Sisteme de Securitate

Sisteme de securitate

Istoric

Dacă ar fi să abordăm din punct de vedere istoric apariția și parcursul, sau evoluția, sistemelor de alarmă, am putea să ajungem extrem de departe.  Această idee, a alarmării oamenilor în caz de violare a domiciliului, poate să fie urmărită până la vremea în care câinii avertizau oamenii cu privire la prezența răufăcătorilor. La un moment dat lătratul acestora era semnalul care îi alerta pe oameni cum că ceva ar fi în neregulă. Soldații de la curțile regilor stăteau de veghe în turnuri pentru a supraveghea atât interiorul, cât și exteriorul cetăților sau palatelor, dând alarma în caz de pericol. Mai târziu, în același scop, oamenii au folosit clopoțeii. În zilele noastre se folosesc sistemele de securitate, care au devenit tot mai complexe, fiind rezultatul îmbinării mai multor inovații recente.

Un sistem de alarmă este în esență un set de dispozitive electronice configurate astfel încât să alerteze proprietarii unui imobil, cât și autoritățile locale, atunci când se detectează prezența unor persoane străine în locuință. Sistemele de protecție a locuințelor, în această formă, au evoluat enorm încă de acum două secole, din 1874, când a fost implementată o soluție electrică simplă, conectată la un transmițător ce trimitea impulsuri de-a lungul unui fir de cupru, până la un emițător. Mai trebuie precizat că acestea foloseau codul Morse, astfel că în caz de declanșare, se auzea un sunet continuu, de intensitate ridicată,  care îi alarma pe cei ce locuiau în respectiva casă. Monitorizarea era realizată de stațiile de pompieri, ce preluau semnalele Morse.

Primul sistem de supraveghere video (sau CCTV – closed circuit television ) a fost instalat de Siemens, în Peenemünde, Germania în anul 1942, pentru urmărirea lansării de rachete V-2. Inginerul german Walter Bruch a fost responsabil pentru proiectarea tehnologică și instalarea sistemului de supraveghere video.

În SUA, primul sistem de supraveghere cu circuit închis a devenit disponibil în 1949, și era denumit Vericon. Se știu foarte puține lucruri despre Vericon, cu excepția faptului că acesta a fost promovat ca fiind un produs ce nu necesita aprobarea guvernului.

Sisteme de înregistrare CCTV sunt încă adesea folosite la site-uri de lansare moderne pentru a înregistra zborul  rachetelor, în scopul de a găsi posibilele cauze ale defecțiunilor, în timp ce rachetele mai mari sunt adesea echipate cu sisteme CCTV ce permit transmiterea de  imagini cu decolarea prin legătura radio.

În cursul anilor 1980, supravegherea video a început să se răspândească pe tot teritoriul Statelor Unite, vizând în mod specific zonele publice. Această nouă metodă de securitate a fost privită ca o modalitate mai eficientă și la un cost mai redus de a descuraja criminalitatea, în comparație cu creșterea dimensiunii departamentelor de poliție în ceea ce privește numărul de angajați. Unele întreprinderi, în special cele care au fost predispuse la furt, au început să folosească de asemenea metodele de supraveghere video.

În timpul anilor 1990 a apărut multiplexarea digitală, care a permis înregistrarea mai multor camere simultan, și a introdus înregistrarea după un interval de timp și înregistrarea numai la detecția mișcării. Astfel, utilizarea CCTV a ajuns la un alt nivel: în timp ce numărul utilizitarorilor creștea, resursele de timp și bani scădeau considerabil. Pe acest considerent, sistemele CCTV au devenit mai târziu foarte frecvente în bănci și în magazine pentru a descuraja furtul prin înregistrarea dovezilor activității infracționale.

Primele sisteme CCTV nu au oferit de la început posibilitatea de a înregistra imagini cu ajutorul camerei de supraveghere. Imaginile erau alb negru și, prin urmare, neclare pe timp de întuneric. Astfel, în perioada în care nu se puteau efectua înregistrări se revenea la vechea metodă de supraveghere: imobilele erau urmărite permanent de personal angajat în acest scop.

Odată cu apariția sistemelor de înregistrare video VHS începe epoca sistemelor de supraveghere video cu înregistrare. Pentru început, înregistrarea video se stoca pe casete video de trei sau patru ore, iar mai târziu au fost fabricate VCR time lapse care au ajuns să ofere timp de înregistrare de până la 960 ore pe o singură casetă.

Aceste sisteme de început au fost înlocuite treptat, pe masură ce platformele PC s-au optimizat, iar HDD au ajuns la capacități de stocare a materialelor de supraveghere video mult mai mari. Platformele PC au fost înobilate cu plăci de captură cu factor de compresie video MJPEG, acestea formând simbioza perfectă pentru primele sisteme de supraveghere digitale, numite DVR, și totodată deschizând capitolul pentru supraveghere IP.

În zilele noastre, sistemele de securitate folosesc alarme, senzori de mișcare prin infraroșu, camere performante și monitorizare continuă.  Astfel, se obține o monitorizare extrem de eficientă, ce are un timp de răspuns extrem de bun.

Utilitatea sistemelor de supraveghere

Pe lângă supravegherea apartamentului, sistemele de securitate mai au și altă utilitate. Cele mai cunoscute aplicații practice ale sistemelor de supraveghere video CCTVsunt:

● controlul traficului

● controlul mulțimilor

● supravegherea accesului în zone restricționate

● controlul angajaților

● supravegherea parcărilor

● supravegherea magazinelor

● supravegherea proceselor de asigurări

Beneficiile sistemelor de supraveghere

Sistemele de securitate oferă o eficiență sporită în ceea ce privește siguranța locuințelor și a imobilelor și, totodată, o detecție mai rapidă a problemelor infracționale. Astfel, sistemele CCTV prezintă o serie de avantaje precum:

● reducerea costurilor privind securitatea

● intervenție mai rapidă în situații de criză

● identificarea mai ușoară a suspecților

● creșterea sentimentului de siguranță

● simplitate și fiabilitate

● un control mai bun din partea personalului de conducere al companiilor față de proprii angajați

Web Security System

Introducere

Având în vedere că rata criminalității, în mod special violarea locuințelor sau a spațiilor private, a crescut semnificativ în ultimii ani, protejarea bunurilor personale cu ajutorul unui sistem de securitate eficient a devenit o necesitate. Plecând de la această premisă și de la faptul că toată lumea are dreptul să știe ce se întâmplă în apartamenul său, respectiv spațiul său privat, și să fie informat cu privire la starea bunurilor sale, am dezvoltat prototipul unui nou sistem de securitate, mai eficient, care să satisfacă toate cerințele impuse de normele de protecție și siguranță a individului.

