Дипломная (вкр): Разработка блока управления шлагбаумом с использованием сетей мобильной связи GSM
Разработка блока управления шлагбаумом с использованием сетей мобильной связи GSM
Содержание
1. Введение
. Краткий обзор существующих систем GSM управления шлагбаумами
.1 GSM блок управления автоматикой ворот ESIM110/ESIM120
.2 GSM контроллер TELEOFIS ZATVOR
.3 GSM контроллер VRT012
. Постановка задачи
. Описание структурной схемы БУШ
.1 Микроконтроллер
.2 Приёмник сигнала с пульта
.3 Передатчик сигнала пульта
.4 GSM модуль
.5 Wi-Fi модуль
.6 Источник резервного питания
. Описание функциональной схемы БУШ
. Описание электрической принципиальной схемы БУШ
. Функционирование БУШ
.1 Работа БУШ при приеме входящего звонка
7.2 Работа БУШ в режиме считывания статического кода пульта управления шлагбаумом
.3 Работа БУШ в режиме редактирования массива телефонных номеров в памяти
8. Описание конструкции БУШ
. Описание ПО БУШ
. Описание ПО терминала
Выводы по разделу
. Экономическая часть
11.1 Планирование разработки блока управления шлагбаумом с построением ленточного графика
.1.1 Определение трудоёмкости и продолжительности работ по созданию блока управления шлагбаумом
.1.2 Построение ленточного графика разработки программного продукта
11.2 Расчёт сметы затрат на разработку программного обеспечения
.2.1 Основная заработная плата исполнителей
.2.2 Дополнительная заработная плата
.2.3 Расчёт обязательных начислений на заработанную плату
.2.4 Расчёт расходов на материалы
.2.5 Накладные расходы
.2.6 Расчёт стоимости машинного времени
Выводы по разделу
. Экология и безопасность жизнедеятельности
12.1 Анализ опасных и вредных факторов на рабочем месте разработчика системы мониторинга складских помещений
.2 Комплекс мероприятий по улучшению условий труда на рабочем месте
12.2.1 Эргономические требования к рабочему месту
.2.2 Электромагнитное излучение дисплея ПК
.2.3 Противопожарная защита
.2.4 Расчёт освещённости
.2.5 Уровень шума
.2.6 Обеспечение электробезопасности
.2.7 Воздушная среда в помещениях с ПЭВМ
.3 Экологичность
Выводы по разделу
. Выводы по дипломному проекту
.Список использованной литературы
.Перечень
принятых сокращений
1. Введение
В настоящее время GSM системы управления шлагбаумами становятся чрезвычайно популярными в нашей стране. Шлагбаумы установлены практически повсеместно: на въезде в крупные предприятия и организации, охраняемые автостоянки, жилые массивы и т.д.
Управление шлагбаумами может осуществляться множеством различных способов: с помощью радио и ИК пультов дистанционного управления, специальных RFID меток, установленных на транспортные средства, с использованием GSM сетей.
Способы управления с помощью пультов имеют ряд недостатков, заключающихся в том, что каждый абонент (владелец транспортного средства) должен иметь свой пульт для управления шлагбаумом, что влечет за собой неудобство пользования шлагбаумом, так как пульты ломаются, теряются, плюс достаточно высокая стоимость его приобретения.
Тоже самое касается и RFID меток, так как прежде чем открыть шлагбаум, нужно установить RFID-метку на транспортное средство, что невозможно сделать, если абонент является временным посетителем (гостем) охраняемой зоны.
В связи с изложенным наиболее удобным способом управления шлагбаумами остается управление с использованием GSM-сетей (сотовой связи).
Этот способ обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с другими
способами управления: не требуется приобретения дополнительного устройства
(пульта или RFID-метки), простота администрирования
системы (добавление или удаления номера мобильного телефона абонента в базу
данных номеров устройства управления шлагбаумом).
