Фильтр по тематике

Автономная охранная сигнализация на микроконтроллере AVR

В статье представлена автономная охранная сигнализация на базе микроконтроллера AVR. В качестве первичных датчиков в устройстве задействованы: извещатель охранный объёмный оптико-электронный «Астра-5», исполнения А, извещатели охранные точечные магнитоконтактные (герконовые) типа «ИО 102-26» исполнения 4. Автор приводит развёрнутый алгоритм работы устройства, схемотехнику, схему подключения охранных извещателей.

Автономная охранная сигнализация на микроконтроллере AVR

Выбираемая пользователем охранная сигнализация должна обеспечивать защиту людей и имущества в соответствии с требуемым уровнем их безопасности. Допускаемый устройством уровень риска должен учитывать не только возможную опасность для охраняемого объекта, но и её последствия. Уровень риска предопределяет выбор типа и количества технических средств охранной сигнализации (обнаружения, приёма-передачи, регистрации) типа передачи сигналов тревоги, способа их защиты от помех. Любая автономная охранная сигнализация (далее – устройство или охранная сигнализация) имеет стандартное построение. В её состав входят (или могут входить) следующие основные составные части:

  • датчики (охранные извещатели) различного типа – акустические, магнитоконтактные, вибрационные и т.д.;
  • базовый модуль (плата контроллера) или приёмно-контрольный прибор (ПКП);
  • исполнительные устройства, к которым относятся средства оповещения и передачи тревожных сообщений;
  • пульт или панель управления, оснащённые дисплеем, кнопками/клавишами и т.д.;
  • соединительные кабели и жгуты (для проводных систем);
  • модуль питания (устройство бесперебойного питания).
  • Основные требования, которые предъявляются к подобным устройствам при эксплуатации:
  • простой пользовательский интерфейс;
  • ремонтопригодность.

Представляемая охранная сигнализация предназначена для приёма сигналов от охранных извещателей и приведение в действие звуковой и световой сигнализации. Структурная схема устройства представлена на рис. 1.

Основные составные части устройства: силовая часть А1; плата контроллера А2; извещатель типа «Астра 5» ВО1; извещатели магнитоконтактные типа ИО102-26 ВМ1-ВМ6; модуль питания U1.

В плате контроллера А2 предусмотрена одна линия для подключения извещателя охранного объёмного оптико-электронного «Астра-5» исполнения А, ИО 409-10 (далее – датчик охраны «Астра-5») и шесть независимых линий для подключения охранных точечных магнитоконтактных извещателей ИО 102-26 исполнения 4 (далее – датчик охраны ИО 102-26). Они являются внешними (выносными) элементами по отношению к устройству. Вышеуказанные извещатели (датчики) к плате контроллера А2 по каждой независимой линии можно подключать в шлейф.

К силовой части А1 устройства можно подключать такие исполнительные устройства, как световая сигнализация (лампочки, световые полосы, стробоскоп и пр.) или звуковая сигнализация (ревун, сирена и пр.). Внутренние кнопки платы контроллера S1…S7 – кнопки для проверки работоспособности линий, к которым подключаются выносные датчики охраны.

Уместно будет дать информацию общего плана о задействованных в устройстве датчиках. Внешний вид охранного извещателя «Астра-5» представлен на рис. 2.

Внешний вид охранного извещателя ИО-102-26 исполнения 4 с переключающимся герконом представлен на рис. 3.

Датчик охраны «Астра-5» исполнения А предназначен для обнаружения проникновения в охраняемое пространство закрытого помещения и формирования извещения о тревоге путём размыкания выходных контактов сигнального реле. Принцип действия основан на регистрации изменений потока теплового излучения, возникающих при пересечении человеком зоны обнаружения, которая состоит из чувствительных зон. Каждая чувствительная зона состоит из двух элементарных чувствительных зон. Чувствительные зоны датчика формируются линзой Френеля и двухплощадочным пироэлектрическим приёмником излучения. Электрический сигнал с пироэлектрического приёмника поступает на микроконтроллер, который в соответствии с заданным алгоритмом работы формирует извещение «Тревога» размыканием выходной цепи оптоэлектронного реле.

