___________________________________________________________________ [603061]

– 1 –
Universitatea “Politehnica” din București
Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației

Sistem inteligent de monitorizare si control
a unei zone protejate

Proiect de diplomă
Prezentat ca cerin ță parțială pentru obținerea titlului de
Inginer în domeniul Electronică și Telecomunicații
programul de studii Electronică Aplicată

Conducător științific Absolventă
Conf.Univ . Dr. Gabriel Corneliu PRODAN Ana-Maria GHERGA

– 2 –

– 3 –
Universitatea “Politehnica” din București
Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației
Departamentul * ____________________________________________
Aprobat Director de Departament *:
Titlu Prenume NUME
TEMA PROIECTULUI DE DIPLOMĂ
a student: [anonimizat], inițiala tatălui, prenume, grupă)____________________________

1. Titlul temei:
2. Contribuția practică, originală a student: [anonimizat]: se va
descrie în 10..15 rînduri: proiectarea și realizare practică a unei machete/a unui sistem electronic cu
funcțiile … / dezvoltare software care să îndeplinească anumite cerințe date/ realizarea de simulări
comparative urmat e de tragerea unor concluzii / realizarea de experimente, măsurători cu tragerea unor
concluzii etc…
3. Proiectul se bazează pe cunoștințe dobîndite în principal la următoarele 3 -4 discipline: ….
4. Realizarea practică/ proiectul rămân în proprietate a: UPB/ student/ …
5. Proprietatea intelectuală asupra proiectului aparține: UPB/ student/ firma …
6. Locul de desfășurare a activității: UPB/ firma ….
7. Data eliberării temei:

CONDUCĂTOR LUCRARE: STUDENT:
Ș.L.Dr. Gabriel Corneliu PRODAN Ana-Maria Gherga

– 4 –

– 5 –
DECLARAȚIE DE ORIGINALITATE A
PROIECTULUI DE DIPLOMĂ

Subsemnatul _______________________________________________________
___________________ ___________________________ _, posesor al B.I./C.I./pașaport
seria _______,nr. ___________, având CNP
am întocmit proiectul de absolvire cu tema:
___________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_, în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor universitare de licență,
organizat de către Facultatea de
______________________________________________,Departamentul
__________________________________, din cadrul Universității POLITEHNICA din
București, sesiunea _____________, anul universitar ________ ____.
Luând în considerare conținutul art. 143 din Legea Educației Naționale nr.
1/2011, al. (4) „ Îndrumătorii proiectelor de diplomă/lucrărilor de disertație răspund în
solidar cu autorii acestora de asigurarea originalității conținutului acestora ” și al . (5)
„Este interzisă comercializarea de lucrări științifice în vederea facilitării falsificării de
către cumpărător a calității de autor al unui/unei proiect de diplomă/lucrări de
disertație ”, declar pe proprie răspundere, că acest/această proiect/lucrare este original(ă),
fiind rezultatul propriei activități intelectuale, nu conține porțiuni plagiate, iar sursele
bibliografice au fost folosite cu respectarea legislației în vigoare.
Cunosc faptul că plagiatul sau prezentarea unui/unei proiect/lucrări, elab orat(ă) de
alt absolvent sau preluată de pe internet, din manuale și cărți, fără precizarea sursei
constituie infracțiune (furt intelectual și nerespectarea dreptului de autor și a proprietății
intelectuale) și atrage după sine anularea examenului de diplo mă/disertație, precum și
răspunderea penală.

,

– 6 –

– 7 –

Copyright © 2014, Ana Maria Gherga

Toate drepturile rezervate

Autorul acordă Universității “Ovidius” Constanța dreptul de a reproduce și de a distribui
public copii pe hârtie sau electronice ale acestei lucrări, în formă integrală sau par țială.

– 8 –

– 9 –
Cuprins

Introducere ……………………………………………………………………………………………………. ……………………… 11

Capitolul 1 : Sisteme inteligente de control ………………………………………………………. ………………… .. 13
1.1. Sistem inteligent de control prin reteaua de alimentare…………………………………………. ………………………..13
1.2. Sistem inteligent de control prin infraroșu…………………………….. ……………………………… ……………………….14
1.3. Sistem inteligent de control prin radio frecvență……………………………………………………………….. …………..15
1.4. Sistem inteligent de control prin Bluetooth ……………………………………………………………………………. ……. 16
1.5. Sistem inteligent de control prin Eth ernet ……………………………………………………………………………… ……. ….17
1.6. Sistem inteligent de control prin WI -FI…………………………………………………………………………. …….. ………18

Capitolul 2 : Re țeaua GSM
2.1. Scurt istoric al rețelei GSM……………………………………………………………………………….. ……………… ……….21
2.2. Arhitectura rețelei GSM……………………………… …………………………………………………………….. ……………….22
2.2.1. Stația mobilă (MS) ……………………………….. ………………………………. ……………………………………….23
2.2.2. Sistemul stației de bază……………………………….. ……………………………….. …………………………………23
2.2.3 .Sistemul rețea și de comutare……………………………….. ……………………………….. ………………………..25
2.3.Structura semnalului în rețeaua GSM ……………………………….. ………………………………………….. ……… …….. 29
2.4. Caracteristici tehnice generale ….. ………………………………………………………… ………………………………… …..29
2.5. Serviciul de mesaje scurte (SMS) ……………………………………………………………………… ……………………….. .30
2.5.1. Utilizari SMS si avantaje……………………………….. ………………………………………….. …………………….30
2.5.2. Cazurile de utilizare a mesajelor de tip SMS……………………………… .. …………………. …………………30
2.5.3. Arhitectura GSM cu suport SMS…………………………………………………… ………………………………. ..32
2.6. Standardele SM S………………………………… ……………………………………………………………………… ……………..33
2.6.1.Formatul PDU la recepționarea unui mesaj…………………………………………………… …………………….34
2.6.1.1. Tipul de adresă…………………………………………………… ………………………………………………35
2.6.1.2. Numărul Centrului SMS …………………………………………………. …………………………………..35
2.6.1.3. Primul octet al mesajului SMS -DELIVER …………………………………………………… ………..35
2.6.1.4. TP_PID – Identificator al protocolului de co municare …………………… ………………………36
2.6.1.5. TP -DCS – Schema de codare a datelor …………………………………………………… ……………..36
2.6.1.6. TP -SCTS – Timbru de tim p…………………………………………………… ………………………………..37
2.6.2. Codarea caracterelor pe 7 biți și împachetarea lor în octeți………………………………………………… 38
2.6.3. Formatul PDU la trimiterea unui mesaj – SMS_SUBMIT …………………………………………………… …39
2.6.3.1. Primul octet al mesajului SMS -SUBMIT ……………………………………………………………….. 40
2.6.3.2. TP-VP. Perioada de valabilitate a mesajului ………………………………….. ………………………40

Capitolul 3 : Descrierea hardware a sistemului

3.1. Descrierea funcționării și schema bloc a sistemului ………………………………………. ………….. ……………………41
3.2. Senzorii ………………………………………………………………………………………………………… ……………………………..42
3.2.1.Senzorul de lumina. Fotorezistența ……… …………………………………………… …………. ………………………..42
3.2.1.1.Definiție…………………………………………………… …………………………………………………… ……….. 42
3.2.1.2.Descrierea funcționării…………………………………………………………………….. ……………………….42
3.2.1.3. Structura………………………………………………….. ……………………………………………………. ……….42
3.2.1.4. Performanțele fotorezistorului…………………………………………………………………………. ……….43
3.2.1.5. Configurația folosită…………………………………………………………………………………………. ……..43
3.2.2. Senzorul de temperatură …………………………………………………… ………………….. …………………………. .44
3.2.2.1. Caracteristici…………………………………………………… …………………………………………………… .44
3.2.2.2. Structura………………. ………………………………….. …………………………………………………… ……..44
3.2.2.3. Modul de operare – Masurarea temperaturii…………………………………………………… ……….. .45
3.2.2.4 Configurația folosită …………………………………………………… ………………… ……………… ………45

– 10 –

3.2.3. Senzorul PIR …………………………………………………… …………………………………………………… ….46
3.2.3.1. Structura…………………………………………………… ………………………. ………………………..46
3.2.3.2. Modul de funcț ionare ……………………………………….. ………………… ……………………….46
3.2.3.3. Modul de focalizare …………………………………………………… ………. ………………………. 47
3.2.3.4. Configurația folosită…………………………………………………… ……….. ……………………….48
3.3.Arduino UNO ……………………………………………………………………………. ……………. …………………………49
3.3.1.Prezentare generală …………………………………………………… …………………………………………. …… .49
3.3.2. Configurația pinilor …………………………………………………… ………………………. ……………………… 49
3.3.2.1. Pinii digitali…………………………………………………… ……………………… …….. ………………..50
3.3.2.2.Pinii analogici …………………………………………………… …………………….. ……………………..50
3.3.2.3.Pinii de alimentare …………………………… ……………………… ……………………… ………………50
3.4. Arduino GSM shield ………………………………………………….. …………………………………………………… …51
3.4.1..Descrierea gen erală …………………………………………………… …………………….. …………………….. 51
3.4.2. Cerințe de alimentare …………………………………………………… ……………….. …………… …………..51
3.4.3.Indicatori …………………………………………………… …………………………………………………… ……….. 52
3.4.4. Interfețe ………………………………………………. ….. …………………………………………………… …………52
3.4.5.Librăria GSM …………………………………………………… …………………………………………………… …..53

Capitolul 4 : Descr ierea software a sistemului …………………… ………….. ………………………………. …….. .55

Concluzii ………………………………………………………………………………………………………….. …………………… .63
Bibliografie …………………………………. ……… ……………….. ………………………………………………….. …………. .65

– 11 –
Introducere

Conceptul de “casă inteligentă” a fost considerat pentru o lungă perioada de timp doar un subiect al
literaturii stiințifico -fantastice; noțiunea de control la distanță a dispozitivelor părea imposibil de realizat.
Ideea a început să pri ndă contur în realitate în anul 1889, odată cu invenția primului sistem de control
la distanță prin unde radio, realizat de Nikola Tesla. Ulterior, tehnologia a evoluat, astfel că între anii 1915 -1920
au apărut primele dispozitive electrocasnice. În 1934, în cadrul expoziției World‟s Fair, a fost prezentat un prim
prototip al sistemului modern de casă inteligentă, însa evoluția sa a stagnat, fiind limitată de tehnologia din acea
vreme și de necesitatea unui consum mare de energie, considerat un lux în acea perioadă. Abia după o durată de
30 de ani, în SUA au fost realizate primele conexiuni la o rețea (cablu, telefonie) în cadrul unei locuințe.
Limitările legate de costul ridicat al controlului electronic au fost înlăturate odată cu apariția microprocesorul ui.
Astfel, tehnologia clădirilor inteligente cu control la distanță a evoluat rapid, încât în jurul anilor 1990, aceasta a
fost preluată și elaborată de industria construcției de clădiri și de marii producători de dispozitive electrocasnice.
În prezent, sistemele de tip”casă inteligentă” au ca scop efectuarea unor rutine pre -programate, de
comandă și control a unor dispozitive generice, casnice sau specializate sau de a avertiza în urma unor
evenimente nedorite, care ar putea produce p agube semnificative precum efracție, scurgeri de gaze, uitarea de uși
si geamuri deschise, lăsarea diferitelor dispozitive în funcțiune la plecarea din locuință, incendiu etc.

Integrarea acestui concept în viața de zi cu zi a contrib uit esențial la evoluția tehnologiei, aplicată în
raport cu necesitatea continuă de sporire a confortului a populației, prin :
– asigurarea protecției împotriva intrușilor, prin utilizarea unui sistem de securitate. Astfel, în cazul unei activități
fraudu loase, proprietarul este înștiințat prin activarea alarmei și poate acționa în consecință.
-sporirea siguranței: prin intermediul senzorilor, sistemul poate depista anumite evenimente primejdioase
(scurgere de gaze, incendiu) și determină activarea unor m ăsuri de protecție
-sporirea confortului – prin utilizarea controlului la distanță, utilizatorul poate comanda diferite dispozitive,
eliminând necesitatea deplasării.
-posibilitatea monitorizării de la distanță – utilzatorul poate controla și monitoriza a ctivitatea dispozitivelor din
interiorul casei, fără a fi nevoie de prezența sa fizică
– beneficii financiare – prin dezactivarea unor dispozitive atunci când nu sunt folosite, sistemul contribuie la
economia energiei electrice, și deci la reducerea cheltu ielilor
– facilitarea activităților zilnice pentru persoanele în vârstă – prin automatizarea casei, se elimină necesitatea
efortului fizic și se reduce semnificativ posibilitatea apariției unor situații primejdioase, cauzate de omiterea
realizării unor anu mite acțiuni
– îmbunătățirea calității vieții – pe lângă beneficiile fizice și materiale, acest sistem de automatizare contribuie la
înlăturarea stresului cauzat de necesitatea realizării unor evenimente

Sistemul propus se orientea ză spre sistemele automatizate comandate prin GSM, mai precis prin SMS.
Am ales această modalitate de control, întrucât în prezent, telefonia mobila a devenit indispensabilă populației,
este accesibilă oricui și nu necesita terminale scumpe, de ultimă gene rație, pentru schimbul de mesaje,
diminuând semnificativ cheltuielile. În plus, serviciul SMS este simplu, ușor de utilizat și nu prezintă limitări din
punct de vedere al distanței.

– 12 –
Lucrarea prezentă descrie un sistem conceput pentru contr olul iluminării și al temperaturii și pentru
monitorizarea prezenței umane, reprezentând o aplicație concretă a conceptului de supraveghere de la distantă,
având la bază comunicarea bilaterală, realizată prin SMS, dintre sistem și utilizator. Sistemul disp une și de o
interfață grafică, care permite beneficiarului accesul integral la datele privind starea sistemului și posibilitatea
configurării anumitor valori în funcție de propriile necesități.
Proiectul este realizat ca un sistem de comandă și răspuns. Pe baza informațiilor primite de la senzorii
conectați, sistemul realizează anumite rutine preconfigurate, și returnează utilizatorului, la orice modificare,
notificări privind starea sistemului. De asemenea, la inițiativa beneficiarului, efectuează anumite comenzi
specifice, comenzi ce îi sunt transmise printr -un simplu SMS.
Astfel, în cazul atingerii unor valori limită, preluate de la fotorezistență, senzorul de temperat ură și
senzorul PIR, sistemul declanșează anumite evenimente ca : pornirea/oprirea sistemului de iluminat, pornirea
ventilatoarelor sau declanșarea alarmei și înstiințeaza de fiecare dată utilizatorul, printr -un mesaj de avertizare.
De asemenea, propriet arul poate configura pornirea sau oprirea, în orice moment, a dispozitivelor printr -o
comandă de sine stătătoare sau conditionată de o valoare specifică a senzorilor.
Lucrarea este structurată în 4 capitole : în prima fază sunt descrise, cu exe mple concrete, diferite
modalități de control la distantă a sistemului, iar apoi este prezentată detaliat metoda de comunicare prin GSM
/SMS. În continuare, este descrisă partea hardware și software a sistemului realizat, iar in final, concluzionând cu
eventuale îmbunătățiri.

