Sistem de alarmă pentru autovehicul [630326]
Universitatea “Politehnica” din București
Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației
Sistem de alarmă pentru autovehicul
Lucrare de disertație
prezentată ca cerință parțială pentru obținerea titlului de
Master în domeniul Electronicii
programul de studii de masterat Electronică și informatică aplicată
Conducător științific Absolvent: [anonimizat]. Lucian PERIȘOARĂ Ing. Marian -Tiberiu ARVA
2018
Copyright © 2018 , Marian -Tiberiu A rva
Toate drepturile rezervate
Autorul acordă UPB dreptul de a reproduce și de a distrib ui public copii pe h îrtie sau
electronice ale acestei lucrări, în formă integrală sau parțială.
Listă figuri ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 7
Listă acronime: ………………………….. ………………………….. ………………………….. 9
Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. …..15
1. Sisteme de alarmă ………………………….. ………………………….. ………………… 19
1.1 Structura unei sistem de alarmă auto ………………………….. ………………………….. …………….. 19
1.2 Tipuri de sisteme de alarmă auto ………………………….. ………………………….. ………………….. 20
1.3 Monitorizarea alarmei si servicii de monitorizare a alarmei ………………………….. …………. 22
1.4 Tipuri de senzori ambientali pentru sigurantă ………………………….. ………………………….. … 24
1.4.1 Întrerupătorul e rmetic închis ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 24
1.4.2 Detectoare cu infrasunete ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 24
1.4.3 Senzori de prezență ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 25
1.4.4 Senzori de proximitate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 25
1.4.4.1 Senzori de proximitate inductivi ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 26
1.4.4.2 Senzori de proximitate ultrasonici ………………………….. ………………………….. ………………………… 26
1.4.4.3 Senzori de proximitate optici ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 26
1.4.5 Radar compact de supraveghere ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 26
1.4.6 Vibrații sau senzori de inerție ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 27
1.4.7 Senzori de mișcare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 27
1.5 Sisteme Inteligente ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 27
2.5.1 Exemple sisteme de alarmă auto Hi -Tech ………………………….. ………………………….. ………….. 29
1.6 Contrulul accesului si codurile de bypass ………………………….. ………………………….. ………. 30
1.7 Alegerea si testarea unei alarme auto ………………………….. ………………………….. ……………. 31
2. Microcontrolere utilizate pentru sisteme automate ………………………… 33
2.1 Istoric avantaj e ale utilizării microcontrolerelor ………………………….. ………………………….. 33
2.2 Arhitectura microcontrolerelor ………………………….. ………………………….. …………………….. 34
2.2.1 Caracteristici generale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 35
2.2.2 Microcontroler ATMEL ATmega 328p ………………………….. ………………………….. …………….. 37
2.3 Modalități de programare a microcontrolerelor ………………………….. ………………………….. . 39
2.4 Mediul de dezvoltare Arduino IDE ………………………….. ………………………….. ………………. 40
3. Sisteme de comunicație radio (wireless) ………………………….. …………….. 43
3.1 Sisteme RF (Radio Frecvență) ………………………….. ………………………….. ……………………… 44
3.2 Protocoale de comunicații radio ………………………….. ………………………….. …………………… 46
3.2.1 Comunicație GSM ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 46
3.2.2 Comunicație Wi -Fi ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 47
3.2.3 Comunicație Bluetooth ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 48
3.3 M odule GSM ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 50
4. Obiective Hardware ………………………….. ………………………….. ……………… 53
4.1 Componente Hardware ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 53
4.2 Schema electronică ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 57
4.3 Platforma finală ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 58
5. Obiective Software ………………………….. ………………………….. ……………….. 59
5.1 Diagrama functională software ………………………….. ………………………….. …………………….. 59
5.2 Descrierea unor funcții principale ………………………….. ………………………….. ………………… 60
5.3 Ilustrarea funcțională a sistemului ………………………….. ………………………….. ………………… 61
5.3.1 Sistemul de alarm ă – Poze ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 61
5.3.2 Mod funcționare sistem ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 64
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. …..65
Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 67
Anexa 1 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 69
Listă figur i
Figura 1 Statistica autoturismelor furate în România în intervalul 2011 -2016 ………………………….. …… 15
Figura 1.1 Alarmă cu pager Viper 5706V LC3 ………………………….. ………………………….. …………………. 21
Figura 1.2 Senzor de prezenta PIR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 25
Figura 1.3 Senzor de proximitate IR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 25
Figura 1.4 Senzor de vibratii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 27
Figura 1.5 Alarma Auto Viper VSS5X10 ………………………….. ………………………….. …………………………. 29
Figura 1.6 Alarma Auto Viper V5906V ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 30
Figura 2.1 Structura bloc a unui procesor de uz general. Liniile oblice pe căile de intrare și ieșire a
semnalelor indică existența mai multor li nii de semnal, fără specificarea numărului de biți transferați în
parallel ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 36
Figura 2.2 Diagrama bloc microcontroller Atmel ATme ga328/p ………………………….. …………………….. 37
Figura 2.3 Conigurație Pini ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 38
Figura 4.1 Schema Bloc sistem de alarmă ………………………….. ………………………….. ………………………… 53
Figura 4.2 Microcontroler ATMEL ATmega328 ………………………….. ………………………….. ………………. 53
Figura 4.3 Regulator de tensiune LM7805 ………………………….. ………………………….. ……………………….. 54
Figura 4.4 Convertor USB -UART CH340 ………………………….. ………………………….. ……………………….. 54
Figura 4.5 Modul GSM Neoway M590E ………………………….. ………………………….. …………………………. 55
Figura 4.6 Senzor vibratii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 56
Figura 4.7 Releu electromecanic ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 56
Figura 4.8 Schema ele ctronică ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 57
Figura 4.9 Cablaj de test ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 58
Figura 4.10 Stație de lipit cu letcon ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 58
Figura 5.1 Captură Pseudocod ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 59
Figura 5.2 Sistem de alarmă nealimentat, convertor USB -UART lipsă ………………………….. …………….. 61
Figura 5.3 Sistem de alarmă alimentat, activ, cu convertorul USB -UART atașat ………………………….. .. 62
Figura 5.4 Captură lipituri spate cablaj de test ………………………….. ………………………….. ………………….. 63
Figura 5.5 Captură ecran telefon mobil cu istoricul SMS al unei simulări de fun cționare ale sistemului
de alarmă ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 64
Listă acronime:
ADC – Analog to Digital Converter
AFH – Adaptive Frequency Hopping
ALU – Arithmetic Logic Unit
AWGN – Additive White Gaussian Noise
BR – Burst Rate
CCTV – Closed Circuit Television
CISC – Complex instruction set computer
CMOS – Complementary Metal -Oxide Semiconductor
CPU – Central Processing Unit
DECT – Digital Enhanced Cordless Telecommunications
DIY – Do It Yourself
EDR – Enhanced Data Rate
EEPROM – Electrically Erasable Programmable Read -Only Memory
ETSI – European Telecommunications Standards Institute
EUR – Euro (European Monetary Unit)
FCC – Federal Communications Commission
FDN – Fix Dialing Number
GFSK – Gaussian Frequency -Shift Keying
GPRS – Gener al Packet Radio Service
GPS – Global Positioning System
GSM Global System for Mobile Communications
HDD – Hard Disk Drive
IDE – Integrated Development Environment
IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers
IMEI – Internati onal Mobile Equipment Identity
ISDN – Integrated Services Digital Network
LCD – Liquid Crystal Display
LED – Light Emitting Diode
LTE – Long Term Evolution
OLED – Organic Light -Emitting Diode
PAN – Personal Area Network
PCB – Process Control Block
PIN – Product Identification Number
PKR – Pakistan Rupee
POTS – Post Office Telephone Service
PSTN – Public Switched Telephone Network
PWM – Pulse width modulation
QFN – Quad Fl at No -leads
ROM – Read -Only Memory
SMS – Short Message System
SoC – System on a Chip
SPI – Serial Peripheral Interface
SRAM – Static Random -Access Memory
TDMA – Time Division Multiple Access
TQFP – Thin Quad Flat Pack
UART – USART – Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
UCP – User control panel
UMTS – Universal Mobile Telecommunications System
USART – Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter
VoIP – Voice over Internet Protocol
WEP – Wired Equivalent Privacy
WPA – Wi-Fi Protected Acces
15
Introducere
Mașinile sunt scumpe. În afară de o casă, probabil că puținele achiziții pe care le facem este de a
cumpăra o masină nouă. Și la fel că orice alt mijloc scump, o masină aduce cu ea un cost secundar,
implicit riscul de furt. În unele părti dezavantajate ale lumii, blocarea ușilor p oate fi suficientă pentru a
preveni amenințarea. În orice altă parte, este o idee bună să vă echipați și mașină cu un anumit sistem de
sigurantă. Din fericire, furturile mașinilor au scăzut în mod constant în ultimii ani, conform unui studiu
publicat recen t. Acesta are cea mai mică valoare din ultimele două decenii, iar securitatea mașinilor a
parcurs un drum lung în această perioadă de timp. De exemplu, mai mult de 30 de modele de mașini de
la General Motors sunt echipate cu sistemul de alarmă propriu cu n umele "Onstar", un dispozitiv de
sigurantă pentru masină care oferă totul, de la navigarea pas cu pas pană la urmărirea furtului de vehicule
și blocarea motorului de la distantă. Sistemul Onstar este doar unul din el, o multitudine de sisteme de
securitate auto de inaltă tehnologie urmăresc autoturismele prin GPS sau radio și chiar pot opri motorul
de la distantă. În figură de mai jos este prezentată o statistică cu numărul de furturi din ultimii ani în
România:
Figura 1 Statistica autoturismelor furate î n România în intervalul 2011 -2016
16
Furtul de mașini a devenit o sursă de îngrijorare în aproape toate părțile lumii. Acesta este, adesea,
cazul țărilor care se confruntă cu o criză socială, cum ar fi sărăcia extremă și șomajul. Aceste probleme
dau naștere unor noi provocări, iar jaful este unul dintre ele. Potrivit statisticilor Băncii Mondiale, 71%
din populația lumii trăiește cu un venit de 10 dolari pe zi sau mai puțin. În Pakistan, în fiecare an sunt
furate aproximativ 21 000 de mașini, al căror cost total este estimat la 5 miliarde (PKR ) = aproximativ
35 milioane E UR. În India, aproximativ 44 000 de vehicule au fost furate în ultimii trei ani. În 2013, un
număr estimat de 699.595 de mașini a fost furat în SUA. Din cauza acestui fenomen, proprietarii de
autovehicule și -au exprimat profun da îngrijorare cu privire la modul de protejare a mașinilor împotriva
acestei infracțiuni grave. Sistemele populare anti -furt obișnuite includ sistemele de urmărire și alarmare
a vehiculelor.
Aceste sisteme de securitate implică, în general, utilizarea sis temelor de imobilizare, a sistemelor de
alarmă, a funcției GPS și a unor încuietori de bază ale volanului pentru a preveni furtul vehiculelor. Cu
toate acestea, există anumite limitări și lacune majore de securitate pe care aceste tehnologii nu le pot
face, astfel încât furtul și jaful mașinilor apar în continuare. Motivul major al acestei situații este lipsa de
gradare și adaptabilitate a sistemelor de securitate la cele mai noi tehnologii care îi ușurează pe hoți
profesioniști să depășească. Acești tâlhar i nu numai că fură mașina, dar fac și un pas înainte prin re –
vânzarea părților vehiculelor. În plus, costurile mai mari sunt suportate pentru achiziționarea și
întreținerea acestor sisteme. De exemplu, sistemul GPS vine adesea cu o taxă anuală de monitoriz are. Cu
toate acestea, în ciuda cheltuielilor uriașe ale acestor sisteme, rata de furt a mașinilor nu pare să scadă.
Prin urmare, este necesar un circuit pentru a proteja mecanismul de pornire al mașinilor pentru a le face
în siguranță. Cu toții recunoaște m sunetul teribil de enervant al unei alarme auto. Bipurile și sirenele
inconfundabile au devenit atât de obișnuite încât nu produc o reacție pentru trecătorii. Deoarece alarmele
auto aftermarket sunt atât de comune, sunetul de alertare nu mai este suficie nt pentru a contracara furtul
auto. De aceea, alarmele auto, cum ar fi alarmele de mașină Viper, Python și Prestige, ne ajuta să ne
protej ăm autovehiculul într -o varietate de moduri diferite, adăugând câteva caracteristici convenabile și
utile. Alarmele au to sunt acum disponibile cu caracteristici de siguranță cuprinzătoare, precum și un
sortiment de opțiuni de economisire a timpului și de beneficii. Am cercetat pe internet, am vizitat
magazinele auto, am testat încărcături de alarme, și am compilat o listă cu cele mai bune alarme și
caracteristici ale mașinii [1].
Access auto f ără cheie (Keyless)
Cele mai multe sisteme de securitate auto vin cu o telecomandă care servește o varietate de
scopuri. Acesta poate fi folosit pentru a vă arma și dezarma mașina, precum și pentru a vă debloca ușile
și a deschide portbagajul. În timp ce multe mașini au deja această funcție, telecomenzile cu alarmă auto
pot integra intrarea fără cheie și pot elimina necesitatea unei alte chei în buzunar. Telecomenzile
sistemului de securit ate auto primesc, de asemenea, alerte atunci când sună alarma mașinii. Majoritatea
au ecrane LCD cu afișaje care vă vor spune exact ce se întâmplă cu mașina dvs. Există câteva telecomenzi
care se pot integra cu telefonul smartphone, astfel încât să primiți un mesaj text atunci când sună alarma
automobilului.
17
Oprirea de la distanță a motorului
După ce alarma mașinii începe să sune și telecomanda va vibra, va trebui să luați măsuri. Cel mai
adesea, o alarmă nu a reușit să oprească un hoț de la furtul mașinii tale. Cu această caracteristică, însă,
un simplu clic pe un buton poate opri funcționarea motorului mașinii. Mașina dvs. va fi oprită în mod
efectiv acolo unde rămâne până când dezarmați alarma.
Montare diver și senzori in habitaclu
Sistemele de securitate ale autoturismelor vor detecta fiecare mișcare și perturbare a mașinii dvs.
și vă vor avertiza asupra fiecărei schimbări. Există chiar și senzori de șocuri instalați, astfel încât să știți
dacă cineva vă trage mașina sau dacă încercați să o ridicați pentru a fura roțile. Alarmele auto au senzori
cuprinzători și detaliați, care vă vor avertiza asupra oricărei schimbări.
Pornire de la distanță a motorului
Funcția de pornire la distanță vă ajută să eliminați trecerea la o mașină rece înghețată în timpul
iernii sau un vehicul fierbinte în vară. Telecomenzile cu alarmă auto pot porni mașina de la sute de metri
distanță, iar încălzitorul sau aerul vor începe să facă mașina mult mai suportabilă în timpul temperaturilor
extreme. Motorul mașinii va funcționa până câ nd o cheie este introdusă în aprindere sau pentru o perioadă
predeterminată de timp. Dacă cheia nu este introdusă și cineva încearcă să pună mașina în viteză, motorul
se va opri instantaneu. De obicei, funcția de pornire la distanță va menține mașina în fu ncțiune timp de
aproximativ cinci minute înainte de a se opri automat. Cu atât de multe caracteristici, toate într -un pachet
accesibil, recomandăm să investiți într -un alarme cu mașini complete. Puteți fi liniștit atunci când știți că
autovehiculul dvs. es te în siguranță și că vă va plăcea toate celelalte funcții de la distanță oferite de cele
mai bune alarme auto.