Датчики охраны ИО-102-26 исполнения 4 предназначены для блокировки дверных и оконных проёмов, организации устройств типа «ловушка», а также блокировки других конструктивных элементов зданий и сооружений, на открывание или смещение с выдачей сигнала «Тревога». Извещатель любого исполнения данного типа конструктивно состоит из датчика магнитоуправляемого (датчика) на основе геркона и задающего элемента (магнита), выполненных в корпусах из пластика. Крепёжные отверстия извещателя сверху закрыты накладной декоративной крышкой. Некоторые обыватели считают, что магнито-контактные датчики можно легко обойти и проникнуть на охраняемый объект, не вызывая сигнала тревоги, используя внешний магнит. Однако это не так. Практика показывает, что саботирование датчиков, применяемых на стальных конструкциях, вообще невозможно, так как магнитное поле внешнего магнита не может воздействовать на исполнительный элемент через сталь. У датчиков на неметаллических конструкциях толщина блокируемых дверных, оконных и иных конструкций часто превышает 35 мм. Это делает саму возможность саботирования сомнительной, так как для этого понадобятся сильные и громоздкие внешние магниты. Кроме того, большое поле такого магнита (при неудачном его ориентировании) может, наоборот, разомкнуть (замкнуть) геркон и вызвать сигнал тревоги. Если же возникают сомнения в возможности саботирования магнитоконтактного датчика, то есть несколько простых способов защиты. Например, для блокировки применяется не один, а два магнитоконтактных датчика, расположенных друг от друга на расстоянии примерно 15 мм и последовательно соединённых друг с другом. При этом нужно, чтобы у задающих элементов направления магнитных полей были встречными. Тогда при попытке саботирования работы датчиков внешним магнитом большой мощности один из задающих элементов поменяет направление магнитного поля и переключит систему датчиков из режима «охрана» в режим «тревога».

На рис. 4 приведена принципиальная схема устройства.

Назначение сигналов на колодке датчика охраны «Астра-5» следующее: TMP – сигнал (выход реле, при снятой крышке контакты реле – разомкнуты), который при снятии крышки формирует извещение о тревоге независимо от включения питания датчика; RES – клемма для установки резистора; RELAY – выходы реле; +12V, GND – клеммы электропитания. Обозначение контактов на колодке дано условно. При выключенном электропитании, а также в дежурном режиме (одна минута после подачи электропитания) выходные контакты реле RELAY датчика охраны разомкнуты. Более подробное описание датчика охраны «Астра-5» приведено в [1].

У датчика ИО-102-26 исполнения 4 тип геркона – переключающийся. Под действием магнита контакт 2 размыкается с контактом 3 и замыкается с контактом 1. Более подробное описание датчика ИО-102-26 приведено в [2].

Силовая часть, к которому подключается исполнительное устройство, подключается к соединителю ХP1. Данный канал управляется с вывода 2 микроконтроллера DD1. С порта РВ микроконтроллер DD1 управляет кнопками S2–S9 и динамической индикацией. Динамическая индикация собрана на транзисторах VT1–VT3, цифровых семисегментных индикаторах HG1–HG3. Резисторы R3–R10 токо­ограничительные для сегментов индикаторов HG1-HG3. Коды для включения данных индикаторов при функционировании динамической индикации поступают на вход PВ микроконтроллера DD1. Для функционирования клавиатуры задействован вывод 7 микроконтроллера DD1, рабочая частота микроконтроллера DD1 которого задаётся генератором с внешним резонатором ZQ1 на 10 МГц. Питающие напряжения +5 В, +12 В поступают на устройство с модуля питания U1. Конденсатор С1 фильтрует пульсации в цепи питания +5 В.

