Схема охранной сигнализации с кодовым замком на AVR микроконтроллерах. Как работает пожарная сигнализация? Охранная сигнализация на базе gsm телефона

Данная простая мини-охранная сигнализация на микроконтроллере ATtiny 13 предназначена для охраны квартир, офисов, дач... При размыкании геркона сигнализация подаёт звуковой сигнал или при небольшой доработке можно сделать отправку SMS с мобильного телефона. Управление сигнализацией осуществляется ИК-брелками. Основные характеристики: динамическое питания фотоприёмника, пробуждение из режима "SLEEP" по прерыванию от сторожевого таймера в режиме "POWER-DOWN", и как следствие низкое энергопотребление - около 30мкА.

Принципиальная схема устройства довольна проста. ИК-приёмник - TSOP1736. Сердцем устройства является микроконтроллер ATtiny13. При размыкании контактов геркона срабатывает сигнализация. Принципиальная схема охранной сигнализации (для увеличения кликните по схеме):

Собранное устройство выглядит так:

Ик-передатчик для управления охранной сигнализацией собран на микроконтроллере ATtiny13 и десятке пассивных компонентов. Вместо транзистора BC847 можно использовать любой маломощный транзистор, например, КТ 315. Источником питания служат две литий-ионные батарейки типа CR. Принципиальная схема ИК-брелка для управления охранной сигнализацией (установка охраны/снятие с охраны):

Собранный брелок управления:

При использовании многоканального (на 99 каналов) ИК-передатчика на микроконтроллере ATtiny24 можно одновременно использовать большое количество сигнализаций находящихся рядом, управляя ими по выбору. Принципиальная схема многоканального ИК-передатчика:

Собранный многоканальный ИК-передатчик:

Программирование сигнализации

Стирание всех брелков

Установите перемычку на JP1.
Раздастся звуковой сигнал, индикатор непрерывно мигает красным цветом 0,5 Гц

Добавление новых брелков

Установите перемычку на JP2.
Индикатор непрерывно мигает зелёным цветом 0,5 Гц.
В подтверждение записи брелка раздастся звуковой сигнал 1 раз.
Если память брелков заполнена индикатор непрерывно мигает красным цветом 0,5 Гц.

Работа с устройством

Состояние прибора – снят с охраны (мигает зелёный светодиод с частотой 1Гц)

Выбор микроконтроллера, используемого в центральном блоке, обусловливается объемом памяти программ, памяти данных, числом портов ввода/вывода быстродействием.

Будем использовать микроконтроллер ATmega.

Оценим объем памяти программ.

Алгоритм функционирования центрального блока в режиме инициализации состоит из 32 элементарный действий. Каждое действие выполняется в среднем с помощью 5 команд. В самом общем случае команда микроконтроллера выбранной серии состоит из 16 разрядов. Объем памяти программ микроконтроллеров ATmega оценивается в 16-разрядный словах. Таким образом, программа, выполняемая центральным блоком в режиме инициализации, займет в памяти программ ячеек памяти.

Алгоритм функционирования центрального блока в режиме тестирования состоит из 35 элементарный действий. Каждое действие также как и в режиме инициализации, выполняется в среднем с помощью 5 команд. Следовательно, программа, выполняемая центральным блоком в режиме тестирования, займет в памяти программ ячеек памяти.

Алгоритм функционирования центрального блока в рабочем режиме состоит из 31 элементарного действия. Каждое действие также как и в режиме инициализации, выполняется в среднем с помощью 5 команд. Следовательно, программа, выполняемая центральным блоком в режиме тестирования, займет в памяти программ ячеек памяти.

Алгоритм функционирования центрального блока при выполнении подпрограммы обработки сигнала датчика состоит из 11 элементарных действий. Каждое действие также как и в режиме инициализации, выполняется в среднем с помощью 5 команд. Следовательно, программа, выполняемая центральным блоком в режиме тестирования, займет в памяти программ ячеек памяти.

Следовательно, вся программа займет

ячеек памяти.

В память программ записываются пять параметров помещения:

1. Коэффициент полезного действия, сгоревшего топлива;

2. Удельная скорость выгорания;

• 3. Теплота сгорания топлива;
• 4. Площадь пожара;
• 5. Нормальная температура в помещении.

Каждый из указанных параметров помещения займет одну ячейку памяти. Следовательно, параметры помещения займут в памяти программ

ячеек памяти.

При инициализации в память программ записываются адреса датчиков периферийного оборудования. Поскольку система пожарной сигнализации рассчитана на подключение 2016 датчиков, то для записи адресов датчиков необходимо

ячеек памяти.

Таким образом, необходимые исходные данные займут

ячейку памяти.

Всего для текста программы и исходных данных потребуется

ячеек памяти.

Память данных микроконтроллера должна одновременно хранить результаты измерений температуры помещения двумя датчиками, 2 пороговых значения температуры для данного помещения, 2 адреса датчика, адрес центрального прибора или мультиплексора, 2 результата сравнения значений температур с пороговыми значениями, состояние 13 счетчиков циклов, максимальное допустимое число циклов. Таким образом, минимальное число ячеек памяти данных должно быть равно

Оценим необходимое число портов ввода/вывода, требуемое для подключения периферийных устройств к микроконтроллеру.

Для подключения стандартного программатора необходимо задействовать

последовательных порта.