2. Краткий обзор существующих систем GSM управления шлагбаумами
.1 GSM блок управления автоматикой ворот ESIM110/ESIM120
Esim110/Esim120 - это микропроцесcорный прибор, он
предназначен для управления автоматикой ворот, шлагбаумов или другими электрическим приборами
через сеть GSM (рис.2.1).
Рисунок 2.1 GSM блок управления автоматикой ворот ESIM110/ESIM120
Основные функции:
• Удаленный контроль над выходом бесплатным телефонным звонком.
• Автоматический контроль над выходом по расписанию.
• Настраиваемая продолжительность импульса.
• Автоматическая синхронизация даты и времени
• До 5 номеров администраторов с доступом конфигурации через SMS, а так же контроля над входами и выходами при помощисообщений и бесплатных телефонных звонков.
• База данных до 500 (1000 - опционально) пользователей с доступом к контролю над выходом бесплатным телефонным звонком.
• Ограничение авторизации телефонного номера пользователя по установленному сроку (дата/время) или по количеству звонков на телефонный номер системы.
• Ограничение управления выходом для пользователей в соответствии с указанными днями недели и временем.
• Журнал событий до 1000 записей, содержащий: дату, время, телефонный номер/имя пользователя и телефонный номер администратора управлявшего выходом.
• 3 выхода с настраиваемыми тревожными текстами для оповещения о состоянии или поломке ворот.
• Периодическое оповещение о самотестировании отправляемое на телефонный номер администратора.
КОНТРОЛЛЕР ESIM110 РЕАЛИЗУЕТ ДВА РЕЖИМА КОНТРОЛЯ ДОСТУПА:
Управление разрешено любому пользователю, позвонившему на номер установленной в приборе SIM карты. При звонке на номер установленной в приборе SIM карты контроллер проверит, вписан ли номер звонящего в память системы управления. Если в базе данных GSM-контроллера номер есть - система управления сбрасывает звонок и на установленное время активирует реле для управления исполнительным устройством (ворота, шлагбаум, СКУД и т.д.). Если номер SIM карты звонящего не вписан в память GSM контроллера - контакты реле не включаются.
Для номеров телефонов пользователей, которым разрешено управление, возможно устанавливать ограничения по времени/дате доступа, а также по максимальному количеству разрешенных звонков.
В систему все включено. Интуитивно понятная настройка при помощи SMS (SMS
сообщения на русском языке).контроллер ELDES ESIM110 имеет 3 информативных
входа, которые при необходимости можно задействовать для оповещения
администратора о системных событиях через SMS сообщение, например: поломке
привода автоматики, статуса незакрытых ворот, шлагбаума или саботаже (умные
ворота).контроллер для управления автоматикой ESIM110 поддерживает GPRS связь.
Таким образом, можно быстро сконфигурировать ESIM110, используя для этого свой
интернет браузер - нужно всего-навсего подключиться через www.eldes.lt/login с
полученными одноразовыми данными для подключения, и выполнить нужные настройки.
2.2 GSM контроллер TELEOFIS ZATVOR
ZATVOR (рис. 2) реализует одновременно два режима работы: GSM
сигнализатор и GSM замок:
Рисунок 2.2 GSM контроллер TELEOFIS ZATVOR
GSM контроллер TELEOFIS ZATVOR является оригинальным и надежным решением для широкого круга задач, например для оперативного информирования кого-либо о случившемся событии. Такими событиями могут быть:
аварийная ситуация на оборудовании, объекте;
срабатывание датчика сигнализации;
открытие/закрытие дверей и окон;
включение прибора или аппаратуры;
превышение заданного значения давления воды/газа (аналоговый вход);
протечка воды;
замыкание контактов;
Устройство при срабатывании (замыкании) одного из датчиков отправляет SMS сообщения на три телефонных номера с указанием номера сработавшего входа. Можно настроить произвольные сообщения для каждого входа.