– 13 –
CAPITOLUL 1 : SISTEME INTELIGENTE DE CONTROL
Conceptul de “casă inteligentă” poate fi implementat prin intermediul unei game variate de platforme,
cele mai utilizate fiind : linia prinicipală de alimentar e, tehnologia Bluetooth, Infraroșu, RFID,WIFI și GSM.
1.1. Sistem inteligent de control prin rețeaua de alimentare
Acest tip de comunicare este conceput ca un sistem pentru transferul de date printr -o rețea care este
utilizată de asemenea și pentru alimentare . Deși energia electrică este transmisă pe linii de înaltă tensiune,
distribuite peste tensiunea medie si utilizate în interiorul clădirilor la tensiuni mai mic i, comunicarea prin aceasta
meto dă poate fi aplicată la fiecare etapă.
Toate sistemele de comunicare prin rețeaua de alimentare se realizează prin introducerea unui semnal
purtător modulat în sistemul de cablare. Fiecare tip de comunicare de acest gen folosește diferite benzi de
frecvență, în funcție de caracteristic ile de transmisie a semnalului ale cablurilor de alimentare utilizate. Având
în vedere că sistemul de cablare a fost inițial conceput pentru alimentarea în curent alternativ, circuitele de
alimentare au o capacitate limitată de a opera la frecvențe înalt e.
Viteza de transfer de date în cadrul acestui tip de comunicație variază larg. Semnalele de joasă frecvență
(100-200 KHz) de pe liniile de transmisie de înaltă tensiune pot transporta unul sau 2 circuite analogice de voce,
sau de telemetri e si circuite de control cu o rată de transfer de date de câteva sute de biți pe secundă. Cu toate
acestea, aceste circuite pot avea o lungime de câteva mile.
Un exemplu de automatizare a casei bazată pe comunicarea prin rețeaua de alimenta re constă într -un
sistem capabil să citească comenzi inițiate de utilizator prin intermediul internetului și stocate în caseta de
control printr -o conexiune serială la portul serial al PC -ului.[1] Prin intermediul acestor comenzi se asigură
controlul asupr a anumitor dispozitive din casă. Schema bloc a sistemului :

1.1. Schema bloc a unui sistem de control prin rețeaua de alimentare[1]
Transmiterea acestor comenzi se realizează prin intermediul rețelei de alimentare a casei de 240 V C.A.
(curent alternativ) către fiecare dispozitiv de control a aplicației dorite. Unitățile de legatură furnizează
informații de la senzorii atașati, spre exemplu, un senzor de lumină pentru a indica momentul zilei (zi sau
noapte).
Avantajul utilizării acestui tip de comunicare constă în faptul că permite controlul oricărui dispozitiv
conectat la priză, inclusiv lumini, televizoare, termostate, alarme etc. În cazul existenței mai multor prize de

– 14 –
curent într -o cameră, infrastructura rețelei de alimentare a casei reprezintă o rețea excelentă pentru transferul de
date între diverse dispozitive”inteligente”, cu o rată de transfer ridicata, de până la câteva sute de Mbiti/sec.
Cu toate acestea, prezintă următoarele dezavantaje : nivel minim de s ecuritate, atenuarea datelor
(datorată conectării mai multor elemente la rețeaua de alimentare), lipsa unor standarde globale (există puține
standarde pentru comunicarea prin rețeaua de alimentare), iar cel mai important dezavantaj este zgomotul
(cantitate a mai mare de zgomot electric limitează viteza practica de transmisie aspiratoare, variatoarele de
lumină, aparatele de bucătărie sunt câteva din sursele de zgomot care afectează performanțele rețelei de
alimentare a casei).

1.2. Sistem inteligent de control prin infraro șu
Radiația infraroșu este o radiație electromagnetică cu o lungime de undă mai mare decât cea a luminii
vizibile (400 -700nm), dar mai mică decât cea a microundelor. Lungimea sa de undă variază între 750nm și
100μm, fiind concepută pentru comunicații pe distanța scurtă între dispozitive.
Dispozitivele de control la distanță folosesc diode luminisciente (LED -uri) pentru a emite radiația
infraroșie care este focalizată cu ajutorul unei lentile într -un fascicul îngust. Ace sta este modulat (de exemplu:
on/off) pentru a codifica date. Receptorul utilizează o fotodiodă de siliciu pentru a converti radiația infraroșie în
curent electric. Răspunsul este dat doar la acțiunea unui semnal pulsatoriu inițiat de emitător, și filtrea ză treptat
convertind radiația infraroșie din lumina ambientală. Comunicarea prin infraroșu este utilă în spații interioare în
zone cu o densitate mare a populației.
În domeniul automatizării casei, este adesea necesară utilizarea unor dispozit ive care au un receptor
infraroșu integrat, destinat controlului de la distantă al unui sistem. Pentru o integrare cât mai simplă a unor
astfel de dispozitive într -un ansamblu complet, este posibilă înlocuirea dispozitivului de comandă la distanță
existen t cu un emitător infraroșu care ar controla automat dispozitivul.
Un exemplu de proiect de automatizare a casei pe baza acestei comunicări, folosește o stație de emisie –
recepție în infraroșu, care se conectează la un computer prin interfața USB. Acest echipament stochează
comenzi de la dispozitivul de control la distantă existent, care sunt trimise ulterior computerului, unde sunt
stocate într -o bază de date adecvată. La cerere, stația poate trimite comenzi unității de transmisie. Întrucât
majoritatea dispozitivelor utilizate pe scară largă folosesc semnale infraroșii cu o frecvență purtătoare de 38 Khz,
soluția acestui proiect poate fi implementată pentru controlul comun al televizorului, aparatelor video si audio
din cadrul unei case.[2]
Utilizarea unui astfel de echipament emisie -recepție elimină necesitatea existenței unui dispozitiv de
control la distantă, asigurând controlul sistemului chiar și în absența unui utilizator.
Avantajul utilizării acestui echip ament constă în faptul că acesta nu depinde de protocolul comunicației
dintre dispozitiv și telecomandă, ci doar de frecvența purtătoare, deoarece comanda este stocată si trimisă (la
cerere) sub forma originală (cea trimisă de dispozitivul de control la di stanță existent)
Dezavantajul utilizării unei stații emisie -recepție în automatizarea casei constă în necesitatea constantă
de vizibilitate optică dintre emițător și receptor. Deci, pentru a controla mai multe dispozitive, este necesară
implementarea mai multor diode luminisciente, fiecare dintre ele actionând pe direcția corespunzătoare.

– 15 –

1.2.Schema bloc al unui sistem de control prin infraro șu[2]

1.3.Sistem inteligent de control prin radio -frecven ță

Tehnologia RFID (Radio -Frequency Identification) este o modalitate de identificare automată care
presupune stocarea și regăsirea informațiilor prin intermediul unor cipuri electronice integrate în etichete (tag –
uri) RFID.
O etichetă RFID reprezintă un obiect de dimensiuni foarte mici (chiar sub 1mm x 1mm) care poate fi
aplicat oricărui produs sau obiect, dar și in corpul animalelor sau oamenilor, utilizată pentru identificare si
supraveghere prin intermediul undelor radio. Citirea acestor etichete se poate realiza chiar și de la o distantă de
peste 50 m în unele cazuri, iar acestea se pot localiza și în afara ariei vizuale a citititorului de RFID.
În general, o etichetă RFID are în componență cel puțin două elemen te :
– un circuit integrat (cip) pentru stocarea și prelucrarea de informații, modulare și demodulare a unui semnal de
radio (RF), și alte funcții de specialitate;
– o antenă pentru recepționarea și transmiterea de semnale radio.
RFID se bazează pe cuplarea inductivă (prin câmp electromagnetic) a două dispozitive ce operează în
aceeași bandă de frecvență. Câmpul electromagnetic produs de cititor induce în antena tag -ului un curent
electric, curent electric ce produce activarea microci rcuitului conținut de acesta. Tag -ul utilizează energia
produsă de câmpul electromagnetic provenit de la cititor pentru a transmite înapoi, tot prin unde radio, codul
unic de identificare – ID-ul.
Tehnologia RFID este aplicată în diverse sisteme, cum ar fi cele de urmărire a unui obiect, de securitate si
acces si de asemenea, în sistemele de control, supraveghere si securizare a unei case. Un exemplu concret de
aplicabilitate a acestei tehnologii în automatizarea casei este reprezentat de un siste m constituit din: etichete
RFID, un cititor de RF cu antene, o placă Arduino și o stație emisie -recepție pentru controlul si monitorizarea
unor dis pozitive din interiorul casei. [3]
Arduino și stația de emisie -recepție sunt utilizate pentru a ide ntifica si localiza obiectul RFID, tinând cont
de distantă, orientare și tipul materialului cu care acesta interactionează. Cititorul RFID citește eticheta de

– 16 –
identificare recepționată de utilizator și o transmite sistemului. La recepție, sistemul verifică eticheta cu metoda
proprie de identificare și îndeplinește sarcina dorită.

1.3.Schema bloc al unui sistem de control prin radio -frecvență[3]

1.4. Sistem inteligent de control prin Bluetooth

Bluetooth este un protocol wireless deschis destinat transferului de date pe distanțe scurte între
dispozitive fixe și mobile, prin realizarea unor rețele personale. (PAN). Inițial, acesta a fost conceput ca o
alternativă wireless pentru cablurile de date RS232. Permite conectarea mai multor dispozi tive, inlăturând
problema sincronizării. Bluetooth este un standard și un protocol de comunicație conceput pentru consum redus
de energie, pe o rază scurtă având la bază microcipuri de emisie -recepție de cost scăzut integrate în fiecare
dispozitiv.
Tehnologia Bluetooth permite comunicarea între dispozitive aflate în apropiere. Întrucât sistemul are la
bază comunicarea radio, se elimină necesitatea existenței vizibilității optice între aparate.
Protocolul Bluetooth are la bază o te hnologie radio numită “spectru imprăștiat cu salt în frecvență”
(frequency -hopping spread spectrum) care fragmentează datele trimise și transmite segmente din acestea.
Modulația este de tip GSFK (Gaussian frequency -shift keying), adică modulare cu deplasar e gaussiana de
frecvență. În condițiile utilizării GFSK, transmisia datelor poate atinge o rată brută de până la 1Mb/s. Tehnologia
Bluetooth furnizează o modalitate de conectare și transfer de informații între dispozitive ca telefoanele mobile,
laptop -uri, pc-uri, imprimante, camere digitale prin intermediul unei benzi scurte de frecvență radio de 2,4 Ghz.
Utilizarea tehnologiei Bluetooth în cadrul automatizării caselor este exemplificata printr -un sistem
constituit în principal dintr -un telefo n mobil și placa Arduino BT. [4]
Prin intermediul unui script Python, telefonul permite utilizatorului accesul la diverse dispozitive din
interiorul casei si controlul acestora cu ajutorul unor comenzi prestabilite. Script -ul Python comunică cu Arduino
și stabilește un protocol de comunicație ad -hoc între două dispozitive, permițând controlul plăcii.
Placa Arduino are în componență un modul Bluetooth Bluegiga WT11, a cărui antenă receptionează
pachetele de date trimise de telefo n. Aceste date, care reprezintă comenzile de control ale dispozitivelor, sunt
transmise microcontrollerului ATmega168 și circuitului analogic realizat conform stării fiecărei ieșiri. În final,
sistemul controlează starea dispozitivelor, conectate la portur ile digitale ale plăcii Arduino prin intermediul unor
relee.
Schema bloc a acestui sistem este :

– 17 –

1.4.Schema bloc al unui sistem de control prin Bluetooth[4]

Acest sistem de control oferă o soluție wireless, flexibilă și de preț scăzut pentru automatizarea casei.
Sistemul este securizat, accesul la controlul dispozitivelor fiind permis prin intermediul unei parole setate de
utilizator .
1.5.Sistem inteligent de control prin Ethernet
“Ethernet” reprezintă denumirea unei familii de protocoale de rețele de calculatoare care au la bază
transmisia cadrelor și este utilizată la implementarea rețelelor locale de tip LAN. Tehnologia Ethernet definește
un număr de standarde de cablare și semnalizare electrică pentru conexiun ea fizică între două sau mai multe
dispozitive.
Realizarea acestei tehnologii s -a bazat inițial pe ideea că pentru a stabili o comunicare între computere
astfel încât ele să formeze o rețea este necesară utilizarea unui mediu de transmisie central, cum ar fi un cablu
coaxial. Această metodă reflectă anumite similaritați cu sistemele radio, însă Ethernet -ul se diferențiaza concret
prin ușurința de a detecta coliziuni într -un sistem de difuzare prin cablu, fată de cel bazat pe undele radio.
Pornind de la acest concept relativ simplu, Ethernet a evoluat rapid în cadrul tehnologiei rețelelor
complexe, prin înlocuirea cablului coaxial cu legături”punct -la punct”, conectate prin hub -uri sau comutatoare
pentru reducerea costurilor de instalare, creș terea fiabilității și permiterea gestionării și depanării rețelei.
Comunicarea dintre aparatele dintr -o rețea Ethernet se realizează prin segmentarea mesajelor în pachete
mici, care se transmit și se recepționează pe rând (dar foarte repede). Fiecărui aparat îi este atribuită o adresă
MAC (Media Acces Control) unică, alcătuită din 48 de biți, utilizată pentru identificarea sursei și destinației
pachetelor de date.
Deși viteza de transmisie a datelor a evoluat de la 10 Mbit/s în caz ul utilizării unui cablu coaxial la 100
Gbit/s pentru legăturile “punct -la-punct”, toate generațiile de Ethernet au același format al cadrului și pot fi ușor
interconectate.
În următorul exemplu este implementată tehnologia conexiunii Ethernet în cadrul unui sistem încapsulat
bazat pe un microcontroller, pentru controlul diverselor dispozitive în cadrul unei locuințe. Sistemul are la bază
un microcontroller PIC în care este stocata aplicația software, paginile WEB și modelul TCP/IP (Protocol de
control al transmisiei/Protocol Internet) care reprezintă un element fundamental al soft -ului sistemului.[5]
Un cip Ethernet este utilizat pentru gestionarea comunicației Ethernet și este conectat la microcontroller
prin interfața serială SPI . Configurația adresei IP și alte detalii sunt realizate prin interfața RS232. Site -ul poate fi

– 18 –
accesat de orice sistem cu conexiune Internet/LAN prin stabilirea adresei IP specifice și a parolei necesare
conectării utilizatorului la sistem.
Senzorii, display -urile LCD și releele se conectează la microcontroller, permițând controlul diferitelor
dispozitive din locuință prin intermediul tehnologiei Ethernet.

1.5.Schema bloc a unui sistem de control prin Ethernet[5]

Această modalitate de automatizare a casei este foarte răspândita, fiind simpla și ușor de folosit în
prezent datorită evoluției tehnologiei smartphone -urilor și a tabletelor. Conceptul de “Internet of things”
(internetul obiectelor) este strâns legat de d ezvoltarea proceselor de automatizare a casei., întrucât Ethernet -ul
permite accesul utilizatorilor cu viteză mare, de cost scăzut si întârziere mică, permițând realizarea unor aplicații
numeroase.