Для организации последовательного интерфейса RS232 необходимо использовать 2 последовательных порта. Учитывая, что с помощью одной шины указанного интерфейса осуществляется обмен с центральными приборами, а с помощью второй шины производится обмен с информационной системой высшего уровня, то необходимо использование

последовательных порта.

Центральный блок должен принимать сигналы, поступающие от типовых ручных пожарных извещателей. Типовые ручные пожарные извещатели представляют собой адресные устройства, поэтому для приема сигналов от них достаточно использовать

последовательный порт ввода. Все ручные пожарные извещатели необходимо подключить к одному шлейфу.

В центрально приборе предусматривается временное хранение информации о показаниях датчиков. Следовательно, необходимо организовать программное управление работой микросхем внешней памяти. Современные микросхемы внешней последовательной памяти имеют 6 выводов, из которых на один подается сигнал выбора микросхемы. Для упрощения процедуры управления подобной памятью на каждый элемент памяти удобно подавать сигнал выбора микросхемы отдельно. Таким образом, для управления внешней памятью необходимо

последовательных портов ввода/вывода, где K -- число микросхем внешней последовательной памяти.

Следовательно, для организации работы устройств, подключаемых к микроконтроллеру центрального блока, необходимо

последовательных портов ввода/вывода.

Выберем микроконтроллер ATmega128 . Данный микроконтроллер имеет 128 кБайт внутрисистемно программируемой флэш-памяти программ, 4096 байт внутреннего статического ОЗУ данных и 4 кБайт ЭСППЗУ для энергонезависимого хранения данных. Тактовая частота микроконтроллера равна 16 МГц и определяется внутренним кварцевым генератором. Потребляемый ток равен 24 мА, при напряжении питания 5 В и тактовой частоте 16 МГц.

Принципиальная электрическая схема ячейки периферийного обородувония представлена на рисунке 1.1. Микроконтроллер включен по рекомендуемой производителем схеме. Частота кварцевого резонатора ZQ1 равна 16 МГц, емкости конденсаторов С 2, С 3 в соответствии с рекомендациями производителя приняты равными 22 пФ.

При подключении к центральному блоку выносных пультов управления и системы высшего уровня с помощью интерфейса RS232 необходимо обеспечить согласование уровней сигналов микроконтроллера и интерфейса. Для согласования уровней сигналов будем использовать микросхему DD 1-DD 9 приемопередатчика MAX232 в стандартной схеме включения. Производитель рекомендует емкости конденсаторов С 4…C 18 принять равными 1 мкФ.

Датчики дыма являются более эффективным инструментом противопожарной сигнализации, так как, в отличие от традиционных тепловых датчиков, они срабатывают до образования открытого пламени и заметного роста температуры в помещении. Ввиду сравнительной простоты реализации, широкое распространение получили оптоэлектронные датчики дыма. Они состоят из дымовой камеры, в которой установлены излучатель света и фотоприемник. Связанная с ними схема формирует сигнал срабатывания, когда обнаруживается существенное поглощение излучаемого света. Именно такой принцип действия положен в основу рассматриваемого датчика.

Приведенный здесь датчик дыма использует батарейное питание, поэтому, в целях увеличения практичности, он должен в среднем потреблять очень малый ток, исчисляемый единицами микроампер. Это позволит ему в течение нескольких лет проработать без необходимости замены батареи питания. Кроме того, в исполнительной цепи предполагается использование звукового излучателя, способного развить звуковое давление не менее 85 дБ. Типичным способом обеспечения очень малого электропотребления устройства, которое должно содержать достаточно сильноточные элементы, как, например, излучатель света и фотоприемник, является его повторно-кратковременный режим работы, причем длительность паузы должна во много раз превышать длительность активной работы.

В таком случае среднее потребление будет сводиться к суммарному статическому потреблению неактивных компонентов схемы. Реализовать такую идею помогают программируемые микроконтроллеры (МК) с возможностями перевода в микромощный дежурный режим и автоматического возобновления активной работы через заданные интервалы времени. Таким требованиям полностью отвечает 14-выводной МК MSP430F2012 с объемом встроенной Flash-памяти 2 кбайт. Данный МК после перевода в дежурный режим LPM3 потребляет ток, равный всего лишь 0.6 мкА. В эту величину также входит потребляемый ток встроенного RC-генератора (VLO) и таймера А, что позволяет продолжать счет времени даже после перевода МК в дежурный режим работы. Однако данный генератор очень нестабилен. Его частота в зависимости от окружающей температуры может варьироваться в пределах 4…22 кГц (номинальная частота 12 кГц). Таким образом, в целях обеспечения заданной длительности пауз в работе датчика, в него должна быть заложена возможность калибровки VLO. Для этих целей можно использовать встроенный высокочастотный генератор - DCO, который откалиброван производителем с точностью не хуже ±2.5% в пределах температурного диапазона 0...85°С.

Со схемой датчика можно ознакомиться на рис. 1.

Рис. 1.

