Σχ. Έτος: ο ΕΠΑΛ ΑΙΓΙΟΥ «ΕΞΥΠΝΟ ΣΠΙΤΙ» Υπεύθυνοι Εκπαιδευτικοί: Πρίντζιος Γεώργιος - ΠΕ Ψήμμας Νικόλαος ΠΕ 17.01

Transcript

1 Σχ. Έτος: ο ΕΠΑΛ ΑΙΓΙΟΥ «ΕΞΥΠΝΟ ΣΠΙΤΙ» Υπεύθυνοι Εκπαιδευτικοί: Πρίντζιος Γεώργιος - ΠΕ Ψήμμας Νικόλαος ΠΕ Αίγιο, Απρίλιος 2013

2 ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ Η ερευνητική μας ομάδα αποτελείται απ τους μαθητές 1. Γεωργακόπουλο Σπυρίδων 2. Κανελλακόπουλο Κων/νο 3. Μαρίνο Σπήλιο 4. Μέμα Έρβιν 5. Παναγόπουλο Ευάγγελο 6. Πετσαλλάρη Γιώργο 7. Σγούρδο Γεώργιο 8. Τριποδένδρη Παναγιώτη 9. Χριστόπουλο Δημήτριο 2

3 Περίληψη Το θέμα της δικής μας ειδικής ερευνητικής δραστηριότητας είναι το «Έξυπνο Σπίτι». Με τον όρο Έξυπνο Σπίτι εννοούμε το προσωπικό ή εργασιακό περιβάλλον που περικλείει ένα σύνολο τεχνολογικών εφαρμογών με κοινό παρονομαστή την αυτοματοποίηση και τον έλεγχο των επιμέρους τμημάτων του. Στο πρώτο τετράμηνο ασχοληθήκαμε με το θεωρητικό μέρος του θέματος. Αναζητήσαμε πληροφορίες για τα συστήματα παρακολούθησης, ελέγχου θερμοκρασίας, πρόσβασης, συναγερμού, καθώς και για τα συστήματα μέτρησης υγρασίας, φωτεινότητας, έντασης ανέμου κ.λ.π. που χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση του έξυπνου σπιτιού. Γνωρίσαμε τεχνικές διαχείρισης των διαφόρων συστημάτων μιας σύγχρονης κατοικίας και ομαδοποίησης των διαφόρων λειτουργιών του έξυπνου σπιτιού. Αφού συγκεντρώσαμε πληροφορίες για όλα τα παραπάνω, τις αξιολογήσαμε και προχωρήσαμε στη συγγραφή του θεωρητικού μέρους. Στο δεύτερο τετράμηνο αξιοποιώντας τις γνώσεις και την εμπειρία που αποκτήσαμε, σχεδιάσαμε και υλοποιήσαμε το δικό μας Έξυπνο Σπίτι σε μικρογραφία, απόλυτα όμως λειτουργική και ελεγχόμενη από οποιοδήποτε σημείο της γης, αρκεί να έχουμε πρόσβαση στο διαδίκτυο. Για την υλοποίησή του χρησιμοποιήσαμε την ηλεκτρονική αναπτυξιακή πλατφόρμα Arduino, το λογισμικό Labview, καλώδια και πολλή φαντασία. μακετόχαρτο, αισθητήρες, 3

4 Ευχαριστήρια Η παρούσα ερευνητική εργασία εκπονήθηκε στο 1ο ΕΠΑ.Λ. Αιγίου και στα εργαστήρια του τομέα Ηλεκτρονικής του ΣΕΚ Αιγίου. Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε όλους αυτούς που συνέβαλαν στην ολοκλήρωση της εργασίας αυτής. Συγκεκριμένα θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε το 1 ο ΕΠΑΛ Αιγίου και το ΣΕΚ Αιγίου που συνεργάστηκαν με στόχο τα εργαστήρια Ηλεκτρονικής να είναι ελεύθερα τις ώρες του μαθήματος Ε.Θ.Δ. ώστε να μπορούμε σε αυτό το χώρο και με τα μέσα που διαθέτει να διεξάγουμε την έρευνα. Ευχαριστούμε επίσης τους καθηγητές μας κ. Γεώργιο Πρίντζιο και κ. Ψήμμα Νικόλαο για τη στήριξη και καθοδήγησή τους σε όλη η διάρκεια της έρευνας. 4

