Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta Katedra telekomunikácií

Transcript

1 ÚVOD Elektronické zabezpečovacie systémy sú dnes nevyhnutnou súčasťou každého objektu či inštitúcie. Dôležitým prvkov týchto systémov je spôsob ich ovládania, dostupnosť a schopnosť podávať okamžite informáciu o stave zabezpečenia chráneného objektu. Sieť GSM so svojím globálnym pokrytím sa stáva ideálnym riešením tohto problému pre svoju univerzálnosť, prepracované technické riešenie a kvalitné zabezpečenie prenosu. Využiteľnosť systému GSM je skutočne široká. Ovládanie bezpečnostných systémov je len jedno z mnohých riešení, ktoré sa naskytuje pre GSM systém. Uplatnenie nachádzajú v riadiacich a regulačných aplikáciách, pri zbere údajov, v meracej technike a pod. Riešenie problému ovládania elektronického zabezpečovacieho zariadenia pre SOU v Nižnej, takýmto spôsobom je teda moderné a aktuálne pre dnešnú dobu. CIEĽ RIEŠENIA: Úlohou diplomovej práce je navrhnúť riadenie elektronického zabezpečovacieho zariadenia, ktorý je nainštalovaný v SOU Nižná. Riadiaci systém má byť energeticky nezávislý od EZZ, má byť galvanicky oddelený od EZZ, komunikácia musí prebiehať pomocou rádiového signálu v pásme ISM. Riadenie bude prebiehať v sieti GSM pomocou SMS správ. Takýmto spôsobom sa bude môcť EZZ zapnúť alebo vypnúť. EZZ bude vysielať do riadiaceho systému poplachovú správu v prípade narušenia objektu alebo výstražnú správu v prípade výpadku napájacieho napätia pre EZZ. Pre vyriešenie komunikácie cez GSM bude použitý klasický MT a operátor T- mobile. Rozmery riadiaceho systému nie sú kritické ale nemali by prekročiť rozmer 210 x 295 mm. Prúdový odber celého systému v plnej prevádzke má byť do 100mA. 8

2 1. POPIS EZZ V SOU V NIŽNEJ Elektronický zabezpečovací zariadenie v SOU V Nižnej je riešený ako dvojsystémový. Prvý systém je na báze pohybových senzorov tkz. PIR snímačov, ktoré sú doplnené snímačmi rozbitia skla a snímačmi pre detekciu dymu. Druhý systém je na báze priemyselných kamier s interným aj externým okruhom s centrálnou monitorovacou jednotkou a digitálnym záznamom udalostí. Prvý systém je zostavený z prvkov firmy Jablotron a zabezpečuje nasledovné činnosti: 1. ústredňa je typu JA 63KRX, obsahuje rádiový modul pre komunikáciu so senzormi a telefónny komunikátor pre posielanie hlasových správ po pevnej linke. 2. ústredňa je ovládaná bezdrôtovou klávesnicou typu JA 60F a rádiovými kľúčenkami RC priestor SOU je zabezpečený detektormi pohybu PIR JA 60P a JA- 10HARMONY. 4. priestory nebezpečné pre vznik požiaru sú zabezpečené detektormi dymu JA 60SP 5. veľké presklenné prístupové plochy chránia detektory rozbitia skla JA 60B 6. signalizácia poplachu je zabezpečená vonkajšou sirénou OS 360 a vnútornými sirénami UC narušenie objektu je signalizované sirénami aj vyslaním poplašnej správy cez pevnú telefónnu sieť na 4 telefónne čísla. Základný popis ústredne JA 63KRX. Ústredňa JA-63 má stavebnicovú koncepciu. V plastovej skrinke ústredne je sieťový zdroj a priestor pre akumulátor 1,3 alebo 2,6 Ah. Na základnej elektronike ústredne JA-63 sú štyri vstupné svorky pre drôtové slučky s možnosťou jednoduchého alebo dvojitého vyvažovania (verzia JA-63K).[ ] S osadeným rádiovým modulom (len verzie ústrední - JA-63KR, KRX, KRG) má ústredňa 16 bezdrôtových zón pre detektory série JA-60 (možno priradiť až 32 detektorov). Použiť možno aj 8 bezdrôtových klávesníc alebo diaľkových ovládačov. Vo veľkých objektoch je možné spojiť viac systémov architektúra nadriadenej a podriadenej ústredne. Nadriadený systém potom získava informácie o udalostiach v 9

3 podriadenom systéme a môže podriadenú ústredňu ovládať. Podriadená ústredňa môže byť ovládaná aj nezávisle na nadriadenej ústredni. Telefónny komunikátor JA-65X odovzdáva hlasové správy, SMS správy prostredníctvom SMS servera, komunikuje s pultom centralizovanej ochrany a umožňuje diaľkový prístup z počítača inštalatéra alebo užívateľa (prostredníctvom SW ComLink a modemu JA-60U). Základná doska elektroniky: Obr.1 Rozmiestnenie jednotlivých prvkov ústredne Na základnej doske ústredne sú okrem konektorov pre pripojenie rádiového a telefónneho modulu ďalšie konektory a svorkovnice: Konektor digitálnej zbernice umožňuje pripojiť klávesnice JA-60E alebo počítač (použitím kábla PC-60A, B). Rovnaký konektor zbernice je aj na spodnej strane skrinky ústredne. Zbernica je vyvedená aj na svorky ,2,3,4 svorky digitálnej zbernice - umožňujú pripojiť klávesnice JA-60E pomocou štandardného oznamovacieho (napr. SYKFY) kábla. Klávesnice je možné pripojiť aj káblom s modulárnymi konektormi (konektory typu RJ-44 na kábel typ CT-04). K ústredni možno pripojiť až 4 klávesnice JA-60E. Maximálna dĺžka vedenia môže byť 100 m. AC20V svorky prívodu striedavého napätia zo sieťového transformátora. 10