Здесь в качестве элементов оптической пары, размещенных в дымовой камере (SMOKE_CHAMBER), используются светодиод (СД) и фотодиод инфракрасного (ИК) спектра. Благодаря рабочему напряжению МК 1.8…3.6 В и надлежащим расчетам других каскадов схемы, достигнута возможность питания схемы от двух батареек типа ААА. Для обеспечения стабильности излучаемого света в условиях питания нестабилизированным напряжением рабочий режим СД задается источником тока 100 мА, который собран на двух транзисторах Q3, Q4. Данный источник тока активен, когда на выходе P1.6 установлен высокий уровень. В дежурном режиме работы схемы он отключается (P1.6 = «0»), а общее потребление каскадом ИК излучателя снижается до ничтожно малого уровня тока утечки через Q3. Для усиления сигнала фотодиода применена схема усилителя фототока на основе ОУ TLV2780. При выборе этого ОУ руководствовались стоимостью и временем установления. У данного ОУ время установления составляет до 3 мкс, что позволило не использовать поддерживаемую им возможность перехода в дежурный режим работы, а взамен этого - управлять питанием усилительного каскада с выхода МК (порт P1.5). Таким образом, после отключения усилительного каскада он вообще не потребляет никакого тока, а достигнутая экономия тока составляет около 1.4 мкА.

Для сигнализации о срабатывании датчика дыма предусмотрены звуковой излучатель (ЗИ) P1 (EFBRL37C20 , ) и светодиод D1. ЗИ относится к пьезоэлектрическому типу. Он дополнен компонентами типовой схемы включения (R8, R10, R12, D3, Q2), которые обеспечивают непрерывную генерацию звука при подаче постоянного напряжения питания. Примененный здесь тип ЗИ генерирует звук частотой 3.9±0,5 кГц. Для питания схемы ЗИ выбрано напряжение 18 В, при котором он создает звуковое давление порядка 95 дБ (на расстоянии 10 см) и потребляет ток около 16 мА. Данное напряжение генерирует повышающий преобразователь напряжения, собранный на основе микросхемы IC1 (TPS61040 , TI). Требуемое выходное напряжение задано указанными на схеме номиналами резисторов R11 и R13. Схема преобразователя также дополнена каскадом изоляции всей нагрузки от батарейного питания (R9, Q1) после перевода TPS61040 в дежурный режим (низкий уровень на входе EN). Это позволяет исключить протекание токов утечки в нагрузку и, таким образом, свести общее потребление данным каскадом (при отключенном ЗИ) до уровня собственного статического потребления микросхемы IC1 (0.1 мкА). В схеме также предусмотрены: кнопка SW1 для ручного включения / отключения ЗИ; «джамперы» для конфигурации цепи питания схемы датчика (JP1, JP2) и подготовки к работе ЗИ (JP3), а также разъемы внешнего питания на этапе отладки (X4) и подключения адаптера встроенной в МК отладочной системы (X1) через двухпроводной интерфейс Spy-Bi-Wire.

Рис. 2.

После сброса МК выполняется вся необходимая инициализация, в т.ч. калибровка генератора VLO и настройка периодичности возобновления активной работы МК, равной восьми секундам. Вслед за этим МК переводится в экономичный режим работы LPM3. В этом режиме остается в работе VLO и таймер А, а ЦПУ, высокочастотная синхронизация и прочие модули ввода-вывода прекращают работу. Выход из этого состояния возможен по двум условиям: генерация прерывания по входу P1.1, которое возникает при нажатии на кнопку SW1, а также генерация прерывания таймера А, которое происходит по истечении установленных восьми секунд. В процедуре обработки прерывания по входу P1.1 вначале генерируется пассивная задержка (примерно 50 мс) для подавления дребезга, а затем изменяется на противоположное состояние линии управления ЗИ, давая возможность вручную управлять активностью ЗИ. Когда же возникает прерывание по таймеру А (прерывание ТА0), выполняется процедура оцифровки выхода усилителя фототока в следующей последовательности. Вначале выполняются четыре оцифровки при отключенном ИК светодиоде, затем - четыре оцифровки при включенном светодиоде. В дальнейшем эти оцифровки подвергаются усреднению. В конечном счете формируются две переменные: L - усредненное значение при отключенном ИК светодиоде, и D - усредненное значение при включенном ИК светодиоде. Четырехкратные оцифровки и их усреднения выполняются с целью исключения возможности ложных срабатываний датчика. С этой же целью выстраивается дальнейшая цепочка «препятствий» ложному срабатыванию датчика, начиная с блока сопоставления переменных L и D. Здесь сформулировано необходимое условие срабатывания: L - D > x, где x - порог срабатывания. Величину x выбирают опытным путем из соображений нечувствительности (например, к пыли) и гарантированного срабатывания при попадании дыма. Если условие не выполняется, происходит отключение светодиода и ЗИ, сбрасывается флаг состояния датчика (AF) и счетчик SC. После этого, выполняется настройка таймера А на возобновление активной работы через восемь секунд, и МК переводится в режим LPM3. Если условие же выполняется, проверяется состояние датчика. Если он уже сработал (AF = «1»), то никаких дальнейших действий выполнять не нужно, и МК сразу переводится в режим LPM3. Если же датчик еще не сработал (AF = «0»), то выполняется инкрементирование счетчика SC с целью подсчета числа обнаруженных выполнений условия срабатывания, что в еще большей степени позволяет повысить помехоустойчивость. Позитивное решение о срабатывании датчика принимается после обнаружения трех подряд условий срабатывания. Однако во избежание чрезмерного затягивания задержки реагирования на появление дыма, длительность нахождения в дежурном режиме сокращается до четырех секунд после первого выполнения условия срабатывания и до одной секунды - после второго. Описанный алгоритм реализует программа, доступная .