Din păcate majoritatea oamenilor nu iau în serios avertismentul dat de autorități, acela de a nu lăsa persoanele necunoscute să pătrundă în locuință / pe proprietatea privată și de a instala un sistem de securitate. De aceea, în orașele mari aproape în fiecare zi infractorii intră prin efracție în apartamentele oamenilor violându-le domiciliul și intimitatea, totodată provocându-le pagube materiale și morale. În acest context necesitatea unui sistem de securitate simplu și eficient, care să poată fi utilizat de oriunde în mod rapid a devenit stringentă.

În prima parte a documentației se va face o scurtă descriere a proiectului, fiind oferite informații referitoare la conținutul și utilitatea unui sistem de securitate și, totodată, detalii legate de placa de dezvoltare utilizată, alături de componentele conectate fie la porturile USB, fie la GPIO (General Purpose Input / Output).

În a doua parte se va analiza în detaliu fiecare modul: interfața web, telecomanda TV, modulul de speaker, modulul webcam, senzorul de mișcare, panoul central, sirena, modulul GSM. Analiza va consta în descrierea fiecărui element, a modului de utilizare, modului de funcționare și configurare și, nu în ultimul rând, a schemelor aferente fiecărui element.

În a treia parte se vor parcurge fișierele ce compun proiectul: fișierele scrise în limbajul de programare C și fișierele utilizate pentru partea de internet (HTML, CSS, JavaScript, PHP). Acestea vor fi transcrise integral, împreună cu unele explicații / comentarii referitoare la funcționalitatea și scopul practic al acelei linii de cod.

În finalul proiectului se va relua pe scurt întregul sistem de funcționare și se vor trage concluzii privitoare la eficacitatea acestuia în plan practic. Astfel se vor putea observa cu claritate îmbunătățirile ce pot fi aduse sistemelor de securitate și necesitatea unor astfel de modificări.

Internet of things

Secolul al XX-lea s-a remarcat printr-o concurență remarcabilă în ceea ce privește descoperirile și invențiile. Însă una, dintre toate, a ieșit foarte mult în evidență deoarece se află în continuă creștere și este folosită la scară gloablă chiar și în zilele noastre. A evoluat de la o mică rețea între calculatoare la o rețea globală, robustă, tolerantă la erori și creată din subrețele care pot funcționa independent. Este vorba despre Internet. Deși la început nu se puteau face foarte multe, iată că în secolul XXI, majoritatea oamenilor sau viața lor depinde aproape în totalitate de internet.

În ziua de astăzi, el a devenit indispensabil deoarece ne ușurează munca și viața. Prin intermediul internetului putem face diferite lucruri, precum: cumpărături online, tranzacții bancare, apeluri video, urmărirea știrilor, sau chiar să controlăm anumite lucruri de la distanță, cum ar fi pornirea televizorului ori programarea mașinii de spălat. Acest fenomen de control la distanță, controlul online asupra unor lucruri, face parte dintr-un domeniu tot mai cunoscut, denumit generic: „Internet of things”.

Internet of things (IoT) sau Internetul tuturor lucrurilor este un concept care definește o lume în care toate obiectele (mașini, electrocasnice, sisteme de iluminat, dispozitive mobile, portabile etc) sunt conectate între ele cu ajutorul internetului. Sau, altfel spus, Internet of things reprezintă totalitatea interacțiunilor dintre dispozitive inteligente unice, interconectate prin infrastructura Internet actuală.

Ce e de așteptat de la IoT? De la IoT este de așteptat să ofere conectivitate și interacțiuni inteligente avansate între dispozitive, sisteme și servicii, dincolo de ceea ce este cunoscut astăzi ca machine-to-machine communications (M2M). Internet of things include o mare gamă de protocoluri, domenii și aplicații. Interconectarea acestor dispozitive înglobate (inclusiv a obiectelor inteligente) este de așteptat să aducă automatizare în aproape toate domeniile și să permită dezvoltarea aplicațiilor complexe.

Ce înseamnă de fapt obiecte inteligente? Dacă ne referim la obiecte în contextul IoT, putem include o gamă largă de dispozitive, cum ar fi implanturile cardiace, chip-uri implantate sau atașate animalelor, automobilele care înglobează senzori, etc. Ele sunt deja în jurul fiecăruia dintre noi. Câteva exemple sunt: termostatele inteligente, imprimantele conectate prin Wi-Fi, sistemele de automatizare a iluminatului, climatizării și așa mai departe.

Pentru a se realiza interconectarea prin internet, integrarea fiecărui dispozitiv cu internetul va face din adresa IP unică a device-ului un identificator unic. Întrucât Ipv4 este depășit și limitat, adresele folosite vor fi Ipv6, IP-uri mai recente și mai sofisticate, întrucât suportă un număr mai mare de biți (128 biți). Obiectele IoT nu constau doar în senzori, ci și în sisteme care pot acționa în mod direct, îndeplinind anumite sarcini, sau asupra cărora se poate acționa prin intermediul plăcii de dezvoltare. De aceea folosirea Ipv6 în următorii ani va juca un rol decisiv pentru IoT. Un lucru important de la care un viitor utilizator se așteaptă, în general, este ca acest concept să însemne miniaturizare, simplificare și să aiba un cost redus.