18
19
1. Sisteme de alarm ă
1.1 Structura unei sistem de alarm ă auto
Alarma auto este un dispozitiv electronic care are rolul de a proteja autovehiculul prin avertizarea
optică sau acustică atunci când asupra acestuia se produce un eveniment nedorit precum: lovire, spargere,
deschidere forțată a portierei sau a portbagajulu i. Alarmele auto ajută la protejarea vehiculelor și a
conținutului lor.
Alarma constă în unul sau mai mulți senzori pentru a detecta intrușii și un dispozitiv de alertare care să
indice intruziunea. Cu toate acestea, o alarmă de securitate utilizează următoarele componente:
a. Unitate Control Alarmă: Considerată “creieru l” sistemului, se citește intrări de senzori, piese
de stare armare / dezarmare, și semnalele intruziuni. În sistemele moderne, aceasta este de obicei
una sau mai multe plăci de circuite e lectronice în interiorul unei carcase metalice, împreună cu o
sursă de alimentare.
b. Senzori: dispozitive care detectează intruziunile. Senzorii pot fi plasați pe perimetrul zonei
protejate, în interiorul acesteia sau ambii. Senzorii pot detecta intrușii pri ntr-o varietate de
metode, cum ar fi monitorizarea ușilor și a ferestrelor pentru deschidere sau monitorizarea
interioarelor neocupate pentru mișcări, sunet, vibrații sau alte perturbații.
c. Dispozitive de avertizare: Acestea indică o stare de alarmă. Cel ma i frecvent acestea sunt clopote,
sirene și / sau lumini intermitente. Dispozitivele de alertă servesc scopurilor duale de a avertiza
ocupanții de intruziune și, eventual, să sperie hoții. Aceste dispozitive pot fi, de asemenea,
utilizate pentru a avertiza ocupanții de incendii sau de fum.
d. Dispozitive de avertizare: Acestea indică o stare de alarmă. Cel mai frecvent acestea sunt clopote,
sirene și / sau lumini intermitente. Dispozitivele de alertă servesc scopurilor duale de a avertiza
ocupanții de intruziun e și, eventual, să sperie hoții. Aceste dispozitive pot fi, de asemenea,
utilizate pentru a avertiza ocupanții de incendii sau de fum.
e. Interconexiuni între componente. Aceasta poate consta în cablarea directă către unitatea de
control sau legăturile wirele ss cu sursele de alimentare locale.
f. Dispozitive de securitate: Dispozitive de detectare a intrărilor sau mișcărilor neautorizate, cum ar
fi spoturi, camere foto și lasere.
Pe lângă sistemul în sine, alarmele de securitate sunt adesea cuplate cu un servic iu de monitorizare.
În cazul unei alarme, unitatea de comandă locală contactează o stație centrală de monitorizare. Operatorii
de la stație văd semnalul și iau măsurile adecvate, cum ar fi contactarea proprietarilor, notificarea poliției
sau dispecerizarea forțelor private de securitate. Astfel de semnale pot fi transmise prin circuite de alarmă
dedicate, linii telefonice sau prin internet.
Alarma auto are în componență următoarele elemente importante:
Senzori (de prezență, de lumină, de vibrații)
Micro -întrerupătoare
20
Panoul central al alarmei
Sistemul acustic
LED de confirmare
Alarmele auto au rolul de a impacienta un eventual hoț de mașini sau de bunuri deținute de acestea
( Casetofoane , CD/MP3/DVD Playere ) și chiar avertizarea proprietarului pe un Pager că mașina lui
urmează să fie furată sau doar deschisă de un intrus.
Senzorii au rolul de a detecta obiectul corespunzător funcției sale și de a trimite impulsuri către
panoul central al alarmei. În funcție de tipul impulsurilor , alarma se va declanșa printr -un sunet specific
ales de proprietar la intensitatea sugerată de panoul de comandă și de către senzor la o durată de timp
cuprinsă între 30 sec – 5 min, aceasta fiind favorabilă proprietarului.
1.2 Tipuri de sisteme de alarm ă auto
Autotur ismele produse până în anii '80 nu aveau prevăzută "avaria", așa că cea mai simplă metodă
constă în montarea unui întrerupător dublu, care face legătură (în caz ca este apăsat) între becurile de
semnalizare de pe stânga și dreapta, altă variantă este aceea în care se utilizează 2 diode (minim 6A) și
un intrerupator simplu.
Exemple de alarme auto care pot fi instalate pe un autovehicul:
• Alarme cu Pager
• Alarme cu funcția de pornire a motorului
• Alarme cu senzori de șoc
• Alarme cu senzori volumetrici
• Alarme cu senzori de perimetru
Mulți dintre posesorii de mașini preferă alarmele auto cu pager si alarmele care pot porni motorul
din afara autotorusimului. Acestea fac parte din categoria alarmelor auto avansate care nu numai că
protejează autovehiculul dar se ocupă și cu monitorizarea acestuia prin afișarea pe ecranul pagerului a
unor pictograme ce indică starea de funcționare a mașinii.
La alarmele auto cu pager ca cea din Figura 1.1, telecomanda convențională este înlocuită cu un
pager. Acesta poate f i cu afișaj LCD sau cu afișare cu LED -uri. Comunicarea între pager și unitatea
centrală se face bidirecțional (prin intermediul pagerului se poate comanda unitatea centrala, iar aceasta
la randul ei trimite informații despre starea mașinii către pager). Ac este informații sunt concretizate prin
intermediul pictogramelor dedicate ce apar pe afisaj în funcție de starea senzorilor aferenți. Pe lângă
pager, alarma mai poate fi dotată și cu o telecomandă suplimentară care va permite doar transmiterea de
comenzi c ătre unitatea centrală. Alarmele auto cu pager au un sistem prin care va anunța, pe o rază de
500 – 1.500m, ce se întâmplă cu mașina [2].
21
Figura 1.1 Alarm ă cu pager Viper 5706V LC3 [2]
Alarmele auto cu pornirea motorului permit ca autoturismul să fie pornit de l a distanță doar prin
apăsarea unui singur buton. Acestea sunt folosite în cazul în care temperatura de afară este scăzută,
oferind un interior încălzit șoferului atunci când acesta va intra în mașină, sau la o temperatură ridicată,
eventual vara, când porn irea motorului dinainte de a păși în interior, permite racirea prin intermediul
aerului condiționat. Timpul de functionare este de 10 -30 de minute în cazul in care ați uitat mașina
pornită. Cu toate acestea, mașina rămâne închisă și armată, iar dacă cineva încearcă să intre, alarma se
va declanșa.
Alarma universală
Sistemul de alarmă cu circuite CMOS prezentat în ce urmează, poate fi folosit pentru
supravegherea locuinței, autoturismului sau în diverse alte scopuri. În realizarea acestui sistem de alarmă
se folosesc circuite integrate CMOS, în special pentru consumul de curent extrem de redus. Acest aspect
este deosebit de important, daca avem în vedere că sistemele de alarmă sunt în permanentă stare de veghe
și că de cele mai mult ori, ele sunt alimentate d e la surse autonome. Impedanțelor ridicate ale intrărilor
acestor circuite fac posibilă obținerea unor temporizări mari prin folosirea unor capacitați relativ mici.
În consecință, va rezulta un sistem, compact, fiabil și cu consum foarte redus în stare de veghe.
Principiul de funcționare:
La deschiderea portierei unui autoturism, prin acționarea unor contacte se declanșează
monostabilul MSI, care comandă funcționarea generatorului controlat GCI. Impulsurile produse de acest
generator sunt redate la un nive l sonor redus prin intermediul unei căști telefonice. Durata de temporizare
a monostabilului MSI este de cca. 10 secunde, timp în care este emis semnalul de avertizare. Dacă
22
persoana care a intrat în autoturism este „de -al casei” , avertizată fiind de aces t semnal, va acționa un
buton (montat la îndemână, dar ascuns privirii directe), care va anula cele doua monostabile.
1.3 M onitorizarea alarmei si s ervicii de monitorizare a alarmei
Alarmele monitorizate și telefoanele cu difuzoare permit postului central să vorbească cu proprietarul
sau cu intrusul. Acest lucru poate fi benefic pentru proprietar pentru urgențe medicale. Pentru încălcări
reale, telefoanele cu difuzoare permit stației centrale să îndemne intrusul să înceteze și să renunțe ca
unități de răspuns care au fost expediate. Ascultarea monitorizării alarmei este, de asemenea, cunoscută
sub numele de Monitorizare imediată a sunetului -răspuns sau de alarmă în Marea Britanie.
Lista serviciilor care urmează să fie monitorizate la o stație central ă s-a extins în ultimii ani, pentru
a include următoarele:
Controlul accesului;
Monitorizarea CCTV;
Verificarea alarmei; Monitorizarea mediului;
Monitorizarea alarmei intruziunilor;
Alarma de incendiu si monitorizare sprinkler;
Starea critică de moni torizare;
Monitorizarea răspunsului medical;
Monitorizare telefonică a listelor;
Suspendarea sau monitorizarea alarmei de panică;
Monitorizarea stresului;
Testele Auto Dialer;
Deschidere & Închidere Supraveghere semnal și raportare;
Rapoarte de exce pție; și codul PIN sau codul de gestionare a parolei.
Tot mai mult, Centrele Centrale fac aceste informații disponibile direct utilizatorilor finali prin
intermediul internetului și un log -in securizat pentru a vizualiza și a crea rapoarte personalizate despre
aceste evenimente.
În funcție de zona declanșată, numărul și secvența zonelor, ora din zi și alți factori, centrul de
monitorizare al alarmelor poate iniția automat diferite acțiuni. Operatorii stațiilor centrale ar putea primi
instrucțiuni pentru a apela imediat serviciile de urgență sau pentru a apela mai întâi spațiile protejate sau
managerul de proprietăți pentru a încerca să determine dacă alarma este autentică. Operatorii ar putea,
de asemenea, să înceapă să apeleze o listă de numere de telefon furnizate de client pentru a contacta pe
cineva pentru a verifica locațiile protejate. Unele zone pot declanșa o convorbire către compania locală
de ulei de încălzire pentru a verifica sistemul sau pentru a anunța proprietarului detaliile despre care
came ră ar putea fi inundate. Unele sisteme de alarmă sunt legate de supravegherea video sisteme astfel
încât imaginea curentă a zonei de intruziune să poată fi afișată instantaneu pe un monitor la distanță, ca
să nu mai vorbim de înregistrare. Unele sisteme de alarmă utilizează tehnologia de monitorizare audio și
video în timp real pentru a verifica legitimitatea unei alarme. În unele municipalități din Statele Unite,
23
acest tip de verificare a alarmei permite ca proprietatea pe care o protejează să fie plasată pe o listă de
"răspunsuri verificate", permițând reacții mai rapide și mai sigure ale poliției [3].
În Statele Unite, poliția răspunde la cel puțin 36 de milioane de activări de alarmă în fiecare an, la
un cost anual estimat de 1,8 miliarde de dolari.
Monitorizarea alarmei în bandă largă
Creșterea gradului de utilizare a tehnologiei voce prin IP (VoIP) determină adoptarea semnalizării
în bandă largă pentru raportarea alarmelor. Multe site -uri care necesită instalații de alarmă nu mai au linii
telefonice convenționale (POTS), iar panourile de alarmă cu capacitatea de apelare convențională a
telefonului nu funcționează în mod fiabil în cazul anumitor tipuri de servicii VoIP.
Dial-up panourile de alarmă analogice sau sistemele cu porturi de date serial / pa ralel pot fi migrate
în bandă largă prin adăugarea unui dispozitiv de server de alarmă care convertește semnalele de
semnalizare telefonică sau traficul porturilor de date la mesajele IP adecvate pentru transmisia în bandă
largă. Utilizarea directă a VoIP (portul POTS pe terminalul local) pentru a transporta alarme analogice
fără un dispozitiv de server de alarmă este problematică deoarece codecurile audio utilizate pe întreaga
cale de transmisie a rețelei nu pot garanta un nivel adecvat de fiabilitate sau calitate acceptabilă pentru
aplicație.
Ca răspuns la rețeaua de comunicații publice în schimbare, noile sisteme de alarmă pot folosi de
multe ori semnalul de bandă largă ca metodă de transmitere a alarmei, iar producătorii includ capacitatea
de raportare I P direct în produsele panoului de alarmă. Atunci când Internetul este folosit ca metodă de
semnalizare primară pentru aplicații critice de securitate și siguranță în viață, mesajele de supraveghere
frecvente sunt configurate pentru a depăși preocupările le gate de energia de rezervă pentru echipamentele
de rețea și timpul de livrare a semnalului. Dar pentru aplicațiile tipice, preocupările legate de conectivitate
sunt controlate prin mesaje de supraveghere normale, trimise zilnic sau săptămânal.
Alarma de se mnalizare duală radio
Semnalarea duală este o metodă de transmisie a alarmei care utilizează o rețea de telefonie mobilă și
o cale telefonică și / sau IP pentru a transmite semnale de intruș, foc și atac personal cu viteză ridicată de
la spațiile protejat e la un centru de primire a alarmei . Acesta utilizează cel mai frecvent GPRS sau GSM,
o tehnologie de semnalizare de mare viteză utilizată pentru a trimite și a primi "pachete" de date, cu o
linie telefonică în plus. Opțiunea IP nu este utilizată la fel de frecvent din cauza problemelor legate de
instalare și configurare, de multe ori fiind necesară o expertiză IT suplimentară față de cunoștințele de
instalare a alarmei.
Un dispozitiv de comunicație duală este atașat la un panou de control de pe o ins talație de securitate
și este componenta care transmite semnalul de alarmă către ARC. Acesta poate face acest lucru într -un
număr de moduri diferite, prin calea radio GPRS, prin calea radio GSM sau prin linia telefonică / sau IP,
dacă a fost aleasă. Aceste căi multiple de semnalizare sunt toate prezente și trăiesc în același timp în timp
ce se sprijină reciproc, pentru a minimiza expunerea proprietății la intruși. Dacă unul nu reușește, există
întotdeauna o formă de rezervă și în funcție de producătorul ale s până la trei căi care lucrează simultan
în orice moment. Înainte de disponibilitatea sistemelor duale de semnalizare, poliția și deținătorii de chei
au fost adesea chemați la sediu din cauza unui semnal de alarmă pe calea telefonică doar pentru a
descope ri că a fost o eroare de rețea și nu o alarmă reală.
Căile duale permit distincția între eșecurile hardware și un adevărat atac asupra alarmei. Acest lucru
ajută la eliminarea alarmei false și a răspunsurilor inutile. Semnalarea duală a contribuit conside rabil la
24
refacerea răspunsului Poliției, ca într -o situație în care o linie telefonică este decupată deoarece
dispozitivul dual de semnalizare poate continua să trimită apeluri de alarmă prin una din căile sale
alternative, fie prin confirmarea, fie prin r efuzarea alarmei din calea inițială [3].