1.6. Sistem inteligent de control prin WI -FI
“Wi-FI” este denumirea comercială pentru tehnologiile realizate pe baza standardelor de comunicație
din familia IEEE 802.11, utilizate pentru realizarea de rețele locale de comunicație (LAN) fără fir (wireless,
WLAN) la viteze echivalente cu cele a le rețelelor cu fir electric de tip Ethernet .
Suportul pentru Wi -Fi este furnizat de diferite dispozitive hardware, și de aproape toate sistemele de
operare moderne pentru calculatoarele personale (PC), rutere, telefoane mobile și cele mai avansate console de
jocuri. Aceste dispozitive se conectează l a Internet prin intermediul unui punct de acces al rețelei wireless.
(wireless network acces point). Cunoscut și sub denumirea de “hotspot”, acesta poate funcționa pe o rază de
aproape 20 de metri în interior și mult mai mare în exterior. Acesta poate fu ncționa pornind de la spații relativ
reduse (o cameră de dimensiuni mici cu pereți ce blochează undele radio) și se poate extinde până la ordinul km
pătrați prin utilizarea unor puncte de acces multiple.

– 19 –
Principalul dezavantaj al rețele i wireless este constituit de nivelul redus al securizării. Paginile WEB
care utilizează SSL (Secure Sockets Layer) sunt sigure, însa accesul necriptat la internet poate fi cu ușurința
detectat de intruși. Această problemă a dus la dezvoltarea unor numeroa se tehnologii de criptare utilizate de WI –
FI (WEP, WPA1, WPA2)
Sistemul propus pentru automatizarea casei folosind tehnologia WI -FI este constituit dintr -un server și
module de interfațare hardware. Partea hardware a sistemului permite co ntrolul asupra alarmelor și actuatorilor.
Server -ul este reprezentat de un PC, cu card WI -FI integrat, actionează ca un server WEB. [6]
Sistemul poate fi accesat local din browser -ul oricărui PC din aceeași rețea LAN prin intermediul
serverului IP, sau de la distantă cu ajutorul unui PC sau telefon mobil conectat la internet cu setările
corespunzătoare browser -ului, prin server -ul real IP (internet IP)
Principala funcție a server -ului este de a gestiona, controla și monitoriza componentele sistemului,
permițând modulului hardware să execute sarcinile atribuite (prin intermediul actuatorilor) și să raporteze server –
ului anu mite evenimente declanșate ( prin intermediu senzorilor).

Figura 1.6. Schema bloc a unui sistem de control prin Bluetooth
Modulele hardware sunt conectate direct la senzori si actuatori prin cabluri, permitând controlul anumitor
acțiuni în in teriorul casei ca : iluminare, fixarea temperaturii (încălzire, ventilație, răcire) și securizarea casei
(încuietori, camere, detectori de mișcare/ fum etc.)

– 20 –

– 21 –

Capitolul 2. Rețeaua GSM
2.1. Scurt istoric al rețelei GSM
Sistemul global de telecomunicații mobile (GSM), care este în prezent cel mai raspândit pe planetă,
este un standard global acceptat pentru comunicarea celular digitală.Introdus la începutul anilor 1990, acest
sistem de telecomunicații a luat naștere ca u rmare a dezvoltării accelerate a comunicațiilor digitale și ca soluție
la imposibilitatea rețelelor analogice din prima generație de a face fată cererii de mijloace de comunicație. În
acest sens, introducerea sistemului GSM a permis dezvoltarea unei capaci tăți de 5 -10 ori mai mare decât cea a
rețelelor celulare analogice, evoluție datorată următoarelor mecanisme :
1. Înlocuirea transmiterii semnalului vocal prin modulație în frecvență cu transmiterea prin modulație
numerică. Avantajul acestui proces se referă la faptul că transmiterea numerică are o rezistența ridicată
la interfețe și permite reducerea distanței relative de reutilizare a frecvențelor.

2. Introducerea controlului puterii la emisie, a saltului de frecvență (FH) și a emisiei discontinue (DTX), ce
permit controlul interferențelor în rețea.

3. Utilizarea metodei de acces TDMA, implementată pe mai multe purtătoare radio. Utilizarea acestui
mecan ism determină reducerea timpului de transfer între celule prin implicarea terminalului mobil,
permițând folosirea microcelulelor (celule cu raza sub 2km), care asigură o creștere suplimentară a
capacității.

Standardul GSM a apărut ca urmare a i mplicării unui număr mare de state europene (82) în conceperea și
realizarea unui sistem complex de telecomunicații. În anul 1979, la Conferința mondială a administrației radio
(WARC), s -au alocat domenii de frecvență pentru serviciul de telefonie celular ă mobilă permițând dezvoltarea
unor sisteme de radiotelefonie celulară.
În 1982, CEPT înființează comitetul “Grupul Special pentru comunicații Mobile” având ca obiectiv
verificarea dacă utilizarea domeniului de frecvență alocat în 1979 se face doar în acest scop și coordonarea
proiectelor pentru o rețea celulară pan europeană, care a primit inițial, numele comitetului “GSM”.
În 1986, comitetul GSM își stabilește un nucleu permanent la Paris. În același an încep primele
experimente, c are se încheie în februarie 1987 odată cu stabilirea parametrilor fundamentali și a principiului de
bază a noii rețele. Se prevede caracterul deschis al interfețelor (fără drept de proprietate). În martie 1988 sunt
elaborate primele invitații de ofertă pe ntru validare și, în unele cazuri, pentru echipamente operaționale.
Deși aflat inițial sub conducerea CEPT, GSM devine comitet tehnic în cadrul Institutului European de
Standarde în Telecomunicații (ETSI). Această modificare a permis și implicar ea fabricanților (doar membrii
ETSI) din alte zone ale lumii, în special SUA și Japonia, Astfel, recomandările comitetului devin specificații
tehnice europene, devenind o parte importantă a procesului general de standardizare în telecomunicații.
În 1990, se definește rețeaua DCS1800 (Digital Cellular System) ca urmare a adaptării specificațiilor
GSM în domeniul de frecvență 1,8 Ghz. În același an, comitetul primește responsabilitatea de a dezvolta
generația de comunicații post -GSM, care poartă d enumirea de UMTS ( Universal Mobile Telecommunications
System).
Exploatarea GSM a început în marile metropole europene în 1991, urmând ca în 1993 să evolueze la
capitale și aeroporturi, iar în 1995 , rețeaua să acopere suprafețe mari din terito riile tărilor.

– 22 –

Istoricul apariției sistemului GSM se poate concretiza în următoarele etape cronologice :

2.1.
Istoricul re țelei GSM[7]
2.2. Arhitectura rețelei GSM
Specificațiile GSM definesc în detaliu funcțiile logice și cerințele pentru interfață, fără a se referi la
partea hardware. Principalul motiv este limitarea cât mai redusa a proiectanților, asigurând în același timp
posibilitatea ca operatorii sa își achiz iționeze echipamente de la furnizori diferiți.

2.2.Arhitectura re țelei GSM
Anul Obiectiv realizat
1979 Alocarea unor domenii de frecvența pentru serviciul de comunicații celulare
1982 Crearea grupului special pentru comunicații mobile (GSM)
1986 Stabilirea unui nucleu permanent la Paris
1987 Alegerea principalelor metode de transmisie pe baza experimentelor și a
evaluării variantelor de prototip
1988 Acceptarea ofertelor pentru sisteme de validare
1989 Desemnarea GSM ca fiind comitet tehnic în cadrul ETSI și eliberarea ofertelor
pentru sisteme operaționale
1990 Încheierea primei faze a procesului de standardizare pentru GSM900 și
sfârșitul procesului de definire al recomandărilor pentru DCS1800
1991 Prezentarea primului sistem GSM în funcțiune la expoziția TELECOM
1992 Începutul fazei comerciale de exploatare pentru toți operatorii europeni de
sisteme GSM900

– 23 –

Rețeaua GSM este divizata în 3 mari sisteme :
2.2.1. Stația mobilă (MS)
Abonatul mobil este desemnat sub acronimul MS iar terminalul mobil prin MT. Fiecare terminal mobil
este identificat prin seria de fabricație (IMEI), stocată într -o memorie de tip ROM, la momentul fabricației.
Un abonat se poate conecta la rețea prin inte rmediul unui terminal pe care l -a personalizat, prin introducerea
modulului propriu de identificare SIM.

Microprocesorul SIM -ului are la bază un chip de silicon, care funcționează într -un domeniu de
temperatură cuprins între -25 C și +70 C și poate rezista la o umiditate mai mare de 85%. Realizat sub forma
unei cartele magnetice, acest card stochează toate informațiile necesare pentru conectarea abonatului la rețea.
Există două categorii de informații :
– informații fixe, care nu se modifică pe durata exploatării SIM
-informații variabile, care se modifică pe durata exploatării
Un exemplu de informație fixa este reprezentată de numărul de identificare internațională a abonatului
mobil IMSI, reprezentat de un șir numeric. Primel e 3 cifre indică țara de înregistrare a abonatului mobil, urmate
de codul rețelei de comunicații mobile care poate avea o lungime de 2 (standardul European) sau 3 caractere
(standardul Nord -American). Restul cifrelor formează numărul de identificare al abo natului mobil și conțin
informații referitoare la memoriile telefonului, plata, SMS -uri, numere pin și informații internaționale despre
roaming. În categoria informațiilor fixe se încadreaza și codul IMEI, care reprezintă numărul de identificare al
echipa mentului mobil.
În cazul informațiilor variabile se pot da ca exemple: numărul de identificare temporară al abonatului
TMSI, detalii referitoare la aria de localizare a abonatului la un moment dat, etc.
Stația mobilă măsoară nivelul semnalului pe care îl recepționează pe canalul de comunicație de la stația
de bază, precum și pe cel al altor semnale preluate de la alte stații de bază localizate în zonă. Ulterior, transmite
rețelei rezultatul măsurării prin intermediul stației de bază și contribuie la realizarea unor funcții ca : reglarea
nivelului de putere de emisie pe canal la stația mobilă, stabilirea momentului de realizare a transferului legăturii
de comunicație și a stației de bază care trebuie sa preia legătura etc.
2.2.2. Sistemul stației de bază
Această componentă a rețelei GSM se bazează pe utilizarea unor echipamente numerice și de
radiofrecvență cu scopul de a controla funcționarea și calitatea legăturilor realizate prin interfața radio a GSM.
Acest sistem ar e două componente funcționale : echipamentul de emisie/ receptie (BTS) și un controler al stației
de bază (BSC).
Legătura dintre centrala și sistemul stației de bază se realizează prin linii PCM de 2Mbs, prin
intermediul sistemului de sem nalizare SS7. Comunicația prin interfața radio se realizează cu ajutorul modulației
numerice GMSK și a metodei de acces multiplu cu diviziune in timp (TDMA).
Echipamentul de emisie -recepție al stației de bază (BTS)
Acest sistem conține câte o un itate emisie -recepție diferită pentru fiecare canal radio alocat. Capacitatea
maximă a unui BTS este de 16 purtătoare. Uzual, o configurație pentru o zonă urbană are 4 purtătoare, permițând

– 24 –
aproximativ 28 de conexiuni simultan. Conectarea mai multor BTS în serie se poate realiza cu ajutorul unei
interfețe PCM standard de 2Mbs.
Principalele funcții ale unei stații de bază sunt:

– realizarea transmisiei semnalelor către stațiile mobile aflate în zona sa de acțiune, atât pentru canalele de trafic
cât și pentru canalele de control;
– recepția semnalelor primite de la stațiile mobile aflate în zona de acțiune, atât pe canalele de tr afic cât și pe
canalele de semnalizare și control;
– procesarea semnalelor după recepție sau înainte de transmitere, procesare prin care trebuie să se realizeze:
• cifrarea mesajelor transmise;
• codarea canalului și întrețeserea biților;
• demodularea;
• egalizarea;
– sincronizarea stațiilor mobile în fereastra de timp pe care au primit -o spre folosire, pe purtătoarea de
radiofrecvență;
– gestionarea semnalizărilor realizate între MS și BSC;
– realizarea de măsurători asupra nivelului și calității recepției semnalului primit de la stația mobilă
– functii de management la nivel local.

Echipamentul de comandă/control (controlorul) al stațiilor de bază (BSC)
Această componentă a sistemului are rol de administrare și cont rol a funcționării stațiilor de bază,
reprezentând în același timp și unitatea de legatură dintre acestea și centrul de comutare pentru comunicații
mobile. Legătura cu stațiile de bază de comutare se asigură printr -o rețea de transport, realizată prin mijl oace
radio, cablu coaxial, fibră optică prin interfața A bis. Conectarea cu centrul de comutare este realizată prin același
tip de rețea, prin interfața A.
Principalele funcții ale controlorului stațiilor de bază sunt :
– gestionarea canal elor radio în subordine, prin care se realizează operații de reconfigurare operativă a distribuției
canalelor radio în funcție de necesitățile de trafic;
– controlul calității folosirii resurselor radio prin:

• interpretarea măsurătorilor făcute de sta țiile de bază și de stațiile mobile,
• controlarea puterii de emisie a stației mobile;
• măsurători de trafic și interpretarea evenimentelor de trafic;

– codarea vorbirii și adaptarea vitezelor de transmisie ;
– transferul mesajelor de control între st ația mobilă și centrala de comutație pentru rețeaua mobilă, prin
intermediul stației de bază;
– administrarea resurselor radio pe durata realizării conectării cu stația mobilă;
– operațiuni legate de gestionarea sistemului stațiilor de bază :
• gestionarea transferurilor legăturii de comunicație în deplasarea stației mobile, între stațiile de bază
subordonate aceluiași BSC;
• gestionarea datelor de sistem – informații despre puterea maximă admisă în celulă, transmiterea
indicativelor stațiilor de bază ale căror niveluri trebuie măsurate la stația mobilă și trebuie raportate de aceasta;
• interpretarea informațiilor de spre nivelul de putere la recepție și calitatea legăturii, transmise atât de
stația mobilă cât și de stația de bază;
• gestionarea datelor de localizare pentru stațiile mobile;
• eventuale acțiuni de întreținere la nivelul stațiilor de bază.