Care sunt cerințele de infrastructură? IoT nu va însemna doar dispozitive înglobate și senzori, ci va include și dispozitive de calcul speciale pentru operații mai ample, cum ar fi rutare, switch-uri, procesare de date și altele. Astfel, în viitor, IoT va putea, prin intermediul acestor dispozitive să execute operații matematice mai ample, să genereze desene și grafice utile pentru diferite proiecte și așa mai departe.

Să luam un exemplu eficient și des întâlnit în domeniul Internet of Things. Ne vom referi la senzori. Aceste mici aparate pot măsura caracteristici din jurul nostru , care apoi sunt transmise sub formă de date la aparate mai complexe pentru a putea fi procesate. Categoriile mari de senzori ar fi: acustici, de vibrație, chimici, electrici, magnetici, radio, de vreme, de umiditate, de curgere, de radiație, de poziție, de unghi, de viteză, de accelerație, optici, de presiune, de forță, de densitate, de nivel, termici, de prezență dar și alții. Folosindu-i se pot strânge informații din lumea ce ne înconjoară și se poate acționa în consecință.

Întrucât senzorii nu pot urca datele direct pe internet, este nevoie de niște circuite, mai exact circuite intergrate, care pot interpreta aceste informații sau date și le pot trimite mai departe pe internet. Cei doi mari producători de pe piață sunt Atmel AVR și ARM.

Pe lângă binecunoscutul sistem de operare Rapsbian bazat pe Linux, Microsoft a lansat o versiune gratuită de Windows, destinată dezvoltatorilor IoT: Microsoft Windows 10 IoT Core. Această nouă versiune este optimizată pentru procesoare ARM și x86. Mai mult decât atât, această versiune poate rula în două moduri: fără display (headless), unde este necesară o memorie de 256 MB RAM și 2 GB pentru stocare, sau cu display (headed), unde este necesară o memorie mai mare, de 512 MB RAM și 2 GB pentru stocare.

Descrierea proiectului

Proiectul are ca scop implementarea unui sistem de securitate al apartamentului / al unei incinte pentru a-i ține pe infractori departe de acesta. Prin intermediul a doi senzori de mișcare, unul amplasat la intrare în apartament iar celălalt în interior, după ușă, se va detecta atât prezența unei persoane în fața ușii, cât și pătrunderea în locuință prin efracție.

Primul senzor este folosit pentru aprinderea unui televizor și pentru a genera un sunet (muzică, vocea proprietarului, etc) pe un speaker. Cel de-al doilea senzor are rolul de a declanșa alarma (sirena), de a trimite proprietarului un SMS și de a face câteva poze care în final se vor stoca pe un server, putând fi vizibile pe o interfață web.

Fiindcă proiectul se încadrează în domeniul „Internet of things”, acesta contine și o pagină web, care vine în ajutorul proprietarului pentru a îndeplini funcțiile oferite (acestea vor fi prezentate în subcapitolele ce urmează).

Schema generală

Utilizatorul

În cadrul acestui proiect un rol important îl deține utilizatorul, întrucât el este cel care controlează sistemul și beneficiază de facilitățile acestuia. Astfel, utilizatorul poate executa câteva comenzi prin intermediul unei interfețe web, sau poate comanda placa de dezvoltare în mod direct cu ajutorul unui ecran LCD și a câtorva butoane, toate componente ale panoului central.

Pe lângă interfața web menționată mai sus, utilizatorul intră în contact direct și cu un modul GSM de la care primește un SMS, fiind înștiințat dacă cineva a intrat în apartament / incintă în momentul în care alarma este setată.

Interfața web

Este puntea de legătură între utilizator și proiect, întrucât prin intermediul acesteia se pot face următoarele lucruri: ● se poate aprinde / stinge TV-ul

● se poate regla volumul TV-ului

● se pot genera diferite sunete pe speaker

● se poate vedea în timp real (live streaming) situația apartamentului cu ajutorul unui webcam

● se pot vedea pozele făcute de webcam

● se pot face poze în orice moment

● se poate activa / dezactiva alarma online

În concluzie, interfața web oferă o siguranță în plus utilizatorului deoarece suplinește absența acestuia prin posibilitatea controlului de la distanță, prin internet.

Modul telecomandă

Ca și intefața web, modulul de telecomandă oferă un spirjin suplimentar proprietarului. În momentul în care primul senzor amplasat în fața ușii detectează mișcare, va transmite acestui modul un semnal astfel încât să pornească televizorul, dându-i presupusului hoț impresia că cineva ar fi acasă.

Întrucât fiecare televizor are propria telecomandă și răspunde doar la semnalele trimise de aceasta, modulul trebuie configurat după telecomanda curentă. Mai exact, dacă proprietarul își schimbă televizorul va trebui să schimbe și configurația modulului astfel încât televizorul să poată raspunde la comenzi.

Generare sunet și speaker

În momentul în care primul senzor detectează o mișcare, se va genera un sunet la întâmplare pe un speaker. Rolul acestui modul este de a genera un zgomot pentru a îndepărta presupusul infractor. Sunetele variază de la vocea proprietarului la diferite zgomote specifice activităților membrilor familiei sau animalelor de companie, fiind foarte eficiente întrucât lasă impresia prezenței permanente a locatarului.

Sirena / buzzer

Orice sistem de supraveghere, de obicei, vine împreună cu o sirenă, a cărui scop este de a scoate un anumit sunet, la o anumită intensitate, pentru a speria infractorul și a-l conștientiza de apariția imediată a celorlalți locatari din imobil sau a vecinilor, sau chiar a proprietarului împreună cu organele de poliție. Acest lucru este posibil deoarece sirena este în legătură strânsă cu modulul GSM, care, în momentul declanșării sirenei, transmite un SMS către dispozitivul mobil al utilizatorului, înștiințându-l astfel de prezența infractorului în locuință.