В заключение определим средний потребляемый датчиком ток. Для этого в таблицу 1 занесены данные по каждому потребителю: потребляемый ток (I) и длительность его потребления (t). Для циклически-работающих потребителей, с учетом восьмисекундной паузы, средний потребляемый ток (мкА) равен I × t/8 × 10 6 . Суммируя найденные значения, находим средний потребляемый датчиком ток: 2 мкА. Это очень хороший результат. Например, при использовании батареек емкостью 220 мА·ч расчетная длительность работы (без учета саморазряда) составит около 12 лет.

Таблица 1. Средний потребляемый ток с учетом восьмисекундной паузы в работе датчика

История развития охранной сигнализации насчитывает намного больше лет, чем принято полагать. Примером могут служить древние схемы оригинальных изобретений, таких как японские «поющие полы», «дионисиево ухо» из античной Греции или египетские потайные ловушки, предназначенные для обеспечения сохранности сокровищ фараонов. Первые прототипы современных охранных сигнализаций начали разрабатываться вместе с появлением фотоэлементов и электрического звонка.

Современные технологии предоставляют возможность выбрать охранную сигнализацию среди множества различных вариантов. В таких системах используются самые разные виды и комбинации оборудования. Однако в этом разнообразии наблюдается общая логика, в связи с чем можно описать общую простой охранной сигнализации, позволяющую составить определенное представление о ее конструкции и принципах работы.

Схема оборудования любой системы охранной сигнализации включает следующие компоненты.

Извещатели охранной сигнализации . В зависимости от проекта могут применяться различные типы детекторов. Наиболее распространенными вариантами являются инфракрасные (пассивные или активные), фотоэлектрические, магнитоконтактные, а также извещатели, реагирующие на звук, разбитие стекла или изменение температуры.

Контроллер. Это ключевой компонент охранной сигнализации, собирающий и анализирующий сигналы со всех извещателей системы, а также инициирующий ее срабатывание при проникновении посторонних на охраняемую территорию. Одновременно контроллер выводит информацию об инциденте на дисплей или другое устройство отображение данных.

Исполнительное устройство. С помощью данного элемента система реагирует на нарушение охранного контура. Современные сигнализации оснащаются самыми различными исполнительными устройствами, в том числе звуковыми (сиренами, звонками, громкоговорителями), коммуникационными (оповещающими о тревоге по радиоканалу или сотовой связи), визуальными (световыми панелями, проблесковыми маячками) или активными, например, блокирующими выходы и лифты.

Источники питания и коммуникационные линии. Данные элементы служат для энергообеспечения (в том числе автономного) и связи между элементами охранной системы.

Типичная схема охранной сигнализации выглядит следующим образом.

В качестве извещателей используются активные инфракрасные детекторы движения и пассивные магнитные герконы, вызывающие срабатывание системы при открытии дверей. Исполнительными устройствами служат звуковые и визуальные (световые) индикаторы (проблесковый фонарь, сирена). Контрольная панель содержит компоненты управления охранной сигнализацией, светодиодные индикаторы, сигнализирующие в фоновом режиме о целостности контура, а также специальное реле, запускающее при замыкании контактов на нем механизмы исполнительных устройств. Обеспечение системы электроэнергией осуществляется с помощью 12-вольтового источника бесперебойного питания. Как правило, охранные сигнализации имеют автономное электроснабжение, так как зависимость от центральной сети повышает их уязвимость для нарушителей.

Имея общее представление о принципе построения и работы системы охранной сигнализации, эту схему можно модифицировать и дорабатывать с помощью различных методов, например:

• увеличивая число независимых по отношению друг к другу контуров охранных систем;
• комбинируя детекторы различного типа и оптимизируя их локализацию. При этом основная задача заключается в устранении «слепых зон» и обеспечении запасных сценариев срабатывания охранного контура;
• предусматривая дополнительные степени безопасности, такие как запасные источники питания сигнализации, или способы оперативного восстановления функциональности охранной системы при нарушении коммуникационных каналов;
• интегрируя охранную сигнализацию с другими системами безопасности, такими как видеонаблюдение, патрульные службы, противопожарные средства и т. д.
• дополняя функции активными охранными средствами, воздействующими на нарушителей. Парализующий газ, выпускаемый в помещение через вентиляционные ходы, люки в полу, ведущие непосредственно в бассейн с пираньями и другие приемы из приключенческих фильмов - экстремальные примеры таких механизмов. Однако не столь экзотические и опасные, но схожие по принципу действия охранные средства достаточно часто применяются и в действительности.

В абсолютном большинстве случаев меры, усложняющие систему безопасности, имеют своей целью повышение ее надежности и способности к противостоянию любым известным методам незаметного проникновения или прямого вторжения на охраняемую территорию. Нарушители, в свою очередь, стараются разработать эффективные, быстрые и незаметные способы обхода всех степеней защиты.

В любом случае, это очередной вариант противостояния средств нападения и защиты, в котором каждая из сторон должна безостановочно развиваться, чтобы не отдать преимущество в руки противнику. По этой причине в сфере создания охранных сигнализаций в будущем постоянно будут разрабатываться новые технологии и инновационное оборудование. Вместе с тем принципиальная схема систем безопасности будет оставаться неизменной.

