Охранная сигнализация arduino. Бюджетная GSM сигнализация с мозгами из Arduino

Сегодня речь пойдет о том, как с помощью Ардуино собрать охранную систему . Наша «охрана» будет сторожить один контур и управлять одним оповещателем.

Для Ардуино это не проблема, и, как вы увидите по коду программы и по схеме устройства, можно легко увеличить количество охраняемых точек доступа и количество устройств оповещения или индикации.
Охранную систему можно применить для охраны как больших объектов (зданий и сооружений), так и небольших предметов (шкатулок, сейфов), и даже переносных кейсов и чемоданов. Хотя с последними надо быть поосторожнее, если вы установите систему охраны, например, на чемодан, с которым решите отправиться в путешествие, и система оповещения сработает в каком-нибудь аэропорту, то, думаю, вам предстоит серьезная беседа с местной службой безопасности:-)

Упрощенно принцип работы устройства выглядит следующим образом (рис. 1). После включения питания устройство переходит в рабочий режим и ждет постановки на охрану. Постановка и снятие с охраны осуществляются одной кнопкой. Для повышения безопасности эту кнопку лучше расположить внутри охраняемого помещения (сейфа или шкатулки). Перед включением режима охраны дверь нужно приоткрыть. При включении режима охраны (нажатии на кнопку) электронная схема ждет, пока вы не закроете дверь в помещение (дверцу сейфа, крышку шкатулки, и т.д.).

На двери (или дверце) должен быть установлен концевой выключатель любого типа, об этом позднее. Замыкаясь (или размыкаясь), концевой выключатель сообщит устройству, что охраняемый контур замкнут, и устройство перейдет в режим охраны. О переходе в режим охраны система оповестит двумя короткими сигналами (как в автомобильных сигнализациях). В этом режиме устройство «ловит» открытие двери. После открытия двери система ждет несколько секунд (это величина настраиваемая, для помещений около десяти секунд, для шкатулки одна-две) отключения режима охраны, если этого не происходит, включается сирена. Алгоритм и схема разработаны так, что отключить сирену можно, только полностью разобрав корпус и отключив питание.

Устройство охранной системы очень простое (рис. 2). В основе плата Ардуино . Концевые выключатели подключаются, как обычная кнопка, через подтягивающие резисторы. На концевиках остановлюсь отдельно. Они бывают нормально замкнутые и нормально разомкнутые. Можно в качестве концевика включить обычную кнопку, только ход обычной кнопки очень велик, люфт двери обычно больше. Поэтому необходимо придумать какой-нибудь толкатель для кнопки и подпружинить, чтобы не сломать кнопку дверью. Ну и если не лень, то можно дойти до магазина и купить магнитный выключатель (геркон) (рис. 3), он не боится пыли и загрязнений.

Подойдет и концевой выключатель для автосигнализации (рис. 4). Следует отметить, программа написана под геркон. При закрытой двери его контакт замкнут. Если использовать выключатель от автосигнализации, то при закрытой двери он будет скорее всего разомкнут, и в соответствующих местах кода нужно будет поменять 0 на 1 и наоборот.

В качестве сирены предлагаю использовать оповещатель звуковой ПКИ-1 ИВОЛГА белорусского производства (рис. 5). Напряжение питания 9 - 15 В, рабочий ток 20 - 30 мА. Это позволяет использовать его с батарейным питанием. При этом он «выдает» 95 - 105 дБ.

При таких характеристиках от батарейки «Крона» он будет звучать несколько десятков минут. Я его нашел в интернете за 110 руб. Там же геркон с магнитом стоит около 30 руб. Выключатель от автосигнализации в автозапчастях был куплен за 28 руб. Транзистор КТ315 можно взять с любой буквой или заменить на любой современный маломощный кремниевый транзистор соответствующей проводимости. Если громкости одного оповещателя не хватит (кто знает, может, вы захотите, чтобы было слышно за многие километры), можно подключить несколько оповещателей параллельно или взять более мощный, только в этом случае и транзистор нужно заменить на более мощный (например, знакомую нам транзисторную сборку ULN2003). В качестве разъемов для подключения геркона и сирены я применил самые простые разъемы для аудио/видеоустройств - цена на радиорынке 5 руб. за пару.