4 L1,L2, L3, L4 Žilinská univerzita v Žiline vstupné svorky slučiek. Vstupom je možné v programovacom režime nastaviť spôsob aktivácie (rozpínací, vyvažovaný 2k2 alebo dvojito vyvažovaný 2x 2k2, vypnutý). Nastaviť možno aj druh reakcie systému. Z výroby alebo po resete ústredne je nastavené jednoduché vyváženie a reakcia: L1=oneskorená, L2=následne oneskorená, L3=okamžitá a L4=24hodinová. COM spoločná svorka pre uzatváranie (vyvažovanie) vstupných slučiek NO spínací kontakt výstupného poplachového relé. NC rozpínací kontakt výstupného poplachového relé. C pohyblivý kontakt výstupného poplachového relé, zaťažiteľnosť max. 60V=/1A, relé spína na nastavenú dobu poplachu (pri každom type poplachu) SIR výstup pre sirénu (istené poistkou FU1, 1A). V kľude je táto svorka spojená so svorkou +U, pri poplachu prepne na GND. Klasickú sirénu je potrebné zapojiť medzi svorky +U a SIR (max. odber 0,7 A). PGX je výstupná svorka (spína na GND, max. 12V/100mA). Funkcia tohto výstupu je nastaviteľná. Z výroby má funkciu predpoplachu CHIME (zopnuté počas príchodového oneskorenia). Stav výstupu PgX ústredňa s rádiovým modul odovzdáva aj bezdrôtovo pre riadenie modulov série UC. PGY je výstupná svorka (spína na GND, max. 12V/100mA). Funkcia tohto výstupu je voliteľná. Z výroby má funkciu signalizácie zapnutej ochrany ARM (zopnuté, ak je ochrana zapnutá). Stav výstupu PgY ústredňa s rádiovým modulom odovzdáva aj bezdrôtovo na riadenie modulov série UC. +U výstup zálohovaného napájacieho Obr.2 Konektory základnej dosky 11

5 napätia pre periférie (istené poistkou FU1 1A). Maximálny možný trvalý odber tejto svorky je 0,4 A (krátkodobo je možné odoberať až 1,2 A po dobu max. 15 minút 1x za 1hodinu). Napätie tohto výstupu ústredňa sleduje a pokiaľ dôjde k jeho výpadku (napr. prepálením poistky),signalizuje poruchu ústredne (porucha C). GND spoločný mínus pól napájacieho zdroja. Nastavenie funkcie výstupov PgX a PgY Tieto výstupy sa budú používať pre spojenie s GSM komunikátorom. Nastavujú sa nasledovnými sekvenciami: sekvencia: 2 3 x a 2 4 x Programovateľným výstupom ústredne PgX a PgY môže byť priradená rôzna funkcia nastavením parametra x v príslušnej sekvencii: 2 3 x nastavuje PgX 2 4 x nastavuje PgY kde x môže mať ďalej uvedené hodnoty (platí pre nedelený systém): 0 Chime zopne v dobe príchodového oneskor. (signalizácia predpoplachu) 1 Fire zopne v dobe požiarneho poplachu 2 Arm zopne v dobe zapnutia ochrany (aj pri čiastočnej ochrane). 3 Panik zopne pri tichom tiesňovom poplachu 4 Alarm zopne pri akomkoľvek poplachu, okrem tichého poplachu Panik 5 Door zopne na 5 sek. po zadaní funkcie F 3 (otvorenie zámku dverí). Pri delenom systéme je možné ovládať dvoje dverí v prípade, že ich otváranie je podmienené kódom (podľa toho, ktorej sekcii patrí kód, otvoria sa dvere v časti A alebo B). 6 Home zopne v dobe čiastočnej ochrany 7 No AC zopne v dobe výpadku napájania 8 Phone vzdialené ovládanie, zopne pri aktivácii z komunikátora (táto funkcia musí byť podporovaná zo strany komunikátora) alebo po zadaní príkazu z klávesnice F81 (zopne) a F80 (rozopne) 12

6 Štruktúra EZZ v SOU Nižná: 1 26 detektory pohybu JA 60P detektory dymu JA 60SP detektory rozbitia skla JA 60B ústredňa vnútorné sirény UC 260 vonkajšia siréna OS 360 kľúčenky RC-11 klávesnica JA 60F telefónna sieť Obr. 3 Štruktúra EZZ v SOU Nižná EZZ je riešený ako jednobunková rádiová sieť, kde riadiacim prvkom je ústredňa systému a všetky ostatné prvky pracujú ako podriadené prvky. Jednobunkové siete Využívajú bezlicenčné pásmo ISM Industrial, Scientific, Medical ( t.j. pásmo pre priemysel, vedu, medicínu) rozdelené do dvoch podpásiem I. pásmo 2,4 2,4835 GHz II. pásmo 5, GHz, Jednoduché varianty používajú voľné frekvenčné pásmo 433,05 434,79 MHz Zariadenia pre jednobunkové siete sú určené pre komunikáciu na krátke vzdialenosti cca m v jednej bunke a väčšinou pracujú s dátovými údajmi typu regulačný, signalizačný alebo riadiaci tok. Patria tu rádiotelemetrické moduly, moduly pre 13

7 technológiu Bluetooth a v jednobunkovej sieti pracujú aj bezšnúrové telefóny, ktoré dopĺňajú túto kategóriu len z hľadiska principiálneho (činnosť v jednej bunke) a nie systémového. Tieto moduly sa používajú ako náhrada prepojovacích káblov medzi riadiacim centrom a koncovým terminálom napr. PC a tlačiareň, PIR snímač a ústredňa bezpečnostného systému a pod. V jednobunkovej sieti je mobilita prijímača za predpokladu, že vysielač je pevný daná dosahom VF modulovaného signálu čiže intenzitou signálu v danej vzdialenosti od vysielača a schopnosťou prijímača tento signál spracovať t.j. jeho citlivosťou. Jednobunkové siete obsahujú jeden centrálny vysielač s riadiacou logikou pre obsluhu niekoľkých prijímačov. Môžeme tu zaradiť rôzne riadiace, regulačné či meracie systémy, ktoré pracujú v režime PTP ( point to point ) alebo PMP ( point to multipoint ). 14