Интерфейс управления охранного устройства содержит: клавиатуру (кнопки S1–S9); блок индикации (индикаторы HG1–HG3); индикатор HL1; тумблер SA1. Элементы интерфейса управления имеют следующее назначение:

  • S1 – контрольная кнопка проверки линии подключения датчика охраны «Астра-5»;
  • S2–S7 – контрольные кнопки проверок линий подключения датчиков охраны ВМ1–ВМ6;
  • S8 (Δ) – увеличение на единицу значения времени при установке временны́х интервалов (в секундах);
  • S9 (Р) – (Режим). Кнопка выбора режима работы: режим № 1, режим № 2, режим № 3, режим № 4;
  • SA1 – тумблер включения питания для датчика охраны ВО1;
  • HL1 – световой индикатор «Тревога».

Конструктивно все вышеуказанные элементы целесообразно разместить в плате контроллера на отдельной панели управления. Автор не будет останавливаться на какой-то конкретной конструкции панели управления, платы контроллера и устройства в целом. Отметим лишь, что должна быть предусмотрена возможность оперативной замены составных частей устройства из комплекта ЗИП.

В устройстве предусмотрены следующие режимы работы:

  • режим № 1 – установка интервала включения режима «охрана»;
  • режим № 2 – установка интервала включения режима «тревога» из режима «охрана»;
  • режим № 3 – режим проверки линий подключения датчиков охраны (проверка шлейфов);
  • режим № 4 – работа устройства в режиме «охрана»;
  • режим № 5 – «тревога» – сигнализация сработала.

Разряды индикации интерфейса имеют следующее назначение:

  • 1 разряд (индикатор НG1) отображает «десятки секунд» в режимах № 1, № 2;
  • 2 разряд (индикатор НG2) отображает «единицы секунд» в режимах № 1, № 2. Состояние линий охраны подключения датчиков ВМ1–ВМ6, ВО1 в режиме № 3 можно контролировать с помощью элементов А, B, C, D, E, F, G данного индикатора;
  • 3 разряд (индикатор HG3). Отображает номер режима работы устройства. «1» – режим работы № 1. «2» – режим работы № 2. «3» – режим работы № 3. «4» – режим работы № 4. «5» – режим работы № 5.

Назначение 1 и 2 разрядов в режимах № 4 и № 5 будет приведено ниже. В устройстве имеется шесть независимых линий, работающих на замыкание контактов, к которым можно подключить шесть датчиков типа ИО-102-26 исполнения 4 (контакты 1–12 розетки XS1 платы контроллера). Ответная часть розетки XS1 – вилка XP1. На принципиальной схеме приведено подключение только одного датчика ВМ1 к контактам 1, 2 вилки XР1. Соответственно ВМ2 подключается к контактам 3, 4 вилки XР1 и т.д. Кроме того, имеется одна независимая линия на размыкание контактов (контакты 13–14) вилки XР1. К ним подключается датчик охраны «Астра-5».

Алгоритм работы устройства следующий. Имеется, как упоминалось выше, пять режимов работы: № 1–5. Устройство переходит в режим работы № 1 сразу после подачи на него питающих напряжений. Тумблер SA1 должен находиться в положении «ВЫКЛ». То есть датчик охраны «Астра-5» – не активирован, выключен. В данном режиме кнопкой S8 задаётся интервал включения режима «охрана» в диапазоне от 1 до 99 с, с дискретностью 1 с. Совершенно аналогично кнопкой S8 задаётся в режиме № 2 интервала включения режима «тревога» из режима «охрана». В том же диапазоне и с той же дискретностью. На выводах 2, 11 микроконтроллера DD1 присутствует сигнал лог. 1.

В режиме № 3 проверяется состояние независимых линий подключения датчиков. При нажатии на концевой выключатель кнопку S2 или принудительном замыкании контактов линии датчика ВМ1 (режим тревоги датчика) начинает периодически мигать элемент A индикатора HG1. Остальные линии контроля, подключённые к розетке XS1, работают аналогично. Соответствие элементов индикатора HG2, кнопок S1–S7 и линий датчиков охраны ВМ1–ВМ6, ВО1 приведено в таблице.