Корпус устройства можно склеить из пластика или фанеры; если охраняется серьезный объект, то его лучше сделать металлическим. Батареи или аккумуляторы питания для повышения надежности и безопасности желательно разместить внутри корпуса.

Для упрощения программного кода не были использованы элементы энергосбережения, и батареек надолго не хватает. Можно оптимизировать код, а еще лучше радикально переделать, применив обработку событий по прерываниям и спящий режим МК. В этом случае питания от двух квадратных батареек, включенных последовательно (9 В), должно хватить на несколько месяцев.

Теперь код

// постоянные
const int button = 12; // пин для кнопки
const int gerkon = 3; // пин для геркона
const int sirena = 2; // пин упр-ния сиреной
const int led = 13; // пин индикатора
// переменные
int buttonState = 0; // состояние кнопки
int gerkonState = 0; // состояние геркона
int N = 0; // счетчик кнопки отключения охраны
void setup() {
// управление сиреной и индикатором - выход
pinMode(sirena, OUTPUT);
pinMode(led, OUTPUT); // кнопка и геркон - входы
pinMode(gerkon, INPUT);
pinMode(button, INPUT);
}
void loop(){
digitalWrite(led, HIGH);
while(buttonState= =0){ // цикл ожидания, пока не нажмем кнопку
buttonState = digitalRead(button); // для перехода в режим охраны
}
digitalWrite(led, LOW);
buttonState = 0; // обнуляем значение кнопки
while(gerkonState= =0){ // цикл, пока не закроем дверь

}
delay (500); // :-)
digitalWrite(sirena, HIGH); // Код
delay (100); // индикации
digitalWrite(sirena, LOW); // включения
delay (70); // режима
digitalWrite(sirena, HIGH); // охраны
delay (100); // оповещение
digitalWrite(sirena, LOW); // звуковое
while(gerkonState= =1){ // ждем открытия двери
gerkonState = digitalRead(gerkon);
}
for (int i=0; i <= 5; i++){ // 7,5 секунды на нажатие
buttonState = digitalRead(button); // секретной кнопки
if (buttonState = = HIGH) { // отслеживаем свой - чужой
N=N+1;
}
delay(1500); // секретная фича:-)))
}
if (N > 0) { // самое главное
digitalWrite(sirena, LOW); // не включаем сирену
}
else {
digitalWrite(sirena, HIGH); // или включаем сирену
}
digitalWrite(led, HIGH); // включаем индикатор N = 0;
buttonState = 0;
delay(15000); // напоминание «чайникам», которым нравится
digitalWrite(led, LOW); // давить на кнопки без перерыва delay (1000);

Её автор хотел выполнить самоделку, чтобы она была дешевой и беспроводной.
Эта самоделка использует PIR датчик движения, а передача информации происходит при помощи RF модуля.

Автор хотел воспользоваться инфракрасным модулем, но так как он имеет ограниченную дальность действия, и плюс может работать только на линии прямой видимости приемником, поэтому он выбрал RF модуль, при помощи которого можно добиться дальности приблизительно 100 метров.

Для того, чтобы посетителям было удобнее просматривать сборку сигнализации, я решил поделить статью на 5 этапов:
Этап 1: Создание передатчика.
Этап 2: Создание приемника.
Этап 3: Установка программного обеспечения.
Этап 4: Тестирование собранных модулей.
Этап 5: Сборка корпуса и установка в него модуля.