În Marea Britanie, CSL DualCom Ltd a inițiat dubla semnalizare în 1996. În acest scop, compania a
oferit prima alternativă credibilă la semnalizarea alarmelor existente, stabilind în același timp standardul
actual pentr u monitorizarea securității profesionale pe două căi. Semnalarea duală este acum considerată
ca fiind formatul standard pentru semnalizarea alarmei și este specificată în mod corespunzător de către
toate companiile de asigurări de vârf.
1.4 Tipuri de senz ori ambientali pentru sigurant ă
1.4.1 Întrerupătorul ermetic închis
Întrerupătorul ermetic închis este un tip foarte comun de senzor de două bucăți care funcționează
cu un comutator de conductor electric care este fie normal deschis, fie închis în mod normal când este
sub influența unui câmp magnetic ca în cazul apropierii de a doua piesă care conține un magnet. Atunci
când magnetul este deplasat de la comutatorul reed, comutatorul de tijă fie se închide, fie se deschide,
din nou pe baza faptului că des enul este sau nu normal deschis. Această acțiune cuplată cu un curent
electric (de obicei la 12 V cc) permite unui panou de control al alarmei să detecteze o defecțiune la acea
zonă sau circuit. Aceste tipuri de senzori sunt foarte frecvente și se găsesc f ie prin cablu direct într -un
panou de control al alarmei, fie pot fi de obicei găsite în contactele fără fir ale ușilor sau ferestrelor ca
subcomponente.
1.4.2 Detectoare cu infrasunete
Detectorul funcționeaza prin detectarea de infrasunete sau undele so nore la frecvențe sub 20
hertzi. Sunetele la aceste frecvențe sunt inaccesibile pentru urechea umană. Datorită proprietăților sale
inerente, infrasunetele pot călători distanțe de mai multe sute de kilometri. Semnalele prin infrasunete
pot rezulta din erup țiile vulcanice, cutremurele, undele gravitaționale, deschiderea și închiderea ușilor,
forțarea ferestrelor. Întregul sistem de detectare prin infrasunete constă din următoarele componente: un
difuzor (senzor infrasunete) ca intrare pentru microfon, un fil tru de frecvență comandă, un convertor
analog -digital (A / D) și, în final, un MCU, semnalul înregistrat.
25
1.4.3 Senzori de prezență
Un montaj foarte simplu, pune in evidență apropierea și mișcarea unor persoane, prin aprinderea
unui LED. Acest montaj poate servi în primul rând pentru semnalizarea sau aprinderea unei lumini,
deschiderea automata a unei uși sau chiar pentru sistemul de alarma auto care avertizează prezenta unei
persoane pe o rază de câțiva metri prin simpla înlocuire a LED -ului cu un rel eu si mici modificări
constructive.
Figura 1.2 Senzor de prezenta PIR
1.4.4 Senzori de proximitate
Proximitatea se referă la gradul de apropiere dintre două obiecte, iar unul dintre cele două
reprezintă sistemul de referință. Senzorii de proximitate sunt senzori de investigare, a căror particularități
constau în distanțele mici de acțiune (zecimi de mm si mm), și în faptul că în multe cazuri sunt utilizați
la sesizarea prezentei în zona de acțiune. Aici întâlnim următoarea categorie de senzori :
Figura 1.3 Senzor de proximitate IR
26
1.4.4.1 Senzori de proximitate inductivi
Aceștia sunt cei mai întâlniți, fiind realizați într -o gamă largă de variante și tipodimensiuni.
Elementul activ al unui astfel de senzor este un sistem format dintr -o bobină și un miez de ferită. Obiectul
a cărui prezență se determină trebuie să fie în primul rând metalic. Mărimea de ieșire poate fi analogică
(proporțional cu distanța dintre suprafața activă și obiect), sau statică (aceeași valoare atât timp cât
senzorul este activa t).
1.4.4.2 Senzori de proximitate ultrasonici
Funcționarea lor se bazează pe măsurarea duratei de propagare a unui semnal ultrasonor între
emițător și obiect, iar distanța maximă de lucru este în funcție de natura traductorului (piezoceramic,
electrostatic etc.) și de frecvență.
1.4.4.3 Senzori de proximitate optici
În cazul în care obiectele investigate se găsesc la distanțe foarte mari, senzorii inductivi și
capacitivi devin greu de folosit, domeniul fiind acoperit cu bune rezultate de senz orii optici. Aceștia
funcționează fie pe principiul transmisiei unui fascicul de lumină, fie pe principiul reflexiei.
1.4.5 Radar compact de supraveghere
Radarul compact de supraveghere emite microundele de la un emițător și detectează toate
microundele reflectate. Ele sunt similare cu detectoarele cu microunde, dar pot detecta locația precisă a
intrusilor în zone care se întind pe sute de hectare. Cu capac itatea de măsurare a intervalului, unghiului,
vitezei, direcției și dimensiunii țintei, un CSR este capabil să identifice o coordonate GPS precisă a unui
intrus. Aceste informații țintă sunt afișate în mod obișnuit pe o hartă, interfață utilizator sau soft ware de
conștientizare a situației, care definește zone geografice de avertizare sau geofence cu diferite tipuri de
acțiuni inițiate în funcție de ora din zi și de alți factori. CSR este utilizat în mod obișnuit pentru a proteja
în afara liniilor de gardă ale instalațiilor critice, cum ar fi stațiile electrice, centralele electrice, barajele
și podurile.
27
1.4.6 Vibrații sau senzori de inerție
Aceste dispozitive sunt montate pe bariere și sunt folosite în principal pentru a detecta un atac
asupra structurii în sine. Tehnologia se bazează pe o configurație mecanică instabilă ce face parte din
circuitul electric. Când se produce o mișcare sau o vibrație, porțiunea instabilă a circuitului se deplasează
și rupe fluxul curent, ceea ce produce o alarmă. Tehnologia dispozitivelor variază și poate fi sensibilă la
diferite niveluri de vibrații. Mediul de transmitere a vibrațiilor trebuie selectat corect pentru senzorul
specific deoarece acestea sunt cele mai potrivite pentru diferite tipuri de structuri și configurați i.
Figura 1.4 Senzor de vibratii
1.4.7 Senzori de mișcare
Senzorii de mișcare sunt dispozitive care utilizează diverse forme de tehnologie pentru a detecta
mișcarea. Tehnologia de obicei găsită în senzorii de mișcare pentru declanșarea unei alarme inc lude
infraroșu, ultrasunete, vibrații și contact. Senzorii duali de tehnologie combină două sau mai multe forme
de detectare pentru a reduce alarmele false deoarece fiecare metodă are avantajele și dezavantajele sale.
1.5 Sisteme Inteligente
Cu ajutorul IOT (Internet of Things ) sau Internetul obiectelor e ste mult mai ușor ca niciodată să creezi o
casă inteligență în care vei putea controla de la distanță lacătele ușilor, luminile, termostatele și alte astfel
de echipamente, utilizând o aplicație de pe te lefonul personal mobil . De asemenea este foarte ușor și
accesibil să monitorizezi casa din orice loc cu ajutorul unui Sistem de Securitate Inteligent.
Aceste sisteme smart sunt foarte customizabile și sunt disponibile ca și echipamente DIY (Do It
Yourself) sau ki t-uri care necesită instalare profesională. În funcție de nevoile fiecăruia poți alege între
28
a-ți monitoriza singur casa sau poți apela la o firmă specializată care o va monitoriza non -stop și în caz
de alarm ava alerta autoritățile. Cu siguranță îți vei a chiziționa sistemul de Securitate în funcție de
posibilități și nevoie, dar îți oferim câteva sfaturi cu privire la ce să fii atent atunci când vei alege
respectivul echipament.
Componentele
Un Sistem de Securitate Inteligent se poate conecta prin wire less cu celelalte , echipamente inteligente
din casă și în funcție de compatibilitate, le poate controla. Sistemele entry -level includ senzori magnetici
pentru fereastră și pentru ușă, un detector de mișcare și o centrală care conectează toate aceste
echipam ente și care le controlează în același timp. Această centrală poate avea incorporată și o sirenă de
alarmă. Pe lângă acestea se pot adaugă suplimentar și alte echipamente: mai multe tipuri de senzori (de
fum, de gaz, de inundație etc.), telecomenzi, taguri , încuietori inteligente, interfoane, cameră de
supraveghere și altele.
Implemen tarea sistemului
Orice sistem de securitate inteligent are componente care funcționează împreună în același mediu și care
pot fi controlate cu ajutorul unor reguli. Mai precis, poți crea anumite reguli de funcționare pentru
anumite componente: poți stabili ca lumina să se aprindă când senzorul detectează mișcare, poți crea o
regulă prin care ușile să se deblocheze atunci când senzorul detectează fum ca să poți ieși din casă, sau,
de exempl u, poți seta camera de supraveghere să înregistreze atunci când un sensor se declanșează. Unele
sisteme înregistrează fișierele video pe HDD sau pe stick, iar altele oferă și înregistrare în cloud.
Înregistrarea locală, pe HDD sau SD este o alegere bună pe ntru sistemele DIY cu un buget mai mic și
trebuie să fii atent ca să nu se suprapună înregistrările în cazul în care vei avea nevoie mai târziu de
anumite imagini. Înregistrarea în cloud face mai simplă accesarea imaginilor, dar poate avea un cost mai
ridicat.
Toate sistemele smart pot fi controlate printr -o anumită aplicație pe care o poți instala pe telefonul mobil.
Din respectiva aplicație poți crea reguli, poți activa sau dezactiva alarma, poți adăuga sau șterge
componente și poți primi notificările î n caz de alarmă. Majoritatea aplicațiilor îți permit să vezi în timp
real imaginile de pe camerele de supraveghere integrate în sistem, să blochezi sau să deblochezi ușile și
chiar să schimbi temperature termostatului din casă în cazul în care sunt interco nectate sistemele. Alte
sisteme, mai avansate, folosesc locația telefonului și pot arma sau dezarma sau pot porni sistemul de
climatizare atunci când te apropi de casă. Cele mai scumpe astfel de sisteme includ un panou de control
cu touchscreen care se mon tează pe un perete sau poate fi și mobil, iar de acolo poți controla toate
componentele.
DIY (Do It Yourself) sau instalare profesională?
Sistemele DIY (Do It Yourself) sunt potrivite și recomandate end -userilor cu un buget redus și care nu
au nevoie foarte mare de un sistem complet, cu multe componente și cu monitorizare externă la o firmă
de pază și Securitate. Majoritatea sistemelor DIY sunt comercializat e ca și kituri gata configurate pe care
le poți instala foarte ușor și rapid, și ai posibilitatea de a adaugă oricând alte componente.
29
2.5.1 Exemple sisteme de alarmă auto Hi -Tech
a. Viper VSS5X10
Caracteristici:
• Intrare fără cheie -Puteți blocă și debloca ușile, precum și armarea și dezarmarea sistemului de
alarmă de la tasta FOB.
• Pornire masină de la distantă -Dacă doriți să incălziti motorul pentru câteva minute înainte de a
părăsi casa sau de a porni motorul astfel încât să puteți sări și să mergeți, un demaror de la distantă
oferă confortul dorit și de care aveți nevoie.
• SmartStart GPS -Utilizarea aplicației SmartStart pentru a ști în ce direcție să te îndrepți.
• Starea vehiculului și alertele -Nu trebuie să așteptați pană când vă întoarce ți la mașina dvs. pentru
a află că alarma a dispărut. Primiți alerte imediate și verificați starea vehiculului oricând prin
intermediul aplicației.
• Sirenă -Asigurați -vă că toți cei din jur știu că există o urgentă.
• Senzor de șoc -În aplicația Smart Sta rt se declanșează notificări automate atunci când mașina
suferă un șoc [4].
Figura 1.5 Alarma Auto Viper VSS5X10 [2]
b. Viper 5906V
Caracteristici
• Telecomandă Responder HD SST cu ecran OLED color
• Pornirea motorului din telecomandă
• Distanță de acționare de până la 1600 M
• Nuisance Prevention System pentru prevenirea alarmelor false
30
• Posibilitatea anulării senzorilor din telecomandă
• Armarea pasivă a sistemului de alarmă
• Armare / Dezarmare fără sunete de confirmare, Silent Mode
• Senzor de perimetru
• Senzor de geam spart
• Senzor volumetric
• Senzor antitractare, ridicare
Figura 1.6 Alarma Auto Viper V5906V [2]
1.6 Contrulul accesului si codurile de bypass
Pentru a fi util, un sistem de alarmă de intruziune este dezactivat sau reconfigurat atunci când
personalul autorizat este prezent. Autorizarea poate fi indicată în mai multe moduri, adesea cu chei sau
coduri utilizate la panoul de control sau un panou la distanță lângă o intrare.
Alarmele de înaltă securitate pot necesita mai multe coduri:
• amprentă,
• insignă,
• geometrie a mâinilor,
• scanare a retinei,
• un generator de răspuns criptat și
• alte mijloace care sunt considerate suficient de sigure pentru ace st scop.
31
Autorizările nereușite ar trebui să ducă la o alarmă sau la cel puțin o blocare temporizată pentru a preveni
experimentarea cu eventuale coduri. Unele sisteme pot fi configurate pentru a permite dezactivarea
senzorilor sau grupurilor individuale. Altele po t fi, de asemenea, programate să ignore sau să ignore
senzorii individuali (o dată sau de mai multe ori) și să lase restul sistemului înarmați. Această
caracteristică este utilă pentru a permite deschiderea și închiderea unei singure uși înainte de alarma sau
pentru a permite unei persoane să plece, dar să nu se întoarcă. Sistemele high -end permit mai multe
coduri de acces și pot chiar să le permită să fie utilizate o singură dată sau în anumite zile sau numai în
combinație cu codurile altor utilizatori (de ex., Escortate). În orice caz, un centru de monitorizare la
distanță ar trebui să organizeze un cod oral care să fie furnizat de o persoană autorizată în cazul alarmei
false, astfel încât centrul de monitorizare poate fi asigurat că nu mai este necesar un răspuns suplimentar
al alarmei. Ca și în cazul codurilor de acces, poate exista și o ierarhie a codurilor orale, de exemplu,
pentru repararea cuptorului pentru a intra în zonele senzorilor de bucătărie și de subsol, dar nu în bolta
de argint din cămară. E xistă, de asemenea, sisteme care permit acodul de întârziere pentru a fi introdus
și tăcerea alarmă locală, dar încă declanșează alarma de la distanță pentru a apela poliția la un jaf [4].
1.7 Alegerea si testarea unei alarme auto
Alegerea unei alarme auto ț ine în general de bugetul alocat dar și de preferințele fiecăruia legate
de funcțiile pe care alarma ar trebui să le aibe. Când alegeți un sistem de alarmă trebuie să țineți cont de
mașină pe care o dețineți, de funcțiile care se pot aplica la autovehiculu l dumneavoastră, de nivelul de
protecție pe care îl doriți, de marca alarmei, de sensibilitatea senzorilor, de durabilitatea în tip a alarmei,
de sistemul de alarmă falsă (unele alarme au senzori care, la o falsă activare a alarmei, pot izola zona pe
care aceasta se declansează) sau de persoana care o instalează, în cazul în care produsul nu a fost montat
de către cineva specializat.