8 Príklad jednobunkovej siete Žilinská univerzita v Žiline 2 PRIJÍMAČ 1 RIADIACI SYSTÉM m Obr. 4 Jednobunková sieť Rádiotelemetrické moduly: Predstavujú najjednoduchší systém mobilnej komunikácie a to v simplexnej alebo poloduplexnej prevádzke. Pracujú v jednobunkovej sieti s rádiusom cca. 100m. Využívajú voľnú frekvenciu 433,92 MHz a moduláciu 2FSK, alebo 2ASK. Vysielač pracuje vo funkcii riadiaceho prvku siete ( MASTER ), ktorý riadi činnosť podriadených prvkov siete prijímačov ( SLAVE ) a spolupracuje s riadiacim systémom v podobe mikrokontroléra alebo PC. Riadiaci systém riadi činnosť prevádzky, vyhodnocuje údaje poprípade kontroluje činnosť prijímačov. Pre rozlíšenie jednotlivých prijímačov sa používa adresné kódovanie t.j. každý prijímač má svoju 15

9 nastavenú adresu pomocou ktorej vysielač identifikuje prijímač a posiela mu údaje z riadiaceho systému. Vstupná aj výstupná impedancia modulov je Z = 50Ω Vysielač má výstupný výkon cca 10mW / 50Ω = +10 dbm až +15 dbm Prijímače majú citlivosť 100 dbm = 2,23 µv Prenosová rýchlosť sa môže pohybovať od Bd. dbm - logaritmická miera so vzťažnou hodnotou 1 mw PRÍKLAD: Výstupný výkon 10mW prepočítaný na jednotku dbm: P 10 mv P = 10log = 10 log = +10 dbm 1 mw 1 mw Výstupný výkon 15 dbm prepočítaný na jednotku mw: 15 dbm = 10log P 1 mw 10 1,5 P = 1 mw P = 31,6 mw Vstupná citlivosť - jednotka dbm sa musí prerátať na napäťovú úroveň. Vstupná impedancia je 50 Ω. Vzťažná hodnota 1 mw sa prevedie na napäťovú hodnotu. dbm = 10 log P 2 P 1 P 1 = 1mV 2 U1 P1 = U1 = P1 R R U = , 6mV 1 = dbm = 2 U 2 R U 2 10 log = 10log 2 U 1 U 1 R 2 = 20log U U 2 2 = 20log U1 223,6mV 16

10 -100 = U 2 20log 223,6mV 5 U 2 10 = U 2 = 2,23µ V 223,6mV V TV technike sa používa impedancia 75 Ω, preto vzťažná hodnota U 1 je U 1 = = 273,8mV V telekomunikačnej technike je použitá impedancia 600Ω preto vzťažná hodnota je U 1 = = 774,5mV Jednotka dbm je univerzálna jednotka, ktorá môže vyjadrovať vyžiarený výkon ak vzťažná jednotka je 1mW, alebo vstupnú citlivosť ak vzťažná jednotka je napätie prepočítané na použitú impedanciu.[4] Vysielač - má pevne nastavený oscilátor na nosnú 433,92 MHz. Obsahuje modulátor FSK a koncový stupeň s výstupom na anténu. Jednoduchšie prevedenie môže používať 2ASK moduláciu - On - Off kľúčovanie. Vysielače FSK sú použité vo všetkých detektoroch EZZ. FSK modulátor NF Prijímač pre ASK Oscilátor 433,92MHz Obr.5 Vysielač pre FSK VF VF AM demodulátor NF Komparátor TTL + 5V Obr.6 Prijímač pre ASK 17

11 Prijímač pre FSK Obr.7 Prijímač pre FSK Prijímač - je riešený ako klasický superheterodynový prijímač s výstupným komparátorom na úrovni TTL alebo CMOS. Tento typ prijímača je použitý v ústredni EZZ a v prijímačoch EZZ typu UC. Vyznačuje sa vysokou citlivosťou, spoľahlivosťou a nízkou spotrebou elektrickej energie. ASK - KĽÚČOVANIE AMPLITÚDY NOSNEJ Pri ASK modulácii nezáleží na fázových pomeroch nosnej vlny a modulačného signálu jedná sa len o zapínanie a vypínanie nosnej vlny podľa impulzov modulačného signálu. Je to najjednoduchšia forma diskrétnej modulácie. [3] Obr.8 Modulácia ASK 18

12 FSK KĽÚČOVANIE FREKVENCIE NOSNEJ Pri FSK modulácii sa používajú 2 nosné vlny sin 2πf 1 t a sin 2πf 2 t, ktoré musia byť navzájom posunuté o celistvý násobok 2π. Navzájom sú fázovo spriahnuté. Taktiež modulačný signál musí byť nafázovaný na obe nosné frekvencie ( log. 1 je umiestnená Obr. 9 Modulácia FSK v prechode nosného signálu nulou ) tak, aby výsledný modulovaný signál bol spojitý. 2. MOŽNOSTI GSM SIETE PRE RIADENIE OBJEKTOV 2.1. MOŽNOSTI POUŽITIA MT PRE DIAĽKOVÉ OVLÁDANIE Bezdrôtové diaľkové ovládanie zariadení je veľmi komplexný problém a môžeme ho realizovať pomocou širokej škály technológií. Je možné použiť ovládanie pomocou GSM technológie ( SMS správy, GPRS), Bluetooth, ZigBee (IEEE ), EDGE, WLAN (IEEE g a IEEE h) a pomocou niektorých ďalších technológií pre bezdrôtový prenos( voľné frekvenčné pásma 450 a 870 MHz). Prehľad základných vlastností uvedených technológií je v tabuľke 1. Pri výbere typu bezdrôtového prenosu je potrebné vychádzať z nasledujúcich základných požiadaviek: Vzdialenosť medzi riadiacim členom a ovládaným zariadením Požadovaná rýchlosť komunikácie medzi jednotlivými členmi Cenové požiadavky na realizované zariadenie Spoľahlivosť prenosu Zabezpečenie komunikácie Spotreba zariadenia 19