Компания «ЮНИТЕСТ» специализируется на изготовлении охранного и противопожарного оборудования, а также проектировании систем безопасности.

Схема пожарной сигнализации, разработанная с учетом архитектурных особенностей здания, позволит максимально рационально и эффективно расположить оборудование для своевременного определения и локализации очага возгорания. Схемой пожарной сигнализации должны быть предусмотрены система пожаротушения, управление вентиляцией здания, а также, возможно, речевое оповещение и управление работой лифтов.

Схема охранной сигнализации служит для разработки системы по предупреждению незаконного проникновения в здание посторонних лиц. В схеме сигнализации учитываются пути прокладки кабеля, установка датчиков, централи и размещение системы управления. Важно, чтобы размещение системы минимизировало ущерб, наносимый внутренней отделке здания. Этот фактор также должен быть учтен на схеме.

Схема охранно-пожарной сигнализации призвана учитывать расположение интегрированной системы безопасности. На ней отражаются сигнальные устройства, приборы для пожаротушения, блоки управления, а также размещение пропускного бюро и системы видеонаблюдения. Схема разрабатывается с учетом индивидуальных особенностей охраняемого объекта - рассчитывается необходимое количество датчиков и приспособлений для порошкового, газового или водяного пожаротушения.

Компания «ЮНИТЕСТ» - незаменимый помощник при разработке систем охранной и пожарной сигнализации. Вся продукция сертифицирована и призвана служить вашей безопасности.

Принципиальная схема двухуровневой системы охраны, которая построена применением AVR микроконтроллеров серии ATMega. 1-й уровень охраны - кодовый замок. 2-й уровень охраны - устройство охраны. Две функциональные платы, входящие в систему выполнены на базе микроконтроллеров ATmega 8535.

Структурная схема

Микроконтроллеры (семейства AVR, MCS-51 и др.) со своей архитектурой, программными и аппаратными ресурсами, как цифровые кубики идеально подходят для разработки различных устройств охраны, сигнализации, кодовых замков и пр.

Рис. 1. Структурная схема системы охраны.

В системе (рис. 1) имеется две основных составных части: кодовый замок А2, и устройство охраны А1. Устройство охраны А1 имеет 24 независимых входных линии к которым подключены концевые выключатели S1...S24. Данные выключатели контролируют состояние окон 01...05, двери Д1, люков Л1, Л2.

Количество вышеуказанных объектов контроля может быть разным, и привязано к каждому конкретному помещению или охраняемому периметру.

Количество применяемых устройств охраны А1 и кодовых замков А2 тоже ничем не ограничено и определяется условиями охраны, степенью защиты, особенностями зданий, помещений и др. Понятно, что концевые выключатели S1...S24 могут контролировать и те двери, люки доступ к которым ограничен кодовым замком (или кодовыми замками) А2. Принципиальная схема кодового замка представлена на рис. 2.

Принципиальная схема

Рассмотрим работу устройства охраны. Внешними (выносными) элементами по отношению к устройству являются 24 концевых выключателя (S1...S24), которые позволяют контролировать состояние 24 объектов (например, дверь). Один концевой выключатель контролирует состояние одной двери. Если дверь закрыта - концевой выключатель разомкнут.

Пользователь (оператор, диспетчер) визуально состояние двери может проконтролировать по состоянию индикатора.

Если дверь открыта - концевой выключатель замкнут. Индикатор - периодически мигает. Если дверь закрыта - концевой выключатель разомкнут. Индикатор - не горит (погашен). Пусть концевой выключатель S1 установлен в двери № 1. Пусть концевой выключатель S2 установлен в двери № 2 и т. д.

Если открыта дверь № 1, то периодически мигает индикатор HL2 (если дверь № 1 закрыта индикатор HL2 - погашен). Если открыта дверь № 2, то периодически мигает индикатор HL3 (если дверь № 1 закрыта индикатор HL3 - погашен) и т. д.

Автор, не будет останавливаться на каком-то конкретном конструктивном исполнении установки концевого выключателя, а так же конструкции самого устройства. В интерфейс контроля и управления устройства входят: тумблеры SA1, SA2, индикаторы HL1...HL25. Конструктивно, все вышеуказанные элементы целесообразно разместить на отдельной панели управления.

Рис. 2. Принципиальная схема кодового замка для системы охраны.

Элементы интерфейса управления устройства имеют следующее назначение:

• SA1 (ОХРАНА) - тумблер сигнализации. При установке данного тумблера в положение "ВКЛ" - устройство ставится под охрану. Устройство ставится под охрану, через ~ 10 сек. с момента установки тумблера SA1 в положение "ВКЛ" из положения "ВЫКЛ". После установки под охрану, сигнализация срабатывает через ~ 10 сек с момент замыкания любого концевого выключателя S1...SA24.
• SA2 - тумблер выключения звука. Данный тумблер функционирует только в режиме контроля состояния дверей. Тумблер SA1 должен быть установлен в положении "ВЫКЛ". При установке тумблера SA2 в положение "ВКЛ" при открытии любой двери пьезоэлектрическим излучатель ВА1 сразу выдаст звуковой сигнал, длительностью ~ 2 сек. Если данный тумблер в положение "ВЫКЛ", то при открытии любой двери, будет периодически мигать только соответствующий индикатор, пьезоэлектрическим излучатель ВА1 - будет выключен.
• HL1 - индикатор активации режима охраны. Если устройство находится в режиме "охрана", данный индикатор - горит, если в режиме " контроль состояния дверей" данный индикатор - погашен.