Режим № 4 – режим постановки устройства под охрану. В данном режиме в работе устройства можно выделить две части.

  • Часть № 1. После нажатия на кнопку S8 модуль управления из режима № 3 переходит в режим № 4. При этом необходимо сразу установить тумблер SA1 «12В» в положение «ВКЛ». Датчик охраны ВО1 после подачи питания выходит в дежурный режим. Длительность дежурного режима для датчика «Астра-5» – 60 с. То есть интервал времени, заданный в режиме № 1, заведомо должен быть больше этого значения и задаваться под каждый конкретный тип датчика охраны. Начинается обратный отсчёт времени вышеуказанного интервала, который индицируется на индикаторах HG1, HG2 и декрементируется с каждой секундой. Данный интервал времени был задан в режиме № 1. За это время нужно покинуть охраняемое помещение, предварительно закрыть двери, окна, люки – сдать помещение под охрану.
  • Часть № 2. Как только значение времени, индицируемое на индикаторах HG1, HG2 примет нулевое значение – устройство ставится под охрану. На индикаторе HG1 индицируется символ «О», на индикаторе HG2 индицируется символ «Х». «ОХ» – охрана. Точка H индикатора HG2 периодически мигает. В режиме № 4 после постановки устройства под охрану контакты RELAY и контакты TMP датчика охраны ВО1 – замкнуты, контакты датчиков ВМ1–ВМ6 – разомкнуты.

Для снятия с охраны в режиме № 4 необходимо нажать кнопку S9, при этом устройство переходит в режим № 1.

Устройство переходит в режим № 5 – «тревога» при срабатывании датчиков ВО1, ВМ1–ВМ3. В данном режиме в работе устройства можно так же выделить две части.

  • Часть № 1. Сработал любой из датчиков ВО1, ВМ1–ВМ3 либо разомкнулись контакты ТМР датчика охраны ВО1 (то есть была попытка снять с него крышку). При этом на индикаторе HG3 индицируется символ «5». Начинается обратный отсчёт времени интервала, который индицируется на индикаторах HG1, HG2 и декрементируется с каждой секундой. Данный интервал времени был задан в режиме № 2.
  • Часть № 2. При достижении нулевого значения на индикаторах HG1, HG2 – сигнализация срабатывает, включается сигнал «тревога». При этом на выводе 2 микроконтроллера DD1 сигнал будет уровня лог. 0, а на выводе 11 микроконтроллера DD1 сигнал будет иметь форму меандра с периодом 2 с. То есть пьезоизлучатель ВА1 и индикатор HL1 будет включаться и выключаться с тем же периодом. При этом на индикаторах HG1, HG2 индицируется символ «С». «CC» – сигнализация сработала. Точка H индикатора HG2 периодически мигает.

При срабатывании датчиков ВМ4–ВМ6 в режиме охраны (в режиме № 4) сразу включается сигнал «тревога». То есть устройство сразу начинает работать в режиме № 5, часть 2.

При нажатии на кнопку S9 в режиме № 5 устройство переходит в режим № 1. Для снятия помещения с охраны нужно зайти в помещение, нажать на кнопку S9 и перевести тумблер SA1 в положение «ВЫКЛ». Всё это необходимо сделать за интервал времени, заданный в режиме № 2. Доступ к данным элементам управления должен быть ограничен.

Принципиальная схема силовой части приведена на рис. 5.

Сразу после подачи питания на выводе 1 микроконтроллера DD1 через RC-цепь (резистор R1, конденсатор С6) формируется сигнал системного аппаратного сброса микроконтроллера DD1. Инициализируются регистры, счётчики, стек, таймер Т/С1, сторожевой таймер, порты ввода/вывода. При инициализации каналы управления нагрузками отключены. На выводах 2, 11 – лог. 1.