Все что понадобилось автору, это:
- 2 платы ARDUINO UNO/ARDUINO MINI/ARDUINO NANO для приёмника и передатчика;
- RF приёмопередающий модуль (433 MHZ);
- PIR датчик движения;
- 9В батарейки (2 штуки) и коннекторы к ним;
- Зуммер;
- Светодиод;
- Резистор с сопротивлением 220 Ом;
- Макетная плата;
- Джамперы/провода/перемычки;
- Монтажная плата;
- Межплатные штыревые соединители;
- Переключатели;
- Корпуса для приёмника и передатчика;
- Цветная бумага;
- Монтажный скотч;
- Наборной скальпель;
- Термоклеевой пистолет;
- Паяльник;
- Кусачки /инструмент для снятия изоляции;
- Ножницы по металлу.

Этап 1.
Начинаем создание передатчика.
Ниже предоставлена схема работы датчика движения.

Сам передатчик состоит из:
- Датчика движения;
- Платы Arduino;
- Модуль передатчика.

Сам датчик имеет три вывода:
- VCC;
- GND;
- OUT.

После чего, проверил работу датчика

Внимание!!!
Перед загрузкой прошивки, автор убеждается в том, что в настройках Arduino IDE верно установлена текущая плата и последовательный порт. После чего загрузил скетч:

Позже, как датчик движения зафиксирует движение перед собой, засветится светодиод, а также в мониторе вы сможете увидеть соответствующее сообщение.

По схеме чуть ниже.

Передатчик имеет 3 вывода (VCC, GND, и Data), соединяем их:
- VCC > 5В выводом на плате;
- GND > GND ;
- Data > 12 выводом на плате.

Этап 2.

Сам приёмник состоит из:
- Модуля RF приёмника;
- Платы Arduino
- Зуммера (динамика).

Схема Приемника:

Приемник, как и передатчик, имеет 3 вывода (VCC, GND, и Data), соединяем их:
- VCC > 5В выводом на плате;
- GND > GND ;
- Data > 12 выводом на плате.

Этап 3.
Основой всей прошивки автор выбрал файл-библиотеки. Скачал, который он , и поместил его в папку с библиотеками Arduino.

ПО для передатчика.
Перед тем, как загружать код прошивки в плату, автор выставил следующие параметры IDE:
- Board -> Arduino Nano (или та плата, которую вы используете);
- Serial Port ->

После установки параметров, автор скачал файл прошивки Wireless_tx и загрузил его на плату:

ПО для приемника
Автор повторяет те же действия и для принимающей платы:
- Board -> Arduino UNO (или та плата, которую вы используете);
- Serial Port -> COM XX (проверьте com порт, к которому подключено ваша плата).

После того как автор установил параметры, скачивает файл wireless_rx и загружает его в плату:

После, при помощи программы, которую можно скачать , автор сгенерировал звук для зуммера.

Этап 4.
Далее, после загрузки ПО автор решил проверить, все ли работает должным образом. Автор подсоединил источники питания, и провел рукой перед датчиком, и у него заработал зуммер, а значит все работает как надо.

Этап 5.
Финальная сборка передатчика
Сначала автор срезал выступающие выводы с приемника, передатчика, плат arduino, и т. д.

После чего, соединил плату arduino с датчиком движения и RF передатчиком при помощи джамперов.

Далее автор начал делать корпус для передатчика.

Сначала он вырезал: отверстие для выключателя, а также круглое отверстие для датчика движения,после чего приклеил его к корпусу.

Потом автор свернул лист цветной бумаги, и приклеил на лицевую крышку образа, для того чтобы скрыть внутренние части самоделки.

После чего, автор начал вставлять электронную начинку внутрь корпуса, при помощи двухстороннего скотча.

Финальная сборка приемника
Автор решил соединить плату Arduino с монтажной платой резиновой лентой, а также установим RF приемник.

Далее автор вырезает на другом корпусе два отверстия, одно для зуммера, другое для выключателя.

И приклеивает.