13 Tabuľka 1: Prehľad štandardov pre bezdrôtový prenos dát IEEE b 1) IEEE g 1) IEEE h 1) Štandard Maximálna prenosová rýchlosť 11Mb/s 54Mb/s 54Mb/s Hlavná oblasť použitia Bezdrôtové LAN 2) Bezdrôtové LAN 2) Bezdrôtové LAN 2) Bluetooth 1.1 Bezdrôtové prenosy dát na malé 721kb/s (IEEE ) vzdialenosti 2) ZigBee Bezdrôtové prenosy dát na malé 250bb/s (IEEE ) vzdialenosti 2) GSM/GPRS Využitie GSM siete mobilných 171,1kb/s operátorov pre dátové prenosy 1) Pre komerčné účely sa označuje Wi-Fi ( Wireles Fidelity) 2) ISM pásmo (2,4GHz). Na použitie tohto pásma sa nevzťahuje licencia ani oznamovacia povinnosť Z uvedených štandardov sa aplikáciu v zmysle zadania DP javí ako najvýhodnejšie použitie štandardu GSM/GPRS a to na úrovni riadenia pomocou SMS správ. Ovládanie pomocou SMS správ má tieto základné vlastnosti a charakteristiky: Možnosť ovládania takmer na akúkoľvek vzdialenosť ( obmedzenie je dané len dostupnosťou signálu GSM) Využíva malé dátové toky ( spínanie výstupu, občasné hlásenie vstupných čidiel) Malá rýchlosť odozvy (cca. 10s., je to závislé od zaťaženia siete) Vyššie náklady na komunikáciu Nízke nadobúdacie náklady ( stačí štandardný mobilný telefón) Jednoduchý spôsob ovládania ( odosielanie SMS správy) Dostatočná bezpečnosť ( daná zabezpečením GSM siete) Z týchto vlastností vyplývajú aj isté obmedzenia pri využívaní GSM technológie. Hlavným obmedzujúcim faktorom je to, že pri tomto type ovládania sa nejedná o stále pripojenie, ale iba o občasné zasielanie dátových tokov, takže ho nieje možné použiť pre zložitejšie ovládania ( väčšie dátové toky, kontinuálne ovládanie). Ďalšia podstatná nevýhoda je cena tohto ovládania je spoplatnená každá odoslaná správa. Aj napriek týmto nevýhodám je riadenie pomocou SMS správ zaujímavé, pretože mobilita a komfort obsluhy jednoznačne vyvážia zmienené nevýhody. 20

14 2.2. VYUŽITIE MOBILNÉHO TELEFÓNU PRE RIADENIE OBJEKTOV Každý mobilný telefón má svoj dátový výstup prístupný cez komunikačný interface. SMS správy sú dátové prenosy s presne určenou konfiguráciou, ktorá bude vysvetlená v nasledujúcej kapitole. Využitím SMS správ v spolupráci s mikroprocesorom je možné dosiahnuť riadenie ľubovoľného zariadenia. Nasledujúci obrázok 10 ukazuje spojenie MT a mikroprocesora pre riadiace účely. MT pracuje ako rádiový modem, ktorý cez sieť GSM prenáša dátové informácie. Tieto informácie ( SMS správy) sú prenášané pomocou AT príkazov do mikroprocesora, ktorý na základe programu vyhodnotí informácie a aktivuje svoj výstup. V opačnom prípade na vstup mikroprocesora príde informácia, ktorú spracuje a príslušnými AT príkazmi aktivuje MT na odvysielanie SMS správy. Sieť GSM MT Dátový kábel Napäťové prispôsobenie RxD TxD mikroprocesor Vstupno-výstupné porty optočlen optočlen výstup vstup Obr.10 Princíp riadenia pomocou MT FYZICKÝ POPIS KOMUNIKÁCIE Komunikačný interface mobilného telefónu je duplexný, znakovo orientované asynchronne sériové rozhranie, ktoré až na napäťové úrovne oboch signálov (TxD, RxD) odpovedá doporučeniu RS 232 ( Recommended Standard number 232). Tieto signály majú úroveň 5V ( 3V). Pre komunikáciu sú použité vodiče RxD ( príjem dát), TxD ( vysielanie dát) a taktiež je potrebné pripojenie vodiča GND (zem). Informácie sa prenášajú 8 bitovým slovom, ktoré má jeden štart bit, jeden stop bit, paritu žiadnu a prenosová rýchlosť je pre MT od 9600 do Bd podľa typu MT. Obrázok 11 a12 ukazuje kódove slovo a formát AT príkazu. 21

15 Obr.11 Tvar kódového slova Obr.12 Tvar odvysielaného AT príkazu cez TxD KOMUNIKÁCIA S MT POMOCOU AT PRÍKAZOV Vlastná komunikácia s mobilným telefónom prebieha pomocou AT ( Attention) príkazov. Tieto príkazy boli pôvodne vyvinuté pre ovládanie modemov, ale s príchodom mobilných telefónov boli použité aj pre ich riadenie. Nie každý výrobca však implementuje sadu AT príkazov. Niektoré telefóny vôbec nepodporujú AT príkazy. U týchto telefónov je komunikácia výrazne obtiažnejšia. AT príkazy sú ASCII ( American Standard Code for Information Interchange) znaky posielané po linke TxD do telefónu. Tieto príkazy môžu mať rôzny tvar. Odpoveď telefónu prichádza po linke RxD. AT príkazov je veľké množstvo a je možné ich rozdeliť do niekoľkých skupín viď. Tab.2. Obecne sa AT príkaz skladá z úvodného slova AT a zo samotného príkazu. AT príkaz musí byť ukončený znakom <CR>.Podľa tohto znaku rozpozná MT jeho koniec. Formát AT príkazu vyzerá takto: 22