Senzor de mișcare

Unul din cele mai importante roluri din cadrul proiectului îl au cei doi senzori de mișcare, cel amplasat în fața ușii și cel dinăuntru, folosiți pentru a depista mișcarea din jurul lor și pentru a comunica cu celelalte module precum:

● cu modulul TV pentru aprinderea acestuia

● cu modulul de generare a sunetelor pentru a face zgomot în interiorul imobilului

● cu modulul GSM pentru a trimite un SMS proprietarului, înștiițându-l că cineva a pătruns în locuință

● cu sirena pentru a porni alarma

● cu webcam-ul, în momentul în care cel de-al doilea senzor depistează mișcare în jurul său

Așadar, tot proiectul gravitează în jurul acestor doi senzori deoarece siguranța bunurilor și a locuinței depinde de ei. Dacă nu ar funcționa în parametrii normali, atunci tot sistemul ar fi inutil.

Webcam

După cum se poate observa din schema de mai sus, modulul webcam comunică cu interfața web prin intermediul plăcii de dezvoltare. Mai exact, de pe interfața web se poate urmări în direct ce se întâmplă pe proprietatea utilizatorului, iar în cazuri mai speciale, atunci când cineva a reușit să intre nepoftit în imobil, webcam-ul va face mai multe poze infractorului, poze ce se vor stoca mai apoi pe un server.

De asemenea, atunci când utlizatorul dorește să facă anumite capturi, va avea la dispoziție un buton online special conceput pentru această funcție. În cele din urmă, alături de butonul pentru captură se mai află și butonul pentru vizualizarea imaginilor surprinse fie în momentele infracțiunii, fie imaginile făcute de utilizator în mod voit.

Modulul GSM

Întrucât domeniul „Internet of things” este în continuă dezvoltare, tot mai mulți producători de sisteme de securitate la nivel global, pe lângă un panou de control și o sirenă, aleg să implementeze și un modul GSM. Se pare că lipirea acestuia la un sistem de supraveghere a adus numai beneficii, deoarece foarte mulți utilizatori s-au arătat mulțumiți, întrucât în cele mai multe situații bunurile le-au fost salvate datorită acestui sistem mai complex.

În cazul de față, acest modul va depinde în totalitate de senzorul de mișcare plasat în interiorul apartamentului sau al imobilului deoarece senzorul îi va spune când să trimită un mesaj (SMS) utilizatorului pentru a-l înștiința că ceva s-a întâmplat pe proprietatea sa.

Panoul central

Orice sistem de securitate dispune de un panou central, care este format dintr-un ecran (display) și butoane. Deși utilizatorul poate activa sau dezactiva alarma online, el va putea face acest lucru și local, în propria casă.

În momentul în care proprietarul intră în casă, el va fi nevoit să introducă un cod / o parolă pentru a dezactiva alarma într-un interval scurt de timp.

Componente

Principiul de funcționare al proiectului

Întrucât placa de dezvoltare aleasă a fost Raspberry Pi, este evident că toate celelalte componente ce completează lista gravitează în jurul acesteia. În primul rând ne vom referi la comunicarea existentă între interfața web și placa de dezvoltare, urmând apoi să vedem ce se întâmplă mai departe, cum execută placa Raspberry Pi comenzile dorite sau solicitate.

Pe platformă (placă) se găsesc un fișier text și un fișier C. Fișierul text este legătura dintre interfața web și fișierul C. În momentul în care utilizatorul navighează pe pagina de internet oferită de producător, poate alege între mai multe opțiuni precum:

● comanda de aprins / stins televizorul

● reglarea volumului

● redarea diferitelor sunete pe speaker

● live streaming

● capturi în orice moment

● vizionarea capturilor făcute

● activare / dezactivare alarmă

Atunci când proprietarul își alege opțiunea, fișierele PHP ale comenzii respective, care se află în spatele interfeței web, deschid acel fișier text aflat pe placă și sub formă de text scriu comanda. De exemplu, dacă locatarul a ales opțiunea de a aprinde televizorul, se va deschide fișierul text și se va scrie comanda POWER. Schema următoare va explica mai bine acest proces de comunicare între interfața web și placă.

După ce s-a scris comanda, fișierul C, care rulează în permanență, deschide fișierul text și citește comanda. Următorul pas după preluarea comenzii se produce în fișierul C unde se caută funcția gasită în pasul anterior. Revenind la exemplul din urmă: dacă s-a apăsat butonul de aprindere TV, se înscrie comanda POWER, se deschide fișierul text, se preia comanda, se caută funcția cu numele POWER și se execută codul aferent funcției. În acest mod se efectuează comunicarea între cele două module, mai exact prin intermediul unui fișier text care transferă comanda care trebuie efectuată de la interfața web către placă.

Al doilea mod de comunicare este direct între fișierul C care rulează constant pe placă și componentele conectate la ea. Însă totul se bazează pe cei doi senzori de mișcare. În momentul în care unul din cei doi senzori a depistat mișcare în jurul lui se va apela fie funcția de aprins televizor și redare sunet pe speaker, fie funcția de declanșare a alarmei, de informare a proprietarului prin SMS și de captură a unei serii de imagini.

În concluzie, avem doua tipuri de comunicare. Unul se desfășoară direct între componente și platforma de dezvoltare, iar cel de-al doilea între interfața web și placă, prin intermediul unui fișier text care are rolul de a memora comanda plasată online de utilizator și de a o preda mai departe unui fișier C în care vor fi apelate funcțiile specifice.

Raspberry Pi

Informații generale

Raspberry Pi este o serie de microcontrolere de dimensiunea unor carduri de credite dezvoltat în Marea Britanie de către Fundația Raspberry Pi, cu intenția de a promova predarea informaticii de bază în școli și în țările în curs de dezvoltare. Hardware-ul este același pentru toți producatorii iar firmware-ul este de tipul ”closed-source”.