Являются специальными аппаратными платформами, на основе которых можно создавать различные электронные устройства, включая и . Устройства этого типа отличаются простой конструкцией и возможностью программирования алгоритмов их работы. Благодаря этому, созданная с помощью Arduino GSM сигнализация, может максимально настраиваться под объект, который она будет охранять.

Что собой представляет модуль Arduino?

Arduino реализуются в виде небольших плат, которые имеют собственный микропроцессор и память. На плате также располагается набор функциональных контактов, к которым можно подключать различные электрифицированные устройства, включая и датчики, используемые для охранных систем.

Процессор Arduino позволяет загружать в себя программу, написанную пользователем самостоятельно. Создавая собственный уникальный алгоритм, можно обеспечивать оптимальные режимы работы охранных сигнализаций для разных объектов и для разных условий использования и решаемых задач.

Сложно ли работать с Arduino?

Модули Arduino отличаются высокой популярностью среди многих пользователей. Это стало возможным благодаря своей простоте и доступности.

Программы для управления модулями пишутся с использованием обычного C++ и дополнений в виде простых функций управления процессами ввода/вывода на контактах модуля. Кроме этого, для программирования может применяться и бесплатная программная среда Arduino IDE, функционирующая под Windows, Linux или Mac OS.

С модулями Arduino существенно упрощена процедура сборки устройств. GSM сигнализация на Ардуино может создаваться без потребности в паяльнике – сборка происходит с использованием макетной доски, перемычек и проводов.

Как создать сигнализацию с помощью Arduino?

К основным требованиям, которым должна отвечать созданная gsm сигнализация на Ардуино своими руками относятся:

оповещать владельца объекта о взломе или проникновении;
поддержке внешних систем типа звуковая сирена, сигнальные фонари;
управление сигнализацией через СМС или звонок;
автономная работа без внешнего питания.

Для создания сигнализации потребуется:

модуль Arduino;
набор функциональных датчиков;
или модем;
источник автономного питания;
внешние исполнительные устройства.

Отличительной особенностью модулей Ардуино является использование специальных плат расширения. С их помощью осуществляется подключение всех дополнительных устройств к Arduino, которые требуются для сборки конфигурации охранной системы. Такие платы устанавливаются поверх модуля Ардуино в виде «бутерброда», а уже к самим платам подключаются соответствующие вспомогательные устройства.

Как это работает?

При срабатывании одного из подключенных датчиков происходит передача сигнала к процессору модуля Arduino. Используя загруженный пользовательский софт, микропроцессор производит его обработку по определенному алгоритму. В результате этого может формироваться команда на срабатывание внешнего исполнительного устройства, которая передается к нему через соответствующую плату расширения-сопряжения.

Чтобы обеспечить возможность оправки предупредительных сигналов владельцу дома или квартиры, которые охраняются, к модулю Arduino, через плату расширения, подключается специальный модуль GSM. В него устанавливается SIM-карта одного из провайдеров сотовой связи.

При отсутствии специального GSM-адаптера его роль может выполнять и обычный мобильный телефон. Кроме отправки СМС-сообщений с предупреждением о тревоге и дозвона, наличие сотовой связи позволит управлять GSM сигнализацией на Ардуино дистанционно, а также контролировать состояние объекта, отправляя специальные запросы.

«Обратите внимание!
Для связи с владельцем объекта, кроме GSM-модулей могут использоваться и обычные модемы, которые обеспечивают связь через интернет.»

В таком случае, когда срабатывает датчик, обработанный процессором сигнал, передается через модем на специальный портал или сайт. А уже из сайта осуществляется автоматическое генерирование предупредительной СМС или рассылки на привязанный e-mail.

Выводы

Использование модулей Arduino позволит пользователям самостоятельно проектировать GSM-сигнализации, которые могут работать с разно функциональными датчиками и управлять внешними устройствами. Благодаря возможности применения различных датчиков функции сигнализации можно существенно расширить и создать комплекс, который будет следить не только за безопасностью объекта, а и за его состоянием. Например, можно будет контролировать температуру на объекте, фиксировать утечку воды и газа, перекрывать их подачу в случае аварии и многое другое.