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Ορισμός Δυνατότητες Έξυπνου Σπιτιού Αυτοματισμοί Έξυπνου Σπιτιού ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Συστήματα συναγερμού Τεχνολογίες λειτουργίας συστημάτων συναγερμού Δομή συστημάτων συναγερμού Συστήματα πυρανίχνευσης Αισθητήρες συστημάτων ασφαλείας Ανιχνευτές επαφής (μηχανικοί διακόπτες/μαγνητικές επαφές) Αισθητήρες παθητικών υπερύθρων ( PIR ) Ανιχνευτές μικροκυμάτων Αισθητήρες φωτοηλεκτρικής δέσμης ( BEAM ) Ανιχνευτές υπερήχων Ακουστικοί αισθητήρες Ανιχνευτές ηλεκτρικού πεδίου Ανιχνευτές χωρητικότητας Ανιχνευτές κραδασμών Ανιχνευτές θραύσης κρυστάλλων Ανιχνευτές πίεσης ΚΛΕΙΣΤΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ Γενικά Μέρη κλειστών κυκλωμάτων τηλεόρασης (CCTV) Κάμερες Χώρος εγκατάστασης Τύπος κάμερας: Αισθητήρας κάμερας Πρόσθετες λειτουργίες Οθόνες CCTV Συστήματα καταγραφής Βίντεο Πρόσθετα εξαρτήματα ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ Σενάρια φωτισμού Άλλοι αυτοματισμοί κατοικίας ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΞΥΠΝΟΥ ΣΠΙΤΙΟΥ Η αναπτυξιακή πλατφόρμα Arduino Γενικά Arduino uno Flash memory SRAM memory EEPROM memory FTDI Pins πλακέτας arduino Άλλες εκδώσεις Arduino Arduino IDE Γλώσσα προγραμματισμού του Arduino Το πρόγραμμα LabView

6 5.2.1 Γενικά Δομή του περιβάλλοντος προγραμματισμού Κατασκευή μακέτας Υλικά κατασκευής Εργαλεία κατασκευής Το ηλεκτρονικό μέρος Σύντομη περιγραφή λειτουργίας ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΔΙΚΤΥΟΓΡΑΦΙΑ

7 «ΕΞΥΠΝΟ ΣΠΙΤΙ» 1 ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 1.1 Ορισμός Με τον όρο Έξυπνο Σπίτι εννοούμε το προσωπικό ή εργασιακό περιβάλλον που περικλείει ένα σύνολο τεχνολογικών εφαρμογών με κοινό παρανομαστή την αυτοματοποίηση και τον έλεγχο των επιμέρους τμημάτων του. Ένα έξυπνο σπίτι ελέγχει όλες του τις λειτουργίες, εντός και εκτός σπιτιού, από ένα μόνο σημείο διαχείρισης. Με την χρήση της τεχνολογίας ο ιδιοκτήτης ενός σπιτιού μπορεί να το μετατρέψει σε ένα έξυπνο σπίτι, το οποίο αναγνωρίζει ταχύτατα τις ανάγκες του και προσαρμόζεται αναλόγως, αλλά και σε ένα πλήρως ελεγχόμενο σπίτι το οποίο μπορεί να διαχειρίζεται από οποιοδήποτε σημείο του κόσμου. 1.2 Δυνατότητες Έξυπνου Σπιτιού Σε ένα πρώτο επίπεδο η βασική λειτουργία ενός «έξυπνου σπιτιού», φαίνεται πως είναι ο έλεγχος του φωτισμού, στην ουσία όμως μας δίνεται η δυνατότητα να παρακολουθούμε και να διαχειριζόμαστε όλες τις εγκαταστάσεις, όπως τη θέρμανση, το ζεστό νερό, το συναγερμό, τα φώτα, τα ρολά, το αυτόματο πότισμα ή ακόμα και τη στάθμη του πετρελαίου μέσω οποιουδήποτε τρόπου μπορούμε να έχουμε επικοινωνία με το σπίτι μας (τηλέφωνο, διαδίκτυο, κινητό τηλέφωνο). Μας δίνει τη δυνατότητα για 7

