Control and Monitoring of Alarm Using PIC16F84A Micro

XXX. ASR '2005 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April 29, 2005
433
Control and Monitoring of Alarm Using PIC16F84A
Micro-controller
Ovládání a monitorování alarmu pomocí PIC16F84A
ŠKUTA, Jaromír
Ing., Ph.D.,
Katedra ATŘ-352, VŠB-TU Ostrava, 17. listopadu, Ostrava - Poruba,
[email protected],
http://homen.vsb.cz/~sku51
708 33,
Abstrakt: Tento příspěvek popisuje systém, který využívá PIC16F84A a mobilní telefon pro
ovládání a monitorování alarmu. Jsou zde popsány technické prostředky využité v tomto
systému. Vlastní algoritmus alarmu, funkce ovládání jednoho diskrétního výstupu a
komunikace je implementována v jednočipovém počítači řady PIC16F84A. Jsou zde popsány
možné způsoby ovládání s ohledem na rychlost odezvy v telefonní síti a s ohledem na snížení
provozních nákladů.
Klíčová slova: alarm, PIC16F84A, mobilní telefon,
Indikace narušitele
Napájení
Alarm a komunikační
jednotka PIC16F84
Záloha napájení,
komunikace
Data - komunikace
Indikační signály
alarmu (výkonové)
Obr.1 Blokové schéma systému alarmu
1 Úvod
Pro okamžitou indikaci vniknutí cizí osoby do objektu je velmi výhodné použit
přenosové cesty mobilního telefonu. Existuje více možností, jak tuto informaci přenést
pomocí bezdrátového telefonního spojení, které mají své výhody a nevýhody. Nutnosti je
pokrytí signálem operátora v dané lokalitě (stabilní signál). Také návrh celého
zabezpečovacího systému se liší podle místa nasazení. Záloha napájení celého systému by
měla být nezávislá na napájecí síti (baterie, akumulátor), z čehož plyne minimalizace odběru.
V neposlední řadě je neopomenutelné ekonomické hledisko (minimalizace nákladů).
XXX. ASR '2005 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April 29, 2005
434
2 Návrh jednoduchého systému alarmu
Celý algoritmus realizovaný v řídicí jednotce na bázi jednočipového mikrokontroléru
PIC16F84A se skládá ze tří základních podprogramů: komunikační, řídicí algoritmus a
podprogram alarm, indikující vniknutí cizí osoby. Jejich vzájemná provázanost je zřejmá
z obr.2. Řídicí systém obsahuje vstupy, na které jsou připojeny senzory pohybu. Podle zadání
může být střežený objekt rozdělen na několik okruhů a ty mohou nezávisle indikovat pohyb
narušitele. V jednotlivých okruzích mohou být instalovány skupiny senzorů pohybu. Tyto
senzory mají většinou v pohotovostním režimu indikační kontakty v sepnutém stavu, proto se
zapojují do série (log. součin). Toto zapojení zajistí, že při indikaci narušení jedním senzorem
řídicí systém zareaguje spuštěním alarmu (dle algoritmu v podprogramu pro alarm).
Podprogram pro komunikaci
Podprogram pro řídicí
algoritmus
Podprogram pro alarm
Obr. 2 Provázanost jednotlivých podprogramů v řídicí jednotce na bázi PIC16F84A
Na obr. 3 je schéma zapojení řídicí jednotky zajišťující komunikaci s mobilním
telefonem, řídicí algoritmus v případě vypnutého alarmu nebo vlastní alarm v případě jeho
zapnutí. Daný systém umožňuje pomocí mobilního telefonu aktivovat jeden ze dvou
podprogramu (alarm, řídicí algoritmus). Vysílací linka mobilního telefonu je připojena na
přerušovací vstup a v případě aktivace komunikace ze strany mobilního telefonu (dálková
správa) vyvolá přerušení, které překlopí programový bistabilní klopný obvod. V případě, že
se řídicí systém nachází v části programu pro alarm, vypne alarm a přejde do části programu
pro řídicí algoritmus. S dalším zazvoněním se přepne zase z části programu pro řídicí
algoritmus do části programu pro alarm. Při inicializaci se automaticky nastaví do modu
alarmu.
Obr. 3 Schéma zapojení řídicí jednotky
XXX. ASR '2005 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April 29, 2005
435
Zpětné potvrzení na mobilní telefon je realizováno zpětným voláním na definované
telefonní číslo, které je uloženo v programu. Jak k ovládaní, tak k rozpoznání stavu systému
je použito jen vyzvánění telefonu. Nedochází k posílání ani k příjmu SMS. Výhodou jsou
minimální náklady na provoz. Z řídicího systému ke koncovému uživateli je nutno doručit tři
informace (dva stavy systému: alarm, řídicí systém a alarm aktivní).
SIM karta umožňuje omezení identifikace na lince volajícího tj. koncovému uživateli se
neukáže jméno volajícího, ale nápis “Neveřejné číslo“. Potlačení této funkce je realizováno
zadáním prefixu „*31#“. Tak lze indikovat dva stavy systému. V aplikaci je použito pro
indikaci aktivního alarmu zveřejněné číslo tudíž na telefonu v případě aktivace alarmu se u
uživatele ukáže číslo, které je přiřazeno alarmu. Pro indikaci stavu programu (systému) je
využito neveřejné číslo. V případě aktivního algoritmu pro alarm se potvrzuje zpětným
voláním (2x) a v případě aktivního řídicího algoritmu se potvrzuje zpětným voláním (1x).