Краткие технические характеристики :
два входа «сухой контакт»;
один вход АЦП;
два выхода «открытый коллектор»;
встроенный блок питания 220В;
резервная SIM карта;
крепление на DIN рейку;
температурный диапазон до -40° С.
Режим GSM электрозамок.
Благодаря наличию двух управляемых выходов GSM контроллер ZATVOR легко реализует управление подключенными к нему устройствами по звонку или SMS.
Управление по звонку осуществляется бесплатно - GSM замок принимая команду «отбивает» входящий звонок, не поднимая трубку.
Управление по SMS позволяет реализовать включение/выключение устройств по SMS с подтверждением принятия команды по SMS.замок может использоваться для:
открытия/закрытия дверей, ворот, шлагбаумов;
управления отопительным оборудованием, котлами, саунами;
домашней автоматизации;
управление осуществляется только с определенных пользователем номеров
(белый список).
.3 GSM контроллер VRT012
Рисунок 2.3 GSM контроллер VRT012
Устройство VRT012 (рис. 2.3) предназначено для управления воротами или другими исполнительными устройствами с помощью подачи звонков с мобильного телефона.
Устройство, зафиксировав звонок и получив номер звонящего, сравнивает его с номерами из внутреннего списка и при совпадении с одним из номеров выдает внешний сигнал на включение исполнительного устройства. При этом устройство не осуществляет поднятия трубки и таким образом звонящий избегает расходов на звонки.
Устройство может содержать в памяти до 500 различных номеров.
Устройство снимает сигнал включения либо по истечении таймаута либо при поступлении сигнала с внешней кнопки или датчика.
Для большего удобства устройство может быть сконфигурировано с помощью
команд посылаемых на него по SMS
или через встроенный последовательный интерфейс RS232 с компьютера.
3. Постановка задачи
Целью дипломного проекта является разработка блока управления шлагбаумом (БУШ) с использованием GSM сетей, который позволяет по звонку с мобильного телефона управлять открытием/закрытием шлагбаумов.
Модуль должен обладать следующими характеристиками:
иметь в своем составе память не менее чем на 1500 номеров абонентов;
обладать возможностью имитации сигналов с пультов шлагбаумов для упрощения интеграции в существующие системы;
возможностью удаленного редактирования базы данных номеров с использованием беспроводной сети Wi-Fi;
возможностью считывания статических кодов с пультов шлагбаумов для последующей имитации этих пультов.
Модуль должен иметь конструкцию, позволяющую его устанавливать как в
стойку с автоматикой самого шлагбаума, так и на некотором удалении от него
(например, в комнате охраны).
4. Описание структурной схемы блока управления шлагбаумом
Блок управления шлагбаумом состоит из следующих основных узлов:
микроконтроллер;
приёмник на 433Мгц;
передатчик на 433Мгц;
GSM модуль;
Wi-Fi модуль;
Аккумулятор для резервного питания;
Контроллер заряда аккумулятора;
память для хранения телефонных номеров абонентов.
.1 Микроконтроллер
В качестве микроконтроллера используется STM32F103C8T6.
Микроконтроллер предназначен для управления устройством, анализа данных с GSM - модуля, формирование импульсов имитации кода пульта, приёма сигнала с пульта, добавления или удаления номеров телефонов из памяти по командам с Wi-Fi модуля.
Основные технические характеристики микроконтроллера:
• ядро: ARM Cortex M3;
• тактовая частота: 72МГц;
• FLASH-память: 128кб;
• SRAM-память: 20кб;
• интерфейсы: SPI, I2C, USART, USB 2.0, CAN;
• АЦП: до двух 12 бит/16 каналов;
• напряжение питания: 2…3,6В;
• ток потребления: до 2мкА в режиме ожидания;
• четыре режима работы с малым потреблением;
• температурный диапазон: -40°C...125°С;
• тип корпуса: LQFP48.
.2 Приёмник сигнала с пульта
В качестве приёмника сигнала с пульта используется модуль XY-MK-5V (рис.4.1).