Сигнализация срабатывает - это значит: реле К1 - постоянно включено. Выводы 5 и 6, а так же 2 и 3 данного реле - замкнуты. Пьезоэлектрическим излучатель ВА1 - включается и выключается с периодом ~ 1 сек. Для выключения сигнализации необходимо тумблер SA1 установить в положение "ВЫКЛ".

Рассмотрим основные, функциональные узлы принципиальной схемы устройства. Основой устройства служит микроконтроллер DD1, рабочая частота которого задается генератором с внешним резонатором ZQ1 на 10 МГц.

Рис. 3. Принципиальная схема устройства охраны на микроконтроллере.

К порту PD микроконтроллер DD1 подключены выключатели SA1, SA2 пьезоэлектрическим излучателем ВА1, индикатор HL1, ключ на транзисторах VT1, VT2 для управления реле К1. К портам РВ, РА, PC микроконтроллера DD1 подключены концевые выключатели S1...S24 и индикаторы HL2...HL25.

Питание на данные индикаторы поступает через ключ на транзисторе VТЗ, который управляется с вывода 21 микроконтроллера DD1. Резисторы R10...R17, R20...R27, R28...R35 - токоограничительные для индикаторов HL2...HL25. Резистор R8 - токоограничительный для индикатора HL1.

Реле К1 управляется соответственно с вывода 14 микроконтроллера DD1. Питающее напряжение +12 В и +5В поступает на устройство с соединителя XI. Конденсатор С5 фильтрует пульсации в цепи питания +5 В. Блокировочный конденсаторы С4 стоит по цепи питания микроконтроллера DD1.

В алгоритме работы устройства можно выделить два режима работы: режим контроля состояния дверей и режим охраны. Рассмотрим алгоритм работы устройства в режиме контроля состояния дверей. Пусть все двери охраняемого объекта закрыты. Тумблер SA1 в положении "ВЫКЛ".

Тумблер SA2 в положении "ВКЛ". После подачи питания на устройство, при инициализации во все разряды портов РВ, РА, PC микроконтроллера DD1 записываются лог. 1. Ключи на транзисторах VT1...VT2 закрыты, индикатор -HL1 - погашен.

Индикаторы HL2...HL25 -погашены. Концевые выключатели S1...S24 -разомкнуты. С вывода 21 микроконтроллера DD1 генерируется периодический сигнал (меандр) с периодом порядка 1 с. Если, открыть дверь № 1, включится концевой выключатель S5.

Индикатор HL2 будет периодически мигать с периодом ~ 1 сек. Пьезоэлектрический излучатель ВА1 выдаст звуковой сигнал длительностью ~ 3 сек.

Если, открыть дверь № 2, включится концевой выключатель S6. Индикатор HL2 будет периодически мигать с периодом ~ 1 сек. Пьезоэлектрический излучатель ВА1 выдаст звуковой сигнал длительностью ~ 2 сек и т. д. Если установить тумблер SA2 в положении "ВКЛ", то при замыкании любого концевого выключателя (при открывании любой двери) будет только мигать соответствующий индикатор.

Рассмотрим работу устройства в режиме охраны. Пусть все двери охраняемого объекта закрыты. Тумблер SA1 установлен в положении "ВЫКЛ".

Устройство переходит в режим охраны, через ~10 сек с момента установки тумблера SA1 в положении "ВКЛ". За это время необходимо закрыть все двери и покинуть охраняемый объект. Понятно если периметр охраняемого объекта достаточно большой и за 10 сек. невозможно закрыть все двери, то все двери необходимо закрыть до постановки объекта под охрану.

Если в режиме охраны включится любой из концевых выключателей S1...S24 (будет открыта любая дверь) при этом на соответствующем выводе портов РВ, РА, PC микроконтроллера DD1 будет присутствовать сигнал уровня лог.0. то через ~ 10 сек. включится звуковая сигнализация (пьезоэлектрический излучатель ВА1). При этом на выводе 14 микроконтроллер DD1 установит уровень лог.0 (Включится реле К1).

Если на охраняемый объект проникает "свой", то ему необходимо за ~ 10 сек и установить тумблер SA1 в положении "ВЫКЛ", иначе сработает сигнализация. Понятно, что доступ к выключателю SA1 должен быть ограничен.

Если на охраняемый объект (через вскрытую дверь) проникает "чужой", то ему необходимо за ~10 сек. найти выключатель SA1 и установить его в положении "ВЫКЛ". Сигнализация включится и в том случае если любой из концевых выключателей S1...S24 включится на короткое время (например, закрыть и тут же закрыть дверь). Контакты реле К1 можно использовать для замыкания цепей управления или питания различных исполнительных устройств, например для механизма блокировки дверей или для включения сирены (ревуна).

Разработанная программа на ассемблере занимает всего-то порядка 0,4 КБайт памяти программ микроконтроллера DD1. Незадействованные аппаратные (линии PD6, PD7) и программные (порядка 7,6 Кбайт) ресурсы микроконтроллера DD1 можно использовать для дополнительных опций.