Volba zpětného volání je dána důležitosti informace. Grafické znázornění je na obr. 4.
Řídicí jednotka
Vzdálený uživatel
Řídicí algoritmus
777XXXXXX
STAV 1
777XXXXXX
RING
Alarm
STAV 2
RING
RING
Obr.4 Grafické znázornění zpětného volání
3 Technické prostředky
Základem řídicího systému je jednočipový procesor PIC16F84A v němž je realizován
vlastní algoritmus zabezpečovacího systému. Tento jednočipový procesor neobsahuje
komunikační modul USART, proto byly vytvořeny podprogramy umožňující komunikaci po
sériové lince a využívající standardní TTL vstupy/výstupy, jako signály Tx a Rx. Další
vstupy/výstupy mohou být použity pro indikaci aktivace jednotlivých okruhů střeženého
místa.
Pro indikaci střeženého objektu byly použity snímače s PIR čidly se směrovým úhlem
110°. Po připojení napájecího napětí potřebují tyto snímače časovou prodlevu pro inicializaci.
Jsou to řádově minuty. Tato skutečnost byla také zohledněna při tvorbě programu pro alarm.
Indikace alarmu je realizována pomocí sirény a stroboskopického světla. Výkonové
zesílení TTL signálů zajišťuje tranzistor s maximálním kolektorovým proudem 0,5 A. Pro
aktivaci řídicí úlohy je použito relé, které má dovolený maximální proud 0,5 A.
Pro komunikaci s telefonní síti je použit mobilní telefon SIEMENS S35i podporující
sériovou komunikaci na externím konektoru. Na tomto konektoru jsou také vyvedeny nabíjecí
piny, které lze použít pro nabíjení akumulátoru mobilního telefonu. V aplikaci je použitý
externí akumulátor, pro který byly navrženy nabíjecí obvody. Vzdálenost mezi tímto
XXX. ASR '2005 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April 29, 2005
436
akumulátorem a mobilním telefonem musí být minimální, protože v určitých situacích má
mobilní telefon velký odběr a na přívodních vodičích je velký úbytek napětí. To vedlo na
náhodné vypínání mobilního telefonu a také na mylné aktivace alarmu v případě jeho
aktivního stavu.
4 Programové prostředky
Aplikace pro jednočipový mikropočítač řady PIC16F84A byla vytvořena v prostředí
MPLAB. Program se skládá ze tří algoritmů, které mezi sebou komunikují a aktivují se
navzájem. Z důvodu okamžité reakce na příjem příkazu z mobilní sítě je jako přijímací pin
použit externí vstup přerušení. To zajistí okamžitou reakci na vyzvánění. Po obsluze přerušení
následuje algoritmus programového bistabilního klopného obvodu. Ten přepíná mezi
jednotlivými mody tj.algoritmy (alarm, řídicí algoritmus).
Algoritmus alarmu respektuje doporučení, která omezují dobu trvání alarmu i dobu
přestávky mezi jednotlivými cykly alarmu. V aktivním stavu jsou stále testovány indikační
vstupy, aby v případě nedopatření po třech cyklech přešel daný systém do normálního stavu.
V části programu pro řídicí algoritmus lze vytvořit úlohu pro řízení např. teploty
v místnosti, ohřevu vody apod. nebo aktivovat jiný řídicí systém s nastavenými parametry.
Tato varianta byla použita také pro ověření tohoto systému.
5 Závěr
V rámci tohoto příspěvku byla realizována dálkově řízená jednotka ovládána pomocí
mobilního telefonu. Tato jednotka je vytvořena na bázi jednočipového procesoru PIC nejnižší
řady. To vede na minimalizaci nákladů. Tato jednotka umožňuje přepínání mezi dvěma mody.
V obou modech mohou být implementovány různé algoritmy. Při testování byl použit
v jednom modu algoritmus pro alarm a ve druhém modu algoritmus pro spínání např.
klimatizace nebo vytápění. Výhodou tohoto systému, proti SMS zprávám, je rychlá reakce na
příkaz z mobilní telefonní sítě.
6 Použitá literatura
BABIUCH, M. 2002 Implementation of User-friendly Programming Environment for
Standalone Micro-controllers. In Proceedings of 3rd International Carpathian Control
Conference. Ostrava : VŠB-TU Ostrava, 27. - 30. 5. 2002, p. 471-475. ISBN 80-2480089-6.
FARANA, R., SMUTNÝ, L. & VÍTEČEK, A. 1999. Zpracování odborných textů z oblasti
automatizace a informatiky. 1. vyd. Ostrava : VŠB-TU Ostrava, 1999. 68 s. ISBN 807078-737-6.
FARANA, R., SMUTNÝ, L., VÍTEČEK, A. A VÍTEČKOVÁ, M. 1995. Doporučované
značky, zkratky a názvy z oblasti automatického řízení. 1. vyd. Ostrava : Katedra ATŘ
VŠB-TU Ostrava, 1995. 24 s.
FOJTÍK, D. Měření latence odpovědi na vznik přerušení v operačním systémech MS
Windows NT/2000. In Workshop 2003 Fakulty strojní. Ostrava : VŠB-TU Ostrava, 17.
1. 2003, s. 109-112. ISBN 80-248-0233-3.
KULHÁNEK, J. 2004. The Speed of Component-Based Application in .NET
Platform. In 5th International Carpathian Control Conference. Zakopane, Poland :
AGH-UST Krakow, 25. - 28. 5. 2004, pp. 843-848. ISBN 83-89772-00-0.