De-a lungul anilor, mai multe generații de Raspberri Pi au fost lansate pe piață. Prima generație ( Pi 1) a fost lansat în februarie 2012, în modelul de bază A și o mai mare specificație, model B. A+ și B+ sunt modelele care au fost lansate un an mai târziu. Modelul Raspberry Pi 2 B a fost lansat în februarie 2015 iar Raspberry Pi 3 B în februarie 2016. Aceste microcontrolere costă între 20 și 35 de dolari. Un model mai mic din punct de vedere al computației a fost lansat în aprilie 2014 și un Pi Zero mai mic, în noiembrie 2015 pentru 5 dolari.

Toate modele sunt dotate cu un sistem Broadcom pe un cip (System on a chip – SOC), care include un procesor ARM și un procesor grafic GPU (VideoCore 4). Viteza procesorului variază de la 700 MHz până la 1.2Ghz pentru Pi 3 și memoria între 256 de MB la 1GB RAM. Cardurile SD sunt folosite pentru stocarea sistemului de operare și memoria de program, fie SDHC sau MicroSDHC. Majoritatea plăcilor au între una și 4 slot-uri USB, HDMI, ieșire video și un jack de 3.5mm pentru audio. Nivelul de ieșire este asigurat de un număr de pini GPIO care suportă protocoale comune ca de exemplu I2C. Unele modele au un port RJ45 Ethernet iar Pi 3 are Wifi 802.11n și Bluetooth.

Fundația oferă distribuții Debian și Arch Linux ARM pentru descărcare și promovează Python ca limbaj de programare principal, împreună cu un suport pentru BBC BASIC, C, C++, PHP, Java, Pearl, Ruby, Squeak Smalltalk și multe alte limbaje disponibile. În februarie 2016, fundația Raspberry Pi a anunțat ca a vândut 8 milioane de microcontrolere, făcând-ul cel mai vândut calculator personal în Regatul Unit.

Raspberry Pi este așadar un mini-computer care, prin intermediul mufei HDMI, se poate conecta la un monitor sau TV iar pentru control o tastatură și un mouse, fie standard fie fără fir. Indiferent de vârstă, acest mediu de dezvoltare oferă tuturor șansa de a începe să-și creeze propriile proiecte folosindu-se de limbajele de programare amintite mai sus. Este capabil de a face orice, adică orice lucru posibil oferit de un desktop PC cum ar fi: navigarea pe internet, vizionarea materialelor video de calitate înaltă, lucrul cu foi de calcul, procesare de cuvinte și jocuri video.

Întrucât este un calculator personal și dispune de pini pentru a citi și transmite date pe aceștia, se pot realiza o gamă largă de proiecte utilizându-se componente precum: diferiți senzori de mișcare / temperatură / umiditate, ecrane LCD, motoare de curent continuu etc.

Hardware

De-a lungul a câteva versiuni, partea hardware Raspberry Pi a evoluat referitor la capacitatea memoriilor și a componentelor periferice.

Diagrama de mai sus descrie modelele A, B, A+ și B+. Modelele A, A+ și Zero nu au incorporate un hub USB și un modul Ethernet. Adaptorul Ethernet este conectat la un port adițional USB. La modelele A și A+ portul USB este conectat direct la SoC (System on a Chip). Pentru B+ și modelele mai recente, USB și chip-ul Ethernet conțin un hub USB cu cinci porturi, din care 4 porturi sunt disponibile, în timp ce modelul B conține doar două porturi. Și pe Raspberry Pi Zero portul USB este conectat direct la SoC, dar folosește un port micro USB (OTG).

Procesor

System on a chip (SoC) folosit în prima generație Raspberry Pi este cumva echivalentul chip-urilor folosite pe telefoanele inteligente mai vechi precum iPhone 3G, 3GS. Raspberry Pi se bazează pe BroadcomBCM2835 SoC, ce include un procesor de 700 MHz ARM1176JZF-S pe un procesor grafic VideoCore IV și memoria RAM.

Memoria cache este strucurată pe 2 nivele: ● nivelul 1 de 16 KB

● nivelul 2 de 128 KB – care este folosit, în principiu, de procesorul grafic (GPU)

Raspberry Pi 2 folosește Broadcom BCM2836 SoC cu un procesor ARM Cortex-A7 32bit quad-core la frecvența de 900 MHz, cu 256 KB memorie cache.

Raspberry Pi 3 folosește Broadcom BCM2837 SoC cu un procesor ARM Cortex-A53 64bit quad-core la frecvența de 1.2GHz, cu 512 KB memorie cache.

Periferice

La placa Raspberry Pi se pot adăuga următoarele periferice care se conectează la porturile USB: tastatură și mouse (standard sau fără fir), căști (cu fir sau bluetooth), joystick, webcam,etc.

Video

Controller-ul video este capabil să redea la rezoluții moderne, cum ar fi HD /Full HD, sau rezoluții de standard mai vechi, precum CRT TV. Conform acestor criterii avem următoarele tipuri de rezoluții:

● 640×480 VGA

● 800×600 SVGA

● 1024×768 XGA

● 1280×720 720p HDTV

● 1280×768 WXGA

● 1280×1024 SXGA

● 1366×768 WXGA 

● 1600×1200 UXGA

● 1920×1080 1080p HDTV

● 1920×1200 WUXGA

Rezoluții mai mari, de la 2048×1152 în sus, pot funcționa chiar la rezoluția 3840×2160 cu o frecvență de 15Hz. Un lucru de care trebuie ținut cont însă este că deși se permite lucrul cu astfel de rezoluții foarte mari, asta nu înseamnă că procesorul graifc (GPU) poate realiza o decodificare a acestor formate. De fapt, plăcile Raspberry Pi sunt cunoscute că nu sunt fiabile în momentul în care se folosește standardul de compresie video cum ar fi H.265 (High Efficiency Video Coding), care este un standard cunoscut pentru lucrul cu rezoluții mari sau foarte mari.