– 25 –
BSC controlează întotdeauna canalele de control și de comunicație, fără a afecta însă direct o serie de
mesaje de semnalizare, asociate unei conexiuni stabilite, în acest caz având rolul unui simplu releu de transfer.
Canalele radio utiliz ate de stația de bază nu sunt alocate fix la circuitele telefonice terestre care ajung la
controlerul acesteia. În cazul în care controlerul primește sarcina selectării unui canal radio, selectarea liniei
terestre este efectuată de centrală. Conectarea cel or două circuite are loc în matricea de comutare proprie a
controlerului stației de bază.
Această matrice permite transferul (pe durata convorbirii)între două echipamente emisie/recepție fără
implicarea centralei.
Conectarea cont rolerului cu BTS -ul se face printr -o interfață PCM de 2 MBs sub protocolul LAPD
(protocol de acces pentru canalul D). Conexiunea mai multor BTS -uri la controler se poate realiza înlănțuit sau
în stea, iar controlerul se poate amplasa în același loc cu unul dintre BTS din subordine. În functie de caz, o
stație de bază poate avea un singur BTS (configurație specifică zonelor rurale, folosind o antenă
omnidirecțională) sau mai multe (configurație specifică zonelor urbane sau autostrăzilor, folosind o antenă
directivă).
2.2. 3 .Sistemul rețea și de comutare
Sistemul rețea și de comutare este structurat în 3 unități funcționale, care îndeplinesc funcții distincte în
cadrul sistemului GSM :
– centrul de comutație MSC
-bazele de date AuC, EIR, HLR, VLR
-entități de adaptare la ieșirea din GSM cu alte sisteme de comunicație IWF, EC, XC
Funcționalitatea acestei componente în cadrul rețelei GSM este definită prin :
– monitorizarea și administrarea procesului de comunicație dintre utilizatorul unei r ețele proprii și abonații ficși
sau mobili ai unor rețele de comunicații distincte
– monitorizarea și controlul comunicațiilor dintre operatori mobili situați în zonele de acțiune ale unor
echipamente de control ce aparțin unor statii de bază distincte
– asigurarea unei bune funcționări a abonaților mobili proprii prin intermediul bazelor de date
2.2.3.1. Centrul de comutație MSC
Această componentă are rolul de a asigura interfațarea sistemului stațiilor de bază al unei rețele celulare
cu re țeaua telefonică publică (PSTN), reprezentând în același timp și centrala de comutație pentru comunicațiile
din cadrul rețelei mobile, precum și pentru cele cu rețeaua de origine sau de destinație. Centrul de comutație este
structurat în 2 unități componen te : subsistemele de comutare și subsistemele soft de comandă și control.
Funcțiile MSC în cadrul sistemului se grupează în două categorii :
a) funcții asemănătoare cu cele ale centralelor din rețelele telefonice publice comutate :
– monitorizarea s tabilirii apelurilor
– realizarea procedurilor de rutare
– asigurarea secretizării destinatarului apelului prin conversia numerotării
– alocarea trunchiurilor de ieșire
– realizarea procedurilor de taxare și a statisticilor de trafic

– 26 –
b) funcții tipice rețe lelor celulare
– menținerea unei liste cu abonații angajați în comunicație
– asigurarea protecției împotriva utilizatorilor neînregistrați, prin intermediul verificării identității abonatului
și a secretizării comunicației de date
– controlul procedurilor de localizare și transfer a legăturii de comunicație în cazul deplasării stației mobile,
exceptând cazul în care aceasta nu depășește zona de acțiune a unui echipament de control
2.2.3.2. Bazele de date
GSM utilizează aceste entități de pr elucrare și memorare, în scopul gestionării utilizatorilor,
soluționării problemelelor legate de administrarea informațiilor de abonat și a monitorizării locului în care acesta
se află în rețea.
Centrul de verificare al autenticității (AUC)
Aceasta entitate a rețelei are un rol distinct în raport cu MSC, principalele funcții pe care le îndeplinește
fiind :
– controlul procesului de autorizare a accesului unui abonat mobil la rețea
– cifrarea transmisiei pe traseul radio
– atribuirea identită ții temporare TMSI
Localizarea acestui centru este în general, în același loc cu HLR, avaâd ca scop creșterea vitezei de
adresare și reactualizare a înregistrărilor abonaților.
Procesul de verificare a autenticității începe în m omentul solicitării abonatului mobil de a se reconecta
la rețea. La prima solicitare, în cadrul fiecărei perioade de utilizare a rețelei, are loc un proces complet de
autorizare a abonatului. În cazul comunicațiilor ulterioare, activarea acestui proces est e anulată dacă datele
furnizate în procesul inițial de autorizare, stocate în memoria SIM -ului, corespund celor conținute de HLR/VLR.
Procesul de verificare a autenticității abonatului mobil se poate concretiza în două etape :
– compararea unor date de siguranță memorate în SIM cu datele corespunzătoare din HLR, care sunt stocate atât
în HLR, cât și în SIM în momentul eliberării modulului SIM
– prelucrarea datelor stocate în AUC conform unor algoritm, conversia informațiilor într -un mesaj co dat și
transmiterea acestuia către SIM. În momentul recepționării, stația mobilă decodează mesajul și returnează un
răspuns către AUC, al cărui conținut îi permite sau nu abonatului accesul la rețea.

Baza de date primară a abonaților mobili (HLR)
Această componentă a sistemului GSM stochează parametrii abonatului. Fiecare rețea GSM trebuie să
conțină cel puțin un HLR. În conformitate cu dimensiunile și cu modul structurării rețelei, într -o rețea pot exista
mai multe HLR. Amplaseara lor s e realizează în general în același loc cu GMSC, însă există cazuri în care
localizarea lor este diferită iar legătura dintre ele este reprezentată printr -o cale de comunicație special creată.
HLR este un ansamblu a patru entități funcționale soft :
– baza de date propriu -zisă, ce conține datele abonatului și tripleții de cifrare formați împreună cu AUC
-entitatea de analiză

– 27 –
-entitatea administrativă
-entitatea prin care se asigură legătura cu unitățile care accesează HLR (VLR, AUC, MSC)
Baza de date primară a abonaților mobili cuprinde două tipuri de informații :
a)informații fixe : acestea sunt definite la înregistrarea abonatului și sunt menținute pe întreaga durată de timp în
care profilul serviciilor definit de operator nu se modifică. Î n această categorie se încadrează :
– numerele de identificare și adresele
-parametrii necesari autentificării abonatului
-tipurile de servicii furnizate de rețea la care operatorul are acces
b) informații variabile : aceste date au caracter variabil, mod ificându -se dinamic pe toată durata existenței
convenției între operator și abonatul mobil. Exemple :
-adresa VLR la care este înscris abonatul mobil
-starea curentă a abonatului (disponibil, deconectat, etc)
-numărul temporar de funcționare al abonatului TMSI
Rolul îndeplinit de HLR în sistem este definit de următoarele acțiuni :
– memorarea datelor abonaților rețelei și actualizarea informațiilor variabile în funcție de evoluția abonaților
mobili
-returnarea, la solicitarea unităților rețel ei, datelor necesare identificării abonaților mobili. Informațiile
referitoare la identitatea abonatului și comunicația cu acesta sunt furnizate către VLR, iar cele legate de
parametrii de securitate și cifrarea comunicației – către AUC.
Baza de date dina mică a abonaților vizitatori (VLR)
Această bază de date stochează o copie a principalelor informații înregistrate în HLR. Durata de stocare
a acestor date este limitată, ele fiind păstrate doar în perioada în care abonatul este activ în ari a controlată de
VLR. Asigurarea unei baze de date locale în VLR elimină consumul de timp rezultat din accesarea frecventă a
HLR. Baza de date dinamica a abonaților vizitatori este structurată in 5 entități:
-baza de date propriu -zisă
-entitatea de analiză
-entitatea administrativă
-entitatea prin care se asigură legătura cu unitațile care accesează VLR (HLR)
-enitatea de acces la BSC
Principalele funcții ale VLR sunt :
– actualizarea localizării stației mobile și transmiterea acesteia la HLR
– asigurarea numerelor de roaming MSRN, pe care le comunică la HLR
-transmiterea către HLR a parametrilor necesari furnizării unor noi tripleți de numere pentru secretizare

– 28 –
-anularea înregistrării la solicitarea HLR -ului
Baza de date pentru identificarea ec hipamentelor EIR
EIR reprezintă o baza de date în care sunt stocate informații referitoare la echipamentele de abonat și
are ca funcție principală controlul validității numărului internațional de identificare a echipamentelor (IMEI).
Fiecărui echipament mobil îi este atribuit un număr unic prin care este identificat.(IMEI) Acesta
cuprinde indicativul fabricantului și alte elemente de identificare. Utilizarea IMEI -ului are ca scop identificarea
stațiilor și depistarea celor cu defecte sau furate, etc. Numerele de echipamente sunt grupate în 3 liste :

2.3. Gruparea numerelor de echipamente[7]

O rețea poate avea mai multe EIR, fiecare deținând o parte din numerele IMEI. Centrala are în acest
caz, funcți a de translație : pentru fiecare IMEI returnează adresa EIR în care este stocată informația despre
acesta.
2.2.3.3. .Module funcționale
Având în vedere funcționalitatea, modulul pentru integrarea de funcții cu alte sisteme IWF și modulul de
eliminare a ecourilor (EC) sunt considerate ca fiind componente inseparabile ale centralei.
Modulul pentru integrarea de funcții cu alte rețele (IWF)
Această componentă asigură rețelei GSM capacitatea de interconectare cu diverse alte tipuri d e rețele de
comunicație. Prin intermediul IWF, abonatului i se permite accesul la funcții de conversie de protocol și/sau de
conversie de viteză de transmisie a datelor abonatului mobil, respectiv abonatului din rețeaua în care se
efectuează conexiunea.
Utilizarea acestui modul se aplică în momentul în care terminalul de date mobil stabilește un transfer de
date cu un terminal terestru, care aparține unei linii analogice sau unei rețele publice comutate . Pentru această
situație, IWF alocă un modem din setul de modem -uri de care dispune. O alta funcție a IWF se referă la
asigurarea unor interfețe de conectare directă pentru echipamentele de date proprii ale abonatului
(nestandardizate), cum este X25 PAD.
Modulul de eliminare a ecourilor (EC)
Rolul acestei entități este definit de capacitatea sa de a înlătura efectele neplăcute care apar în momentul
recepționării mesajelor transmise în timp real între o rețea mobila GSM și rețeaua telefonică fixă comutată.

– 29 –
Timpul de întărziere a semn alelor vocale, specific rețelei GSM, acumulat pe întreaga perioada de comunicație,
este de 80 ms, și apare ca urmare a codării/decodării semnalului vocal. În cazul stabilirii unei conexiuni
defectuoase cu rețeaua telefonică publică, întârzierea este percep ută de abonatul mobil. În acest sens, s -a impus
utilizarea unor transformatoare de la 4 la 2 fire, în special în cazul rețelei fixe. Existența imperfecțiunilor
determină transformatorul să returneze o parte din semnalul de la componenta de recepție la cea de transmisie
din interfața pe 4 fire. În urma acestei acțiuni, apare un ecou care este insesizabil pentru abonatul rețelei fixe,
fiind perceput doar de abonatul mobil.
Transcodorul (XC)
Transcodorul este utilizat în conversia semnalului PCM v ocal sau de date, rezultat la ieșirea centralei, de
64 kbit/s în forma necesară transferului de date dintre stația de bază și cea mobilă prin intermediul interfeței
radio sau în forma utilizată la comunicația dintre centrala abonaților mobili și subsistemu l stațiilor de bază.
Amplasarea transcodorului se poate realiza la centrala pentru abonați mobili MSC, la controlorul stațiilor de bază
BSC sau la echipamentul de emisie recepție BTS, în funcție de necesități. În cazul localizării acestuia la MSC,
în cond ițiile în care sistemul folosește canale vocale GSM de 13 kbit/s pentru adaptarea vitezelor de transmisie,
datele primite în forma digitală sunt completate cu biți”albi”până la 16 kbit/s. Ulterior, informațiile sunt
structurate câte patru pe o linie telefo nică fixă de 64 kbit/s. În acest mod, fiecare canal PCM de 2Mbit/s (30
canele de 64 kbit/s) cuprinde 120 canale vocale GSM, ceea ce duce la prețuri de cost scăzute pentru operator.
Astfel, cea mai utilizată soluție este reprezentată de amplasarea trancodor ului în același loc cu centrala, întrucât
scade semnificativ costul sistemului prin reducerea necesarului de linii de 2 Mb/s dintre centrale și sistemul
stațiilor de bază.
2.3. Structura semnalului în rețeaua GSM
Informațiile transmise în GSM sunt prelucrate digital. Transmisia se realizează, pe fiecare sens de
comunicație, de la stația mobilă la rețea și invers prin intermediul canalelor de radiofrecvență. Un canal de
radiofrecvență pentru GSM are lărgimea de band ă de 200Khz. Existența a două sensuri de comunicație necesită
utilizarea unei perechi de astfel de canale. Până la 8 utilizatori pot realiza comunicația, în același timp, pe fiecare
pereche de canale.
Rețeaua GSM se bazează pe principiile sistemelor celulare de comunicații pentru acoperirea unei
zone. Mai exact, se impune utilizarea repetată pe un teritoriu a canalelor radio -frecvență alocate, în conformitate
cu regulile de protecție necesare obținerii unor rapoarte semnal/zgomot acceptabi le. Sistemele GSM folosesc :
a) diviziunea de frecvență : prin împărțirea benzilor de frecvență alocate în canale de radiocomunicație, cu
lărgimea de bandă de 200KHz
b) diviziunea de timp : prin alocarea purtătoarei de frecvență mai multor utilizatori prin utili zarea
alternativă a canalului de radiofrecvență
c) diviziunea de spațiu : prin folosirea repetată a canalelor de radiofrecvență pe un teritoriu, ținând cont de
schemele de grupare și refolosire a acestor canale în zone de reutilizare

2.4. Caracteristici tehnice g enerale
Conceptul pe care se bazează standardul GSM este de a suprapune o rețea peste infrastructura de linii
de comunicație ale rețelei telefonice terestre. Rețeaua telefonica terestră permite stabilirea conexiunilor între
abonați ficși ș i abonați mobili și între doi abonați mobili, aflați în celule situate la distanță mare sau în rețele
dezvoltate de operatori diferiți.
Domeniul de frecvențe utilizat de GSM este prezentat în tabelul de mai jos.

