Jednoduchý domácí alarm s RFID a GSM

Intro

Jedná se o jednoduchý domácí "bastl" alarm, který ke svému ovládání využívá GSM modem a RFID čtečku. Cílem konstrukce bylo zabavit se a přitom z šuplíkových zásob poskládat něco užitečného :-)

Popis konstrukce

Alarm je postaven okolo MCU Atmel ATMEGA 8, taktovaného na 8MHz interním RC oscilátorem. K MCU jsou připojeny drátové vstupy odděleném optočleny LTV847, z nichž 5 je určeno pro PIR senzory, dva pro RFID čtečku a jeden pro pozdější využití. Spciální vstup je pro detekci síťového napětí optočlenem 815, tlačítko na aktivaci/deaktivaci alarmu a analogový vstup na měření napájecího napětí. Výstupy jsou na relé, optočleny 817 pro RFID čtečku a stavové LEDky. GSM modem je připojen pomocí UARTu a převodníků úrovní MAX232. Napájení pak klasikou 7805 s ochranou tansilem.

Vstupy smyček

Dospělé alarmové ústředny využivají dvojitě vyvážené smyčky, čili jsou schopny detekovat i tzn. sabotáž, kdy narušitel přeruší nebo zkratuje vedení k PIR čidlu. Principielně se nejedná o nic komplikovaného a k měření napětí na odporovém děliči tvořeného vyváženou smyčkou se dá celkem elegantně využít AD převodník v MCU. Jenže přívést drát na nohu MCU bez ochrany nejde a 5 vstupů od čidel, 2 od RFID a jeden od někud jinud, to už je hezká hromádka transilů, tlumivek, odporů a kondenzátorů. Takže jsem si řekl, co se stane, když se na vyváženou smyčku vykašlu - nic :-) Sice to nebude tak "cool", ale vzhledem k tomu, že dráty od ústředny budou pod omítkou a nad sádrokartonovým podhledem, je šance na sabotáž kabelu téměř nulová. Čili drátové vstupy jsou řešeny optočlenem, LEDkou a odporem. V klidovém stavu musí být připojena na GND, LEDka svítí. Po detekci narušení se pak vedení rozpojí, LEDka zhasne a firmware detekuje narušení. Zkrat na GND je principem, připojení vstupu na +12V nevadí, protože dioda :-).

Vstup 230V

Je řešeno optočlenem 815, což je optočlen s darlingtonem na výstupu. Jeho výhodou je vyšší CTR a tím pádem možnost menšího proudu opto-diodou. Přivedené napětí je jednocestně usměrněno a vyhlazeno kondenzátorem. Na rezistorech 42k je poměrně velký úbytek napětí, čili jednocestným usměrněním se jimi produd vede jen v jedné periodě, což má za následek menší zahřívání. V praxi jsou odpory na dotyk mírně vlažné.

GSM modem

Doma jsem měl modem Siemens TC35i, který se nyní prodává po značkou Cinterion. V zásadě lze použít jakýkoliv GSM modul, který podporuje standardní AT příkazy + práci s SMS zprávami v textovém režimu (AT příkaz AT+CMGF=1). Do MCU jsem totiž nepsal podporu pro PDU formát, neboť je to zbytečná komplikace, když GSM modem umí poslat přímo plaintext.

Napájení

Napájení je řešeno spínaným zdrojem od mrtvého netbooku, jež měl původně 12V. Donucovacími prostředky v podobně rezistoru a zenerovy diody ve zpětné vazbě ho šlo donutit, aby z něj lezlo 15V. Výstup zdroje je oddělen diodou pro případ, kdy by byl vypnut (výpadek napájení). V opačném případě by do něj mohlo něco téct z baterie. Dioda způsobí úbytek cca. 0.7V. Tedy 14.3V. Toto napětí je připojeno přes rezistor na akumulátor a zajišťuje jeho trvalé nabíjení (kupodivu tím akumulátor příliš netrpí - ověřeno po tříletém nonstop provozu v jiné aplikaci). Pokud je akumulátor nabit, tak je nabíjecí proud minimální. Napájecí napětí dále pokračuje přes další diodu, která ho opět sníží o 0.7V. Čili v případě provozu na síť je na výstupu 13.6V. Při výpadku sítě, pak 11.5V (1N5822 je schottkyho dioda s menším úbytkem). PIR čidla mají obvykle značný rozsah napájecího napětí (v mém případě 8-16V), 12V relé spolehlivě sepnou lehce nad 7V, čili takové kolísání napětí při provozu síť / baterie nevadí. Zálohovaný zdroj se tím velmi zjednoduší.

RFID Čtečka

Jedná se 125kHz čtečku s výstupem protokolem Wiegand. Popis a pár info ZDE.