Procesorul grafic întâlnit pe placa Raspberry Pi 3 dispune de frecvențe de ceas mai mari (între 300 MHz și 400 Mhz) pentru diferite funcții, decât versiunile anterioare care aveau rata de frecvență a ceasului 250 MHz.

Sistem de operare

Sistemele de operare de pe plăcile de dezvoltare Raspberry Pi se bazează pe Linux-kernel. Principalul sistem de operare este Raspbian însă nu este și singura opțiune, deoarece mai sunt și alte sisteme de operare compatibile cum ar fi: Ubuntu Mate, Snappy Ubuntu Core, Windows 10 IOT Core, OSMC, RISC OS.

Raspberry Pi B+ v2

Microcontroller-ul ales pentru acest proiect este Raspberry Pi modelul B+. Acesta include o serie de îmbunătățiri și noi caracteristici. Consumul de energie a fost îmbunătățit, a crescut conectivitatea și a fost adăugat un număr mai mare de pini I/0. Acestea sunt doar câteva dintre îmbunătățirile aduse acestui calculator bazat pe procesor ARM, mic, ușor și puternic.

Specificatii:

● Chip : Broadcom BCM2835 SoC

● Arhitectura nucleului : ARM11

● CPU : 700 MHz

● GPU : Dual Core VideoCore IV® Multimedia Co-Processor

● Memorie : 512MB SDRAM

● Sistem de operare : Bootează din cardul MicroSD, rulează o versiune de Linux.

● Dimensiune : 85x56x17mm

● Putere : MicroUSB socket 5V,2A

Conectori:

● Ethernet : 10/100 BaseT Ethernet socket

● Iesire Video : HDMI, Composite RCA (PAL și NTSC)

● Iesire Audio : 3.5mm jack,HDMI

● USB : 4xUSB 2.0 Conector

● Conector GPIO : 40-pin 2.54mm – Ofera 27 de pini GPIO la fel ca și +3.3V,+5V și linii de alimentare la masă.

● Conector Camera : 15-pin Camera Serial Interface

● Conector Afisare : Afișare Interfață serială (DSI) 15 mod conector cablu

● Slot de memorie de card : SDIO

Web Security System

Datorită faptului că majoritatea oamenilor se tem pentru siguranța lor, pentru siguranța imobilului pe care îl dețin sau pentru bunurile personale, din ce în ce mai mulți aleg să-și monteze un sistem de securitate, deoarece acesta poate fi eficient și, în unele cazuri, un așa-zis „erou”. Aceste sisteme dau randament în proporție de 80%, astfel reușind să satisfacă necesitățile și pretențiile oricărui utilizator, determinându-i pe majoritatea dintre ei să recomande mai departe familiei, prietenilor sau apropiaților.

Web Security System face parte din categoria „Internet of things”, unde toate elementele, toate componentele, comunică într-un fel sau altul una cu cealalaltă. Web Security System are ca scop oferirea unei siguranțe suplimentare proprietarului unui imobil, permițându-i acestuia să acceseze o pagină web și să se asigure că toate bunurile sale sunt în regulă .

În cele ce urmează vom reaminti care sunt modulele principale, sau care sunt componentele, ce iau parte la acest proiect. Principalele module ale proiectului sunt:

● interfața web

● modulul de telecomandă IR (infraroșu)

● senzorii de mișcare

● webcam

● generarea sunet și speaker

● sirenă / buzzer

● modulul GSM

● ecranul LCD

Toate acestea comunică direct cu placa de dezvoltare Raspberry Pi care are rolul fie de a recepționa anumite informații, fie de a transmite datele mai departe altui modul. De exemplu, în situația în care cineva a trecut prin raza unui senzor de mișcare, acesta sesizează mișcarea și transmite mai departe informația plăcii, iar aceasta din urmă execută mai departe funcția necesară.

Totul este vizibil prin intermediul interfeței web unde se pot face mai multe alegeri, în funcție de preferințele utilizatorului. Acesta poate vedea în direct imaginile oferite de camera web, surprinse în momentul în care cineva a reușit să pătrundă în imobil. De asemenea, poate alege un sunet care să fie redat pe un speaker sau să aprindă televizorul pentru a crea senzația că cineva se află acasă. Și, nu în ultimul rând, să-și activeze / să-și dezactiveze alarma.

Interfața web

Generalități pagina web

O pagină web este o resursă aflată în spațiul web (World Wide Werb – WWW) din Internet, de obicei, în format HTML sau XHTML și având hiperlink-uri ( hiperlegături ) pentru o navigare simplă de la o pagină la altă pagina sau de la o secțiune la alta. Pagina web este denumită astfel deoarece ea poate afișa pe un ecran sau monitor și se aseamănă într-un fel sau altul cu o pagină de ziar. Lățimea paginii este de regulă făcută în așa fel încât să încapă în întregime pe lățimea ecranului. Lungimea paginii web poate depăși lungimea ecranului întrucât nu este o regulă de care depinde. Astfel, cu ajutorul browser-ului și a mouse-ului putem vizualiza pagina și alege opțiunile care ne sunt puse la dispoziție.

Pentru a furniza nu numai texte dar și imagini și sunete, paginile web utilizează deseori fișiere grafice sau sonore integrate, dar și hiperlinku-uri către alte resurse neintegrate în pagina respectivă. De obicei furnizorul de informații își grupează și orgranizează paginile în cadrul unui site web care, la cerere și pentru a putea fi regăsit, primește un identificator internet unic numit ORI ( din engleză Uniform Resource Identifier abreviat URI ).

O pagină web ( site web ) este alcătuită de regulă din mai multe pagini. Un site alcătuit astfel ( din mai multe pagini ) are de obicei o pagină inițială sau principală ( homepage ) care este un nod / punct de legătură către celelalte pagini. Dacă înainte aceste pagini puteau fi urmărite doar de pe un calculator personal ( PC ), în zilele noastre toate dispozitivele inteligente precum: telefoanele inteligente, tabletele, smart TV, oferă posibilitatea utilizatorului să acceseze pagina dorită, bineînțeles, dacă acesta se poate conecta la internet.