8 μεταφορά εικόνας και ήχου στο κινητό μας ή στο γραφείο, όταν προκύπτουν προειδοποιήσεις (alarm) τις οποίες θεωρούμε σημαντικές. Παράλληλα, με την δυνατότητα δημιουργίας σεναρίων, μπορούμε να έχουμε στα χέρια μας ένα πολύ δυνατό εργαλείο για τον έλεγχο των εγκαταστάσεων. Τα σενάρια που μπορούμε να εφαρμόσουμε είναι ουσιαστικά άπειρα και αφορούν την εξοικείωση του χρήστη με το πρόγραμμα. Γι' αυτό πολλές φορές το σύστημα προγραμματίζεται με κάποια βασικά σενάρια και στην πορεία, ανάλογα με τις επιθυμίες του εκάστοτε χρήστη της οικίας, προσαρμόζεται σε πιο σύνθετα σενάρια. Μελλοντικές επεκτάσεις ή διαφοροποιήσεις πραγματώνονται με μικρό κόστος, εφόσον η αλλαγή ενυπάρχει στον σχεδιασμό και προγραμματισμό του έξυπνου σπιτιού. Παρακάτω παραθέτουμε ορισμένες βασικές δυνατότητες που έχει το Έξυπνο Σπίτι. Φεύγω / Έρχομαι (όταν αποχωρώ από το σπίτι το σύστημα κλείνει όλες τις ηλεκτρικές καταναλώσεις, θέρμανση, ύδρευση, ρολά, τέντες, συναγερμό, φυσικό αέριο κ.α.). Σενάρια φωτισμού κατοικίας (party mode, home cinema κ.α.) Κλείσιμο, άνοιγμα όλων των ρολών ταυτόχρονα / ασφάλιση της κατοικίας (το βράδυ ή όταν ξυπνάμε το πρωί). Δυνατότητα προγραμματισμού αυτόματης εκτέλεσης λειτουργιών (ανάβουν σταδιακά τα φώτα όσο δύει ο ήλιος, ανοίγουν αυτόματα τα ρολά όταν έχουμε alarm φωτιάς, κ.α.). Επιστρέφουμε από τη δουλειά - με την χρήση του τηλεφώνου ανάβουμε το θερμοσίφωνο πριν φτάσουμε ή κλείνουμε την παροχή ρεύματος σε κάποια συσκευή που έχουμε ξεχάσει ανοιχτή. Χρονοπρογράμματα για το αυτόματο πότισμα. Έλεγχος θέρμανσης ή κλιματισμού. Αναφορές κατάστασης για εσωτερική, εξωτερική θερμοκρασία, ηλιοφάνειας, ταχύτητας ανέμου, στάθμης πετρελαίου, νερού. 8

9 Διανομή εικόνας και ήχου. παρέχεται τη δυνατότητα να έχουμε διανομή σημάτων εικόνας και ήχου από ένα κεντρικό σύστημα στους χώρους που έχουμε προ-επιλέξει. Πρόσβαση στο κτίριο. Με την εγκατάσταση ειδικών συστημάτων ελέγχου πρόσβασης (εισόδου-εξόδου) διασφαλίζεται ο απρόσκοπτος έλεγχος των επισκεπτών στο κτίριο. Επίσης, μπορούν να εφαρμοστούν σενάρια διαχείρισης επιτρέποντας την είσοδο μόνο σε άτομα που πληρούν τις προϋποθέσεις. 1.3 Αυτοματισμοί Έξυπνου Σπιτιού Το Έξυπνο Σπίτι αποτελείται από ένα πλήθος αυτοματισμών που συνεργάζονται μεταξύ τους και ελέγχονται κεντρικά είτε τοπικά είτε από απόσταση. Παρακάτω αναφέρουμε τους πιο συνηθισμένους. Κεντρικός ελεγκτής αυτοματισμού Έλεγχος φωτισμού Κεντρικό σύστημα συναγερμού Κεντρικό σύστημα θέρμανσης Κεντρικό σύστημα διανομής εικόνας και ήχου Σύστημα ποτίσματος Σύστημα παρακολούθησης από κάμερες Έλεγχος ζεστού νερού Έλεγχος ηλεκτρικών συσκευών Έλεγχος πισίνας Έλεγχος καιρικών συνθηκών Εφαρμογές προγραμματισμού Υπολογιστικά προγράμματα Έλεγχος μέσω κινητού Έλεγχος μέσου ασύρματου δικτύου Ας δούμε όμως αναλυτικότερα κάποιους από αυτούς τους επιμέρους αυτοματισμούς καθώς και τους τρόπους λειτουργίας τους και τις δυνατότητες που μπορούν να παρέχουν. 9