Например, можно установить пару кнопок и добавить функцию постановки и снятия с охраны устройства через код доступа или управлять какими-то другими исполнительными устройствами. Разобравшись в программе можно заменить установленные программно параметры устройства:

• период мигания индикатора HL1;
• длительность звуковой сигнал пьезоэлектрический излучателя ВА1 в режиме контроля состояния дверей;
• время постановки устройства под охрану, а так же время задержки на включение сигнализации.

В устройстве использованы резисторы С2-ЗЗН-0.125, подойдут любые другие с такой же мощностью рассеивания и погрешностью 5 %. Конденсатор С5 типа К50-35. Конденсатор С1...С4 типа К10-17а. Конденсатор С4 устанавливаются между цепью +5V и общим проводником микроконтроллера DD1. Тумблеры SA1...SA2 типа МТД1.

Реле К1, типа РЭС48Б исполнения РС4.590.202-01. Данные реле, с рабочим напряжением 12 В (или с каким-то другим рабочим напряжением), для каждого конкретного случая, можно подобрать совершенно любые, учитывая при этом коммутируемые ток и напряжение подключаемого исполнительного устройства.

Концевые выключатели можно подобрать совершенно любые под каждый конкретный случай. Это может быть кнопка типа ПКН124, или например, влагозащищенный выключатель путевой типа ВПК2111. Пьезоэлектрический излучатель ВА1- НРМ14АХ.

Транзистор VT1 - КТ829А. Транзисторы VT2, VT3 -КТ3107Е. Индикатор HL1 - АЛ307АМ, красного цвета. Индикатор HL1 можно заменить на любой другой, желательно, с максимальным прямым током до 20 мА.

Рассмотрим работу кодового замка (далее замка) по рисунку 3. Алгоритм его работы достаточно прост: в режиме записи в EEPROM микроконтроллера заносится код, который состоит из 4-х десятичных цифр и набирается на 7- кнопочной клавиатуре. Далее, для проверки записанный код читается в режиме чтения. В рабочем режиме замок ждет ввода кода.

Вводимый код, микроконтроллер записывает в ОЗУ и побайтно сравнивает его с кодом, записанным в EEPROM. Если коды совпали, то микроконтроллер на пять секунд подает сигнал на включение механизма открывания замка.

Кроме того, процедура набора кода может открытой (набранный код индицируется на дисплее, каждой нажатой кнопке ставится в соответствие число на дисплее) и закрытой (при наборе кода на дисплее индицируются одинаковые, заранее определенные символы, каждой нажатой кнопке ставится определенный символ, например).

Для этого в замке есть отдельный переключатель. Для активации, индицируемого на дисплее 4-х разрядного кода в режиме записи и в рабочем режиме, достаточно нажать на клавиатуре любую кнопку.

В интерфейс устройства входят шкальный, знакосинтезирующий индикатор HG1, блок индикации (дисплей) из цифровых семисегментных индикаторах HG2...HG4, переключатель SA1, и клавиатура (кнопки S1...S8).

Кнопки S1...S7 обозначены цифрами от "1" до "7". Данные кнопки задают код ввода Кнопкой S8 (Р) задается, в цикле, один из трех режимов работы: "режим № 1", "режим № 2", "режим № 3". После режима № 3 включается режим №1.

Элемент №1 индикатора HG1 включен при работе в режиме №1", элемент №2 индикатора HG1 включен при работе в режиме № 2, и элемент №3 включен соответственно при работе в режиме №3. На 5-ти разрядном дисплее (сдвоенные цифровые индикаторы индикатор HG2, HG3 отображается вводимый код. Индикатор HG4 индицирует символы "3" (при закрытом замке) и "0" (при открытом замке).

Переключателем SA1 задается режим отображения кода на дисплее устройства. Если данный переключатель находится в положении "1", то код задаваемый с клавиатуры индицируется на дисплее устройства. Если в положении "2" (скрытый режим), то при наборе кода на дисплее устройства в каждом разряде индицируются символы

В режиме №1 (рабочий режим) замок готов к вводу кода для открывания замка (если конечно код был предварительно записан в EEPROM). Перед набором кода на дисплее индицируется код 0000. Элемент №1 индикатора HG1 включен (остальные элементы индикатора HG1 выключены).

Индикатор HG4 индицирует символ "3" (закрыто). Кнопками S1...S7 набирается 4-х разрядный код. Набранный код индицируется на дисплее. Микроконтроллер после нажатия любой из кнопок S1...S7 записывает полученный 4-х разрядный код в ОЗУ и начинает сверку кода записанного в ОЗУ и кода записанного в EEPROM. Коды сравниваются побайтно.

Если сравнение прошло успешно, микроконтроллер подает сигнал на исполнительный механизм открывания замка. На пять секунд включается элемент №4 индикатора HG1, индикатор HG4 индицирует символ "О" (открыто) и устанавливается лог. 0 на выводе 21.

Спустя пять секунд выключается элемент №4 индикатора HG1 на выводе 21 устанавливается лог. 1. На дисплее снова индицируется код 0000. Индикатор HG4 снова индицирует символ "3" (закрыто).

В режиме №2 (режим записи) осуществляется запись секретного кода в EEPROM. На дисплее индицируется код 0000. Элемент №2 индикатора HG1 включен. Индикатор HG4 индицирует символ "3" (закрыто). Кнопками SI...S7 набирается код. Набранный код индицируется на дисплее.

Микроконтроллер записывает в EEPROM индицируемый на дисплее 4-х разрядный код после нажатия любой из кнопок 51...57. После записи кода на дисплее снова индицируется код 0000.