Кражи автомобилей на протяжении последнего десятилетия занимают одно из значимых мест в структуре совершаемых в мире преступлений. Это обусловлено не столько удельным весом данной категории хищений относительно общего количества преступлений, сколько существенностью причиняемого ущерба ввиду большой стоимости автомобилей. Слабая эффективность принимаемых мер в области борьбы с кражами автотранспорта к концу 90-х годов привела к созданию устойчивых групп, специализирующихся на совершении данных преступлений и обладающих отличительными чертами организованной преступности; вы наверняка слышали термин «черный автобизнес». Автомобильный парк европейских государств ежегодно не досчитывается ≈ 2 % машин, которые становятся предметом преступных посягательств. Поэтому мне пришла идея сделать gsm-сигнализацию для своего автомобиля на базе Arduino Uno.

Начнём!

Из чего будем собирать

Надо выбрать сердце нашей системе. На мой взгляд, для подобной сигнализации нет ничего лучше, чем Arduino Uno. Основной критерий - достаточное количество «пинов» и цена.

Основные характеристики Arduino Uno

Микроконтроллер - ATmega328
Рабочее напряжение - 5 В
Входное напряжение (рекомендуемое) - 7-12 В
Входное напряжение (предельное) - 6-20 В
Цифровые Входы/Выходы - 14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ)
Аналоговые входы - 6
Постоянный ток через вход/выход - 40 мА
Постоянный ток для вывода 3.3 В - 50 мА
Флеш-память - 32 Кб (ATmega328) из которых 0.5 Кб используются для загрузчика
ОЗУ - 2 Кб (ATmega328)
EEPROM - 1 Кб (ATmega328)
Тактовая частота - 16 МГц

Подходит!

Теперь необходимо выбрать gsm-модуль, ведь наша сигнализация должна уметь оповещать владельца автомобиля. Так, надо «погуглить»… Вот, отличный датчик - SIM800L, размер просто замечательный.

Подумал я и заказал его из Китая. Однако всё оказалось не так радужно. Датчик просто отказался регистрировать SIM-карту в сети. Было опробовано всё, что только возможно - результат нулевой.
Нашлись добрые люди, которые предоставили мне более крутую штуку - Sim900 Shield. Вот это уже серьёзный штучка. В Shield-е и разъём для микрофона и для наушников, полноценный телефон.

Основные характеристики Sim900 Shield

4 стандарта рабочей частоты 850/ 900/ 1800/ 1900 MHz
GPRS multi-slot класс 10/8
GPRS mobile station class B
Соответствует GSM phase 2/2+
Class 4 (2 W @850/ 900 MHz)
Class 1 (1 W @ 1800/1900MHz)
Управление с помощью AT команд (GSM 07.07 ,07.05 и SIMCOM расширенные AT команды)
Низкое энергопотребление: 1.5mA(sleep mode)
Диапазон рабочих температур: от -40°C до +85 °C

Подходит!

Ок, но надо же снимать показания с каких-то датчиков, чтобы оповещать владельца. Вдруг автомобиль эвакуируют, тогда положение автомобиля явно будет меняться в пространстве. Возьмём акселерометр и гироскоп. Отлично. Такс, теперь ищем датчик.

Думаю, что GY-521 MPU6050 точно подойдёт. Оказалось, что в нём есть и датчик температуры. Надо бы и его задействовать, будет такая «киллер фича». Предположим, что владелец автомобиля поставил его под домой и ушёл. Температура в салоне автомобиля будет изменяется «плавно». Что же будет, если злоумышленник попытается проникнуть в автомобиль? Например у него получится открыть дверь. Температура в автомобиле начнёт изменяться стремительно, так как воздух в салоне начнёт смешиваться с воздухом окружающей среды. Думаю, что будет работать.