– 30 –

2.4.Domeniul de frecvențe utilizat de GS M[7]
În varianta standard, fiecărui sens de comunicație îi este alocat un domeniu de frecvența de 25MHz.
Ecartul între frecvența de emisie și cea de recepție în cazul unui canal radio duplex este de 45 Mhz. Prin
utilizarea unei benzi de comun icație de 200Khz pe fiecare sens de comunicație și prin asigurarea unor benzi de
garda de 100 KHz la, la capetele domeniului se obțin 124 de canale radio. Acestea au la bază o structură cu
diviziune în timp implementată pe mai multe purtătoare (TMA/FDMA). Un canal radio fizic este format dintr -o
pereche de canale temporale (TS) realizate pe o frecventă purtătoare (f p).
2.5. Serviciul de mesaje scurte (SMS)
Serviciul de mesaje scurte (SMS) este un serviciu mobil acceptat la nivel mondial care perm ite
schimbul de mesaje text între stațiile mobile și alte dispozitive externe conectate la rețea. Mesajele pot fi trimise
de pe dispozitive mobile GSM/UMTS, dar și de pe o gamă variată de alte echipamente precum stații conectate la
internet, telex, fax. Pr imul mesaj text a fost trimis in 1992 prin canalele de semnal ale retelei europene GSM.
Această reusită a determinat dezvoltarea accelerata a acestui serviciu, tehnologia SMS fiind în prezent suportată
in totalitate la nivel global de către toate terminale le și retelele GSM.
2.5.1. Utilizari SMS si avantaje
Serviciul SMS a fost destinat să fie un mijloc de transfer limitat de informație între doi abonați
mobili.Această capacitate limitată a stat la baza dezvoltării unor servicii mai complexe, d e la descărcarea unor
tonuri de apel la aplicații profesionale care permit controlul de la distanță.
În prezent, succesul unui furnizor se bazează pe diferențierea serviciilor, aspect asigurat de serviciul
SMS alături de serviciile de bază. Utilizarea SMS îi asigură furnizorului de servicii o serie de avantaje. În primul
rând, garantează o calitate superioară a apelurilor prin intermediul utilizării notificărilor specifice, permite
accesul unităților specializate la datele mobile, adaugă o al tă versiune a serviciilor de paging numeric, furnizează
funcții cu valoare adăugată (e -mail, postă vocală, fax) și administrative (download mobil).
În privința clientului, utilizarea serviciului SMS asigură confortul, flexibilitatea și ajust area serviciilor
de mesagerie pentru accessul informațiilor. De asemenea, prin integrarea serviciilor într -un singur echipament
mobil, se înlătură nevoia existenței de dispozitive separate pentru mesagerie.
2.5.2. Cazurile de utilizare a mesajelor de tip SMS
Mesageria Persoană -la-Persoană
Principala utilizare pentru care serviciul SMS a fost creat inițial se referă la serviciul SMS punct -la-
punct (point to point), care permite schimbul de mesaje text scurte între doi abonați mobili. Mesajul este trimis
între SMSC și terminalele mobile prin intermediul rețelei mobile. Adițional serviciilor de transfer de mesaje text
deja existente, acest serviciu asigură garanția livrării la destinație.

– 31 –
Serviciul SMS se distinge prin utilizarea unui handset mobil activ, care poate recepționa un mesaj text
scurt oricând, indiferent dacă se realizează sau nu prelucrarea unui apel vocal sau de date.Fiind un serviciu de
tip stocare și trimitere, SMS asigură stocarea mesajelor în rețea în cazul în care abonatul mobil nu se află în zona
de acoperire, până când destinația este disponibilă.
Pentru a limita dificultatea scrierii de mesaje, au fost dezvoltate mecanisme predictive de introducere a
textului. Acest mecanism anticipează cuvântul pe care utilizatorul dorește să îl introducă pri n analiza celor mai
recente caractere și simboluri și verificarea acestora într -un dicționar static sau dinamic. Utilizarea acestor
mecanisme reduce considerabil numărul de tastări necesare compunerii unui mesaj. În cazul serviciului SMS,
cele mai folosite mecanisme predictive sunt T9 de la Tegic și Zi de la ZI corporation. Pentru România este
utilizat T9.
Tot în acest scop, au fost introduse și alte metode precum : echiparea terminalelor cu tastatură
QWERTY sau prevederea telefoanelor intel igente cu un ecran tactil.
Servicii de informare
Aceasta este cea mai comună utilizare în cazul comunicării mașina -la-persoană, permițând furnizarea
de informații legate de vreme sau rapoarte financiare de către furnizorul de servicii pr in intermediul SMS -urilor.
Activarea acestor servicii presupune abonarea manuală a utilizatorului.
Notificări de Fax și mesaje vocale
Acest serviciu este vast suportat de rețelele mobile GSM și constă în recepția mesajelor ce conțin
notificări de mesaje voce și fax, stocate într -un spațiu de memorie din rețea.
Servicii de descărcare (download)
Furnizarea acestui serviciu a apărut ca urmare a necesității utilizatorilor de a își personaliza terminalul
mobil, fiind utiliza t pentru descărcarea unui conținut multimedia precum tonuri de apel, imagini tapet sau teme.
Aplicații chat
În timpul unei sesiuni chat, utilizarea acestui serviciu permite schimbul de mesaje între diferiți
utilizatori într -un mod interac tiv. Stocarea acestor date este realizată într -o ordine cronologică în istoricul
chatului, cu diferențierea mesajelor trimise de fiecare dintre utilizatori. O gamă variată de aplicații mobile
existente se bazează pe SMS în transferul de mesaje.
Mesageria inteligentă
Acest serviciu a fost dezvoltat de Nokia în scopul schimbului de diferite obiecte prin intermediul
SMS. Una din cele mai populare caracteristici ale acestui serviciu se referă la posibilitatea introducerii unei p oze
în textul unui mesaj.

– 32 –
2.5.3. Arhitectura GSM cu suport SMS
Realizarea serviciului de mesaje scurte implică includerea unor elemente adiționale în arhitectura
rețelei de bază. Cele două elemente adiționale sunt centrul SMS (SM SC) și portalul Email (Email gateaway). În
plus, este necesară existența unei entități numită mesaj scurt, care constă uzual într -o aplicație software
implementată în dispozitivul mobil, cu scopul manevrării mesajelor (trimitere, recepție, memorare etc)
2.5.Arhitectura GSM cu suport SMS[8]

– 33 –

Entitatea mesaj scurt
Elementele care permit trimiterea sau recepția de mesaje scurte poartă numele de enități mesaj scurt
(SME – short message entity). De obicei, un SME constă intr -o aplicație software în terminalul mobil, însa poate
fi și un dispozitiv fax, telex etc. Pentru a funcționa corespunzător în rețeaua mobilă, o stație mobilă trebuie
configurată în avans. În timpul procesului de fabricație, terminalul mobil este preconfigurat, însă se poate realiza
și o configurare manuală.
Un SME poate fi considerat și un server care se interconectează la centrul SMS direct sau printr -un
portal. Entitatea care realizează conexiunea externă, printr -un portal, este cunoscut sub acronimul ESME
(External SME) și este reprezentat de un server WAP, un portal Email sau un se rver de postă vocală.
Centrul SMS (SMSC -SMS CENTER)
Centrul SMS are un rol de bază în cadrul arhitecturii SMS, principalele sale funcții fiind relaționarea
mesajelor scurte între entități și stocarea -și-trimiterea (store -and-forwarding) mes ajelor (se memorează mesajul
dacă SME -ul destinatar nu este disponibil). Centrul SMS poate fi considerat ca fiind parte integrată a rețelei
mobile (în cadrul MSC) sau entitate independentă a rețelei. Localizarea SMSC -ului se poate realiza și înfara
rețelei , fiind administrat de o organizație terță.
Teoretic, un singur centru SMS poate gestiona SMS -uri pentru diverși operatori ai rețelei mobile.
Totuși, această situație este rar întalnită, unul sau mai multe SMSC -uri fiind utilizate de obi cei în administrarea
operațiilor SMS într -o singură rețea mobilă.
În general, operatorii de telefonie mobilă au acorduri comerciale multilaterale pentru a permite
transferul de mesaje între rețele. Fără îndoială, succesul culminant al me sajelor SMS, se datorează acestei
caracteristici, ce permite utilizatorilor schimbul de mesaje chiar dacă nu sunt abonați ai aceleiași rețele sau sunt
localizați în tări diferite.
Portalul Email
Această componentă a sistemului permit e inter -operabilitatea Email -SMS prin interconectarea unui
SMSC cu internetul. Prin intermediul acestui portal, se realizează schimbul de mesaje între un SME și o gazdă
din Internet. Principalele sale funcții se referă la conversia formatului mesajelor (di n SMS în Email și invers) și
gestionarea mesajelor dintre SMS și domeniul Internet.
2.6. Standardele SMS
Mesajul SMS poate fi transmis de terminalele mobile în două formate : formatul PDU și formatul
TEXT. Corpul mesajului poate fi codifica t conform mai multor alfabete text. Cele două scheme de codificare a
textului utilizate în cadrul serviciului SMS sunt alfabetul standard GSM pe 7 biți definit în documentul 3GPP –
23.038 și Setul Universal de Caractere (Universal Character Set -UCS2) definit în ISO -10646. În plus, se
utilizează și alfabetul pe 8 biți, în scopul transferului de date precum imagini, tonuri de apel sau setări WAP, dar
nu este conceput de terminal ca fiind mesaj text.
Indiferent de schema de codare, volumul te xtului care poate fi inclus în segmentul de mesaj este de
140 de octeți. Legătura dintre schemele de codare și lungimea textului este exemplificată în următoarea figură :

– 34 –

Schema codare Lungime text pe
segmentul de mesaj TP-DCS
Bit 3 Bit 2
Alfabet GSM, 7 biți 160 de caractere 0 0
Date, 8 biți 140 de caractere 0 1
UCS2, 16 biți 70 caractere
complexe 1 0
2.6. Legatura dintre schemele de codare si lungimea textului[8]
Valoarea atribuită parametrului TP -DCS (TP -Data -Coding Scheme) indică ce schemă s -a utilizat în
codarea conținutului mesajului. În forma sa cea mai simplă, alfabetul GSM pe 7 biți este alcătuit din 128 de
caractere, plus încă 9 caractere adiționale. Setul Universal de Caractere se folosește în codarea seturilor de
caractere complexe, non -Latine, ca de exemplu cele din chineză și arabă.
2.6.1. Formatul PDU la recepționarea unui mesaj
Pentru expunerea simplificată a formatului PDU la recepționarea unui mesaj, am utilizat un exemplu
concret, mesajul având textul “UOC”
0791 0427024000F0 04OB914027532318F1 000041 50 02 71 23 70 21 03 D5E710
Această secvența de octeți este constituită din 3 părți : un octet pentru indicarea lungimii numărului Centrului
SMS (07), numărul Centrului cu tipul de adresă aferent și partea de SMS_DELIVER, definitită de ETSI în GSM
03.40.

Octet/Octeți Descriere
07 Lungimea numărului Centrului SMS
91 Tipul de adresă al Centrului SMS
04 27 02 40 00 F0 Numărul Centrului SMS (în semi -octeți decimali). Deoarece lungimea
numărului este impară, se adaugă un F în coadă pentru formarea
ultimului octet. Numărul centrului SMS este “+4072200400”
04 Primul octet al mesajului SMS_DELIVER
OB Lungimea adresei (a numărului destinatarului)
91 Tipul de adresă al expeditorului
04 27 53 23 18 F1 Numărul expeditorului în semi -octeți decimali
00 TP-PID – Identificator de protocol
00 TP-DCS – Schema de codare a datelor
41 50 02 71 23 70 21 TP-SCTS – Timbru de timp (semi -octeți)
03 TP-UDL – Lungimea mesajului. In cazul de față codarea este pe 7 biți,
deci numărul de septeți este 3.
D5 E7 10 TP-UD. Corpul mesajului: “UOC” – caractere ASCII reprezentate în
date de 7 biti.
2.7. Formatul PDU la recepționarea unui mesaj[9]

– 35 –

2.6.1.1. Tipul de adresă
În octetul tipului de adresă este stocat formatul unui număr de telefon. Cea mai utilizata valoare este
0x91 (b 10010001). Aceasta indică un format internațional, care este acceptat chiar dacă mesajul are ca
destin ație un abonat din aceeasi țara ca MSC -ul sau ca SGSN -ul.
Nr bit 7 6 5 4 3 2 1 0
Nume Mereu1 Tipul de număr Identificatorul planului de numerotare
2.8.Octetul tipul de adresă in detaliu[9]
Descrierea tipului de număr este realizată în tabelul de mai jos :
Tipul de număr Descriere
000 Număr necunoscut
001 Număr internațional
010 Număr național (prefixul țării nu este inclus)
011 Numere specifice rețelei
100 Număr abonat
101 Număr alfanumeric
110 Număr abreviat
111 Număr rezervat pentru eventuale extensii
0000 Număr necunoscut
0001 Plan de numerotare ISDN/telefon
0011 Plan de numerotare date
0100 Plan de numerotare telex
1000 Plan de numerotare național
1001 Plan de numerotare privat
1010 Plan de numerotare ERMES
111 Plan rezervat pentru eventuale extensii
2.9. Descrierea tipului de num ăr[9]
2.6.1.2. Numărul Centrului SMS
După cum se observă în exemplul dat anterior, este necesară codarea numărului centrului SMS în semi –
octeți decimali prin interschimbarea numerelor decimale luate în grupuri de câte 2. În cazul în care șirul rezultat
este impar, se adaugă un F la sfârșitul șirului.

2.6.1.3. Primul octet al mesajului SMS -DELIVER
Primul octet al mesajului SMS_DELIVER este prezentat în detaliu în schema următoare :

Nr.bit 7 6 5 4 3 2 1 0
Nume TP-RP TP-
UDHI TP-SRI Nefolosit Nefolosit TP-MMS TP-MTI TP-MTI
2.10.Primul octet al mesajului SMS_DELIVER[9]

– 36 –

Funcțiile fiecărei componente a primului octet sunt definite în următorul tabel :
Denumire Funcție
TP-RP Indicator al căii de raspuns
TP-UDHI Indicator de antet la datele de utilizator -are valoarea 1 dacă există un antet în câmpul de
date al utilizatorului
TP-SRI Indicator pentru raportul de stare – are valoarea 1 dacă un raport de stare urmează să fie
returnat la SME
TP-MMS Indicator pentru numărul de mesaje de trimis – are valoarea 0 dacă nu mai există mesaje de
trimis
TP-MTI Indicator pentru tipul mesajului
2.11. Functiile componentelor primului octet[9]
2.6.1.4. TP_PID – Identificator al protocolului de comunicare
Utilizarea acestei componente a sistemului este definită din denumire – identifică protocolul de
comunicare utilizat în transmiterea mesajului. Este compus dintr -un octet și dispune de o gamă largă de tipuri de
adrese de destinație a mesajului, ca : telex, telefax, teletex, Email, ERMES.
2.6.1.5. TP -DCS – Schema de codare a datelor
Câmpul TP -DCS, definit în documentul GSM 03.40 indică schema de codare a câmpului TP -UD și este
utilizat, în unele cazuri, pentru indicarea clasei mesajului. Sem nificația biților ce alcătuiesc acest octet este
prezentată în următorul tabel :
Biți 7…4 Biți 3..0
00xx

Nr bit Valoare Semnificație
4 0 Biții 1 și 0 sunt rezervati și nu au semnificație de clasă a mesajului
1 Biții 1 și 0 sau clasa mesajului
5
0 Textul este necomprimat
1 Textul este comprimat

Bit 3 Bit 2 Alfabetul utilizat
0 0 Alfabetul implicit
0 1 Date pe 8 biți
1 0 USC2 (16 biți)
1 1 Rezervat

Bit1 Bit 0 Clasa mesajului Descriere
0 0 Clasa 0 Afișare imediată (alertă)
0 1 Clasa 1 Specific ME
1 0 Clasa 2 Specific SIM
1 1 Clasa 3 Specific TE

0100..1011 Grupuri rezervate de codare
1100 Grupul de indicații al mesajului în așteptare : renunță la mesaj.

– 37 –
Biții 3..0 sunt codați identic cu cei ai grupului 1101; în acest caz însă terminalul poate
renunța la conținutul mesajului și doar să prezinte utilizatorului o indicație

1101
Grupul de indicații al mesajului în așteptare : memorează mesajul.
Acest grup este utilizat pentru indicarea utilizatorului asupra stării și tipului de mesaje
care așteaptă în sistem conectat la GSM PLMN. Textul mesajului este codat în alfabetul
implicit.
Bit 3 Descriere
0 Setează indicația ca inactivă
1 Setează indicația ca activă
Bitul 2 este rezervat și este setat 0.
Bit 1 Bit 0 Tipul indicației
0 0 În așteptare Mesaj de casuță vocală
0 1 În așteptare Mesaj Fax
1 0 În așteptare Mesaj de Poștă Electronică
1 1 În așteptare – alt tip – nu este încă standardizat.