16 AT + príkaz <CR> Žilinská univerzita v Žiline Po zadaní príkazu pre MT nasleduje jeho odpoveď. Formát odpovedi je rôzny podľa typu príkazu. Najjednoduchší príkaz je: AT <CR> Odpoveď: OK Typ AT príkazu Popis AT príkazu Príklad Štandardné AT príkazy V.25 Základná sada AT príkazov definovaná pre modemy. Podľa ITU AT príkazy pre FAX AT príkazy GSM AT príkazy GSM pre SMS AT príkazy GSM pre GPRS AT príkazy GSM pre SIM Toolkit aplikácie Špeciálne rozširujúce AT príkazy pre MT firmy Siemens T 1) ATA ATD Tieto AT príkazy sú používané pre AT+FRM FAX aplikácie AT+FTM Rozšírenie základných AT príkazov AT+CCLK pre použitie v GSM aplikáciách. AT+CSQ Definícia podľa ETSI. 2) Rozšírenie AT príkazov o príkazy pracujúce s SMS. Pokiaľ tieto AT príkazy MT nepodporuje nieje možné realizovať ovládanie pomocou MT AT príkazy pre MT podporujúce GPRS. 3) AT príkazy pre telefóny a SMS podporujúce SIM Toolkit Špeciálne príkazy pre MT Siemens Poznámka: 1) Internetional Telecommunication Union, Telecommunication sector 2) Europen Telecommunications Standards Institute 3) MT rady x35 nepodporujú GPRS AT+CMSS AT+CMGD AT+CGAT ATD*98# AT^SSAT AT^SSTGI AT^SNFM AT^SPIC Tabuľka 2: Delenie AT príkazov 23

17 POPIS SMS A PDU FORMÁTU Jednou zo základných vlastností GSM technológie je posielanie SMS ( Short Message Service) správ. Dľžka takto prenášaného textu môže byť až 160 znakov. V správe sú použité štandardné ASCII znaky. Pre prenos a kódovanie SMS správy sa používa PDU ( protokol description unit) formát. SMS správy vďaka ich jednoduchej implementácii je možné použiť pre diaľkové ovládanie rôznych zariadení. Použitie tohto ovládania je však možné iba v jednoduchších časovo nenáročných aplikáciách. Pre náročnejšie prípady je vhodné použiť GPRS technológie. PDU je reťazec párov hexadecimálnych číslic, v ktorom je zakódovaných niekoľko ďalších parametrov správy a jej text. PDU prijatej SMS má až na dĺžku niektorých polí pevnú štruktúru. Príklad prijatej SMS: C DA04 Reťazec začína špecifikáciou telefónneho čísla SMSC (Short Message Service Center) GSM operátora, od ktorého správa prišla. Prvý byt (07) vyjadruje, koľko ďalších bytov tvorí telefónne číslo SMSC. Druhý byt (91) vyjadruje, že číslo je v medzinárodnom formáte. V každom zo zostávajúcich bytov sú postupne kódované vždy dve cifry telefónneho čísla v opačnom poradí ( ). Bity ďalšieho bytu PDU (24) majú význam podľa tabuľky 3: 7 (msb) 0 Nie je cesta pre odpoveď 6 0 Dáta neobsahujú hlavičku 5 1 Požiadavka správy o doručení 4 0 Neobsadené 3 0 Neobsadené 2 1 V SMSC nie sú ďalšie správy 1 0 PDU doručenej správy 0 (msb) 0 Tabuľka 3: Rozloženie 3. bytu prijatej správy V PDU ďalej nasleduje špecifikácia odosielateľa správy (0C ). Špecifikácia telefónneho čísla je zostavená podľa podobných pravidiel ako špecifikácia telefónneho čísla SMSC, všetko je rovnaké, len prvý byt špecifikácie (0C) nevyjadruje počet bytov špecifikácie, ale počet cifier telefónneho čísla. Nasledujúce dva nulové 24

18 byty v PDU vyjadrujú napr. to, že nie je použitý žiadny protokol vyššej vrstvy a že pre dáta je použitá sedembitová abeceda. Ďalšia šestica bytov ( ) obsahuje registre rokov, mesiacov, dňa, hodiny, minúty a sekundy. Vyjadruje čas, kedy správa došla do SMSC. Ďalši byt (40) vyjadruje časové pásmo v jednotkách dlhých 15 min., tu teda 1 hod. Ďalší byt (05) je binárnym kódom dĺžky užívateľských dát, v tomto prípade 5 sedembitových kódovyných znakov. Posledná skupina bytov ( DA 04) v štruktúre PDU sú užívateľské dáta - text SMS. Pre efektívne ukladanie textu zloženého zo sedembitových kódovaných znakov do osembitových bytov sa používa zvláštny spôsob pakovania, ktorý na maximálne 140 vymedzených bytov dovoľuje uložiť až 160 znakov textu. Prevod osembitových slov na sedembitové kódy znakov je na obr.13. Obr. 13. Prevod osembitových slov na sedembitové kódy znakov PDU odosielanej správy má inú štruktúru ako PDU prijatej správy C AA DA04 25