В режиме №3 (режим проверки записанного кода) осуществляется проверка записанного секретного кода в EEPROM. Элемент №3 индикатора HG1 включен. Индикатор HG4 индицирует символ "3" (закрыто). Записанный код в EEPROM, индицируется на дисплее.

Понятно, что доступ к кнопке S8 и переключателю SA1 должен быть ограничен. Конструктивно это сделать не так уж и сложно.

Рассмотрим основные, функциональные узлы устройства (рис. 3). Основой устройства служит микроконтроллер DD1, рабочая частота которого задается генератором с внешним резонатором ZQ1 на 11.0592 МГц. Порт PD микроконтроллера DD1 управляет динамической индикацией.

Динамическая индикация собрана на транзисторах VT1...VT5, сдвоенных, цифровых, семисегментных индикаторах HG2, HG3 и одинарном цифровом индикаторе HG4. Резисторы R7...R14 - токоограничительные для сегментов индикаторов HG2...HG4. Коды для включения вышеуказанных индикаторов при функционировании динамической индикации поступают в порт PC микроконтроллера DD1.

Для функционирования клавиатуры задействован вывод 19 (PD5) микроконтроллера DD1. Элементы шкального индикатора HG1 подключены к выводам порта РВ микроконтроллера DD1. Резисторы R2...R5 - токоограничительные для элементов индикатора HG1.

Сразу после подачи питания на выводе 9 микроконтроллера DD1 через RC-цепь (резистор R1, конденсатор С3) формируется сигнал системного аппаратного сброса для микроконтроллера DD1. На дисплее индицируется код 0000. Элемент №1 индикатора HG1 -включен. Индикатор HG4 индицирует символ "3" (закрыто).

Питающее напряжение +5V поступает на устройство с соединителя XI. Конденсатор С5 фильтрует пульсации в цепи питания +5 В. Блокировочный конденсатор С4, стоит по цепи питания DD1.

Совсем коротко о программе. В программе используются два прерывания: Reset и прерывание таймера ТО, обработчик которого начинается с метки ТІМ0. При переходе на метку Reset инициализируются стек, таймер, порты, а так же флаги и переменные используемые в программе.

Таймер ТО генерирует прерывания по переполнению (в регистре TIMSK установлен бит TOIE0). Коэффициент предварительного деления тактовой частоты таймера установлен равным 64 (в регистре TCCR0 записано число 3).

В основной программе осуществляется включение элементов индикатора HG1. Включенные элементы данного индикатора, как уже упоминалось выше определяют текущий режим работы замка. В обработчике прерывания таймера ТО осуществляется: процедура опроса кнопок S1...S8, функционирование динамической индикации, запись секретного кода в EEPROM, чтение секретного кода из EEPROM, перекодировка двоичного числа в код для отображения информации на семисегментнных индикаторах устройства, а так же временной интервал длительностью пять секунд, необходимый для включения исполнительного устройства соленоида.

В ОЗУ микроконтроллера с адреса $61 по адрес $70 организован буфер отображения для динамической индикации. Ниже приведено подробное распределение адресного пространства в ОЗУ микроконтроллера.

• $60 - адрес начала ОЗУ микроконтроллера.
• $61...$64 - адреса, где хранится задаваемый код для открывания замка и символ "3". Эти адреса выводятся на индикацию в режиме №1 (буфер №1).
• $66...$69 - адреса, где хранится код читаемый из EEPROM и символ "3". Эти адреса выводятся на индикацию в режиме № 3 (буфер №2).
• $6С...$70 - адреса, где хранятся символы при скрытом наборе кода, и символ " 3". Эти адреса выводятся на индикацию в режиме № 1(буфер №3).

Флаги, задействованные в программе, находятся в регистрах R19 (flo) и R25 (flo1).

Разработанная программа на ассемблере занимает порядка 1,2 Кб памяти программ. Разобравшись в программе, при незначительных доработках принципиальной схемы, задействовав свободные аппаратные и программные ресурсы микроконтроллера DD1, можно например, увеличить число разрядов в дисплее и количество кнопок или добавить звуковую сигнализацию.

Применены резисторы типа С2-ЗЗН подойдут любые другие с такой же мощностью рассеивания и погрешностью 5 %. Конденсаторы С1...С4, типа - К10-17а, С5 - К50-35а. соединитель XI типа WF-4. Конденсатор С4 устанавливается между цепью +5V и общим проводником микроконтроллера DD2. Для отработки макета применялся выключатель SA1 типа ВДМЗ-8.

Для установки в блочный корпус, можно применить, например, переключатель типа МТДЗ. В дисплее выделен разряд, индицирующий символы "3", "О" (индикатор HG4) на фоне остальных разрядов интерфейса. Поэтому для данного разряда выбран семисегментный индикатор зеленого цвета HDSP-F501, индикаторы HG2, HG3 зеленого цвета DA56-11GWA.

Замок и устройство охраны не требуют никакой настройки и наладки. При правильном монтаже начинают работать сразу.

Исходный код и прошивки программ - Скачать (8 КБ).

Шишкин С. В. РК-07-16.

Литература:

1. А. В. Белов Создаем устройства на микро-контроллерах.
2. С. В. Шишкин. Кодовый замок на базе микроконтроллера. Р-10-2011.