – кандидат технических наук, доцент кафедры Промышленной электроники Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета).

Аннотация: В статье рассмотрена система охранной сигнализации, построенная из функционально законченных модулей. Разработана структурная схема модуля системы, предназначенного для сбора и передачи информации о состоянии охраняемого объекта. Рассмотрено взаимодействие элементов, входящих в состав схемы. Разработан алгоритм работы модуля сбора и передачи информации. Модульный принцип построения схемы, позволяет оперативно изменять ее функциональные возможности.

Ключевые слова: система охранной сигнализации, датчики, микроконтроллер, радиоканал, алгоритм, модуль.

Проблема обеспечения безопасности промышленных и бытовых объектов является актуальной. В настоящее время эта проблема решается посредством применения систем охранной сигнализации, которые являются одним из главных препятствий на пути несанкционированного проникновения на охраняемый объект. В связи с широким использованием современных средств микропроцессорной техники и цифровых методов обработки информации происходит существенная "интеллектуализация" технических средств охраны [ 1 ].

Эти средства перестают быть просто вспомогательными и приобретают новые свойства, что оказывает существенное влияние на организацию охраны и её уровень [2]. Современная элементная база позволяет разрабатывать системы охранной сигнализации, работающие в автоматическом режиме и передающие информацию о состоянии охраняемого объекта на пульт центрального управления.

На рис.1 показана структурная схема системы охранной сигнализации, построенной по модульному принципу из функционально законченных модулей М₁ – Мn. Модули устанавливаются непосредственно на территории охраняемого объекта и контролируют его состояние, собирают и передают информацию о состоянии объекта на пульт центрального управления по радиоканалу. Модульный принцип построения системы позволяет изменять ее функциональные возможности за счет изменения количества модулей.

Рисунок 1. Структурная схема системы охранной сигнализации.

Стрелками на рисунке показано направление передачи информации.

Модули М₁– Мn выполняют одинаковые функции и построены по единой структурной схеме, показанной на рис.2.

На рисунке приняты следующие обозначения: МК – микроконтроллер; SW– клавиши клавиатуры; US – ультразвуковые датчики; SD – карта «памяти»; Т – программируемый таймер; TFT – дисплей; GSM – модем передачи данных; SL – разъем для подключения устройства звуковой и световой сигнализации. Стрелками на рисунке показано направление передачи информации.

Рисунок 2. Структурная схема модуля сбора и передачи информации.

Микроконтроллер (МК) является основным элементом схемы, он управляет работой блоков, входящих в состав модуля и обрабатывает передаваемую между ними информацию.

В состав блока ультразвуковых датчиков входят четыре датчика (US1, US2, US3, US4).

Микроконтроллер последовательно управляет работой ультразвуковых излучателей, входящих в состав датчиков, принимает отраженный сигнал и, вычисляя интервал времени между посланным и принятым сигналами, определяет расстояние до контролируемого объекта [3]. Программное обеспечение микроконтроллера идентифицирует, движущийся объект по изменению во времени расстояния до этого объекта.

Ультразвуковые датчики могут быть позиционно расположенны в вертикальной или (и) горизонтальной плоскости таким образом, чтобы каждый датчик контролировал свою область пространства, что позволяет микроконтроллеру определять габаритные размеры движущегося объекта (высоту или (и) ширину), фиксируя сигналы, отраженные от объекта, находящегося в контролируемых областях пространства.

Такая организация алгоритма работы микроконтроллера позволяет модулю (рис.2) формировать сигнал тревоги, если движущийся объект с недопустимыми габаритными размерами приближается на недопустимое расстояние к границе охраняемой территории. При этом в блоке передачи данных с помощью модема GSM на центральный пульт управления передается номер модуля системы охранной сигнализации (рис.1), сформировавщего сигнал тревоги [4]. Текущее время, формирования сигнала тревоги, записывается в карту «памяти» (SD) , входящую в состав блока памяти. Одновременно с этим, микроконтроллер формирует сигнал, вызывающий срабатывание, подключенных к блоку сигнализации, устройств генерирующих звуковые и световые сигналы тревоги.

Применение в схеме рис.2 блока «памяти» позволяет записывать историю работы устройства.

В состав микроконтроллера входит программируемый таймер (Т), предназначенный для отсчета текущего времени.

Режимы работы модуля сбора и передачи информации задаются с помощью блока управления, в состав которого входит клавиатура, состоящая из трех клавиш (SW1, SW2, SW3).

Задание текущего времени выполняется с помощью удержания в нажатом состоянии клавиши SW1 блока управления, при этом происходит программирование таймера (Т) микроконтроллера. Клавиша SW2 предназначена для задания допустимого расстояния (Sд) до объекта. Клавиша SW3 задает номера активных датчиков (USа), это позволяет адаптировать устройство к конкретным условиям эксплуатации без изменения программного обеспечения микроконтроллера, например, использовать в процессе работы меньшее количество датчиков.

Вся вводимая, с помощью клавиатуры блока управления, информация, для визуального контроля, отображается на дисплее (TFT), входящем в состав блока отображения информации.

На рис.3 показана схема алгоритма работы микроконтроллера при управлении блоками модуля сбора и передачи информации.

Рисунок 3. Алгоритм работы модуля сбора и передачи информации.

Алгоритм обеспечивает выбор режимов работы модуля в зависимости от состояния клавиш SW. Выполняется управление датчиками: посылается ультразвуковой сигнал и принимается отраженный сигнал. Фиксируются номера датчиков USс, формирующих отраженные сигналы. Измеряются расстояния S1 и S2 до объектов, в разные моменты времени, и идентифицируются движущиеся объекты путем сравнения S1 и S2. Сравнивается расстояние до объекта с допустимым расстоянием Sд и определяются габаритные размеры объекта при сравнении номеров USc датчиков с заданными номерами USа. Формируется сигнал тревоги: активируется GSM модуль; запоминается в SD текущее время; активируется блок сигнализации.

Приведенная на рис.2 схема модуля сбора и передачи информации выполнена на основе отдельных блоков, это позволяет изменять ее функциональные возможности и режимы работы. Блок «памяти» выполняет вспомогательные функции и может применяться, если необходимо фиксировать время несанкционированного доступа к охраняемому объекту.

Схема может работать в автономном режиме (при этом отпадает необходимость в блоке передачи данных) или в составе системы охранной сигнализации, показанной на рис.1.

Рассмотренные в работе схемы и принципы взаимодействия блоков модуля сбора и передачи информации могут найти применение при разработке систем охранной сигнализации.

Список литературы

1. Магауенов Р.Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения - 3-е издание - М. Горячая линия - Телеком, 2017. - 494 с. ISBN 978-5-9912-0680-8.
2. Ворона В.А., Технические средства наблюдения в охране объектов / Ворона В.А., Тихонов В.А. - Вып. 3. - М. : Горячая линия - Телеком, 2011. - 188 с. (Серия "Обеспечение безопасности объектов") - ISBN 978-5-9912-0143-8.
3. В. Жданкин – Ультразвуковые датчики для систем управления [Электронный ресурс] – Режим доступа: URL: https://www.cta.ru/cms/f/?/341712.pdf.
4. Мясищев А.А. - Удаленное управление устройствами с помощью микроконтроллера Atmega8 и мобильного телефона, поддерживающего AT команды. Технология GSM умный дом. [Электронный ресурс] – Режим доступа:URL: http://webstm32.sytes.net/user-files/lab/lab2_avr_gsm.htm.