10 2 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ 2.1 Συστήματα συναγερμού Τα συστήματα συναγερμού αποτελούν διεθνώς την πιο συμφέρουσα και αποτελεσματική λύση για την αύξηση της ασφάλειας ενός χώρου. Σκοπός ενός συστήματος συναγερμού, είναι η προστασία κτιρίων ή άλλων χώρων από παράνομες εισβολές. Είναι ένα απ τα κυριότερα συστήματα που θα συναντήσουμε στο Έξυπνο Σπίτι. Παράλληλα τα συστήματα συναγερμού εκτός απ την προστασία του χώρου από παράνομες εισβολές παρέχουν και πληροφορίες για την κατάσταση του χώρου και σε συνεργασία με άλλα συστήματα δίνουν τη δυνατότητα παρέμβασης και αλλαγής των συνθηκών στην κατοικία Τεχνολογίες λειτουργίας συστημάτων συναγερμού. Οι τεχνολογίες των συστημάτων συναγερμού που αφορούν τη διασύνδεση των επιμέρους συσκευών του συστήματος είναι η ενσύρματη και η ασύρματη. Η ενσύρματη διασύνδεση είναι η πιο διαδεδομένη καθώς σήμερα στις περισσότερες νέες κατασκευές προβλέπεται από τη μελέτη να προεγκαθίστανται και τα καλώδια συναγερμού στη φάση της κατασκευής. Στην ασύρματη διασύνδεση τα στοιχεία του συστήματος επικοινωνούν μεταξύ τους με τη χρήση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, σε συχνότητες που μεταβάλλονται πολύ συχνά, ώστε να είναι πολύ δύσκολο για κάποιον τρίτο να υποκλέψει τη συχνότητα του συστήματος και στη συνέχεια να το παραβιάσει. Αποτελούν πολύ καλή λύση για χώρους, στους οποίους για κάποιο λόγο δεν μπορούν να περαστούν τα καλώδια, που απαιτούνται για τα ενσύρματα συστήματα. Το πιο σημαντικό μειονέκτημά τους είναι το υψηλό κόστος, το οποίο, συγκρινόμενο με τα ενσύρματα, τα καθιστά ασύμφορα Δομή συστημάτων συναγερμού. Ένα τυπικό σύστημα συναγερμού τόσο ενσύρματο όσο και ασύρματο αποτελείται από: 10

11 Την κεντρική μονάδα ελέγχου: Η κεντρική μονάδα δέχεται σήματα από τους αισθητήρες τα οποία επεξεργάζεται και αποφασίζει για την ύπαρξη συναγερμού ή μη. Επίσης στην κεντρική μονάδα συνδέονται ένα ή παραπάνω πληκτρολόγια για τον έλεγχο του συστήματος από τους χρήστες, ακόμα συνδέονται σειρήνες για την ηχητική ειδοποίηση σε περίπτωση συναγερμού, φάροι σηματοδότησης για την οπτική ειδοποίηση, και συσκευές για απομακρυσμένη ειδοποίηση μέσω τηλεφωνικού δικτύου,gsm, GPRS κτλ. Το πληκτρολόγιο: Το πληκτρολόγιο σε ένα σύστημα ασφαλείας είναι η συσκευή με την οποία ό χρήστης του συστήματος μπορεί να χειρίζεται το σύστημα να το ενεργοποιεί και να το απενεργοποιεί και γενικά να ρυθμίζει τις παραμέτρους λειτουργίας του. Τις σειρήνες: Οι σειρήνες είναι συσκευές που ενεργοποιούνται με την έναρξη συναγερμού στο σύστημα, με σκοπό να μας δώσουν ηχητική ειδοποίηση και να προκαλέσουν πανικό στους εισβολείς. Σε ένα σύστημα συναγερμού συναντάμε συνήθως δύο σειρήνες, την εσωτερική και την εξωτερική. Η εσωτερική τοποθετείται συνήθως κοντά στην κεντρική μονάδα και τροφοδοτείται από αυτή ενώ η εξωτερική έχει συνήθως και αυτόνομη τροφοδοσία μέσω μπαταρίας. Τις συσκευές τηλεειδοποίησης: Οι συσκευές τηλεειδοποίησης έχουν ως σκοπό την ειδοποίηση σε περίπτωση συναγερμού. Αυτό μπορεί να γίνει μέσω τηλεφωνικού δικτύου, δικτύου GSM, ή GPRS. Οι συσκευές αυτές 11