1110 Grupul de indicații al mesajului în așteptare : memorează mesajul.
Codarea biților 3..0 se face identic cu cea a grupului precedent, singura deosebire e că
acesta se referă la mesaje în alfabetul UCS2.
1111 Codarea datelor / Clasa mesajului
Bitul 3 este rezervat, setat pe 0
Bitul 2 Alfabetul utilizat
0 Alfabetul implicit
1 Date pe 8 biți

Bit 1 Bit 0 Clasa mesajului Descriere
0 0 Clasa 0 Afisare imediată (alertă)
0 1 Clasa 1 Specific ME
1 0 Clasa 2 Specific SIM
1 1 Clasa 3 Specific TE

2.12.Schema de codare a datelor[10]

2.6.1.6. TP -SCTS – Timbru de timp
Timbrul de timp este structurat în 7 octeți în codare de semi -octeți, fiecare din ei având următoarele
semnificații : Anul, Luna, Ziua, Ora, Minutul, Secunda, Fusul orar. Fusul orar se calculează în funcție de GMT.

– 38 –

2.6.2. Codarea caracterelor pe 7 biți și î mpachetarea lor în octeți
Codarea pe 7 biți este standardizată în documentul GSM 03.38 emis de ETSI și definește alfabetul
standard cât și alfabetele extinse pentru anumite zone geografice. Tabelul de codare standard este următorul :

2.13. Alfabetul standard GSM pe 7 biti[8]

– 39 –

Pentru prezentarea algoritmului de împachetare, am ales cuvântul “UOC”. Fiecare caracter este
reprezentat de 7 biți, pe care îi vom nota sub forma următoare :
U U0, U1, U2, U3, U4, U5, U6
O O0, O1, O2, O3, O4, O5, O6
C C0, C1, C2, C3, C4, C5, C6

Următorul pas îl constituie conversia valorilor binare în octeți, începând cu primul caracter al șirului de
la dreapta la stânga. Primul octet codat cuprinde de fapt primii 7 biți ai primului caracter, urmați de primul bit al
celui de al doilea caracter. Următorul octet, a cărui structură este acum de 6 biți, va prelua primii doi biți ai celui
de al treilea caracter. Pentru mesaje de o lungime mai mare, procesul continuă până la finali zarea codării tuturor
caracterelor. Ultimul octet codat cuprinde biții rămași de la ultimul caracter și este completat cu 0 .Procesul de
împachetare este exemplificat în tabelul de mai jos :
7 6 5 4 3 2 1 0
O0 U6 U5 U4 U3 U2 U1 U0
C1 C0 O6 O5 O4 O3 O2 O1
0 0 0 C6 C5 C4 C3 C2

Astfel, pe baza acestui algoritm, putem trece la împachetarea propriu -zisă a biților:
7 6 5 4 3 2 1 0
1 1 0 1 0 1 0 1
1 1 1 0 0 1 1 1
0 0 0 1 0 0 0 0

În final, am obținut gruparea celor 7 biți ai fiecărui caracter în octeți, deci cuvântul ales, “UOC” va
avea următoarea formă binară :
UOC – 11010101 11100111 00010000
Mesajul transmis, în urma convertirii din binar în hexazecimal, va avea în final str uctura D5 E7 10.
În procesul de decodare a mesajului, se utilizează un algoritm similar, însă oarecum inversat, care
presupune obținerea grupurilor de 7 biți din octeți prin izolarea acestora, urmând ca în final, acestea sa fie
decodate pe baz a tabelului standard.
2.6.3. Formatul PDU la trimiterea unui mesaj – SMS_SUBMIT
Spre deosebire de formatul PDU la recepția unui mesaj, în acest caz apar următoarele diferențe :
dispare necesitatea precizării numărului Centrului SMS, primul octet S MS_SUBMIT are altă formă, apare
perioada de valabilitate a mesajului.
0011OB910427532318F1 0000AA03 D5E710

– 40 –

Octet/Octeți Descriere
00 Lungimea numărului Centrului SMS – este opțional
11 Primul octet al mesajului SMS_SUBMIT
0B Lungimea adresei numărului destinatarului
91 Tipul de adresă al expeditorului
40 27 53 23 18 F1 Numărul expeditorului în semi -octeți decimali.În acest caz: +40723532811
00 TP-PID – Identificator de protocol
00 TP-DCS – Schema de codare a datelor
AA TP-Validity -Period. Perioada de valabilitate a mesajului.
03 TP-UDL – Lungimea mesajului. În acest exemplu codarea este pe 7 -biți
deci, numărul de septeți este 3.
D5E710 TP-UD. Corpul mesajului “UOC”. Caractere ASCII de 8 biți reprezentați în date
de 7 biți
2.14. Formatul PDU la trimiterea unui mesaj[9]
2.6.3.1. Primul octet al mesajului SMS -SUBMIT
Primul octet al mesajului SMS_SUBMIT este prezentat în detaliu în următoarea schemă :
Nr. Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
Nume TP-RP TP-
UDHI TP-SRR TP-VPF TP-VPF TP-RD TP-MTI TP-MTI
2.15. Primul octet al mesajului SMS SUBMIT[10]
Funcțiile fiecărei componente a octetului sunt definite în următorul tabel :
Denumire Funcție
TP-RP Indicator al căii de raspuns
TP-UDHI Indicator de antet la datele de utilizator
TP-SRR Indicator al unei cereri de raport de stare – ia valoarea 1 dacă un raport
de stare este solicitat
TP-VPF Formatul perioadei de valabilitate. Cei doi biți au următoarea
semnificație:
00 – Campul TP -VP nu există
10 – Câmpul TP -VP există. Este exprimat în f ormat relativ
01– Rezervat
11– Câmpul TP -VP există. Este exprimat în format absolut
TP-RD Înlătură duplicatele, indică dacă se acceptă mesajele SMS_SUBMIT
care au același TP_MR si TP_Da de la același terminal
TP-MTI Indicator pentru tipul mesajului
2.16. Functiile componentelor[9]
2.6.3.2. TP-VP. Perioada de valabilitate a mesajului
Această componentă indică data când mesajul SMS expiră. Perioada de valabilitate are două formate
diferite: relativă și absolută. Pentru cazul Relativ TP -VP constă dintr -un octet în reprezentare de numere întregi,
dând durata de viață a mesajului, începând numărătoarea din momentul în care SMS -SUBMIT este recepționat
de Centrul de Servicii. Pentru cazul Absolut, câmpul are 7 octeți și conține informația când m esajul expiră,
codarea fiind ca și în cazul TP -SCTS.

– 41 –
CAPITOLUL 3 : DESCRIEREA HARDWARE A SISTEMULUI

3.1.Descrierea funcționării și schema bloc a sistemului
Conceput pentru controlul iluminării și al temperaturii și pentru monitorizarea prezenței umane, ansamblul
realizat reprezintă o aplicație concretă a conceptului de supraveghere de la distantă, având la bază comunicarea
bilaterală, realizată prin SMS, dint re sistem și utilizator.
Proiectul realizat este conceput ca un sistem de comandă și răspuns. Pe baza informațiilor primite de la senzorii
conectați, sistemul realizează anumite rutine preconfigurate, și returnează utilizatorului, la orice modificare,
notificări privind starea sistemului. De asemenea, la inițiativa beneficiarului, efectuează anumite comenzi
specifice, comenzi ce îi sunt transmise printr -un simplu SMS. Structura sistemului în blocuri constitutive este
prezentată în figura următoare :

Figura 3.1. Schema bloc a sistemului

– 42 –

3.2.Senzori
3.2.1. Senzorul de lumina. Fotorezistența.
3.2.1.1.Definiție

Figura 3.2. Simbolurile fotorezistorului
Fotorezistența este un rezistor, realizat dintr -un material semiconductor omogen, a cărui rezistență variază
în funcție de fluxul luminos incident pe suprafața elementului rezistiv.
3.2.1.2.Descrierea funcționării
Funcționarea acestuia se bazează pe fenomenul de fotoconductivitate, care constă în absorbția fotonilor de
către materialul semiconductor, care transferă energia electronilor, având ca efect scăderea rezistenței și
creșterea conductivității semiconductorului. (este o aplicație a efectului fotoelectric intern)
3.2.1.3. Structura
Componenta de bază a unui fotorezistor este o placă de ceramică izolatoare, pe a cărui suprafață se
fixează un grătar metalic, pe care se depune, prin evaporare in vid, o peliculă de material semiconductor. De
obicei, aplicarea acesteia se realizează într -un model “zig -zag”, cu sco pul de a maximiza lungimea benzii,
păstrând în același timp dimensiunea mică a componentei. Pelicula este prevăzută la capete cu două contacte
ohmice, ce reprezintă terminalele și este protejată prin învelire în material plastic, epoxidic sau sticlă.

Figura 3.3. : Structura unui fotorezistor[11]

– 43 –
Materialele din care sunt realizate fotorezistențele sunt sulfurile, seleniurile și compușii de tip A 3B5.
Cele mai utilizate sunt :
– în domeniul infraroșu : seleniu cristalin Se, sulfura de plumb PbS (are maximul sensibilității spectrale și
prezintă o interție mică), sulfura de cadmiu CdS, seleniura de cadmiu CdSe.
– în domeniul vizibil : cel mai utilizat material este sulfura de ca dmiu datorită sensibilității integrale mari, a
caracteristicii exponențiale și a caracteristicii spectrale similară ochiului uman.
3.2.1.4. Performanțele fotorezistorului
Performanțele fotorezistorului depind de următoarele mărimi:
– rezistenț a la întuneric, care depinde de dimensiunile geometrice și de concentrația de impurități a
semiconductorului
– pragul fotoelectric, care constituie valoarea maximă a lungimii de undă pana la care dispozitivul poate
funcționa
– sensibilitatea spectrală, re prezentată prin raportul dintre conductanța fotorezistenței și fluxul luminos incident
– inerția fotorezistenței, care se referă la intervalul de timp necesar stabilizării rezistenței la noua valoare, în
cazul variației prin salt a fluxului luminos.
3.2.1.5. Configurația folosită
Fotorezistorul își modifică rezistența cu fluxul luminos, aceasta schimbare putând fi masurată prin
utilizarea unuia din pinii analogici ai Arduino. Pentru a putea realiza această comparare, am utilizat o rezist ența
fixa de 10K, pentru a forma un divizor de tensiune.

Figura.3.4.Conectarea fotorezistorului la Arduino

– 44 –
3.2.2. Senzorul de temperatură
Am ales senzorul de temperatură digital DS18B20, care asigură o măsurare a temperaturii cu o plajă
cuprinsă intre 9 -biti si 12 -biti si o functie de alarma cu puncte superioare si inferioare de declansare care pot
fi programate de utilizator. Acesta comunica printr -o magistrala cu un singur fir (1 -Wire bus), care prin
definitie necesita o singura linie d e date (si impamantare) pentru comunicarea cu microprocesorul. Plaja de
valori reconscute de senzor sunt cuprinse intre -55 °C si +125°C, avand o acuratete de ± 0.5°C pe raza de
actiune cuprinsa intre -10°C si +85°C. In plus, DS18B20 poate obtine putere d irect din linia de date,
eliminand nevoia unei surse suplimentare de alimentare.
3.2.2.1. Caracteristici
Caracteristicile notabile ale acestui senzor”inteligent” sunt urmatoarele:
– comunicatia datelor pe o magistrala cu un singur fir, adica nec esita o singura linie de date pentru
comunicarea cu un microprocesor
– opereaza intr -un domeniu de temperatura de la -55o la 125oC
– precizie de ±0.5°C in intervalul –10°C la +85°C
– viteza de conversie (analog -digitala) maxim 750 ms
– valoarea masurata este calibrata in grade Celsius
– cod unic de identificare pe 64 de biti pentru fiecare senzor
– praguri de alarma, programate de utilizator ce sunt stocate in memoria nevolatila
– posibilitatea de a functiona fara o sursa de alimentare externa (alimen tare parazita din linia de date)
3.2.2.2. Structura[12]

Figura 3.5. Schema bloc a senzorului DS18B20
Memoria interna are rezervat un registru de memorie de 16 biti pentru stocarea valorii temperaturii
masurate de senzor. Dupa cum se observa in schema bloc, senzorul este prevazut cu doua nivele de alarma

– 45 –
programabile de catre utilizator : ridicata T H si sc azuta T L. Acestea sunt setate si memorate in registrii de
memorie nevolatila de un octet, denumite EEPROM.
Pe magistrala formata din linia de date si masa pot opera, in acelasi timp, mai multe dispozitive de tip
DS18S20. Pentru ca microproc esorul sa identifice pozitia senzorilor ce realizeaza masurarile, fiecaruia i se
asociaza un cod unic de identificare, stocat in memoria ROM de 64 de biti. Microprocesorul la care este
conectata magistala cu un singur fir, interogheaza initial succesiv tot i senzorii pentru identificarea codurilor
proprii ale acestora. Ulterior, unitatea de control trimite succesiv pe magistrala codul pentru fiecare senzor care
raspunde individual solicitarii, transmitand informatiile cerute.
Senzorul DS18S2 0 cuprinde un circuit ce permite alimentare parazita de pe pinul de date DQ printr -un
rezistenta de ridicare. Semnalul de 1 logic pe linia de date incarca prin intermediul diodei superioare capacitorul
intern Cpp, la bornele caruia se obtine astfel tensiun ea interna a circuitului V DD . Functionarea in acest situatie
este conditionata de conectarea pinul V DD la masa. In cazul alimentarii externe, pinul V DD se conecteaza la +5V cc.
3.2.2.3. Modul de operare – Masurarea temperaturii[12]

Functionalitatea de baza a DS18B20 este caracteristica direct -digitala a senzorului de temperatura.
Rezolutia senzorului de temperatura poate fi configurata de utilizator pe 9, 10, 11, sau 12 biti, corespunzator la
trepte de 0.5°C, 0.25°C, 0.125°C si resp ectiv 0.0625°C. Rezolutia implicita la pornire este de 12 biti. Pentru a
initia masurarea temperaturii si conversiei analog digitate, master -ul trebuie sa emita comanda Convert T [44h].
Dupa conversie, datele termice rezultate sunt stocate in registrul de temperatura de 2 biti al memoriei
panoului de notite(scratchpad), iar senzorul revine in starea sa de “asteptare”.
Datele temperaturii de iesire sunt calibrate in grade Celsius, iar pentru aplicatii Fahrenheit este necesara
folosirea unei rutine de conver sie.