Alarma auto cu închidere centralizată este extrem de utilă pentru protecția mașinii. Orice alarmă
standard are aceleași func ții, însă există și anumite diferențe: codul săritor al alarmei (de fiecare dată
când se va activa, alarma va primi un alt cod ca să nu poată fi copiat), funcționarea fără alarme false pe
vreme rea (ploaie, furtună, ninsoare), funcționarea în locuri circul ate (cu vibrații care afectează senzorul
de șoc), durabilitate în timp.
Alarmele auto pot fi responsabile și de confortul dumneavoastră. Iată câteva criterii care
diferențiază funcționalitatea unor sisteme de alarmă eficiente: modul de închidere și desch idere a
portierelor, localizarea sau căutarea în parcare (la apăsarea butonului, alarmă emite 2 -3 semnale sonore
și luminoase), armarea pasivă (la un anumit timp de la închiderea ușilor alarmă se va arma automat),
închiderea și deschiderea ușilor pentru a nu fi agresați la semafor, deschiderea portbagajului din
telecomandă, emiterea de semnale luminoase sau acustice la mersul în marșarier. În cazul alarmelor
dotate cu funcția de pornire a motorului trebuie avut în vedere că atunci când mașina are cutie de v iteze
manuală, alarma ar trebui să aibă opțiune pentru un asemenea tip de cutie. Dacă mașina este dotată cu
motor diesel, alarmele auto ar trebui să aibe opțiune pentru mașinile de genul acesta sau dacă motorul
32
are turbosuflantă, să existe opțiune pentru t urbo. Trebuie avute în vedere raza de acțiune a telecomenzii
și promptitudinea cu care comunică cu unitatea centrală.
După instalarea corectă a alarmei se vor verifică toate componentele acesteia pentru a se asigura
funcționarea lor. Începând cu testul be curilor de semnalizare dacă se aprind la armare și dezarmare,
acestea trebuie să se aprindă în același timp în care are loc avertizarea sonoră. În cazul nefunctionării
corecte a instalației luminoase și acustice se vor verifica toate firele dacă sunt puse corect după culoare
și sa nu existe vreun scurt -circuit. În al doilea rând sistemul de alarmare care cuprinde senzorul , panoul
de command, senzorul la gradul de sensibilitate dorit, accesorii senzori de parcare, senzor perimetral,
modul GPS, pager, orice închidere, acestea se vor specific scopului pentru care sunt destinate după cum
este precizat in cartea lor tehnică.
33
2. Microcontrolere utilizate pentru sisteme automate
2.1 Istoric avantaje ale utilizării microcontrolerelor
Microprocesorul este un circuit integrat ce conține toate unitățile funcționale specifice unei structuri de
procesor de uz general. În prezent, microprocesorul constituie Unitatea Centrală de Procesare (UCP) a
unui calculator numeric. UCP conține o structu ră de procesare (numită „procesor”) alcătuită din:
• Unitate de control (decodifică instrucțiunile binare ale unui program, generează semnalele de
control pentru celelalte unități funcționale ale procesorului, generează semnalele de control
pentru component ele externe ale procesorului: memorie externă, sistem de intrare ieșire,
magistrale externe și primește semnale de feedback de la unitățile interne și externe
microprocesorului).
• Unitate aritmetică și logică: unitate de prelucrare a datelor, funcția specifică executată fiind
stabilită în fiecare moment prin semnalele de control primite de la UC.
• Registre de uz general folosite ca memorie locală de mare viteză, magistrale interne pentru
transferul datelor, adreselor și instrucțiunilor, interfețe cu mag istralele externe.
Microprocesorul este un dispozitiv programabil, același suport hardware oferind mai multe funcțiuni ce
depind de instrucțiunile programului ce se execută. Microprocesorul nu poate lucra de unul singur. Pentru
a construi un calculator n umeric se atașează memorie (de program și date) și un sistem de intrare / ieșire
(denumit sistem I/O în continuare) care face legătura calculatorului cu lumea externă și la care se
conectează periferice. Putem spune că un calculator este o mașină de preluc rare automată a datelor ce
funcționează sub controlul unei liste de instrucțiuni (program) stocate în memoria principală a
calculatorului.
Istoric, primelor calculatoare ce foloseau un microprocesor în rol de UCP li s -a spus calculatoare pe
bază de micro procesor, sau microcalculatoare. Toate calculatoarele moderne sunt construite cu
microprocesoare cu funcția de UCP, unele fiind bazate pe un sigur microprocesor (calculatoare uni –
procesor), altele conținând mai multe microprocesoare în scopul creșterii put erii de calcul și a vitezei de
prelucrare (calculatoare multi -procesor). Microprocesoarele, ca și UCP de uz general, sunt utilizate
pentru aplicații de prelucrare de înaltă performanță, fiind folosite pentru construcția calculatoarelor de
uz general. Micr oprocesoarele sunt utilizate în PC -uri (Personal Computers), stații de lucru, servere,
laptopuri, unde compatibilitatea software, performanța, generalitatea și flexibilitatea sunt importante.
Imediat după apariția primului microprocesor (1971) firma Inte l a scos pe piață o familie de
microcontrolere numită MCS -48 (începând cu 1976) cu circuitele integrate 8048, 8035 și 8748.
Aceste circuite nu erau destinate operațiilor de prelucrare de uz general, ci celor specifice pentru controlul
unor aplicații din l umea externă circuitului. La momentul apariției, circuitele au fost numite
"microcalculatoare pe un chip", pentru că ele includeau în aceeași capsulă de circuit integrat toate
34
componentele unui calculator: UCP, memorie și sistem I/O. În momentul de față c ircuitele similare sunt
numite microcontrolere, pentru că, așa cum sugerează și numele sunt destinate aplicațiilor de control (nu
calculului de uz general). Microcontrolerele sunt proiectate pentru a se obține o dimensiune redusă a
chip-ului, pentru micșor area costurilor și includerea de spațiu de memorie și interfețe IO pe chip.
Microcontrolerele sunt adesea “specializate pe aplicații” în dauna flexibilității. Indiferent de ceea ce este
controlat în lumea externă (de exemplu controlul turației unor motoare electrice, reglarea temperaturii
într-o incintă, comanda sistemului antiblocare a frânelor la automobil -ABS), sistemul de comandă
digitală este alcătuit din: UCP (nucleu microprocesor), memorie de date și program, interfețe și controlere
de periferie. Ide ea de bază la microcontrolere este integrarea într -un singur circuit a tuturor acestor
componente, prin simplificarea și micșorarea dimensiunilor diverselor unități funcționale (de exemplu
capacitate de stocare în memorie mult mai mică față de calculator, interfețe seriale cu lumea externă etc.
De observat diferențele semnificative dintre microprocesor și microcontroler din punctul de vedere al
structurii interne, al costurilor, vitezei de prelucrare și flexibilității la rularea diverselor aplicații.
2.2 Arhitectura microcontrolerelor
Termenul "arhitectură" este o abstractizare a proprietăților unui microprocesor. Ca urmare a evoluției
funcțiilor și structurii UCP, a evoluat și noțiunea de arhitectură. Aceasta reprezintă mai mult decât
"interfața" între h ardware și software definită inițial de cercetătorii de la firma IBM (International
Business Machine). Un arhitect de calculatoare proiectează mașini care vor rula programe, iar sarcinile
sale de proiectare vor include: proiectarea setului de instrucțiuni, organizarea funcțională, proiectarea
logică și implementarea. Implementarea cuprinde totul începând de la circuitele integrate utilizate, până
la aspectele privind puterea consumată și tipul de răcire. Arhitectura, în sensul inițial de definire, ca
interf ață între hardware și software, îngloba funcțiuni în hardware, prin micro -programare (microcod).
Orice mașină ulterioară unei mașini din aceeași familie, este obligată – prin arhitectura definită – să
recunoască setul de instrucțiuni al celei vechi, chiar dacă mașina nouă are și funcțiuni suplimentar e. La
momentul introducerii sale, noțiunea de arhitectură a calculatorului se referea doar la ceea ce astăzi se
înțelege prin arhitectura setului de instrucțiuni. Aceasta este o interfața între resursele hardwar e și
resursele cele mai “rudimentare” de software (cod mașina – forma binară a programelor înțeleasă de
mașină). Arhitectura setului de instrucțiuni este ceea trebuie să știe un programator pentru a scrie
programe în limbaj de asamblare, respectiv pentru a concepe și construi un program de tip compilator,
sau rutine destinate sistemului de operare. Setul de instrucțiuni, ca și componentă arhitecturală, permite
atât proiectantului cât și utilizatorului procesorului, să vorbească despre funcții, independent de suportul
hardware specific care le realizează. Arhitectura setului de instrucțiuni (notată în continuare cu ASI; în
limba engleză ISA = Instruction Set Architecture), ca interfață între hardware și software, permite mai
multor implementări, cu costuri ș i performanțe diferite, să ruleze același software. Noțiunea de
arhitectură trebuie privită, prin analogie cu înțelesul clasic al noțiunii de arhitectură, care se referă la
știința și arta de a proiecta și a construi clădiri. Astfel arhitectura microproce sorului nu este înțeleasă
doar în sens declarativ al ASI (care definește un set de proprietăți abstracte) dar și în sens procedural, al
unei discipline de proiectare, care implică procesul de producere și implementare a acestor proprietăți
35
abstracte. Aceas ta a doua componenta a noțiunii de arhitectura, care se refera la aspectele de
implementare a funcțiilor (proiectare și realizare a circuitelor ce realizează funcțiile), are la rândul său
două componente: organizare și hardware. Termenul organizare includ e aspectele de nivel înalt ale unui
proiect de microprocesor, ca de exemplu organizarea căii de date, organizarea de tip pipeline a căii de
control, organizarea magistralelor, organizarea memoriei, sau proiectul intern al UCP. Noțiunea de
hardware (resurse fizice) e utilizată pentru a ne referi la aspectele specifice ale implementării mașinii.
Acestea includ proiectul logic de detaliu și tehnologia de realizare a microprocesorului [3].
În concluzie arhitectura microprocesorului cuprinde două componente principale:
a. arhitectura setului de instrucțiuni (ASI)
b. implementarea mașinii, cu cele două sub -componente: organizare hardware
2.2.1 Caracteristici generale
Microprocesorul, ca unitate c entrală de prelucrare (UCP) a calculatorului numeric este o structură
de procesor de uz general, care recunoaște un set de instrucțiuni. UCP este un procesor de uz general,
spre deosebire de alte procesoare cu set de instrucțiuni, cum ar fi procesoarele de I/O, sau procesoarele
aritmetice, care îndeplinesc doar funcții limitate, specifice. De asemenea UCP este un procesor cu set de
instrucțiuni, pentru că UCP recunoaște și execută un set specific de instrucțiuni binare, furnizate din
exteriorul său. În cad rul unui sistem de calcul, UCP are responsabilitatea generală de interpretare și
execuție a instrucțiunilor unui program. În accepțiunea clasică (von Neumann) a unui sistem de calcul,
mașina conține o singură Unitate Centrală de Prelucrare. Un astfel de c alculator este numit uniprocesor,
pentru a -l deosebi de calculatoarele multiprocesor, care conțin două sau mai multe UCP. Ca structură
generală, un procesor cuprinde o unitate de prelucrare a datelor (care conține o unitate aritmetică și logică
și registr ele folosite ca memorie locală) și o unitate de control. Sistemul digital format dintr -un automat
de prelucrare aritmetică și logică și o unitate de control este numit procesor. Unitatea Aritmetică și
Logică (ALU), efectuează operații cu datele de intrare (operanzi) și conține pe lângă structurile
combinaționale pentru efectuarea acestor operații, circuite de tip registru pentru memorarea locală, sau
prelucrarea datelor și circuite necesare transferului de informație între registre și cu exteriorul ALU
(circuite de decodificare, codificare, multiplexare, comparare, circuite tampon, etc.). Registrele locale
folosite ca memorie de mare viteză, pot fi folosite și pentru efectuarea unor operații aritmetice sau logice.
Principalele operații realizate de ALU sunt :
• operații aritmetice și logice cu operanzi de intrare codificați pe n biți. Valoarea lui n este egală de
obicei cu numărul de biți ai magistralei interne de date a procesorului, dar există și excepții de la
aceasta regulă.
• furnizează indicații privind t ransportul, împrumutul, sau alte caracteristici privind rezultatul
operațiilor efectuate, prin intermediul unor valori binare numite indicatori de condiții (în engleză
flags).
36
Organizarea și funcționarea microprocesorului de uz general 95
În figura 2.1 de mai jos datele de intrare în unitatea de prelucrare a datelor sunt intrările pentru
operanzii citiți din exterior. Acești operanzi se citesc ca și cuvinte binare (cu n biți în paralel) și se
stochează în registre temporare, interne unității de prelucrar e a datelor. Rezultatul operațiilor efectuate,
sau conținutul unor registre de stocare temporară, se poate furniza în exterior prin liniile notate "date
ieșire". Intrările în unitatea de prelucrare notate "comenzi interne procesorului", reprezintă comenzi către
ALU generate de unitatea de control. Conform acestor comenzi ALU va prelucra datele de la intrare și
va furniza datele la ieșire (registre interne sau externe). Aceste comenzi pot reprezenta:
• codul funcției ce trebuie executată de ALU. Dacă conside răm, de exemplu un cod al funcției pe
4 biți, ALU poate efectua maximum 16 operații aritmetice și logice;
• informații de adresare a registrelor interne unității de prelucrare, (de exemplu pentru a se indica
registrele sursă și / sau destinație ale operații lor efectuate de ALU, pentru a se selecta / valida
registre tampon de memorare a valorilor binare de la "Intrare date " sau la "Ieșire date ");
• semnale de sincronizare (destinată logicii secvențiale interne a unității de prelucrare); aceste
semnale indică momentele de timp când se face transferul între registre, respectiv momentele de
încărcare a unor registre.
Figura 2.1 Structura bloc a unui procesor de uz general. Liniile oblice pe căile de intrare și ieșire a
semnalelor indică existența mai multor li nii de semnal, fără specificarea numărului de biți transferați în
parallel
37
2.2.2 Microcontroler ATMEL ATmega 328p
Coreul Atmel AVR® combină un set bogat de instrucțiuni cu 32 de registre de lucru cu scop
general. Toate cele 32 de registre sunt conectate direct la unitatea logică aritmetică (ALU), permițând
accesarea a două registre independente într -o singură instrucțiune executată într -un singur ciclu de ceas.
Arhitectura rezultată este mai eficientă din punct de vedere al codului în timp ce se realizeaz ă transferuri
de până la zece ori mai rapide decât microcontrolerele CISC convenționale. Modelul ATmega328/P oferă
următoarele caracteristici: 32Kbps memorie Flash programabilă integrata in sistem cu capabilități de
read-while -write, 1Kbytes EEPROM, 2Kbyte s SRAM, 23 linii I/O de uz general, 32 registre de lucru cu
caracter general, , trei timere / contoare flexibile cu moduri de comparare și PWM, 1 USART seriale
programabile, 1 interfață serială orientată pe două fire, I2C pe 6 canale, 8 canale în pachete T QFP și QFN
/ MLF, Watchdog Timer programabil cu Oscilator intern, port serial SPI și șase moduri de economisire
a energiei selectabile. Modul inactiv oprește procesorul, permițând în continuare funcționarea SRAM,
Timer/Counters, portul SPI și sistemului de întrerupere. Modul Power -down salvează conținutul
registrului, dar blochează oscilatorul, dezactivând toate celelalte funcții ale cip -ului până la următoarea
întrerupere sau resetare hardware. În modul de economisire a energiei, cronometrul asincron conti nuă să
funcționeze, permițând utilizatorului să mențină o bază de temporizare în timp ce restul aparatului este
în așteptare. Modul de reducere a zgomotului ADC oprește CPU -ul și toate modulele I/O, cu excepția
cronometrului asincron și a ADC pentru a mini miza zgomotul de comutare în timpul conversiilor ADC
[5].