Conținutul paginilor web poate cuprinde: texte în cele mai diferite formate (forme, mărimi, culori, etc), imagini (fișiere cu formatele .gif, .jpeg, .png), fișiere audio ( în formatele .mid, .wav, .mp3), conținut multimedia interactiv, care pentru a fi văzut și utilizat necesită de obicei un plugin ca de exemplu cu formatul Adobe Flash sau Adobe Shockwave, miniaplicații ( subprograme care rulează în momentul accesării paginii și care deseori oferă filme, imagini, interacțiune și sunete).

Paginile web mai pot conține și alte elemente care nu sunt vizibile pe browser, cum ar fi: scripturi (de regulă în formatul JavaScript), care adaugă paginii funcționalitate suplimentară; meta-etichete, furnizează informații despre pagină, instrucțiuni pentru motoarele de căutare; foi de stil ( cunoscute ca și „Cascading Style Sheets” sau CSS), care stabilesc modul de formatare al paginii; comentarii, și nu în ultimul rând, viruși sau alte lucruri malițioase, greu de văzut și recunoscut.

Server web

Serverul web ( web server ) are rolul de a stoca sau de a găzdui pagini web pentru a le pune la dispoziția utilizatorilor prin protocolul HTTP. Relația dintre server – client se bazează pe o aplicație care este instalată pe server și care este programată să transfere paginile web pe care le găzduiește. Putem observa că ideea de web server presupune și noțiunea de hosting ( găzduire ), întrucât este necesar ca serverul să dețină datele ce trebuie returnate / trimise la cerere.

Una dintre cele mai populare aplicații de web server pe care o putem instala pe Raspberry Pi, care să întoarcă la cerere pagina web dorită, este Apache. Prin intermediul protocolului menționat anterior, HTTP (HyperText Transfer Protocol), poate răspunde cu fișiere HTML sau cu module auxiliare care pot returna dinamic pagini web precum PHP.

Întrucât placa de dezvoltare Raspberry Pi este suficient de puternică pentru a rula un server web, în cele ce urmează vom analiza toți pașii necesari pentru a crea un astfel de server. Pentru a putea face acest lucru, trebuie să ne asigurăm că placa este alimentată, conectată la internet și că are un IP.

Un prim pas care trebuie făcut înainte de instalarea propriu zisă este acela de a schimba parola de acces a plăcii, întrucât dacă nu facem acest lucru serverul nostru va fi vulnerabil și oricine îl va putea accesa din Internet. Trebuie trecut pe utilizatorul „root” iar mai apoi schimbată parola pentru utilizatorul „pi”. Cu ajutorul următoarelor comenzi se pot face aceste lucruri:

sudo – i

passwd pi

După ce aceste două comenzi au fost executate, placa Raspberry Pi trebuie repornită, iar după ce s-a realizat acest lucru este necesar să se facă un update al repository-urilor. Astfel, se vor executa comenzile:

reboot

sudo apt-get update

În cele din urmă, se trece efectiv la instalarea server-ului Apache, prin comanda:

sudo apt-get install apache2

După instalare se poate testa dacă serverul Apache funcționează corect. Pentru asta trebuie mai întâi să aflăm care este IP-ul plăcii de dezvoltare ( de exemplu 192.168.1.103 ), deoarece pagina web va putea fi vizibilă pe browser doar după ce acesta a fost introdus:

ifconfig

La introducerea IP-ului dat mai sus ca exemplu, serverul web va întoarce pagina web găzduită pe acesta care arată astfel:

Această pagina web este stocată în fișierul /var/www/html. Dacă utilizatorul va dori să modifice această pagină, trebuie să apeleze la un editor text cum ar fi: nano, leafpad, geany, cu următoarea comandă:

cd /var/www/html

sudo nano index.html

Sau, dacă utilizatorul nu dorește să editeze pagina, el poate pur și simplu să o înlocuiască cu una personală sau cu un proiect pe care îl deține.

Pentru a putea lucra și cu fișiere PHP este necesar să se instaleze un server PHP pe lângă server-ul Apache. Acest lucru se face prin revenirea în folder-ul „/home” și instalându-se „php5” împreună cu pachetul „libapache2”, urmat de un restart:

cd /

sudo apt-get install php5

sudo apt-get install libapache2-mod-php5

sudo reboot

Se verifică dacă server-ul PHP funcționează prin schimbarea directorului curent și se creează un fișier denumit phpinfo.php:

cd /var/www/html

sudo nano phpinfo.php

După deschiderea fișierului se scriu urmatoarele lucruri, iar la final se salvează apăsând CTRL + X, Y și ENTER:

<?php

phpnfo();

?>

Dacă s-au respectat pașii menționați anterior, în browser se tasteaza IP-ul plăcii Raspberry Pi urmat de /phpinfo.php ( 192.168.1.103/phpinfo.php ) și se obține o pagină similară cu cea de mai jos:

În concluzie, un server web se ocupă cu găzduirea paginilor web pe care, la cerere, le trimite solicintatului. Pentru a se putea realiza acest lucru este necesar să se instaleze serverele Apache și PHP. Dacă se respectă pașii de mai sus, instalarea celor două servere nu ar trebui să fie o piedică în calea utilizatorului, întrucât instrucțiunile sunt simple, fiind accesibile oricărui utilizator de Linux, fie începător sau nu.

Mediile de dezvoltare

Un mediu de dezvoltare (sau IDE – Integrated Development Environment), reprezintă un program complex care ajută un utilizator / programator să-și creeze propriile aplicații. Un mediu de dezvoltare efectuează mai multe operații în realizarea unei aplicații finale precum: editarea codului sursă, compilarea, depanarea, testarea sau generarea de documentație, totul într-un singur program, având totodată și o interfață ușor de utilizat.