19 Prvý byte správy na odoslanie (11) má štruktúru podľa tabuľky 4: 7 (msb) 0 Nepožaduje sa číslo SMSC pre odpoveď 6 0 Dáta neobsahujú hlavičku 5 0 Nepožadovaná správa o doručení 4 1 Časová platnosť zrčená 3 0 relatívne, číslom 2 0 Neodmietať zdvojené správy 1 0 PDU správa určená 0 (msb) 1 na odoslanie Tabuľka 4: Rozloženie 2. bytu odoslanej správy Nasleduje nulový byte (00), ktorý vyjadruje, že prioritu správy prideľuje mobilný operátor. Je to nejaké poradové číslo, ktoré sa správam prideľuje. Potom je uvedená špecifikácia telefónneho čísla adresáta správy (0C ). Je vytvorená podľa rovnakých pravidiel ako špecifikácia odosielateľa správy v PDU prijatej správy. Nasledujúci nulový byt (00) značí, že nie je použitý žiadny protokol vyššej vrstvy. Ďalší nulový byt (00) znamená okrem iného aj to, že sa používa sedembitové kódovanie znakov v texte správy a že sa jedná o správu určenú k uloženiu do telefónu. Keby na mieste tohto bytu bola zadaná napr. hodnota (10), jednalo by sa o tzv. správu triedy 0, teda po prijatí by bola ihneď a len zobrazená na displeji mobilného telefónu. Ďalšie byty (AA) vyjadrujú časovú platnosť správy, uvedenej hodnote zodpovedajú štyri dni. Iná doba platnosti sa dá zistiť z tabuľky 5: HODNOTA BYTU ČASOVÁ HODNOTA JEDNOTKA (x+1)*5 minúta (x-143)*0.5 hodina x-166 deň x-192 týždeň Tabuľka 5: Výpočet času trvania SMS právy 26

20 Nasledujúci byte (05) vyjadruje dĺžku správy v počte znakov a potom nasleduje už len zakódovaný text správy. Pred PDU správy na odoslanie je ešte nutné vložiť špecifikáciu adresy SMSC. Na tomto mieste je vložený nulový byt (00), čo telefón pochopí tak, že použije telefónne číslo SMSC, ktoré má uložené v sebe. 3. NÁVRH ZARIADENIA PRE RIADENIE ELEKTRONICKÉHO ZABEZPEČOVACIEHO ZARIADENIA Návrh vychádza z požiadavky SOU v Nižnej, ktorá hovorí, že ovládanie EZZ cez GSM sieť musí byť nezávislé, nesmie meniť existujúcu koncepciu systému a nesmie fyzicky vstupovať do ústredne EZZ. Celé riadenie je preto navrhnuté ako samostatné zariadenie, ktoré bude komunikovať s ústredňou EZZ bezdrôtovo, bude mať vlastný napájací zdroj a riadiace príkazy či hlásenia stavu ústredne sa budú prenášať GSM sieťou. Bloková schéma je na Obr.14. Riadiaci systém ( RS )využíva štandardné prvky firmy Jablotron pre zaistenie komunikácie RS s ústredňou EZZ, blok komunikátora s mikroprocesorom pre spracovanie AT príkazov a MT pre komunikáciu cez GSM sieť. JA 63 KRX Ústredňa EZZ RC 60 Vysielač UC 216 Prijímač KOMUNIKÁTOR s mikroprocesorom MT Obr.14 Bloková schéma riadiaceho systému 27

21 3.1 POPIS PRIJÍMAČA UC 216 Obr.15. Vnútorné usporiadanie UC 216 Žilinská univerzita v Žiline Svorkovnice: TAMPER ochranný kontakt spína uzatvorením krytu, zaťažiteľnosť max. 24 V/100 ma OUT výstup otvoreného kolektoru spínacieho tranzistora, spína na GND (max. 200 ma) NO, C, NC prepínacie kontakty výstupných relé X a Y, NO=spínací,C=pohyblivý, +U,GND napájanie NC=rozpínací, Jednotka UC-216 má dve nastavovacie tlačidlá. Tlačidlo X je určené na učenie signálu PGX z ústredne pre relé X, tlačidlo Y je určené na učenie signálu PGY z ústredne pre relé Y. Nastavovacím tlačidlom je možné krokovať učiace (pracovné) módy (1 až 3), vybraný režim je indikovaný blikaním príslušnej LED. číslo módu reakcia relé na prichádzajúci signál 1. relé zopne na 2 sekundy, potom opäť rozopne 2. relé zmení svoj stav zapne-rozopne-zapne príchodom signálu relé zopne, ďalším príchodom vypne, vždy len jedno relé Tabuľka 6: Módy prijímača UC 216 režim impulz prepínací zapni vypni Pre našu aplikáciu bol zvolený mód č. 1a to pre relé X aj Y. Napájacie napätie 12 V sa privedie na svorky +U a GND. 28

22 3.2 POPIS VYSIELAČA RC 60 nasledujúcich režimov: Žilinská univerzita v Žiline Prepojka MODE spojená - základný režim: Svorkovnice: TMP tento vstup odošle signál sabotáže pri rozpojení od svorky GND A aktivačný vstup, reaguje na spojenie so svorkou GND. Pri spojenej prepojke MODE vysiela signál ZAPNI OCHRANU. B aktivačný vstup, reaguje na spojenie so svorkou GND. Pri spojenej prepojke MODE vysiela signál VYPNI OCHRANU. spoločná svorka. GND Prepojka MODE umožňuje zvoliť jeden z _ Chvíľkové alebo trvalé spojenie svorky A s GND vyšle signál ZAPNI OCHRANU. Odpojenie od GND nevyvolá žiadnu reakciu. _ Chvíľkové alebo trvalé spojenie svorky B s GND vyšle signál VYPNI OCHRANU. Odpojenie od GND nevyvolá žiadnu reakciu.. Obr.16 Vnútorné usporiadanie RC 60 Prepojka MODE rozpojená - stavový a pulzný vstup: _ Spojenie svorky A s GND vyšle signál ZAPNI OCHRANU. Odpojení od GND vyšle signál VYPNI OCHRANU. Svorka A teda funguje ako stavový vstup (prijímač sleduje stav tohto vstupu). _ Chvíľkové alebo trvalé spojenie svorky B s GND vyšle signál PANIC. Odpojenie od GND nevyvolá žiadnu reakciu Pre našu aplikáciu bol zvolený režim spojenej svorky MODE. 29