Figura 2.2 Diagrama bloc microcontroller Atmel ATmega328/p [5]
38
În modul de așteptare, oscilatorul cristal/rezonator funcționează în timp ce restul aparatului este
în staționare. Acest lucru permite pornirea foarte rapidă combinată cu un consum redus de energie. În
modul Extended Standby, atât oscilatorul principal, câ t și cronometrul asincron continuă să funcționeze.
Atmel oferă biblioteca QTouch® pentru integrarea funcțiilor butoanelor capacitive, a glisoarelor și a
roților în microcontrolerele AVR. Achiziția de semnal de transfer de taxă patentată oferă o detectare
robustă și include raportarea completă a cheilor de atingere și include tehnologia AJ (Adjacent Key
Suppression®) pentru detectarea clară a evenimentelor cheie. Setul de instrumente QTouch Suite ușor
de utilizat vă permite să explorați, să dezvoltați și să depanați propriile aplicații touch. Dispozitivul este
fabricat utilizând tehnologia Atmel de înaltă densitate de memorie nevolatilă. On -chip-ul ISP Flash
permite programarea memoriei programelor In -System printr -o interfață serială SPI, printr -un
programat or de memorie nonvolatilă convențional sau printr -un program On -chip Boot care rulează pe
Coreul AVR. Programul Boot poate folosi orice interfață pentru a descărca programul de aplicație în
memoria Flash Application. Software -ul din secțiunea Flash Boot va continua să ruleze în timp ce
secțiunea Application Flash este actualizată, oferind o operație adevărată Read -While -Write. Prin
combinarea unui procesor RISC pe 8 biți cu memorie Flash auto -programabil în sistem pe un cip
monolitic, Atmel ATmega328/P este un microcontroler puternic care oferă o soluție foarte flexibilă și
eficientă din punct de vedere al costurilor pentru multe aplicații de control încorporate. ATmega328/P
este susținut cu o suită completă de programe și instrumente de dezvoltare a sistemu lui, printre care:
compilatoare C, macromobile, debugger/simulatoare de program, emulatoare în circuit și kituri de
evaluare.
Figura 2.3 Conigura ție Pini [5]
39
2.3 Modalit ăți de p rogramare a microcontroler elor
Microcontrollerul este un circuit integrat ce conține un procesor, memorie program, memorie de date
și periferice. Un microcontroller execută un program din memoria ROM astfel: programul este stocat în
memorie iar unitatea aritmetico -logică (ALU) citește o instrucțiune din memorie, decodează
instrucți unea citită și o execută. După terminarea instrucțiunii curente, o altă instrucțiune este luată din
memorie pentru a fi procesată. Acest procedeu se va execută până la finalizarea instrucțiunilor din
memorie. Programul este scris într -un limbaj de programa re care poate să difere de la un microcontroller
la altul. După nivelul de abstractizare există mai multe categorii de limbaje care vor fi utilizate în
programarea memoriei unui microcontroller:
• limbaje de generația I : limbaje cod -mașină.
• limbaje de gener ația a II -a: limbaje de asamblare.
• limbaje de generația a III -a: limbaje de nivel înalt.
Pentru executarea unui program scris într -un limbaj oarecare, există, în principiu, două abordări:
compilare sau interpretare. La compilare, compilatorul transformă programul -sursă în totalitate într -un
program echivalent scris în limbaj mașină, care apoi este executat. La interpretare interpretorul ia prima
instrucțiune din programul -sursă, o transformă în limbaj mașină și o execută; apoi trece la instrucțiunea
două și repetă aceleași acțiuni ș.a.m.d.
Limbajul cod -mașină
Limbajul cod mașină este un sistem de instrucțiuni și date executate direct de unitatea centrală de
procesare. Acest limbaj poate fi privit că un limbaj de programare primitiv sau că cel mai mic nivel de
reprezentare a unui program. Limbajul cod -mașină se bazează pe sistemul binar de enumerații și diferă
de la un microprocesor la altul. Fiecare familie de procesoare are propriul set de instrucțiuni cod -mașină.
Instrucțiunile sunt modele de biți, care p rin reprezentarea lor fizică, corespund diferitelor comenzi ale
mașinii. Setul de instrucțiuni este astfel este specific unei clase de microprocesoare care folosesc aceeași
arhitectură. Modele ulterioare sau derivate ale aceleiași arhitecturi de microproce sor includ toate
instrucțiunile predecesorului microcprocesor plus un set additional de instrucțiuni. Ocazional, un model
ulterior apărut poate să modifice sensul instrucțiunilor de cod (în general pentru că au nevoie de o noua
întrebuințare), afectând astf el compatibiliatea codului pe modele de microprocesoare derivate. Setul de
instrucțiuni al unui microprocesor poate avea instrucțiuni de lungime egale sau poate avea instrucțiuni
de lungime variabila [6].
Limbaj de nivel înalt
Un limbaj de programare de nivel înalt este un limbaj cu o abstractizare puternică față de instrucțiunile
unui microcontroller. În comparative cu limbajele de programare de nivel scăzut, limbajele de nivel înalt
manipulează concept apropiate de limbajul natural care îl fac mai ușor de înț eles, de utilizat și oferă o
portabilitate pe mai multe platforme. În anumite cazuri, o singură linie de program scrisă într -un astfel
de limbaj poate echivala cu sute de linii de program scrise în cod mașină. Un alt avantaj îl reprezintă
40
reducerea timpulu i necesar realizării unui program prceum și depănarea acestuia. Însă, pe măsură ce
limbajul are un nivel mai înalt, execuția programului de către microcontroller va fi mai lentă. În general
programarea în limbaje de nivel înalt nu este folosită în situații le în care resursele microcontrolerului
sunt limitate. Acest limbaj are nevoie de un spațiu de memorie mai mare și fișiere de cod intermediare
care care duc la îngreunarea execuție programului. Cu toate acestea, datorită complexității crescânde a
microcont rollerelor, a optimizării compilatoarelor pentru limbaje de nivel înalt care produc fișiere de cod
comparabile în eficientă cu cele scrise în limbaje de nivel scăzut, limbajele de nivel înalt oferă rezultate
mai bine decât restul limbajelor în anumite situ ații.
Limbajul C
Limbajul C, deși este un limbaj de nivel înalt, păstrează contactul cu partea hardware a unui
microcontroller. Printre facilitățile pe care le oferă limbajul C putem enumera : facilitate pentru
manipularea biților, a câmpurilor de biți, ma nipularea funcțiilor cu pointeri la funcții precum și adresarea
directă a memorie.
2.4 Mediul de dezvoltare Arduino IDE
Arduino este o placa de dezvoltare cu un singur microcontroler ce permite dezvoltarea unor
proiecte multidisciplinare mult mai accesib ile. Hardware -ul constă dintr – o placă hardware open – source
conceputa în jurul unui microcontroler Atmel AVR pe 8 biti, sau un ARM Atmel pe 32 de biți. Software –
ul este constituit dintr -un compilator cu limbaj propriu de programare si un bootloader ce es te executat
pe microcontroler.
Placile Arduino pot fi achizitionate pre -asamblate sau kit -uri „do -it-yourself”. Desemeni pe internet se
gasesc, fiind un proiect open -source, o serie de informatii utile, legate de design -ul hardware ale acestora,
lucru ce p ermite pasionatilor sa isi produca propriile versiuni cat si pentru a asambla manual
componentele necesare [8].
O placa Arduino constă dintr -un microcontroler AVR Atmel, pe 8 – biți si o serie de componente
complementare pentru a facilita programarea și încorp orarea în alte circuite. Un aspect important al
placilor de dezvoltare Arduino este modul standard in care sunt expusi conectorii placii, la vedere, acest
lucru permițând ca placa de dezvoltare să fie conectata la o varietate de module add -on interschimbab ile,
cunoscute sub numele de Arduino Shields (scuturi Arduino).
Unele shield -uri comunica cu placa Arduino direct pe anumiti pini ai acesteia, insa cele mai multe shield –
uri sunt adresabile individual prin Bus -ul serial I²C, care permite ca mai multe shiel d-uri sa fie stivuite
și utilizate în paralel. Placile de dezvoltare oficiale Arduino au folosit chip -uri din seria megaAVR, în
special ATmega8, ATMEGA168, ATmega328, ATmega1280, și ATmega2560. O serie de alte
procesoare au fost folosite de către placile c ompatibile Arduino. Cele mai multe placi includ un regulator
liniar de 5 volți și un oscilator de 16 MHz (cristal de Quartz sau rezonator ceramic, în unele variante),
41
deși unele modele, cum ar fi Lilypad folosesc un oscilator de 8 MHz și nu au regulator li niar de 5V ca
urmare a restricțiilor specifice formei acestora. Microcontroler -ul Arduino este, de asemenea, pre –
programat cu un bootloader care simplifică încărcarea de programe in memoria flash a acestuia,
comparativ cu alte dispozitive, care de obicei a u nevoie de un programator extern.
La un nivel conceptual, toate placile Arduino sunt programate printr -o conexiune serială RS – 232, dar
modul în care aceasta este pusă în aplicare variază în funcție de versiunea hardware. Placile seriale
Arduino conțin u n circuit schimbator de nivel logic, pentru a converti între RS – 232 si nivelul de semnale
TTL (in general chipuri din seria MAX232). Placile Arduino curente sunt programate prin USB,
implementat folosind chip -uri adaptoare USB – serie, cum ar fi FTDI FT2 32. Unele variante, cum ar fi
Arduino Mini și placile neoficiale Boarduino, folosesc o placă detașabila cu adaptor USB -to-serial sau
cablu, Bluetooth sau alte metode [9].
Placile Arduino expun cei mai multi pini I/O ai microcontrolerului pentru a fi utilizati in alte circuite. In
acest moment placile Diecimila, Duemilanove, și Uno oferă 14 pini digitali I/O, dintre care șase pot
produce semnale de puls cu lățime modulata (PWM), și șase intrări analogice. Acesti pini se afla pe
partea superioara a placii Arduino , grupati in 3 mufe mama de 0.1 inch (2,5 mm). Arduino Nano cat si
anumite placi Arduino compatibile pot avea pe partea inferioara a placii pini de tip tata ce permit
conctarea placii pe placi fara lipire tip breadboard.
Există pe piata mai multe tipuri de placi Arduino – compatibile și Arduino – derivate. Unele sunt
funcțional echivalente cu placile Arduino și pot fi folosite alternativ. Multe dintre acestea au la baza
platforma Arduino, cu adaos de drivere de ieșire, de cele mai multe ori pentru a fi util izate în domeniul
educației, la nivelul școlii, sau pentru a simplifica construirea de roboti mici. Altele sunt echivalente
electric, dar schimba factorul de formă, lucru care permite uneori utilizarea în continuare a Shield -urilor,
alteori nu. Unele varia nte folosesc procesoare complet diferite, cu diferite niveluri de compatibilitate.
Pana in prezent au fost produse 16 versiuni hardware oficiale Arduino.
Shields (Scuturi)
Placile Arduino și Arduino – compatibile pot utiliza diferite scuturi (shield) – placi imprimate de extensie
care se conectează la Arduino furnizand astfel posibilitatea extinderii capabilitatilor placii de dezvoltare.
Shieldurile pot permite controlul motoarelor, GPS, ethernet, display -uri LCD, sau breadboarding
(prototipuri).
Mediul de dezvoltare integrat Arduino (IDE) este o aplicație cross -platform scrisă în Java. Acesta este
conceput pentru a introduce in arta programarii nou -veniții nefamiliarizați cu dezvoltarea de software.
Mediul de dezvoltare Arduino include un editor de cod cu o serie de caracteristici, cum ar fi evidențierea
sintaxei, indentarea automata, și este de asemenea, capabil de compilarea și încărcarea programelor in
placa de dezvoltare cu un singur clic. Un program sau cod scris pentru Arduino este numit ”schiță ”
(sketch).
Programele Arduino sunt scrise în C sau C++. Pentru executia ciclica a unui program, utilizatorul nu
trebuie decat sa defineasca doua functii:
42
setup ( ) : o funcție ce ruleaza o singură dată, la începutul unui program, care are rolul de a initializa
setările programului;
loop ( ) : o funcție ce ruleaza în mod repetat până la intreruperea alimentarii placii de dezvoltare;
Primul program scris pentru microcontrolere, este acela de a face un LED sa clipeasca la un anumit
interval de timp (cum este in caz ul diferitelor limbaje de programare pt. PC, programul Hello World!)
Exemplu de program
Un program Arduino tipic pentru un programator începător face ca un LED să se aprindă intermitent.
Acest program este încărcat pe placă, în mod normal, de către producă tor. În mediul de dezvoltare
Arduino, utilizatorul ar trebui să scrie un astfel de program după cum urmează:
void setup() {
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
delay(1000);
}
Multe plăcuțe Arduino conțin un LED, împreună cu un rezistor în serie, între pinul 13 și masă (GND),
ceea ce este un amănunt util pentru multe teste [9].
43
3. Sisteme de comunica ție radio (wireless)
În anii 1950 -1960 cånd au fost modelate pentru prima dată mecanismele canalelor cu fading
(fluctuatii), aceste idei au fost aplicate initial comunicațiilor dincolo de orizont, care cuprind o gama
largă de benzi de frecvență. Pentru comuni cațiile ionosferice se utilizează banda de frecvențe inalte HF
(high frequency) de la 3 -30 Mhz iar pentru imprăștierea troposferică se folosesc benzile 300 -3Ghz UHF
(Ultra High Frequency) respectiv 3 -30 Ghz SHF (Super High Frequency).
Primele modele ne sun t incă destul de utile in caracterizarea efectelor fadingului in sistemele de
comunicații numerice mobile, deși fadingul in sistemele radio mobile este oarecum diferit decåt cel din
canalele troposferice ionosferice. de față se ocupă de fadingul Rayleigh, din banda UHF care afectează
sistemele mobile cum sunt sistemele de comunicatii celulare prezentånd principalele tipuri de fading
degradări.
In studiul sistemelor de comunicații, punctul uzual de pornire, pentru intelegerea relatiilor referitoare la
perfo rmanțele de bază ale acestora il reprezintă canalul clasic cu zgomot gaussian alb aditiv AWGN
(Additive White Gaussian Noise), cu "antioane de zgomot gaussian statistic independente care afectează
epntioanele de date, neafectate de interferenta intersimbol ISI (Inter Symbol Interference), zgomotul
termic din receptor reprezentånd motivul principal al degradării performanțelor. De nenumărate ori insă,
interferența externă receptionată de antenă este mai importantă decåt zgomotul termic. Această
interferentă externă poate fi uneori, caracterizată ca avånd un spectru larg se cuantifică printr -un
parametru numit temperatura antenei. Zgomotul termic are de obicei, o densitate spectrală de putere plată
in banda semnalului o tensiune gaussiană avånd functia densită ții de probabilitate de medie nulă.