Deoarece realizarea proiectului a avut loc pe două sisteme de operare diferite (Windows 7 și Raspbian), am folosit două medii de dezvoltare: pe Windows am folosit Eclipse iar pe Raspbyan, Geany. Întrucât placa de dezvoltare Raspberry Pi nu pune la dispoziție programul Eclipse, a fost necesară utilizarea celeilalte aplicații. Geany este editor de text cu interfață grafică, dar poate funcționa și ca un mediu de dezvoltare.

Conținutul interfeței web

Când vorbim despre conținutul unei pagini web ne referim la chenare, meniuri, butoane, link-uri către alte pagini sau secțiuni din pagină. Meniul principal este format din următoarele pagini: Home, Modul TV, Redă sunet, Webcam, Setări alarmă și Informații. Limbajul de marcare HTML, standardul pentru formatare CSS și limbajele de programare JavaScript și PHP au contribuit la crearea acestor pagini și la legătura cu fișierul text ce se află pe placa de dezvoltare.

HTML

Este un limbaj de marcare utilizat pentru crearea paginilor web care pot fi afișate intr-un browser. Scopul limbajului HTML este prezentarea informațiilor, fonturi, tabele, etc, decât interpretarea documentului. Este prescurtarea de la HyperText Markup Language.

CSS

Cascading Style Sheets sau CSS este un standard pentru formatarea elementelor uui fișier HTML. Pe scurt se ocupă cu aspectul paginii HTML. De asemenea se poate utiliza și pentru formatarea elementelor XHTML, XML și SVGL.

JavaScript

JavaScript este un limbaj de programare orientat pe obiect. Rolul acestuia este de a se ocupa de funcționalitatea unei pagini web, unde codul JavaScript din paginile respective este rulat de către browser. În ciuda numelui și a unor similarități de sintaxa, foarte multe persoane confundă JavaScript cu limbajul Java. Utilitatea des întâlnită este în scriptarea paginilor web și care se pot îngloba în paginile HTML, cum ar fi: verificarea datelor introduse de utilizator, crearea de meniuri sau altfe efecte animate.

PHP

PHP este un limbaj de programare, fiind abrevierea de la PHP: Hypertext Preproocessor. Este înglobat în codul HTML și se folosește pentru cearea de aplicații independente. Este unul din cel mai important limbaj de programare web.

În cele ce urmează vom analiza pe rând fiecare meniu în parte și ce conține pagina respectivă:

Home

Întrucât toate paginile de pe internet la accesare au o pagină principală, este normal și interfața web a proiectului să aibă una. Pagina „Home” se numește index.html, este pagina principală a interfeței și poate fi găsită în folder-ul /var/www/html, făcând parte din meniul afișat în antetul paginii. Sub meniul principal se află un chenar, un spațiu rezervat unor secvențe de poze ( slideshow ), unde for fi afișate. Ele au fost făcute de-a lungul acestei perioade, de la început și până la terminarea proiectului

Modul TV

Rolul acestei pagini este de a avea control asupra funcțiilor de aprindere / stingere a televizorului dar și reglarea volumului. Se numește tv.html și se găsește în același folder cu pagina Home. Sub meniul principal se află trei butoane reprezentative și sugestive pentru comenzile amintite anterior. Primul buton este pentru aprinderea sau stingerea televizorului, cel de-al doilea pentru a crește volumul sunetului iar ce de-al treilea pentru a reduce volumul.

În momentul în care s-a apăsat unul dintre butoane, partea JavaScript și PHP ce rulează în spatele interfeței execută funcția respectivă. De exemplu dacă se apasă butonul de aprins televizorul, partea de JavaScript va schimba imaginea butonului și va apela fișierul tv.php, care la rândul lui va scrie comanda în fișierul text de pe Raspberry Pi. La fel și pentru butoanele de volum

Redă sunet

Întrucât siguranța bunurilor și al imobilului este foarte importantă pentru un proprietar, rolul acestei pagini este destinată acestui lucru. Prin intermediul paginii „Redă sunet”, utilizatorul poate alege unul din sunetele puse la dispoziție. În chenarul principal se află patru secțiuni care reprezintă cele patru sunte disponibile în momentul de față. Pagina se numește sunet.html iar în momentul în care s-a apăsat pe unul dintre cele 4 butoane, fișierul PHP dedicat acestei pagini ( sunet1.php – sunet4.php ) va apela comanda de a reda sunetul ales pe un speaker-ul montat în imobilul proprietarului.

Webcam

Interfața web pentru webcam, este formată și ea la rândul ei tot din trei opțiuni, asemănătoare celei pentru televizor. Primul buton este pentru a vedea în direct imaginile transmise de webcam ( livestreaming ), după cum este specificat în descrierea proiectului, o opțiune care aduce o siguranță suplimentară proprietarului. Cel de-al doilea buton, este pentru a face capturi în momentul în care utilizatorul dorește acest lucru. Înainte ca webcam-ul să înceapă să facă poze, se va opri transmisiunea imaginilor în direct, permițând astfel camerei să se ocupe de capturi. Acestea se vor stoca pe server-ul web instalat în imobil. Iar ce de-al treilea buton este utilizat pentru a vedea capturile făcute, ele putând fi vizibile pe server. Fișierul HTML se numește webcam.html, iar fișierul PHP va transmite mai departe comanda către Raspberry Pi.

Setări alarmă

Pe lângă opțiunea de a activa sau dezactiva alarma când proprietarul ajunge acasă, interfața web pune la dispoziție o cale mai rapidă pentru a face aceste lucruri. Pe pagina web se află doar două butoane ( Activează / Dezactivează ). Interfața se intitulează alarma.html.

Informații

Pagina „Informații” oferă informații despre proiect, ce componente s-au utilizat, documentația proiectului și altele. Pagina are numele detalii.html.

Comunicarea cu Raspberry Pi