Popis vstupů, výstupů a ostatních symbolů

• SIRENA - reléový kontakt pro připojení sirény.
• 230SW - reléový kontakt impulzního relé nebo stykače na odpojení části elektroinstalace v případě, kdy se alarm zapne.
• EXT2 - reléový kontakt pro libovolného externího výstupu.
• EXT1 - reléový kontakt pro libovolného externího výstupu.
• GSM PWR - napájení GSM modemu.
• GSM MODEM - RS232 pro připojení GSM modemu. 9600bps, 8bit, bez parity.
• DEBUG - RS232 pro připojení terminálu, kam MCU posílá stavové hlášky. 38400bps, 8bit, bez parity.
• NAP - připojení napájecího napětí ze zdroje.
• ISP - interface na programování MCU.
• P1-5 - vstupy smyček. Klidový stav je připojení ke GND.
• D0, D1 - vstupy RFID čtečky, klidový stav je H, čtečka stáhne na GND.
• INEXT - externí vstup. Klidový stav je připojení ke GND, avšak ve zdrojáku lze znegovat.
• LED - ovládání LED na RFID čtečce - stažením na L LED svítí zeleně, jinak červeně.
• BEEP - ovládání pípáku na RFID čtečce - stažením na L pípák pípá :-)
• IN230 - vstup 230V na detekci odpojené / neodpojené elektroinstalace, pakliže je použito v 230SW impulzní relé.
• LED GSM - pokud svítí, je připojen a funkční GSM modem.
• LED ALARM - pokud svítí, je alarm deaktivován.
• ALARM ON/OFF - tlačítko na aktivaci/deaktivaci alarmu.

Funkce

Alarm se aktivuje/deaktivuje stiskem tlačítka na DPS, přiložením RFID čipu uloženého v interní DB nebo SMS zprávou.

Popis SMS příkazů

• Azap - aktivuje alarm.
• Odpověď je Alarm aktivovan!.
• Avyp - deaktivuje alarm.
• Odpověď je Alarm deaktivovan!.
• Arelezap x - sepne rele externiho vystupu x, kde x je 1 nebo 2.
• Odpověď je Rele x zapnuto.
• Arelevyp x - rozepne rele externiho vystupu x, kde x je 1 nebo 2.
• Odpověď je Rele x vypnuto.
• Aeimode x - nastavi režim výstupu SW230. Číslo x je 1-4.
• Odpověď je EImode x.
• x=1 znemaná, že relé SW230 bude vždy trvale rozepnuto.
• x=2 znemaná, že relé SW230 bude vždy trvale sepnuto.
• x=3 znemaná, že relé SW230 ovládá stykač a bude tedy sepnuto, pokud je alarm deaktivovaný - tj. stykač připojí odpojovatelnou větev elektroinstalace.
• x=4 znemaná, že relé SW230 ovládá impulzní relé pro odpojování/připojování elektroinstalace. Na základě stavu vstupu IN230 tedy na 1 sekundu sepne tak, byla elektroinstalace odpojena v případě, že je alarm aktivován a připojena, pokud je alarm deaktivován.
• Aaddcard x - příkaz na uložení kódu RFID čipu do paměti na pozici x, kde x je číslo 0-9.
• Odpověď je Karta x zapis. Poté se čeká 60 sekund (než dorazí SMS, tak efektivně 30) na přiložení karty ke čtečce. Přijatý kód se uloží do DB v EEPROM.
• Adelcard x - příkaz na smazání obsahu paměti RFID čipů na pozici x, kde x je číslo 0-9.
• Odpověď je Karta x smazana.
• Astav - odpoví stav alarmu.
• Odpověď je Alarm je vypnut nebo Alarm je zapnut.
• Anap - vrátí napětí zdroje.
• Odpověď je např. 13.5V.
• Ainstav - vrátí stav vstupů IN230 a INEXT.
• Odpověď je IN230: x, INEXT: y. x a y jsou čísla 0-1 podle stavu.

Stavy

• Aktivace alarmu - po aktivaci alarmu (přiložením RFID čipu s kódem v DB, tlačítkem na DPS nebo SMS zprávou) pomalu bliká LED na čtečce a čtečka pomalu pípá. Nyní je čas na odchod. Po 60-ti sekundách se alarm aktivuje, na čtečce trvale svítí červená barva a odpojí se elektroinstalace (dle nastavení).
• Deaktivace alarmu - po deaktivaci alarmu (přiložením RFID čipu s kódem v DB, tlačítkem na DPS nebo SMS zprávou) se na čtečce rozsvítí zelená LED a utichne siréna v případě poplachu.
• Narušení - v případě narušení začne čtečka rychle pípat a blikat - čeká se 20 sekund na deaktivaci alarmu. Pokud se tak nestane, dojde k odeslání SMS se zprávou o narušení a na cca. 120 sekud se zapne siréna.
• Dojde SMS POPLACH ZaObLoElKa, kde ZaObLoElKa je označení smyček, kde došlo k narušení. Jinak je místo názvu smyčky --. Příklad POPLACH --Ob------ znamená poplach v obýváku.
• Výpadek sítě - v případě výpadku napájení 230V dojde k odeslání SMS o této události. Stejně tak o opětovném obnovení.
• Dojde SMS Vypadek 230V nebo Obnova 230V.
• Kritický stav baterie - pokud se napájecí napětí sníží pod 10.5V (tj. cca. 10.9V na svorkách akumulátoru), odešle se SMS o této události. Alarm pak ještě nějakou dobu může fungovat, ale hrozí brzké selhání. Po zvýšení napětí se SMS již neodesílá, protože pravděpodobně naskočilo síťové napájení a pošle se SMS o obnově 230V.
• Dojde SMS Kriticke podpeti.

Schéma zapojení a desky

Mechanické řešení

Desku jsem udělal tak, aby šla přišroubovat do běžné elektro rozvodnice pro 24 modulů (dvě řady pod 12-ti). Ta se dá bezproblémů zazdít a nebo usadit do SDK příčky. Stojí okolo 350,- a lze do ní schovat i akumulátor, zdroj a chuchvalec kabelů vedoucích od čidel. Na čtečku postačuje klasická elektro krabice.

Ke stažení

Zdrojáky