Următorul pas in modelarea sistemelor practice este introducerea filtrelor limitatoare de bandă. Filtrul
din transmitător servește de obicei la satisfacerea unor cerințe referitoare la continutul spectral. Filtrul
din re ceptor este deseori folosit ca un "filtru adaptat" la banda semnalului [10].
Din cauza proprietății filtrelor de a limita banda a distorsiona faza, este necesară o proiectare specială a
semnalului tehnici de egalizare pentru a evita ISI introdusă de filtre.
Dacă nu sunt specificate caracteristicile de propagare ale canalului radio, se presupune de obicei că
atenuarea semnalului in functie de distantă are loc ca in cazul propagării printr -un spatiu liber ideal.
Modelul spațiului liber ideal consideră că regiune a dintre antena transmițătoare cea receptoare e liber,
fără obiecte care ar putea să reflecte sau să absoarbă energia de radio frecvență RF (radio frecvență).
44
3.1 Sisteme RF (Radio Frecvență)
Un modul RF (modul de radiofrecvență) este un dispozitiv electronic mic utilizat pentru a
transmite și/sau recepționa semnale radio între două dispozitive. Într -un sistem încorporat, este adesea
de dorit să fie folosita o comunicație wireless cu un alt dis pozitiv. Această comunicație fără fir poate fi
realizată prin comunicații optice sau prin comunicații de frecvență radio (RF). Pentru multe aplicații,
mediul de alegere este RF, deoarece nu necesită o linie de vizibilitate. Comunicațiile RF includ un
trans mițător și un receptor. Acestea sunt de diferite tipuri și game. Unii pot transmite până la 150m.
Modulele RF sunt utilizate pe scară largă în designul electronic datorită dificultății de proiectare a
circuitelor radio. Un bun design radio este complex dat orită sensibilității circuitelor radio și a preciziei
componentelor și a structurilor necesare pentru a obține o operațiune la o anumită frecvență. În plus,
circuitul de comunicații RF fiabil necesită o monitorizare atentă a procesului de fabricație pentru a se
asigura că performanța RF nu este afectată negativ. În cele din urmă, circuitele radio sunt, de regulă,
supuse limitelor emisiilor radiate și necesită testare și certificare de conformitate de către o organizație
de standardizare, cum ar fi ETSI sau Comisia Federală a Comunicațiilo r (FCC). Din aceste motive,
inginerii de proiectare deseori vor proiecta un circuit pentru o aplicație care necesită o comunicație radio
și apoi "arunca" un modul radio pre -făcut, mai degrabă decât încercarea unui design discret, economisind
timp și bani pentru dezvoltare.
Modulele RF sunt utilizate cel mai adesea în produse cu volum mediu și mic pentru aplicații pentru
consumatori, cum ar fi deschizătoare pentru uși de garaj, sisteme de alarmă sau de supravegh ere fără fir,
telecomenzi industriale, aplicații senzor inteligente și sisteme de automatizare fără fir pentru acasă. Ele
sunt uneori folosite pentru a înlocui modelele de comunicații mai vechi cu infraroșu, deoarece acestea au
avantajul de a nu necesita o operare a liniei de vedere.
Mai multe frecvențe purtătoare sunt utilizate în mod frecvent în module RF disponibile în comerț,
inclusiv în benzile de frecvență industriale, științifice și medicale (ISM), cum ar fi 433,92 MHz, 915
MHz și 2400 MHz. Aceste fr ecvențe sunt utilizate din cauza reglementărilor naționale și internaționale
care reglementează utilizarea radioului pentru comunicații. Dispozitivele pe distanțe scurte pot utiliza,
de asemenea, frecvențe disponibile pentru o utilizare nelicențiată, cum a r fi 315 MHz și 868 MHz.
Modulele RF pot respecta un protocol definit pentru comunicații RF, cum ar fi Zigbee, Bluetooth low
energy sau Wi -Fi, sau pot implementa un protocol proprietate [11].
Tipuri de module RF
Termenul de modul RF poate fi aplicat mai multor tipuri, forme și dimensiuni ale plăcii electronice de
ansamblu. Se poate aplica, de asemenea, modulelor într -o variantă enormă de funcționalitate și
capacitate. Modulele RF includ de obicei o placă de circuite imprimate, un circuit de transmisie sau
recep ție, o antenă și o interfață serială pentru a comunica procesorului.
Cele mai multe tipuri standard și bine cunoscute sunt acoperite aici:
45
• Modul transmițător
• Modul receptor
• Modul transceiver
• Sistemul de pe un modul de cip
Module pentru transmițătoare
Un modul de transmițător RF este un subansamblu mic de PCB capabil să transmită unde radio și să
moduleze acea undă radio pentru a transporta date. Modulele de transmisie sunt de obicei implementate
alături de un microcontroler care va furniza date modulului care poate fi transmis. Transmițătoarele RF
sunt, de obicei, supuse cerințelor de reglementare care dictează puterea maximă admisă a
transmițătorului, armonicile și cerințele de margine a benzii.
Module receptor
Un modul receptor RF recepționează semnalul RF modulat și îl demodulează. Există două tipuri de
module de recepție RF: receptoare superheterodyne și receptoare super -regenerative. Modulele super –
regenerative sunt, de obicei, modele cu costuri reduse și cu putere redusă, care utilizează o serie de
amplificatoare pentru a extrage date modulate dintr -un val purtător. Modulele super -regenerative sunt în
general imprecise deoarece frecvența lor de funcționare variază considerabil cu temperatura și tensiunea
de alimentare. Receptoarele superheterodyne au un avantaj de performanță față de super -regenerativ; ele
oferă o precizie crescută și stabilitate pe o tensiune mare și intervalul de temperatură. Această stabilitate
provine de la un design de cristal fix, care în trecut a avut tendința de a însemna un pr odus relativ mai
scump. Cu toate acestea, progresele în design -ul cipului receptorului înseamnă că în momentul de față
există o diferență mică de preț între modulele superheterodyne și super -regenerative.
Module transceiver
Un modul transmițător RF încorp orează atât un transmițător cât și un receptor. Circuitul este proiectat în
mod obișnuit pentru funcționarea semipuplexă, deși sunt disponibile module full -duplex, de obicei la un
cost mai mare datorită complexității adăugate [11].
Sistem pe un modul de chip (S oC)
Un modul SoC este același ca un modul transmițător, dar este adesea realizat cu un microcontroler de la
bord. Microcontrolerul este utilizat în mod obișnuit pentru gestionarea pachetului de date radio sau pentru
gestionarea unui protocol, cum ar fi un modul compatibil IEEE 802.15.4. Acest tip de modul este utilizat
în mod obișnuit pentru modele care necesită procesare suplimentară pentru respectarea unui protocol
atunci când proiectantul nu dorește să integreze această procesare în microcontrolerul gaz dă.
46
3.2 Protocoale de comunica ții radio
3.2.1 Comunica ție GSM
Global System for Mobile Communications (Sistem Global pentru Comunicații Mobile), prescurtat
GSM, este standardul de telefonie mobilă (celulară) cel mai răspândit din lume, precum și numele rețelei
de telefonie respective. Atributul „mobil” al multor aparate și dispozitive actuale se referă în primul rând
la conectivitatea lor (fără fir, prin semnale radio) la sistemul GSM, practic din orice punct de pe glob
unde există oameni. Din aceasta re zultă și mobilitatea utilizatorului.
Promotorul acestui standard, GSM Association, a estimat în anul 2007 că 82 % din piața mondială de
comunicații mobile folosește acest standard. Mai este cunoscut și sub denumirea de 2G (generația a 2 –
a). NMT aparține de 1G, iar UMTS și standardele similare aparțin de 3G. GSM 2G a apărut pe piață la
începutul anilor 1990, luând un mare avânt la sfârșitul deceniului. Este sistemul dominant în Europa.
La ora actuală (2012) la rețeaua GSM se pot conecta cu ajutorul unei mini cartele de tip SIM nu numai
telefoanele mobile, aici în special cele de tip smartphone, dar și diverse calculatoare de ex. iPad -uri, alte
calculatoare portabile, modemuri UMTS/LTE înglobate în diverse aparate ș.a.
Prin contrast, există și sisteme de telefo nie fără fir care nu se numesc „mobile”, deși și ele funcționează
când utilizatorul se deplasează:
• sisteme DECT – pentru distanțe mici de până la cca 30 m, în locuință sau la locul de muncă,
• sisteme bazate pe benzi speciale radio, v. Radio CB,
• sisteme inst alate de ex. pe avioane și vapoare care pentru radiotelefonie folosesc sateliți de
telecomunicații
• sisteme speciale militare și de poliție.
Sistem celular
Sistemul GSM este un sistem numit „celular”. Deoarece telefoanele portabile atașabile la GSM (așa –
numitele telefoane mobile sau celulare) trebuie să fie ușoare și trebuie deci și să aibă acumulatori cât mai
ușori, ele au și o putere de emisie radio limitată la circa 4 – 6 km. Drept consecință, releele GSM, numite
și „stații de bază”, care au antenele în p oziții fixe pe stâlpi la sol sau pe clădiri mai înalte, trebuie să fie
numeroase, împânzind astfel mari suprafețe, de ordinul unor întregi zone metropolitane și chiar și mai
mari, tinzând cu timpul spre acoperirea completă a țărilor [12].
Zonele globului în car e în general rețeaua GSM nu pătrunde sunt:
• mari zone nelocuite, de ex.: deșerturi, munți înalți, zonele polare, lacuri mari, mări și oceane
47
• zonele subterane (tuneluri, mine, stațiuni de cercetări situate la adâncime) precum și zonele
subacvatice și submari ne
• spațiul aerian cu altitudine de peste 4 – 6 km (avioanele de pasageri ajung și la înălțimi de 10 –
11 km)
• unele zone și țări subdezvoltate
Fiecare releu GSM deservește doar o mică suprafață, mai mult sau mai puțin rotundă și cu diametrul de
cca 8 – 10 km, numită „celulă”. Dacă posesorul telefonului mobil se deplasează (de ex. călătorește cu
mașina), sistemul îl „pasează” de la un releu la altul, urmărindu -l peste tot unde se află. Dacă la trecerea
în altă celulă (teritorială) posesorul tocmai vorbește la telefon, convorbirea sa nu este întreruptă și nici
măcar deranjată.
Securitatea transmisiei
Sistemul GSM, bazându -se pe transmisii radio, prezintă în principiu riscul captării ilegale a convorbirilor
telefonice. El prevede însă ca semnalul sonor, înainte de a fi transmis, să fie digitalizat și criptat,
dispunând astfel de o securitate de transmisie ridicată [12].
Benzi de frecvențe
La ora actuală (2012) există pe glob 14 domenii de frecvențe pentru GSM, toate situate în câte una din
următoarele benzi: 400 MHz, 700 MHz, 850 MHz, 900 MHz, 1.800 MHz și 1.900 MHz. Unele domenii
se folosesc numai pe anumite continente. Frecvențele cu care transmit telefoanele mobile în cadrul unei
legături cu releul antenă (legături numite „uplink”) se deosebesc de frecvențele folosi te de relee în
direcția inversă („downlink”).
3.2.2 Comunica ție Wi -Fi
Wi-Fi este numele comercial pentru tehnologiile construite 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 ale 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, console de jocuri și cele mai avansate
televizoare.
Standardul IEEE 802.11 descrie protocoale de comunicație aflate la nivelul gazdă -rețea al Modelului
TCP/IP, respectiv la nivelurile fizic și legătură de date ale Modelului O SI. Aceasta înseamnă că
implementările IEEE 802.11 trebuie să primească pachete de la protocoalele de la nivelul rețea (IP) și să
se ocupe cu transmiterea lor, evitând eventualele coliziuni cu alte stații care doresc să transmită.
802.11 face parte dintr -o familie de standarde pentru comunicațiile în rețele locale, elaborate de IEEE, și
din care mai fac parte standarde pentru alte feluri de rețele, inclusiv standardul 802.3, pentru Ethernet.
48
Cum Ethernet era din ce în ce mai popular la jumătatea anilor 1990 , s-au depus eforturi ca noul standard
să fie compatibil cu acesta, din punctul de vedere al transmiterii pachetelor.
Standardul a fost elaborat de IEEE în anii 1990, prima versiune a lui fiind definitivată în 1997. Acea
versiune nu mai este folosită de im plementatori, versiunile mai noi și îmbunătățite 802.11a/b/g fiind
publicate între 1999 și 2001. Din 2004 se lucrează la o nouă versiune, intitulată 802.11n și care, deși nu
a fost definitivată, este deja implementată de unii furnizori de echipamente.
Din punct de vedere al securității, IEEE și Wi -Fi Alliance recomandă utilizarea standardului de securitate
802.11i, respectiv a schemei WPA2. Alte tehnici simple de control al accesului la o rețea 802.11 sunt
considerate nesigure, cum este și schema WEP, depen dentă de un algoritm de criptare simetrică, RC4,
nesigur [13].
Limitările standardului provin din mediul fără fir folosit, care face ca rețelele IEEE 802.11 să fie mai
lente decât cele cablate, de exemplu Ethernet, dar și din folosirea benzii de frecvență de 2, 4 GHz,
împărțită în 12 canale care se suprapun parțial două câte două. Limitările date de consumul mare de
energie, precum și de reglementările privind puterea electromagnetică emisă, nu permit arii de acoperire
mai mari de câteva sute de metri, mobilitate a în cadrul acestor rețele fiind restrânsă. Cu toate acestea au
apărut și unele tehnologii care permit legături fără fir bazate pe standardul 802.11 între două puncte fixe
aflate la distanțe de ordinul sutelor de kilometri.
3.2.3 Comunica ție Bluetooth
Bluetooth este un set de specificații (un standard) pentru o rețea personală (engleză: personal area
network, PAN) fără fir (wireless), bazată pe unde radio. Tehnologia Bluetooth a fost creata in 1994.
Specificația Bluetooth a fost formulată pentru prima dat ă de Sven Mattisson și Jaap Haartsen, muncitori
în orașul Lund, Suedia, la divizia de telefonie mobilă a companiei Ericsson. La 20 mai 1998 a fost fondată
gruparea Bluetooth Special Interest Group (SIG), care azi are rolul de a vinde firmelor tehnologia
Bluetooth și de a urmări evoluția acestei tehnologii. Printr -o rețea Bluetooth se poate face schimb de
informații între diverse aparate precum telefoane mobile, laptop -uri, calculatoare personale, imprimante,
camere foto și video digitale sau console video p rintr-o unde radio criptate (sigure) și de rază mică,
desigur numai dacă aparatele respective sunt înzestrate și cu Bluetooth. Aparatele care dispun de
Bluetooth comunică între ele atunci când se află în aceeași rază de acțiune. Ele folosesc un sistem de
comunicații radio, așa că nu este nevoie să fie poziționate față în față pentru a transmite; dacă transmisia
este suficient de puternică, ele pot fi chiar și în camere diferite [14].