Основные характеристики GY-521 MPU6050

Модуль 3-х осевого гироскопа + 3-х осевого акселерометра GY-521 на чипе MPU-6050. Позволяет определить положение и перемещение объекта в пространстве, угловую скорость при вращении. Так же имеет встроенный датчик температуры. Используется в различных коптерах и авиамоделях, так же на основе этих датчиков можно собрать систему захвата движений.

Микросхема - MPU-6050
Напряжение питания - от 3,5V до 6V (DC);
Диапазон гироскопа - ± 250 500 1000 2000 ° / с
Диапазон акселерометра - ± 2 ± 4 ± 8 ± 16g
Интерфейс связи - I2C
Размер - 15х20 мм.
Вес - 5 г

Подходит!

Также пригодится датчик вибраций. Вдруг автомобиль попытаются вскрыть «грубой силой», ну или на парковке другой автомобиль заденет вашу машинку. Возьмём датчик вибраций SW-420 (регулируемый).

Основные характеристики SW-420

Напряжение питания - 3.3 - 5В
Выходной сигнал - цифровой High/Low (нормально закрытый)
Используемый датчик - SW-420
Используемый компаратор - LM393
Размеры - 32x14 мм
Дополнительно - Есть регулировочный резистор.

Подходит!

Прикрутим модуль SD карты памяти. Будем ещё писать лог-файл.

Основные характеристики модуля SD карты памяти

Модуль позволяет хранить, читать и записывать на SD карту данные требуемые для работы прибора на основе микроконтроллера. Применение устройства актуально при хранении файлов от десятков мегабайт до двух гигабайт. На плате размещен контейнер SD карты, стабилизатор питания карты, вилка соединителя линий интерфейса и питания. Если требуется работать с звуковыми, видео или другими объемными данными, например, вести журнал регистрации событий, данных датчиков или хранить информацию веб-сервера, то модуль SD карты памяти для Arduino даст возможность применить SD карту для этих целей. С помощью модуля можно изучить особенности работы SD карты.
Напряжение питания - 5 или 3,3 В
Объем памяти SD карты - до 2 Гбайт
Размеры - 46 х 30 мм

Подходит!

И добавим сервопривод, при срабатывании датчиков будет поворачиваться сервопривод с видеорегистратором и снимать видео происшествия. Возьмём сервопривод MG996R.

Основные характеристики сервопривода MG996R

Стабильная и надежная защита от повреждений
- Металлический привод
- Двухрядный шарикоподшипник
- Длина провода 300 мм
- Размеры 40х19х43мм
- Масса 55 гр
- Угол поворота: 120 град.
- Рабочая скорость: 0.17сек/60 градусов (4.8В без нагрузки)
- Рабочая скорость: 0.13сек/60 градусов (6В без нагрузки)
- Пусковой момент: 9.4кг/см при питании 4.8В
- Пусковой момент: 11кг/см при питании 6В
- Рабочее напряжение: 4.8 - 7.2В
- Все детали привода выполнены из металла

Подходит!

Собираем

Про подключение каждого датчика в «гугле» огромное количество статей. И придумывать новые велосипеды у меня желания нет, поэтому оставлю ссылки на простые и рабочие варианты. Кражи автомобилей на протяжении последнего десятилетия занимают одно из значимых мест в структуре совершаемых в мире преступлений. Это обусловлено не столько удельным весом данной категории хищений относительно общего количества преступлений, сколько существенностью причиняемого ущерба ввиду большой стоимости автомобилей. Слабая эффективность принимаемых мер в области борьбы с кражами автотранспорта к концу 90-х годов привела к созданию устойчивых групп, специализирующихся на совершении данных преступлений и обладающих отличительными чертами организованной преступности; вы наверняка слышали термин «черный автобизнес». Автомобильный парк европейских государств ежегодно не досчитывается ≈ 2 % машин, которые становятся предметом преступных посягательств. Поэтому мне пришла идея сделать gsm-сигнализацию для своего автомобиля на базе Arduino Uno.

Начнём!