Программа состоит из трёх основных частей: инициализации, основной программы, работающей в замкнутом цикле, и подпрограммы обработки прерывания от таймера T/C1 (соответственно метки INIT, SE1, ТIM0). В основной программе происходит инкремент, декремент значения времени обратного отсчёта, включение сигнализации. В подпрограмме обработки прерывания осуществляется счёт одной секунды, опрос клавиатуры, работа динамической индикации и перекодировка двоичного числа значений времени в код для отображения информации на семисегментных индикаторах.

На R22 (catod) организован регистр знакоместа. При инициализации в Y-регистр загружается начальный адрес буфера отображения $060. При этом на дисплее будет включён разряд «единицы минут» («единицы секунд»). При каждом обращении к подпрограмме обработки прерывания содержимое регистра R22 сдвигается влево на один разряд, а Y-регистр инкрементируется.

Разработанная программа на ассемблере занимает порядка 0,54 Кбайт памяти программ микроконтроллера. Потребление тока по каналу напряжения: +5 В, не более 100 мА. Конденсаторы С2–С6 типа К10-17а. Конденсатор С1 типа К50-35. В схемах применены резисторы типа С2-33Н-0.125 с допуском ±5%. Индикаторы HG1, HG2 зелёного цвета HDSP-F501. Индикатор HG3 – индикатор красного цвета типа HDSP-F001, его целесообразно выделить на фоне остальных индикаторов (индикатор режима работы).

В принципиальной схеме силовой части применено твердотельное реле К1 типа 5П19.10ТМА1-10-8 с максимальным током нагрузки 10 А и напряжением до 800 В. Данное реле можно заменить на электромагнитное или другое твердотельное реле, учитывая при этом параметры подключаемой нагрузки. Номинальный ток предохранителей FU1, FU2 – 5 А. Тип ВП1-5А (5 А / 250 В). Держатели вставок плавких типа ДВП4-1в. Номинальный ток предохранителя выбирается исходя из номинального тока подключаемой нагрузки. Устройство не требует никакой настройки и отладки. Предлагаемая схема размещения датчиков в охраняемом помещении приведена на рис. 6.

Датчики на линиях ВМ1–ВМ3 установлены на окнах, дверях, люках, то есть на границе внешнего периметра охраны. Датчик ВО1 контролирует зону А. Датчики ВМ4–ВМ6 установлены на границе внутреннего периметра. Плата контроллера должна быть установлена в зоне А. Самый охраняемый участок в помещении, с тремя рубежами защиты, – зона Б.

Литература

  1. Руководство по эксплуатации. Извещатель охранный объёмный оптико-электронный ИО 409-10 «Астра-5». Исполнение А.
  2. Руководство по эксплуатации. Извещатель охранный точечный магнитоконтактный. ИО 102 – «ЛЮКС» ПАШК.425119.080.
  3. ГОСТ 31817.1.1-2012. Системы тревожной сигнализации.

© СТА-ПРЕСС, 2025

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!

Комментарии
Рекомендуем
Переключатели ёлочных гирлянд  на основе ИМС стандартной логики электроника

Переключатели ёлочных гирлянд на основе ИМС стандартной логики

Светодинамические устройства (СДУ) для управления гирляндами обычно выполняются на основе микроконтроллера, что требует применения программатора и написания управляющей программы. В то же время аналогичное устройство можно выполнить всего на нескольких ИМС стандартной логики. В таком случае нет необходимости в применении программатора для прошивки микроконтроллера. В данной статье рассмотрены три автомата с фиксированными алгоритмами для управления четырьмя и восемью гирляндами. В качестве светоизлучающих элементов используются сверхъяркие светодиоды. Их высокая надёжность и малое энергопотребление обеспечивают работоспособность в течение длительного времени и высокую экономичность при высокой яркости свечения.
25.12.2024 СЭ №1/2025 309 0

  Подписывайтесь на наш канал в Telegram и читайте новости раньше всех! Подписаться