Bluetooth funcționează la frecvențe cuprinse între 2402 și 2480 MHz sau 2400 și 2483,5 MHz, inclusiv
benzile de gardă de 2 MHz la capătul inferior și lățimea de 3,5 MHz în partea superioară. Aceasta se află
în banda de frecvențe radio cu frecvență scurtă de 2,4 GHz, fără licență globală (dar nu nereglementată)
industrială, științific ă și medicală (ISM). Bluetooth utilizează o tehnologie radio numită spectru extins
de propagare a frecvenței. Bluetooth divizează datele transmise în pachete și transmite fiecare pachet pe
49
unul din cele 79 de canale Bluetooth desemnate. Fiecare canal are o lățime de bandă de 1 MHz. De
obicei, efectuează 800 de hopuri pe secundă, cu activarea adaptivă a frecvenței (AFH). Bluetooth low
energyutilizează o distanță de 2 MHz, care găzduiește 40 de canale.
Inițial, modularea Gaussiană de schimbare a frecvenței (G FSK) a fost singura schemă de modulație
disponibilă. De la introducerea tehnologiilor Bluetooth 2.0 + EDR, pot fi utilizate și modulații 8 / DPSK
(diferențierea în faza de schimbare a fazelor cu cadran) și 8DPSK între dispozitive compatibile. Se spune
că dispozitivele care funcționează cu GFSK funcționează în modul de rată de bază (BR), unde este
posibilă o rată instantanee de 1 Mbit/s . Termenul Enhanced Data Rate (EDR) este folosit pentru a descrie
schemele π/4 -DPSK și 8DPSK, fiecare furnizând câte 2 și r espectiv 3 Mbit/s. Combinația dintre aceste
moduri (BR și EDR) în tehnologia radio Bluetooth este clasificată ca un "radio BR / EDR".
Bluetooth este un protocol bazat pe pachete, cu o arhitectură master/slave. Un maestru poate comunica
cu până la șapte scl avi într -un piconet. Toate dispozitivele partajează ceasul comandantului. Schimbul
de pachete se bazează pe ceasul de bază, definit de comandant, care bate la intervale de 312,5 μs. Două
căști de ceas formează un slot de 625 μs, iar două sloturi reprezintă o pereche de sloturi de 1250 μs. În
cazul simplu al pachetelor cu un singur slot, comandantul transmite în sloturi uniforme și primește în
sloturi impare. Sclavul, dimpotrivă, primește în sloturi uniforme și transmite în sloturi impare. Pachetele
pot fi d e 1, 3 sau 5 sloturi lungi, dar în toate cazurile transmisia comandantului începe în sloturi uniforme,
iar sclavul este în sloturi impare.
Comunicare și conexiune
Un dispozitiv BR / EDR master poate comunica cu maxim șapte dispozitive într -o rețea piconet (o rețea
de calculatoare ad -hoc care utilizează tehnologia Bluetooth), deși nu toate dispozitivele ating acest
maxim. Dispozitivele pot schimba rolurile, de comun acord, iar sclavul poate deveni maestru (de
exemplu, un set cu cască care inițiază o conexiu ne la un telefon începe în mod necesar ca inițiator al
conexiunii – dar poate funcționa ulterior ca slave) . Specificația principală Bluetooth prevede conectarea
a două sau mai multe picone pentru a forma un scatternet, în care anumite dispozitive joacă sim ultan
rolul principal într -un piconet și rolul de sclav în altul. În orice moment, datele pot fi transferate între
master și un alt dispozitiv (cu excepția modului difuzat puțin). Comandantul alege care dispozitiv slave
să se adreseze; în mod obișnuit, com ută rapid de la un dispozitiv la altul într -o manieră rotundă. Din
moment ce stăpânul alege acel sclav care trebuie să se adreseze, în timp ce un sclav (teoretic) trebuie să
asculte în fiecare slot primit, fiind un maestru este o povară mai ușoară decât a fi un sclav. Fiind stăpânul
a șapte sclavi este posibil; fiind sclav mai mult de un maestru este posibil. Specificația este vagă cu
privire la comportamentul necesar în scatterneturi [15].
50
3.3 Module GSM
GSM este un modem de comunicații mobile si se traduce ca sistem global pentru comunicații
mobile (GSM). Ideea GSM a fost dezvoltată la Bell Laboratories în 1970. Sistemul de comunicații mobile
este utilizat pe scară largă in lume. GSM este o tehnologie celulară deschisă și digitală utilizată pentru
transmiter ea serviciilor de voce și date mobile care funcționează la benzile de frecvențe 850MHz,
900MHz, 1800MHz și 1900MHz. Sistemul GSM a fost dezvoltat ca un sistem digital care utilizează
tehnica TDMA pentru scopuri de comunicare. Un GSM digitalizează și reduce datele, apoi îl trimite
printr -un canal cu două fluxuri diferite de date client, fiecare în slotul propriu de timp. Sistemul digital
are capacitatea de a transporta rate de date de la 64 kbps la 120 Mbps.
Modemul GSM
Există cinci dimensiuni de celule dife rite într -o rețea de rețele GSM, celule micro, pico și umbrelă. Aria
de acoperire a fiecărei celule variază în funcție de mediul de implementare.
Time Division Multiple Access
Tehnica TDMA se bazează pe alocarea diferitelor intervale de timp fiecărui utili zator pe aceeași
frecvență. Se poate adapta cu ușurință la transmisia de date și comunicațiile vocale și poate transporta
pachete cu o viteza de transfer de date de la 64kbps la 120Mbps [16].
Arhitectura GSM. O rețea GSM constă din următoarele componente:
• stație mobilă: este un telefon mobil care este format din transmițător, display și procesor și este
controlat de o cartelă SIM care operează în rețea.
• Subsistemul stației de bază: acționează ca o interfață între stația mobilă și subsistemul de rețea.
Se co mpune din stația de bază de emisie -recepție care conține transceiverele radio și se ocupă de
protocoalele de comunicare cu telefoanele mobile. Acesta constă, de asemenea, in controlerul
stației de bază care controlează stația de bază de transmițător și acț ionează ca o interfață între
stația mobilă și centrul de comutare mobil.
• Subsistemul de rețea: furnizează conexiunea de rețea de bază către stațiile mobile. Partea de bază
a subsistemului de rețea este centrul de comutare a serviciilor mobile care oferă ac ces la diferite
rețele, cum ar fi ISDN, PSTN etc. Este alcătuit, de asemenea, din registrul de localizare la
domiciliu și din Registrul de localizare a vizitatorilor, care oferă capabilitățile de roaming de date
și roaming ale apelurilor GSM. Acesta conțin e, de asemenea, registrul de identificare a
echipamentelor care ține cont de toate echipamentele mobile în care fiecare mobil este identificat
prin propriul număr IMEI. IMEI reprezintă identitatea internațională a echipamentului mobil.
Caracteristicile mod ulului GSM:
• Eficiența sporită a spectrului
• Roaming internațional
• Compatibilitatea cu rețeaua digitală integrată a serviciilor (ISDN)
51
• Sprijin pentru noi servicii
• Gestionarea agendei SIM
• Numere de apelare fixă (FDN)
• Ora cu ceas real cu gestionarea alarmei
• Discurs de înaltă calitate
• Utilizează criptarea pentru a face apelurile telefonice mai sigure
• Serviciu de mesaje scurte (SMS)
Strategiile de securitate standardizate pentru sistemul GSM îl fac cel mai sigur standard de
telecomunicații accesibil în prezent. Deși confidențialitatea apelului și secretul abonatului GSM este
asigurată doar pe canalul radio, acesta este un pas important în realizarea securității de la capăt la celălalt.
Modemul GSM
Un modem GSM este un dispozitiv care poate fi fie un telefon mobi l, fie un dispozitiv modem care poate
fi utilizat pentru a comunica cu un computer sau orice alt procesor printr -o rețea. Un modem GSM
necesită utilizarea unei cartele SIM și operează pe o gamă de rețele subscrise de operatorul rețelei. Acesta
poate fi con ectat la un computer prin conexiune serial, USB sau Bluetooth. Un modem GSM poate fi, de
asemenea, un telefon mobil standard GSM cu driverul corespunzător pentru cablu și software pentru a
vă conecta la un port serial sau la un port USB de pe computer. Mod emul GSM este de obicei preferat
in favoarea unui telefon mobil GSM. Modemul GSM are o gamă largă de aplicații în terminalele de
tranzacție, gestionarea lanțului de aprovizionare, aplicațiile de securitate, stațiile meteorologice și logarea
datelor de la d istanță în mod GPRS [16].
Dispozitiv GSM inteligent pentru automatizare și securitate
În aceste zile, terminalul GSM mobil a devenit unul dintre elementele care sunt în permanență cu noi. La
fel ca portofelul, cheile sau ceasul, terminalul mobil GSM ne oferă un canal de comunicare care ne
permite să comunicăm cu lumea. Cerința unei persoane de a fi accesibilă sau de a apela oricine în orice
moment este foarte atrăgătoare. Proiectul se bazează pe tehnologia rețelei GSM pentru transmiterea de
mesaje SMS de la expe ditor la receptor. Expedierea și recepționarea SMS -urilor este utilizată pentru
accesul omniprezent al aparatelor și permite controlul intruziunilor. Sistemul propune două subsisteme.
Aparatul de control al subsistemului permite utilizatorului să controlez e de la distanță aparatele de uz
casnic, iar subsistemul de alertă de securitate oferă monitorizarea automată a securității. Sistemul este
suficient de capabil pentru a instrui utilizatorul prin SMS de la un număr specific de celule pentru a
schimba starea aparatului de acasă în funcție de nevoile și cerințele utilizatorului. Cel de -al doilea aspect
este cel al alertei de securitate care se realizează astfel încât, în detectarea intruziunii, sistemul permite
generarea automată a SMS -urilor alergând astfel u tilizatorul împotriva riscului de Securitate [17]. GSM
va permite comunicarea oriunde, oricând și cu oricine. Arhitectura funcțională a rețelei GSM care
utilizează principiile rețelelor inteligente și ideologia sa, care asigură dezvoltarea GSM -ului, este primul
pas spre un adevărat sistem de comunicare personală, suficient de standardizat pentru a asigura
compatibilitatea.
52
53
4. Obiective Hardware
4.1 Componente Hardware
Figura 4.1 Schema Bloc sistem de alarmă
Sistemul de alarmă pentru autovehicul a fost realizat în principal în jurul unui microcontroller
Atmega328 produs de ATMEL, acesta are un procesor pe 8 biți cu arhitectură RISC, memorie FLASH
de 32kByte, memorie RAM de 2kByte, memorie EEPROM de 1kByte, comunicație UART/SPI/I2C și
un convertor analog -digital pe 1 0 biți.
Figura 4.2 Microcontroler ATMEL ATmega328
54
Conexiunea cu PC -ul se realizează prin intermediul unui convertor de comunicație USB -UART, acesta
permite atât transmiterea de mesaje și comenzi pe UART dar și programarea microcontrolerului utilizând
software -ul gratuit furnizat de Arduino. Microcontrolerul ATmega328 utilizat este prevăzut cu un
bootloader special ce permite programarea prin interfața UART (pinii RX și TX notați în schema), acest
bootloader este scris în memoria microcontrolerului o si ngură dată utilizând modul SPI de programare.
Alimentarea părții logice a sistemului (microcontroler, senzori, relee, modul GSM) se face din tensiunea
de alimentare de 5V provenită de la regulatorul de tensiune (LM7805) sau de la portul USB.
Figura 4.3 Regulator de tensiune LM7805
Convertorul USB -Serial (CH340) trimite un semnal de RESET către microcontroler atunci când începe
secvența de programare, astfel pentru o perioadă foarte scurtă rulează bootloaderul și încarcă programul
din mediul Arduino în me moria FLASH a microcontrolerului. Semnalul de RESET se transmite prin
intermediul unui condensator cu rol de decuplare în curent continuu deoarece ne interesează doar
fronturile semnalului de RESET, astfel s -a utilizat C1 de 220nF.
Figura 4.4 Convertor U SB-UART CH340
Pentru generarea semnalului de ceas am folosit un cristal de quartz de 16MHz conectat la microcontroler
prin intermediul a doi pini dedicați pentru oscilatorul extern, condensatoarele C8 și C9 sunt specifici
oscilatorului de tip Pierce și au o valoare apropiată de capacitatea interna a cristalului de quartz.
Rezistorul R4 are rolul de a dezactiva starea de reset a microcontrolerul prin aplicarea valorii de 1 logic
pe portul de “Reset”, valoarea de 10 kohmi a acestuia este recomandată de produ cător. Pentru a
suplimenta filtrarea tensiunii de alimentare și a elimina eventualele componente parazite ce pot apărea
din cauza firelor lungi am folosit două condensatoare de filtrraj:C10 și C11 de tipul ceramic cu valoarea
de 100nF, aceștia s -au montat aproape de pinii de alimentare a microcontrolerului respectiv a
regulatorului de tensiune pentru rejectia zgomotelor de frecvență înaltă. Prezența tensiunii de 5V de
55
alimentare este semnalată prin intermediul LED -ului D1, rezistorul R1 are rolul de a limit a curentul prin
acesta la circa 5mA. Deoarece modulul GSM prezintă un consum ridicat de curent (vârfuri de până la
2A) a fost necesar un condensator care să înmagazineze o sarcină mare care să fie livrată în acele
momente de vârf (emisia GSM). Astfel a fo st prevăzut un condensator C12 de tipul electrolitic de
2200uF/6.3V montat aproape de alimentarea modulului GSM.
Pentru comunicația GSM s -a utilizat un modul de tip M590E, acesta este produs de NeoWay (China) și
este specializat pentru comunicații GSM/GP RS. Comunicația dintre modulul GSM și microcontroler se
face utilizând o interfață UART, deoarece microcontrolerul dispune de un singur UART a fost creată
software un alt port de comunicație UART.
Figura 4.5 Modul GSM Neoway M590E
Modulul M590E este alim entat de la tensiunea de 5V a sistemului însă are montată o dioda serie pentru
a reduce tensiunea de alimentare la circa 4.2V, în plus este prevăzut cu un regulator intern ce generează
tensiunea de funcționare de 3.3V. Modulul M590E are toate componentele necesare funcționării, este
inclusă o antenă pentru bandă de 900MHz și un led ce semnalizează starea conexiunii. Pentru conversia
nivelului logic de la microcontroler (care funcționează la 5V) către modulul GSM (care intern
funcționează la 3.3V) a fost pre văzut câte un circuit simplu pentru fiecare din cele două directii de
comunicație (RX și TX). Astfel grupul R7 și R9 formează un divizor rezistiv ce reduse tensiunea până
la nivelul de 3.3V necesar modului GSM iar dioda D4 și rezistorul R8 ridică nivelul logic până la valorea
de 5V necesară microcontrolerului. Pentru pornirea modului GSM este necesar aplicarea unui nivel logic
0 pe pinul BOOT, astfel am prevăzut tranzistorul Q2, acesta preia un semnal logic de la microcontroler
prin intermediul rezistorulu i R6 (cu rol de limitare a curentului de bază) și transmite semnalul de pornire
a modului GSM pe pinul BOOT al acestuia.