3.2.2.4 Configurația folosită

Utilizând protocolul “1 -wire”, acest senzor, pe l ângă alimentare si pamant, are un singur pin digital care se
conectează la unul din pinii digitali arduino. De asemenea, se conectează o rezistență de tip pull -up între pinul de
semnal și cel de alimentare, după cum se poate observa și în figură :

Figura 3.6.Conectarea senzorului de temperatura la Arduino

– 46 –
3.2.3. Senzorul PIR

Senzorii PIR (Passive Infrared Sensor – Senzor infraroșu) sunt concepuți pentru detecția mișcării și
reacționează la modificările de temperatură cauzate de schimba rea fluxului de radiații ( în principal radiație
termică) provenite de la oameni, animale și vehicule aflate în raza sa de acțiune. Termenul de pasiv se referă la
faptul că senzorul nu generează nici o formă de energie pentru detecție, funcționarea lui baz ându -se strict pe
energia oferită de alte obiecte.

3.2.3.1. Structura

Structura acestui tip de senzor se bazează în principal pe un senzor piroelectric, care poate detecta
diferite nivele de radiație infraroșie. Acesta este încapsulat într -o carcasă metalică inchisă ermetic în scopul
creșterii imunității la zgomot, umiditate , temperatură.

Senzorul este structurat în două jumătăți, deoarece este conceput pentru detecția mișcării, și nu pentru
nivele normale de radiație infraroșie. Cele două parți sunt cablate cu scopul de a se anula reciproc, pentru că
atunci când una din ele detectează un nivel diferit de radiație infraroșie decât cealaltă, ieșirea își va modifica
starea.
Senzorul PIR are în componența sa, pe lângă senzorul piroelectric, un circuit de suport format din rezistoare si
capacitoare.

Figura 3.7. Structura senzorului PIR[13]

3.2.3.2. Modul de funcționare

După cum am menționat mai sus, senzorul PIR este structurat în două parți, fiecare dintre ele fiind
realizată dintr -un material special sensibil la radiație infraroșie.Printr e exemple se numără nitrură de galiu
(GaN), nitrat de cesiu (CsNO3), floride de polivinil, derivați de fenilpirazină, ftalocianină de cobalt.

În sens strict, senzorii PIR nu detectează mișcarea, ci modificările de temperatură dintr -un anum it
punct. Atunci când senzorul este inactiv, ambele părți ale senzorului detectează același nivel de radiații.
Deplasarea unui obiect “cald” (de exemplu un om ) prin fața fundalului ( spre exemplu un perete) determină
variația temperaturii din acel punct, adică aceasta va crește de la temperatura camerei la cea a corpului și inapoi.
Această modificare este interceptată inițial de o singură parte a senzorului PIR, care declansează o schimbare
diferențială pozitivă între cele două părți. Când obiectul părăse ște raza de acțiune a senzorului, se produce o
schimbare diferențială negativă. Aceste schimbări rapide declansează detecția.

– 47 –

Figura 3.8. Modul de functionare al senzorului PIR[13]

3.2.3.3. Modul de focalizare

Pentru a funcționa la distanțe mai mari, senzorii PIR au nevoie de un sistem de focalizare.
În fața senzorului propriu -zis – în distanța focală – se găsește o cupolă sferică sau cilindrică de lentile mici curbe
convexe albe, din material plastic noros, d ar este în mod clar în infraroșu transparent. Fiecare fa țeta este o lentila
Fresnel.Aceste lentile multiple colectează lumină în infraroșu. Lumina în infraroșu ajunge la senzorul propriu -zis
care transformă această energie infraroșie în energie electrică, care poate fi analizată de un circuit de procesare
(procesor) și care va diferenția alarmele false de alarmele reale.

O lentilă Fresnel este o lentilă plan convex care a fost compactată astfel încât să formeze o lentilă
subțire care să păstr eze caracteristicile optice, dar care este mult mai mică în grosime și, deci, cu pierderi prin
absorbție mult mai mici.

Figura 3.9.Lentile Fresnel[13]

– 48 –

Figura 3.10.Modul de functionare al lentilei Fresnel [13]

3.2.3.4. Configurația folosită
Senzorul PIR este un dispozitiv care sesizează prezența umană pe baza radiației infraroșii emise de
corpul uman. Dispozitivul dispune de trei fire (negru, maro, si roșu). Firul roșu se cuplează la VCC, firul maro la
GND, iar firul negru este firul de semnal. Firul de semnal lucrează în regim open collector, de aceea se folosește
o rezistentă de 10K .

Figura 3.11. Conectarea senzorului PIR la Arduino

– 49 –
3.3.Arduino UNO
3.3.1.Prezentare generală:
Blocul de comandă este reprezentat de microcontrollerul Arduino Uno, care este o platformă de
procesare open -source, bazată pe software și hardware flexibil și simplu de folosit. Constă într -o platformă de
mici dimensiuni construită în jurul unui procesor de semnal și este capabilă de a prelua date din mediul
înconjurător printr -o serie de senzori și de a efectua acțiuni asupra mediului prin intermediul luminilor,
motoarelor, servomotoare, și alte tipuri de dispozitive mecanice.
Specificații:
Microcontrole r ATmega328
Voltajul de operare 5 V
Voltajul de ieșire (recomandat) 7-12 V
Voltajul de intrare (limitare) 6-20 V
Pinii digitali I/O 14 (din care 6 pot fi folosiți ca PWM)
Pini analogi de intrare 6
DC Curent pentru pinii de I/O 40 mA
DC Curent pentru pinul de 3,3V 50 mA
Memoria 32KB din care 0,5KB utilizați de bootloader
SRAM 2KB
EEPROM 1KB
Clock Speed 16 Mhz

3.3.2. Configurația pinilor :
Arduino Uno este o placă de dezvoltare bazată pe microcontrollerul ATmega328. 14 pini de intrări
digitale / pini de ieșire (din care 6 pot fi utilizate ca ieșiri PWM), 6 intrări analogice, un oscilator cu quarț de 16
MHz, o conexiune USB, o mufă de alimen tare, o mufă ICSP și un buton de resetare.

Figura 3.12. Configuratia pinilor platformei Arduino Uno[14]

– 50 –
3.3.2.1. Pinii digitali
Fiecare dintre cei 14 pini digitali ai platformei poate fi folosit ca intrare sau ieșire, folosind funcțiile
pinMode(), digitalWrite() si digitalRead(). Operează la o tensiune de 5V, fiecare pin poate primi sau trimite o
intensitate de maxim 40 mA și au o rezistență internă de 20 -50 Kohmi. Exceptând semnalul standard I/O, unii
dintre pini mai au și alte funcții s pecializate, descrise în continuare :
– Serial : pinul 0 (RX) si pinul 1(TX) – utilizați pentru recep ția (RX) și transmiterea (TX) datelor seriale
asincrone. Protocolul serial asincron este o metodă foarte răspândită în electronică pentru a trimite și rec epționa
date între dispozitive. Acest protocol este implementat în dispozitiv numit UART (Universal Asynchronous
Receiver/Transmitter).
– Intrerupere externa (External Interrupts) : pinii 2 si 3, care pot fi configurați pentru declanșarea unei
întreruper i la o valoare mică, un font crescător sau descrescător sau o schimbare în valoare.
– PWM (Pulse with Modulation) : pinii 3,5,6,9,10 si 11, care furnizează un control de ieșire PWM pe 8 -biți,
utilizând funcția analogWrite()
-SPI: pinii 10(SS -Slave Select) , 11(MOSI – Master Output, Slave Input), 12(MISO – Master Input, Slave
Output), 13(SCK – Serial Clock). Acești pini suportă comunicarea prin interfața serială (Serial Peripheral
Interface) prin utilizarea librariei SPI.
-LED : pinul 13 – pe placa este încorp orat un LED care este conectat la acest pin. Când pinul este setat pe
valoarea “high”, este pornit, iar când pinului i se atribuie valoarea”low”, led -ul este oprit.
3.3.2.2.Pinii analogici:
Platforma dispune de 6 intrări analogice, numerot ate de la A0 -A5, fiecare dintre ele furnizând o
rezoluție de 10 biți (maxim 1024 de valori diferite). În mod implicit, se masoară de la 0 la 5 V, deși limita
superioară a intervalului se poate modifica prin utilizarea pinului AREF și a funcției analogRefer ence(). În plus,
unii dintre pinii de semnal analogici au funcții suplimentare:
– TWI (Two Wire Interface) : pinul A4 (SDA – Serial Data) și pinul A5 (SCL – Serial Clock), care permit
comunicarea prin 2 fire prin utilizarea librăriei Wire.
Pe placă sunt plasați și doi pini suplimentari :
– pinul AREF : utilizat pentru tensiunea de referința pentru intrările analogice, controlat cu ajutorul funcției
analogReference()
-pinul Reset : setarea acestui pin pe valoarea”low” determină resetarea cont rolerului de la Arduino. Este utilizat
de cele mai multe ori de shield -urile care au un buton de reset și care îl anulează pe cel al plăcii.
3.3.2.3.Pinii de alimentare:
În structura plăcii exista și pinii de alimentare (Power), descriși în co ntinuare :
– Vin : pin ce furnizează tensiunea de intrare pentru placa Arduino în cazul alimentarii de la o sursă externă
– 5V: acest pin constituie ieșirea pentru piesele și componentele montate la arduino și furnizează exact 5V
-3V3: pin de ieșire pentr u piesele și senzorii care se alimentează la această tensiune. Tensiunea de ieșire este 3,3
V și maxim 50 mA.
-GND : pin utilizat ca și masa/împamantare pentru componentele conectate la arduino

– 51 –
-IOREF: acest pin furnizează o tensiune de referință la care microcontrollerul operează. Se utilizează pentru
unele shield -uri ca referință pentru a se comuta automat la tensiunea furnizată de placă (5V sau 3,3V)
3.4. Arduino GSM Shield
3.4.1..Descrierea generală
Shield -ul GSM Arduino permite conectarea platformei Arduino la internet prin intermediul rețelei
wireless GPRS. De asemenea, oferă posibilitatea efectuării și recepției de apeluri voce și de transmiterea/recepția
de mesaje de ti p SMS. Shield -ul utilizează un modem radio M10, produs de Quectel. Comunicarea cu platforma
se realizează cu ajutorul comenzilor AT, iar libraria GSM oferă o gamă largă de metode pentru comunicarea cu
shield -ul.

Figura 3.13. Platforma Arduino GSM Shield[14]

Shield -ul utilizează pinii 2 și 3 pentru comunicarea serială cu M10. Pinii 2 și 3 sunt conectați la pinii
TX, respectiv RX ai modemului radio. Pinul PWRKEY al lui M10 este conectat la pinul 7 al platformei Arduino.
Dispozitivu l M10 permite utilizarea a 4 benzi de frecvență GSM diferite : GSM850Mhz, GSM900Mhz,
DCS1800Mhz si PCS1900Mhz. În plus, permite folosirea protocolului de tip TCP (Transmission Control
Protocol) /UDP (User Datagram Protocol) și HTTP (Hyper -Text Transfer Pr otocol) prin intermediul conexiunii
GPRS. Viteza maximă de transfer de date GPRS este de 85,6 kbps. Pentru interfațarea cu o rețea celulara, placa
necesită un card SIM furnizat de operatorul rețelei.
3.4.2. Cerințe de alimentare :
Platfor ma trebuie alimentata de la o sursă externă care poate furniza un curent între 700 mA și 1000
mA. Modem -ul poate suporta un curent de vârf de până la 2A, care poate apărea în timpul transmisiei de date.
Acest curent este furnizat prin intermediul capacitor ului de culoare portocalie montat pe suprafața plăcii.

– 52 –

3.4.3.Indicatori
Shield -ul dispune de un număr de LED -uri de stare :
– ON : – arată că shield -ul este alimentat
– Status: – se aprinde atunci când modem -ul este alimentat și are loc tran sferul de date de la/ către rețeaua
GSM/GPRS
-Net : – pâlpâie atunci când modemul realizează comunicarea cu rețeaua radio

3.4.4. Interfețe
Shield -ul permite utilizarea interfețelor audio AIN1 si AOUT1 – un canal de intrare analogică, respectiv
de ieșire analogică. Intrarea, căreia îi corespund pinii MIC1P/MIC1N poate fi folosită atât pentru microfon, cât și
pentru liniile de intrare. Se poate utiliza un microfon electret, adică un microfon electrostatic care elimină
necesitatea existenței unei surse de alimentare prin folosirea unui material permanent încărcat. Ieșirea, căreia îi
corespund pinii SPK1P/SPK1N poate fi utilizată atât cu un recept or, cât și cu un difuzor. Pentru a realiza apeluri
voce, este nevoie de conectarea suplimentară a unui microfon și a unui difuzor.

Figura 3.14. Configura ția pinilor[14]

– 53 –

3.4.5.Librăria GSM
Shield -ul GSM dispune de modemul M10 care transferă date de la un port serial la rețeaua GSM. Acesta execută
operații pe baza unor comenzi AT. Librăria GSM sintetizează nivelele scăzute de comunicare dintre modem și
card-ul SIM. Comunicarea dintre modem și Arduino se bazează pe utilizarea librăriei Software Seri al.
Structura librăriei:
Întrucât librăria permite multiple moduri de funcționalitate, există un număr de clasă diferite, prezentate în
continuare :
– Clasa GSM este folosită pentru comenzile către modemul radio. Îi sunt atribuite aspectele referitoare la
conectarea shield -ului și înregistrarea sistemului în infrastructura GSM. Toate programele GSM/GPRS realizate
de utilizator trebuie să includa un ob iect al acestei clase pentru a gestiona nivelele scăzute de comunicare.
– Clasa GSMVoiceCall este utilizată pentru gestionarea apelurilor voce
– Clasa GSM_SMS, căreia îi sunt atribuite operațiile de expediere/recepție a mesajelor de tip SMS
– Clasa GPRS e ste folosită pentru realizarea conectării la internet
– Clasa GSMClient include implementari pentru utilizator, și este asemanatoare cu librăriile Ethernet sau WiFi
– Clasa GSMServer, care este rezervată implementărilor pentru server
– Clasa GSMScanner sa u GSMModem (Utility Classes) care definesc o serie de metode ce îndeplinesc funcții
comune, foarte des refolosite.

– 54 –

– 55 –
CAPITOLUL 4 : DESCRIEREA SOFTWARE A SISTEMULUI

Aplicația software a fost elaborată pentru a îndeplini scopul lucră rii, astfel încât pe baza informațiilor
primite de la senzorii conectați, sistemul realizează anumite rutine preconfigurate, și returnează utilizatorului, la
orice modificare, notificări privind starea sistemului. De asemenea, beneficiarului poate determina, prin
intermediul unui SMS , efectuarea anumitor comenzi specifice . Interfațarea grafică permite utilizatorului accesul
integral la informații și posibilitatea de a modifica anumite valori, în funcție de propriile necesități.
In prima fază, am testat funcționalitatea senzorilor, prin realizarea unui program destinat citirii stării
acestora la un interval de timp predefinit și afișarea rezultatelor pe portul serial. În implementarea acestui cod,
am utilizat librăria TimedActio n, destinată acțiunilor a căror desfășurare are loc la fiecare x milisecunde.