23 3.3. POPIS ELEKTRICKEJ SCHÉMY RIADIACEHO SYSTÉMU Obrázok 17. ukazuje elektrickú schému riadiaceho systému EZZ. Základ riadiaceho systému tvorí mikroprocesor typu PIC 16F628, ktorý komunikuje s MT cez konektor JP1.Taktovacia frekvencia je nastavená kryštálom na 4 MHz. Cez vstupno- výstupné porty prijíma údaje z prijímača UC 216, riadi vysielač RC 60, ovláda napájanie MT, zapína MT pri začiatku činnosti. Vstupné kanály od UC 216 sú oddelené optočlenmi OK1, OK2 pre zabezpečenie galvanického oddelenia vstupných portov čím sa predíde rušivým vplyvom, ktoré môžu vznikať od kontaktov relé ( zákmity v dôsledku prechodového odporu), alebo naindukovaním na prípojných vodičoch medzi UC 216 a svorkovnicou X7 a X2. Výstupnými portami sú ovládané tranzistory T1,T2,T3, ktoré spínajú relé K1,K2, K3. Kontakty K1 ovládajú vstup A vysielača RC 60 ( zapni ústredňu) a kontakty K2 ovládajú vstup B ( vypni ústredňu). 30

24 Obr.17 Elektrická schéma riadiaceho systému 31

25

26 4. MODIFIKÁCIA MT POMOCOU AT PRÍKAZOV 4.1. TESTOVANIE MT POMOCOU AT PRÍKAZOV S VYUŽITÍM HYPERTERMINÁLU Hyperterminál je štandardný program pod Windows slúžiaci na komunikáciu s externým zariadením, ktoré komunikuje s PC cez rozhranie RS232 alebo USB port. Umožňuje nastaviť komunikačný protokol pre MT, ktorý vyžaduje 8 bitové slovo, 1štart a 1stop bit bez parity. Komunikačná rýchlosť je voliteľná v príslušných krokoch. Obrázok 18 ukazuje nastavenie hyperterminálu. Pre spojenie MT a PC bol použitý dátový kábel špeciálne určený pre daný typ MT. Obr. 18 Nastavenie komunikačného portu a prenosového protokolu Testovanie MT sa vykonalo na troch úrovniach: 1. Test funkčnosti MT 2. Test pamäte telefónnych čísel na SIM karte 3. Test pamäte SMS správ na SIM karte Použité príkazy sú detailne rozpísané v [5]. Test funkčnosti MT: Príkaz pre MT: AT <CR> kontrola komunikácie 33

27 Odpoveď MT : OK AT+CSQ <CR> +CSQ: 20,99 intenzita prijímaného signálu 20 úroveň signálu (2-30=-109až-53dBm) 99 bitová chybovosť prenosu ( neznáma) AT+CBC <CR> +CBC: 0,50 dobíjanie batérie a stav batérie 0 napájanie z batérie 50 batéria vybitá na 50% ATD <CR> MT vytočí telefónne číslo OK ATH <CR> OK MT ukončí hovor Test pamäte telefónnych čísel na SIM karte: AT+CPBS=?<CR> definovanie pamätí MT pre telefónne čísla +CPBS: FD, SM, ME, DC, ON SM telefónny zoznam na SIM karte ME telefónny zoznam v MT AT+CPBS= SM <CR> výber telefónneho zoznamu na SIM OK AT+CPBR=? <CR> definovanie rozsahu pamäte telefónnych čísel na SIM karte +CPBR: (1-130),80, počet pamäťových miest 80 dĺžka čísla 14 dĺžka textu AT+CPBR=1,130 vypíše telefónny zoznam na SIM karte +CPBR:1,...čísla v zozname 34

28 +CPBR:2,... AT+CPBW=1 <CR> zmaže telefónne číslo na pozícii 1 OK AT+CPBW=2 <CR> zmaže telefónne číslo na pozícii 2 OK AT+CPBW=3 <CR> zmaže telefónne číslo na pozícii 3 OK AT+CPBW=4 <CR> zmaže telefónne číslo na pozícii 4 OK AT+CPBW=? <CR> definovanie formátu pre uloženie telefónneho čísla +CPBW: (1-130),80,( ), počet pamäťových miest 80 dĺžka čísla typ čísla 14 dĺžka textu AT+CPBW=1, ,145, riaditeľ <CR> uloženie čísla v medzinárodnom formáte na pozíciu 1 OK AT+CPBW=2, ,145, zástupca1 <CR> OK AT+CPBW=3, ,145, zástupca2 <CR> OK AT+CPBW=4, ,145, technik <CR> OK Test pamäte SMS správ na SIM karte: AT+CPMS=? <CR> Definovanie pamätí SMS správ 35

29 +CPMS: ( ME, SM ),( ME, SM ), ( ME ) AT+CPMS= SM, SM <CR> pamäť SMS správ na SIM karte +CPMS: 5,10,5,10 5 počet SMS 10 počet pamäťových miest AT+CMGR=1 <CR> vypíše obsah SMS na pozícii 1 v PDU formáte +CMGR: 1, AT+CMGL=0 <CR> +CMGL: 1,0, vypíše typ SMS: 0 prijatá, neprečítaná 1 prijatá prečítaná 2 uložená neodoslaná 3 uložená odoslaná 4 všetky správy AT+CMGD=1 <CR> zmaže SMS na pozícii 1 OK AT+CMSS=1 <CR> OK odošle SMS z pozície 1 na číslo oložené v SMS AT+CNMI=2,1,0,0,0 <CR> oznámi prichádzajúcu SMS +CNMI: ME,1 SMS uložená v MT na pozícii 1 36