56
Figura 4.6 Senzor vibratii
Se utilizează senzori analogici pentru proximitate și vibrații. Semnalul de ieșire de la aceștia este citi t de
microcontroler prin intermediul convertorului analog -digital integrat în ATmega328. Controlul
alimentării la 12V a pompei de alimentare cu benzină se realizează printr -un grup de comandă de putere
format dintr -un releu de putere și un tranzistor care comandă bobina releului. Tranzistorul Q1 comandă
direct bobina releului, rezistorul R5 are rolul de a limita curentul prin bază tranzistorului la circa 0.5mA.
Dioda D2 protejează tranzistorul împotriva tensiunii inverse ce apare la bornele bobinei releului atunci
când acesta trece în starea de blocat.
Figura 4.7 Releu electromecanic
57
4.2 Schema electronic ă
Figura 4. 8 Schema electroni că
58
4.3 Platforma finală
Dezvoltarea și testarea schemei electrice au fost realizate utilizând o placă pentru prototipuri de
tip breadboard, aceasta permite testarea funcțională a schemei fără a efectuă lipituri permanente asupra
componentelor. Programul software a fost realizat u tilizând placa de dezvoltare Arduino Uno, librăriile
și programele furnizate de producătorii Arduino. După testarea software -ului pe modulul Arduino s -a
trecut la realizarea cablajului final pentru proiect. Pentru a putea lucra ușor în regim de amator, am utilizat
un cablaj de test găurit cu pas de 0.254mm, astfel majoritatea componentelor electronice THT se
potrivesc direct în găurile existențe pe cablaj. Acest tip de cablaj permite și utilizarea de componente
SMD prin lipirea acestora între insulele de cu pru de pe cablajul de test.
Figura 4.9 Cablaj de test
Lipirea pieselor pe cablaj s -a realizat folosind o stație termostata de lipit, fludor Sn60Pb40 (staniu
60%, plumb 40% ), flux de lipit cu colofoniu, sârmă de cupru 0.2mm pentru trasee, cabluri litate izolate
de 0.5mm.
Figura 4.10 Stație de lipit cu letcon
Am utilizat componentele electronice atât în capsule SMD cât și capsule THT, pentru economie
de spațiu am folosit capsule SMD doar pentru unele componentele pasive iar pentru anumite trasee au
fost utilizate fire izolate pentru a evita intersecția dintre ele.
59
5. Obiective Software
5.1 Diagrama functional ă software
Figura 5.1 Captură Pseudocod
60
5.2 Descrierea unor funcții principale
Funcția setup(), una din functille principale ale sistemului este responsabilă cu menținerea pompei
de alimentare cu carburant conectată (funcțională), stabilește tipul de comunicație cu PCul, execută
comanda de înregistrare în rețea împreună cu setările inițiale ale modulului GSM și în final trimite un
mesaj SMS cu starea inițială a siste mului către numărul de telefon conectat la sistem. Proprietățile
funcției structurate:
• ține pompa de carburant conectată
• setare tip comunicație cu PC
• inițializează comunicația GSM
• executare comandă pentru înregistrare în rețea
• setare modului GSM
• stabilește modul de trimitere text
• așteaptă până primește confirmarea înregistrării în rețea a modulului GSM
• trimite mesaj cu starea inițială inactiva a sistemului
Funcția loop( ), funcție ce rulează în mod repetitiv (de tip buclă, după cum a fost și denumită) are ca
scop stabilirea stării sistemului printr -o verificare constanta a acestuia la un interval prestabilit de 2
secunde. Dacă se înregistrează schimbării ale stării sistem ului (alarma activată / dezactivată / declanșată)
o notificare SMS va fi trimisă în mod automat numărului configurat în sistemul de alarmă. Proprietățile
funcții structurate în mod cronologic:
• se identifică starea sistemului de alarmă (activată / dezactiv ată)
• dacă alarmă este activă, sunt ascultați senzorii
• în cazul în care senzorii detectează schimbări în habitaclu, pompa de alimentare carburant este
decuplată iar un mesaj text SMS este trimis pe numărul înregistrat în sistem
• dacă alarma este inactivă, pompa rămâne în continuare activă
• în cazul în care modulul GSM primește comanda de schimbare a stării
• se stabilește starea actuală a sistemului (activată / dezactivată)
• trimite mesaj text SMS de notificare cu starea sistemului după schimbare
• procesul se repet ă
61
5.3 Ilustrarea funcțională a sistemului
5.3.1 Sistemul de alarm ă – Poze
Figura 5.2 Sistem de alarmă nealimentat, convertor USB -UART lipsă
62
Figura 5.3 Sistem de alarmă alimentat, activ, cu convertorul USB -UART atașat
63
Figura 5.4 Captură lipituri spate cablaj de test
64
5.3.2 Mod funcționare sistem
Etapele cronologice ale funcționării sistemului de alarmă pentru autovehicul
• Sistemul este pornit
• Se trimite în mod automat un mesaj SMS proprietarului cu starea inițială a sistemului (Sistem
Inactiv)
• În acest moment se așteaptă schimbarea stării sistemului prin mesajul de activare / dezactivare a
alarmei
• Proprietarul trimite mesaj SMS de activare a sistemului (Activare sistem)
• Alarma este activată iar un mesaj SMS cu starea sistemu l este trimis (Alarmă activată)
• În momentul activării alarmei, senzorii sunt activați automat
• Dacă senzorii detectează schimbări în habitaclu, alarma este declanșată iar alimentarea cu
carburant este întreruptă cu ajutorul releului electromecanic atunci când trece în starea de blocat.
Mesaj SMS este trimis către proprietar (Alarmă declanșată). Mesajul este trimis în mod repetitiv
pentru a alerta proprietarul
• Pentru a dezactiva alarma, proprietarul trebuie să trimită mesaj SMS (Dezactivare sistem)
• Alarma este dezactivată, practic revine la starea inițială de sistem inactiv și astea noi schimbări
ale stării
Figura 5.5 Captură ecran telefon mobil cu istoricul SMS al unei simulări de funcționare ale sistemului
de alarmă
65
Bibli ografie
[1] Sunil Kumar , “Intelligent Security System for Industries by using GPS and GSM”,
http://www.ijarcst.com/doc/vol2 -issue1/nandeesh.pdf
[2] “Official website of Viper alarms with product details ” https://www.viper.com/car/keylessentry/
[3] M. Sunitha, "Embedded Car Security System" , https://www.ijedr.org/papers/IJEDR1401054.pdf,
[4] Article review for Alarm Viper SmartStart VSS5X10
http://www.soundiegoonline.com/Everything+You+Need+to+Know+About+the+Viper+SmartStart+V
SS5X10+Car+Alar m+System
[5] Complete Datasheet, ATMEL ATmega328/P,
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel -42735 -8-bit-AVR -Microcontroller –
ATmega328 -328P_Datasheet.pdf
[6] Altaf Hussain, "Programming a Microcontroller" ,
https://www.researchgate.net/publication/311669390_Programming_a_Microcontroller
[7] Leo Louis, "Working principle of arduino and using it as a tool for study and research" ,
http://airccse.com/ijcacs/papers/1216ijcacs03.pdf
[8] Ardui no, https:// en.wikipedia.org/wiki/Arduino
[9] Article by James Provost, “Why the arduino won and why it`s here to stay ”,
https://makezine.com/2011/02/10/why -the-arduino -won-and-why-its-here-to-stay/
[10] “Sisteme de comunicatii radio mobile ”, https://de .scribd.com/document/59722153/Sisteme -de-
Comunicatii -Radio -Mobile
[11] M. Keskilammi, "Radio Frequency Technolo gy for Automated Manufacturing and Logistics
Control" , https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs00170 -002-1392 -1.pdf
[12] Audrey Selian, “From GSM to IMT -2000 – a comparative analysis ”,
https://www.itu.int/osg/spu/ni/3G/casestudies/GSM -FINAL.pdf
[13] Adel Ismail Al-Alawi, "WiFi Technology: Future Market Challenges and Opportunities" ,
https://www.researchgate.net/publication/26408209_WiFi_Technology_Future_Market_Challenges_an
d_Opportunities
[14] Topology Options, Bluetooth – Offic ial Website, https://www.bluetooth.com/bluetooth –
technology/topology -options
[15] Radio versions , Bluetooth – Official Website, https://www.bluetooth.com/bluetooth –
technology/rad io-versions
66
[16] Article by Tarun Agarwal, "GSM – Architecture, Features & Working" ,
https: //www.elprocus.com/gsm -architecture -features -working/
[17] Arslan Haider, "A Smart Wireless Car Ignition System for Vehicle Security" ,
https://www.omicsonline.org/open -access/a -smart -wireless -car-ignition -system -for-vehicle -security –
2167 -7670 -1000169.php?aid=93410
67
Concluzii
În această zi și aceste timpuri, luând toate măsurile de precauție pentru a vă proteja vehiculul și
proprietatea, este o m ăsură prudentă. Infracțiunea poate afecta pe oricine atunci când vă așteptați cel mai
puțin. O alarmă de mașină este un dispozitiv simplu care trimite un mesaj potențialului hoț că există o
mare probabilitate ca cineva să fie avertizat dacă încearcă să com ită infracțiunea. În cazul protejării
obiectelor de valoare personale, o alarmă automată este o măsură eficientă din punct de vedere al
costurilor pentru a vă proteja proprietatea. Hoții, prin însăși natura lor, vor alege mereu o țintă mai ușoară.
Actul de instalare a unei alarme sporește probabilitatea ca vehiculul dumneavoastră să nu fie ales dacă
există alte alternative mai ușoare. Una dintre cele mai mari costuri datorate unui vehicul este factura
anuală de asigurare. Când se face alegerea unui furnizor de asigurări, majoritatea oamenilor vor selecta
compania care oferă cea mai bună acoperire pentru cel mai bun preț. Primele de asigurare sunt în general
adaptate pentru a se potrivi modelului și modelului vehiculului. Dacă deții un vehicul care a fost echipat
din fabricație fie cu o alarmă, fie cu un imobilizator, atunci furnizorul de asigurare de obicei influențează
aceste considerații atunci când vă fixează prima. Dacă totuși dețineți un vehicul mai vechi, este posibil
ca furnizorul de as igurări să nu fi luat în considerare alarma. Instalarea unei alarme sau a unui
imobilizator poate duce la o reducere a primei dvs. de asigurare. Cu costul alarmei de mașină disponibilă
în prezent pentru fiecare șofer, costul instalării este mai mult decât compensat de reducerea costurilor de
asigurare pe durata de viață a vehiculului. În situația nefericită în care vehiculul dvs. este furat, instalarea
unei alarme auto cu un dispozitiv de urmărire poate duce la recuperarea rapidă a vehiculului. Multe
alarme avansate au funcții de urmărire pe care hoțul nu le cunoaște. Transmițătorul amplasat în carcasa
de alarmă emite un semnal care poate fi urmărit prin software specializat. Capacitatea GPS este adesea
o parte integrantă a acestui proces. Funcționarii respo nsabili cu aplicarea legii sunt în măsură să
localizeze rapid poziția vehiculului pentru recuperarea rapidă. Această funcționalitate este o idee bună
atât pentru vehiculele personale, cât și pentru cele corporate. În cazul alarmei auto avansate, alarma est e
adesea conectată la utilizatorul final printr -o interfață a telefonului mobil. Această funcționalitate permite
proprietarului mașinii să exercite un anumit grad de control asupra vehiculului de la distanță. În cazul în
care mașina este furată, proprietar ul masinii poate imobiliza vehiculul prin trimiterea unui semnal de stop
catre vehicul. Acest lucru va determina vehiculul să nu răspundă la comenzile șoferului într -o situație
staționară. Pentru o protecție maximă a autovehiculului, o alarmă de mașină fac e sens economic și de
securitate. Nimeni nu dorește neplăcerile sau posibilele cheltuieli asociate cu furtul de vehicule. Instalând
o alarmă, poate fi cea mai bun ă variant ă pentru a vă proteja de o situație potențială nefericită.
68
69
Anexa 1
Cod Surs a Arduino
#define releu 4
#define senzor_vibratii 8
#define senzor_miscare 7
#define boot 5
#include <SoftwareSerial.h>
unsigned long timp = 0;
int s = 0;
boolean activare = 0;
SoftwareSerial serialGSM(3, 2);
void restart_GSM() {
pinMode(boot, INPUT);
delay(300);
Serial.println("Restart modul GSM");
serialGSM.print("AT+CPWROFF \r");
delay(3000);
pinMode(boot, OUTPUT);
digitalWrite(boot, HIGH);
delay(1000);
pinMode(boot, INPUT);
70
Serial.println("asteapta initializarea");
while (!serialGSM.find("MODEM:STARTUP")) {
} Serial.println("MODUL PORNIT");
}
void trimit ere_sms(int s) {
retrimitere_sms:
delay(300);
Serial.println("Trimite SMS…");
serialGSM.print("AT+CMGS= \"0749565792 \"\r");
delay(300);
if (s == 0) {
if (activare == 1)serialGSM.print("Sistem activ");
else serialGSM.print("Sist em inactiv");
}
if (s == 1)serialGSM.print("Alarma declansata");
if (s == 2)serialGSM.print("Alarma activata");
if (s == 3)serialGSM.print("Alarma dezactivata");
delay(300);
serialGSM.write(0x1A); // ASCII – CTRL-Z – endline
delay(300);
timp = millis();
while (!serialGSM.find("OK")) {
if (millis() – timp > 5000) {
Serial.println("Nu s -a trimis SMS");
goto retrimitere_sms;
71
}
}
Serial.println("S -a trimis SMS");
}
void setup() {
pinMode(senzor_ vibratii, INPUT);
pinMode(senzor_miscare, INPUT);
pinMode(releu, OUTPUT);
digitalWrite(releu, LOW);
Serial.begin(115200);
Serial.println("Start comunicatie seriala");
serialGSM.begin(9600);
restart_GSM();
delay(100);
serialGSM.print("AT+CREG=1 \r");
delay(300);
serialGSM.print("AT+CSCS= \"GSM\"\r");
delay(300);
serialGSM.print("AT+CMGF=1 \r");
delay(300);
Serial.println("Asteapta inregistrarea in retea");
while (!serialGSM.find("+CREG: 1")) {
72
}
Serial.println("S -a inregistrat OK");
trimitere_sms(0);
delay(500);
}
void loop() { // bucla infinita
if(activare==1){
if(digitalRead(senzor_vibratii)==1 || digitalRead(senzor_miscare)==1){
Serial.println("Ala rma declansata");
digitalWrite(releu,HIGH);
trimitere_sms(1);
}
}
else digitalWrite(releu, LOW);
if (millis() – timp > 2000) {
serialGSM.write("AT+CMGR=1 \r");
if (serialGSM.find("+CMGR:")) {
Serial.println("#### S -a citit SMS");
73
serialGSM.write("AT+CMGD=0,4 \r");
activare = !activare;
if (activare) {
Serial.println("Alarma activata");
trimitere_ sms(2);
}
else { //daca activare==0
Serial.println("Alarma dezactivata");
trimitere_sms(3);
}
} //daca nu a primit niciu SMS
else Serial.println("Nu sunt SMS -uri primite");
timp = millis();
}
}
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Sistem de alarmă pentru autovehicul [630326] (ID: 630326)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.