TimedAction citesteLumina = TimedAction(1000,citesteSenzorLumina);
TimedAction citesteTemperatura = TimedAction(1000,citesteSenzorTemperatura);
TimedAction citestePrezenta = TimedAction(500,citesteSenzorPrezenta);
TimedAction citesteButon = TimedAction(200,citesteStareButon);

Astfel, am definit secvențele de citire ale fotorezistenței, senzorului de temperatură, a senzorului
PIR si a butonului la fieca re 1000, 1000, 500, respectiv 200 milisecunde. Am optat pentru aceste intervale de
timp scurte cu scopul de a demonstra funcționalitatea în timpul prezentării, însa în timp real, aceste valori vor fi
adaptate în funcție de cerința utilizatorului.
În realizarea aplicației software am inclus librăria GSM pentru realizarea comunicării de tip SMS
între sistem și utilizator si librăriile OneWire și DallasTemperature , necesare pentru controlul și monitorizarea
senzorului digital DS18B20.
În vederea automatizării casei, am setat anumite valori limită ale senzorilor, care odat ă depășite, să
determine declanșarea unor evenimente specificate.

limitaLumina=100;
limitaTemperatura=30;
limitaPrezenta=20;

Aceste valori pot fi setate de utilizator prin interfa ța GSM, prin intermediul unui SMS care să
conțină inițiala domeniului studiat, urmată de valoarea limită dorită . Mesajul este prelucrat cu ajutorul funcț iei
interpretareComenzi , care în urma recunoaș terii domeniului în care se doreste modificarea, îi atribuie variabilei
limită valoarea specificată de utilizator.
void interpretareComenzi(String inputString){
//if (Serial.available()) {
// byte val = Serial.read();

– 56 –
byte val = inputString[ 0];
if (val == 'T' || val == 't') {
limitaTemperatura = inputString.substring(1).toInt();
}
if (val == 'L' || val == 'l') {
limitaLumina = inputString.substring(1).toInt();
}
if (val == 'F' || val == 'f') {
stareVentilator = inputString.substring(1).toInt();
}
if (val == 'I' || val == 'i'){
String text = "Lumina = ";
text = text + lumina + "; Temperatura = " + temperatura + "; Prezenta =
"+prezenta+"; Buton = "+buton;
send_sms (text, senderNumber);
}
Funcția void citesteSenzorLumina realizează citirea valorii fotorezistenței conectată la pinul
analogic A1 al platformei. Dacă valoarea preluată de senzor depășește valoarea limită declarata anterior, atunci
sistemul returnează utilizatorului un SMS cu starea senzorului solicitat, pe care o afișeaza și pe portul serial.

void citesteSenzorLumina()
{
lumina = analogRead(A1);
if(lumina > limitaLumina){
//alarma
send_sms("L:"+lumina, senderNumber);
}
Serial.println("L:"+lumina);
}

Functia void citesteSenzorTemperatura() returnează valoarea senzorului DS18B20 pe portul serial.
Se impune condiția ca dacă temperatura depășește valoarea limită declarată, sistemul să determ ine punerea în
funcțiune a ventilatorului.

– 57 –

void citesteSenzorTemperatura()
{
sensors.requestTemperatures();
temperatura = sensors.getTempCByIndex(0);
Serial.println("T:"+temperatura);
if(temperatura < limitaTemperatura && stareVentilator)
digitalWri te(pinVentilator, LOW);
if(temperatura > limitaTemperatura)
digitalWrite(pinVentilator, HIGH);
}
Funcția void citesteSenzorPrezenta() citește valoarea senzorului PIR conectat la portul analogic A0
al platformei. Dacă valoarea returnată depășește valoarea limită declarată, deci senzorul depistează prezență
umană, sistemul trimite utilizatorului un mesaj de alarmă.

void citesteSenzorPrezenta()
{
prezenta = analogRead(A0);
if(prezenta > limitaPrezenta){
//alarma
send_sms("P:"+prezenta, senderNumber);
}
Funcția void citesteStareButon() verifică starea butonului; în cazul în care acesta este acționat,
sistemul înștiințeaza utilizatorul printr -un SMS.
void citesteStareButon()
{
buton = digitalRead(pinButon);
if(buton == LOW){
//alarma
send_sms("B:"+buton, senderNumber);
}
Serial.println("B:"+buton);

– 58 –
}
Funcț ia void citesteComandaSMS () realizează citirea unui mesaj primit cu ajutorul func ției
receive_sms și procesarea sa prin apelarea funcț iei interpreta reComenzi.
void citesteComandaSMS()
{
String msg = receive_sms(String(senderNumber));
interpretareComenzi(msg);
}
Funcția void init_GSM() inițializează modem -ul GSM si îl conectează la rețea pentru a efectua
comunicarea. Accesul la rețea se realizează pe baza unui număr PIN, declarat la începutul programului. Dacă
sistemul nu recunoaște codul PIN introdus de utilizator, atunci accesul este r espins. Sistemul returnează la
inițierea fiecărei acțiuni, starea modemului pe portul serial.

void init_GSM(){
Serial.println("0:Initializare GSM");
boolean notConnected = true;
// Start GSM connection
while(notConnected)
{
if(gsmAccess.begi n(PINNUMBER)==GSM_READY)
notConnected = false;
else
{
Serial.println("Nu este conectat");
delay(1000);
}
}
Serial.println("0:Initializare cu succes"); }

Functia void send_sms(String text, String number ) realizează trimiterea mesajului. Comanda
“number.toCharArray” copiază caracterele din variabila „number„de tip String în memoria variabilei
SenderNumber de tip „charArray‟, reprezentând numărul destinatarului. Emisia mesajului se realizează prin
efectuarea a 3 comenzi : inițializarea, trimiterea și finalizarea trimiterii.

– 59 –
void send_sms(String text, String number) {
number.toCharArray(senderNumber,11);
sms.beginSMS(senderNumber);
sms.print(text);
sms.endSMS();
Serial.println("am trimis sms: "+ text + ", la numarul: "+number);
}
Funcția void receive_sms (String text, String numar) definește procesul de recepție al mesajului.
În primă fază, sistemul verifică prezența vreunui mesaj prin comanda (sms.available()). În caz afirm ativ, preia
numărul expeditorului prin comanda sms.remoteNumber (senderNumber, 20), îl stochează într -o variabila de tip
charArray și înștiințează utilizatorul de recepția SMS -ului prin afișarea unui mesaj pe portul serial.
Sistemul elimină apoi mesajele (sms_flush) care sunt irelevante, de exemplu cele care încep cu “#”, pe
care le recunoaște prin comanda “sms_peek” . Ulterior, sistemul citește textul mesajului prin comanda
“sms_read()” si îl stochează în va riabila c, pe care o afisează pe portul serial. În final, toate mesajele sunt șterse
pentru a elibera memoria, iar utilizatorul este înștiințat că procesul a fost realizat cu succes, prin afișarea textului
și a numărului expeditorului pe portul serial.

String receive_sms(String numar){
String text;
if (sms.available())
{
numar.toCharArray(senderNumber, 11);
sms.remoteNumber(senderNumber, 20);
if(sms.peek()=='#')
{
sms.flush();
}
while(char c=sms.read())
text += c;
// Serial.print(c);
sms.flush();
// Serial.println("MESSAGE DELETED");
}
delay(1000);

– 60 –
Serial.println("am citit mesajul "+text+"de la numarul :"+numar );
}
Dupa realizarea aplicației software pe care se ba zează sistemul, am implementat interfața grafică ,
pentru a -i permite utilizatorului accesul la toate informațiile sistemului ș i posibilitatea co nfigurării setă rilor în
funcție de propriile necesităț i. În construirea acestei interfe țe, am utilizat libră ria Serial.ui.h , care asigură
dialogul cu operatorul uman î ntr-un mod simplu și organizat, prin structurarea acț iunilor dorite în meniuri,
submeniuri și comenzi.
În primă fază am definit structura generală a interfeț ei, prin setarea mes ajului de î ntâmpinare și a
titlului prinicipal, precum ș i denumirea meniurilor esenț iale, construite astfel încât să asigure controlul integral al
utilizatorului asupra sistemului.
SUI_DeclareString(device_greeting, "+++ Bine ati venit la ArdMonitCasa
+++\r\nApasa ? pentru ajutor.");
SUI_DeclareString(top_menu_title, "Meniu principal");
SUI_DeclareString(info_key,"Informatii");
SUI_DeclareString(info_help, "Afiseaza datele sistemului");
SUI_DeclareString(setting_key, "Setari");
SUI_DeclareString(setting_help, "Afiseaza setarile");
SUI_DeclareString(limits_key,"Limite");
SUI_DeclareString(limits_help, "Limite setate");
SUI_DeclareString(sms_key,"SMS");
SUI_DeclareString(sms_help, "Citeste/trimite SMS");

În cadrul clas ei “Setări”, utilizatorul poate defini/modifica intervalele de timp la care sistemul preia
informaț ii de la senzori. Am declarat variabilele necesare : Lumina, Temperatura, Buton, Prezenta, Numar
Telefon și am construit funcț iile asociate. Un exemplu din cadrul acestei clase este functia void lumina_timp,
care permite setare a de că tre utilizator a intervalului de timp la care să fie citită valoarea senzorului de lumi nă.
Similar, am construit și functiile necesare setă rii int ervalelor de timp pentru verificarea temperaturii, a buton ului,
a prezenț ei si a comenzil or SMS, precum și cea pentru modificarea numă rului de telefon al utilizatorului.
void lumina_timp(){
mySUI.print("Timp pentru citirea senzorului de lumina");
mySUI.sh owEnterNumericDataPrompt();
timpCitireSenzorLumina = mySUI.parseInt();
citesteLumina.setInterval(timpCitireSenzorLumina);
mySUI.print("Timpul este: ");
mySUI.println(timpCitireSenzorLumina, DEC);
mySUI.returnOK();

– 61 –
}
În meniul “Limite”, operato rul uman poate configura valori le limită pentru senzorii ataș ați. Am declarat
variabilele Lumina, Temperatura, Prezenta și am construit funcț iile asociate. Cu ajutorul functiei void
lumina_lim , utilizatoru l poate modifica valoarea limită a fotorezistenț ei. Similar, am realizat și funcți ile pentru
setarea limitelor senzorului de tem peratură și de prezență .
void lumina_lim(){
mySUI.print("Noua valoare pentru limita senzor de lumina");
mySUI.showEnterNumericDataPrompt();
limitaLumina = mySUI.parseInt();
mySUI.print("Valoarea este: ");
mySUI.println(limitaLumina, DEC);
mySUI.returnOK();
}
În cadrul meniului “Informa ții”, utilizatorul poate accesa oricâ nd date referitoare la starea sistemului ,
furnizate prin funcț iile asociate clasei. De exemplu, functia void lumina_val returnea ză utilizatorului valoarea
preluată de fotorezi stență; cu aceeași structură sunt construite ș i fun cțiile pentru temperatură, prezență, buton,
numă r de telefon.

void lumina_val(){
mySUI.print("Valoarea senzorului de lumina este: ");
mySUI.println(lumina, DEC);
mySUI.returnOK();
}
Integrarea elementelor de interfață grafică ș i structurarea lor este realizată în funcț ia void setup . De
exemplu, meniul “ Setări” este activat ș i definit ca meniu principal, având în componență submeniurile
“setting_key” și “setting_help”. Acțiunile asociate meniului principal sunt definite prin intermediul comenzii
“add command”, fiind adaptate pentru toate elementele sistemului. Similar, s unt construite și meniurile :
Informații, Li mite ș i SMS.

SUI::Menu * enableMenu1 = mainMenu ->subMenu(setting_key, setting_help);
enableMenu1 ->addCommand(set_lumina_key, lumina_timp);
enableMenu1 ->addCommand(set_temperatura_key, temperatura_timp);
enableMenu1 ->addCommand(set_buton_key, buton_ti mp);
enableMenu1 ->addCommand(set_prezenta_key, prezenta_timp);
enableMenu1 ->addCommand(set_nrtel_key, set_nrtel);

– 62 –

– 63 –

Concluzii

Având ca motivație crearea unui sistem care să satisfacă cerința tot mai mare a populației de
confort și control asupra locuinței, am elaborat acest proiect care realizează automatizarea sistemului de
iluminare și a ventilației și monitorizarea prezenței umane din cadrul locuinței. În același timp, sistemul are la
bază comunicarea bilaterală dintre sistem și utilizator, implementată în scopul înștiințării acestuia privind orice
modificare și permiterii personalizării opțiunilor de configurare.
Am considerat realizarea acestui proiect o oportunitate de a -mi însuși cunoștințe noi privind
modalitățile de control ale unui sistem, tehnologia GSM și de a recapitula, în acelasi timp. informațiile dobândite
pe parcursul celor 4 ani, în scopul înțelegerii pe deplin a proceselor, a componentelor hardware, cât și a
algoritmului de funcționare al s istemului.
În privința descrierii hardware a sistemului, utilizarea platformei Arduino Uno a permis
implementarea codului într -un limbaj simplu și ușor de înteles și conectarea fără dificultăți a senzorilor, care au
funcționat în cond iții optime, fără erori.
Pentru realizarea controlului prin GSM, am studiat inițial modulul de interfață Nokia F -bus,
formatul pachetelor de date și procesele de codare specifice. Am încercat interfațarea unui telefon Nokia 3410 cu
PC-ul prin testarea aplicației Gnokii, specifică modulului F -bus. Am realizat acest prim pas cu succes, însă în
interfațarea cu platforma Arduino, apărea problema diferenței între nivelele de tensiune, care ar fi putut interveni
oricând în buna funcționare a sistemului.
În concluzie, m -am orientat spre o variantă mai sigură și am ales shield -ul GSM oficial Arduino, ale
cărui librării sunt stabile și permit stabilirea unei comunicări de tip GSM într -un mod mult mai simplu și lipsit de
erori.
Ca idei de dezvoltare ulterioară, m -aș orienta către extinderea aplicației, prin utilizarea unei game mai
largi și mai variate de senzori pentru controlul mai multor dispozitive în cadrul unui spațiu mai vast.

– 64 –

– 65 –

BIBLIOGRAFIE :
[1]. Design of a Powerline Home Automation System G.A. Richter
[2].Infrared Transceiver for Home Automation Ivana Šenk

3. RFID Home Automation Control – Ying Yu Liu, Hardik Patel, Shivam Jingar

4. Remote -Controlled Home Automation System via Bluetooth Home Network Kwang Yeol Lee

5. ETHERNET BASED HOME APPLIANCES CONTROL Sunil MP

6. Design and Implementation of a WIF I based home automation system – Ahmed ElShafee
7. Retele si sisteme GSM -Ad. Mateescu Ed. Tehnicã
8. Gwenael Le Bodic, MOBILE MESSAGING TECHNOLOGIES AND SERVICES SMS,EMS and MMS,
Second Edition, John Wiley & Sons Ltd, 2005
9. http://www.dreamfabric.com/sms/ , accesat la 03.05.2014
10.http://subnets.ru/saved/sms_dcs.html , accesat la 05.05.2014
11.Note de curs Circuite si componente pas ive
12. Foaie de catalog DS18b20
13.http://www.glolab.com/pirparts/infrared.html , accesat la 20.05.2014
14. http://www.arduino.cc/ , accesat la 25.05.2014