Рисунок 4.1 Модуль XY-MK-5V.
Модуль имеет следующие технические характеристики:
рабочее напряжение: 5.0VDC +0.5V;
рабочий ток: ≤2.5mA (5.0VDC);
принцип работы: супергетеродинный;
рабочий режим: OOK;
рабочая частота: 433MHz принимаемую частоту, можно изменить путём подстройки контура;
Полоса пропускания: 2MHz;
Чувствительность: свыше -105dBm (50Ω);
Размеры: 30 x 14 мм;
вес: 2г.
.3 Передатчик сигнала пульта
В качестве передатчика сигнала с пульта используется модуль FS1000A (рис.4.2).
Рисунок 4.2 Модуль FS1000A.
Модуль имеет следующие технические характеристики:
рабочее напряжение: 3V~12V;
рабочий ток: max≤40mA (12V), min≤9mA(3V);
модуляция: ASK;
логический уровень сигнала на выходе: Лог. -Единица = 1/2Vcc до Vcc, лог. ноль = от 0 до 0.7v;
рабочая частота: 433MHz;
мощность передатчика: 25mW при питании от 12V;
погрешность частот: +150kHz (max);
длина волны: 18см;
вес: 2г.
4.4 GSM модуль
В качестве GSM - модуля
используется модуль SIM900 (рис. 4.3)
Рисунок 4.3 Модуль SIM900
- представитель нового поколения бюджетных GSM/GPRS модулей компании SIMCom. При разработке модуля были учтены пожелания потребителей предыдущих ревизий модулей, проработаны вопросы надежности встроенного программного обеспечения, введены новые режимы энергосбережения, существенно уменьшены габариты. Вместе с тем сохранены ключевые преимущества: низкая цена, популярный форм-фактор с торцевыми контактами, позволяющими использовать широкодоступные технологии монтажа и контроля пайки, удобный встроенный TCP/IP стек. Это позволяет использовать модуль в широкой номенклатуре изделий, включая персональные и автомобильные трекеры, системы безопасности и промышленной автоматики, и в других областях.
Основные характеристики GSM модуля SIM900:
четыре диапазона GSM 850/ 900/ 1800/ 1900 МГц;
класс передачи данных GPRS multi-slot class 10/8;
соответствие стандарту GSM фазы 2/2+;
класс мощности 4 (2 Вт в диапазонах 850/ 900 МГц);
класс мощности 1 (1 Вт в диапазонах 1800/1900 MГц);
размеры: 24 * 24 * 3 мм;
масса: 6,2 г;
управление AT командами (GSM 07.07 ,07.05 и фирменные AT команды SIMCom);
аудиокодеки HR, FR, EFR, AMR, подавление эха;
CSD до 14.4кбит/с;
PPP-стек;
встроенный стек TCP/IP, UDP/IP;
MUX (07.10);
напряжение питания 3,2 ... 4,8 В;
рабочий температурный диапазон: -30 °C ... +80 °C;
расширенный температурный диапазон: -40 °C ... +85 °C (незначительное отклонение радиочастотных характеристик от спецификации GSM при сохранении функциональной работоспособности);
SMT-монтаж благодаря торцевым контактам под пайку.
Расширенный функционал (доступен в прошивке ENHANCE):
протоколы HTTP и FTP;
протокол защищённых сокетов SSL;
декодирование DTMF-тонов;
eMail - формирование и отправка электронных писем посредством АТ-команд;
SMS Autorun - исполнение АТ-команд, полученных по SMS от определенного абонента;
2.5Mb user memory - встроенная память для пользовательских данных;
MMS - формирование, дополнение пользовательскими файлами и отправка с помощью АТ-команд;
AMR play - воспроизведение аудиофайлов в динамик или в сторону удаленного абонента;
Jamming Detection - функция обнаружения глушения сигнала;
FOTA - обновление прошивки модуля по беспроводному каналу;