30 4.2 ZÁPIS SMS V PDU FORMÁTE NA KARTU SIM Pre automatické vytvorenie správy v PDU formáte použijeme program PDUspy, ktorý umožňuje zadať telefónne číslo spolu s textom SMS. Takto zadefinovanú správu prekonvertuje do PDU formátu a uloží na pozíciu v SIM karte. Najskôr sa zadefinuje komunikačný port, prenosová rýchlosť a pamäť MT obr. 19. Potom sa zapíše číslo a text SMS obr.20. Obr.19 Základné nastavenia v programe PDUspy Obr.20 Zápis čísla a textu v programe PDUspy Nasleduje vytvorenie PDU formátu a zápis do pamäte SIM obr.21 a 22 37

31 Obr.21 Vytvorenie PDU formátu Obr.22 Zapísaná SMS na karte SIM 5. KOMUNIKÁCIA MEDZI MT A EZZ Základný popis činnosti medzi EZZ a MT bol popísaný v časti 3. Mikroprocesor riadiaceho systému komunikuje s MT pomocou AT príkazov, funkčnosť ktorých bola preverená v časti 4. AT príkazy programátor prevedie do hexa formátu a v príslušnom programovacom jazyku uloží do pamäte mikropočítača. Spôsob komunikácie mikropočítača pri prijatí s pamäťou MT cez AT príkazy ukazuje obrázok

32 Pamäť SIM - číslo 1. riaditeľ 2. zástupca1 3. zástupca2 4. technik Pamäť SIM - SMS 1.zapnutý systém 2.vypnutý systém 3.alarm systému 4.výpadok napájania AT+CPBR=1 2 ATD číslo ATH 3 AT+CMSS=3 4 Mikroprocesor 1 1 Alarm OK1 Napájanie OK2 Obr.23 Ovládanie AT príkazmi pri aktivácii z EZZ Popis činnosti pri aktivácii z EZZ: 1. Vyvolanie poplachovej správy z EZZ 2. Načítanie telefónneho čísla z pamäte SIM na ktoré má byť prezvonené 3. Vytočenie telefónneho čísla, ktoré bolo prečítané zo zoznamu, po nastavenom čase zrušenie hovoru 4. Odoslanie SMS na číslo uložené pri SMS 39

33 Pamäť SIM SMS 1.Z1 2.V1 1 EXTERNÝ MT Pamäť SIM - číslo 1. riaditeľ 2. zástupca1 3. zástupca2 4. technik INTERNÝ MT Pamäť SIM - SMS 1.zapnutý systém 2.vypnutý systém 3.alarm systému 4.výpadok napájania AT+CMGR=1 3 AT+CPBR=1 4 +CNMI: ME,1 2 AT+CMSS=1 6 Mikroprocesor 5 5 Zapne EZZ Vypne EZZ Obr.24 Ovládanie AT príkazmi pri aktivácii z MT 40

34 Popis činnosti pri aktivácii z MT: Žilinská univerzita v Žiline 1. Z externého MT príde príkazová SMS Z1 zapni systém 2. MT pošle AT príkaz do mikroprocesora prišla SMS na pozícii 1 3. Mikroprocesor prečíta správu 4. Zistí číslo externého MT a porovná ho s číslom uloženým v pamäti SIM interného MT 5. Zapne EZZ 6. Odošle SMS Zapnutý systém 41

35 TECHNICKO-EKONOMICKÉ ZHODNOTENIE PRÁCE Práca spĺňa všetky parametre zadania a zrealizované zariadenie je plne funkčné. Pri realizácii boli požité moderné elektronické súčiastky, mikroprocesor typu PIC 16F628A, prvky pre komunikáciu od firmy Jablotron, štandardný MT Siemens C35. Celkové finančné náklady na zariadenie sú 2863 Sk. Táto cena predstavuje len materiálové náklady. Aj keby sme zarátali cenu práce tak porovnanie s podobným zariadením, ktoré sa štandartne vyrába, vychádza toto zariadenie cenovo veľmi výhodne. Ceny GSM komunikátorov sa pohybujú na úrovni 5000 až 8000 Sk, ale bez možnosti rádiového prepojenia s EZZ. Vždy vyžadujú priame prepojenie s elektronikou ústredne. Preto je toto zariadenie originálne a spĺňa kritéria profesionálnych zariadení a v možnosti bezdrôtového spojenia s EZZ, ich aj prevyšuje. 42

36 ZÁVER Zadanie práce vychádzalo z reálnej potreby SOU v Nižnej. Bolo zrealizované presne podľa požiadaviek a po obhajobe diplomovej práce bude nainštalované v budove školy. Práca splnila svoj účel hlavne v tom, že vzniklo nové originálne zariadenie na báze modernej súčiastkovej základne s využitím aktuálnych komunikačných prenosových systémov, ktoré úzko korešpondujú so študijným odborom Telekomunikácie. 43

37 ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY [1] KATUŠČÁK, Dušan: Ako písať vysokoškolské a kvalifikačné práce. Bratislava: Stimul, s. ISBN [2] TUREK, Ivan : Ako písať záverečnú prácu. Bratislava: Metodické centrum v Bratislave, s. ISBN [3] VÍT, Vladimír : TELEVÍZNÍ TECHNIKA přenosové barevné soustavy. Praha: BEN technická literatúra, s. ISBN X [4] ŽALUD, Václav : Moderní radioelektronika. Praha: BEN technická literatura, s. ISBN [5] AT Command Set Reference Manual, GSM 07.07, GSM 07.05, Siemens specific commands 44