12 μπορεί να είναι ενσωματωμένες στην πλακέτα της κεντρικής μονάδας ή μπορεί να είναι ξεχωριστές συσκευές που συνδέονται κατάλληλα με τη μονάδα. Τους αισθητήρες / ανιχνευτές: Όλοι οι ανιχνευτές/αισθητήρες έχουν στην ουσία τον ίδιο σκοπό : να αναγνωρίζουν οποιαδήποτε προσπάθεια παράνομης διείσδυσης σε ένα χώρο. Η ταξινόμησή τους γίνεται με βάση την αρχή λειτουργίας τους, που άλλωστε καθορίζει και τις δυνατότητές τους και τις εφαρμογές στις οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Οι αισθητήρες μπορούμε να πούμε ότι είναι το σημαντικότερο τμήμα του συναγερμού αφού στην ουσία αυτοί είναι που θα δώσουν την πληροφορία για τη διείσδυση στο φυλασσόμενο χώρο. κάνουμε ξεχωριστή αναφορά σ αυτούς. Παρακάτω 2.2 Συστήματα πυρανίχνευσης Αν και πολλές φορές οι αισθητήρες ανίχνευσης πυρκαγιάς συνδέονται στο σύστημα συναγερμού μιας κατοικίας ώστε να λειτουργούν δίνοντας συναγερμό, το ποιο σωστό είναι να υπάρχει αυτόνομο σύστημα πυρανίχνευσης ώστε να μπορεί να συνδυαστεί ευκολότερα και με ένα σύστημα πυρόσβεσης. Γι αυτό το λόγο κάνουμε ιδιαίτερη αναφορά σ αυτά τα συστήματα. Τα συστήματα πυρανίχνευσης έχουν παρόμοια φιλοσοφία με τα συστήματα συναγερμού και αποτελούνται απ τις εξής βασικές βαθμίδες: Τον πίνακα ελέγχου του συστήματος, τα εξαρτήματα ανίχνευσης της φωτιάς και τα μέσα ένδειξης και σήμανσης. Αν το σύστημα περιλαμβάνει και συσκευές κατάσβεσης τότε πρόκειται για ένα ολοκληρωμένο σύστημα πυρασφάλειας 2.3 Αισθητήρες συστημάτων ασφαλείας Οι ανιχνευτές και τα αισθητήρια, σε ένα σύστημα συναγερμού, είναι οι συσκευές εκείνες οι οποίες αναγνωρίζουν ανεπιθύμητες εισβολές σε κάποιον προστατευόμενο χώρο. Τοποθετημένες στρατηγικά στον χώρο, μπορούν να προσφέρουν την μέγιστη ασφάλεια. Για ευκολότερη διαχείρηση τους, καθώς και παρακολούθησης των σημάτων τους, ο χώρος χωρίζεται σε ζώνες στις οποίες μπορούν να ενεργοποιούνται ή να απενεργοποιούνται ξεχωριστά οι 12

13 κάθε αισθητήρες. Παρακάτω παραθέτουμε τις κυριότητες κατηγορίες αισθητήρων συστημάτων ασφαλείας Ανιχνευτές επαφής (μηχανικοί διακόπτες/μαγνητικές επαφές) Μια μεγάλη κατηγορία ανιχνευτών, η οποία έχει ως σκοπό την προστασία συγκεκριμένων σημείων. Οι μηχανικοί ανιχνευτές χρησιμοποιούνται για να ανιχνεύσουν το άνοιγμα μιας προστατευόμενης πόρτας ή παραθύρου. Για τον ίδιο σκοπό χρησιμοποιούνται και οι ανιχνευτές μαγνητικής επαφής, που όπως και οι μηχανικοί προϋποθέτουν ότι υπάρχει άμεση επαφή. Όταν η πόρτα ή το παράθυρο ανοίγει, ο μαγνήτης ελευθερώνει ένα διακόπτη και δίνει το σήμα του συναγερμού. Ακόμα υψηλότερο επίπεδο ασφάλειας παρέχουν οι ισοσταθμισμένοι μαγνητικοί ανιχνευτές, που αποτελούνται από δύο μαγνήτες. Ανάμεσα στους δύο μαγνήτες - εκ των οποίων ο ένας είναι τοποθετημένος στο σταθερό πλαίσιο και ο άλλος στο κινητό μέρος της πόρτας ή του παραθύρουδημιουργείται ένα ισοσταθμισμένο και σταθερό μαγνητικό πεδίο Αισθητήρες παθητικών υπερύθρων ( PIR ) Όπως υποδηλώνει το «παθητικό» στην ονομασία τους, απαντούν μόνο στην υπέρυθρη ενέργεια που ακτινοβολείται από το αντικείμενο που ανιχνεύτηκε και δεν εκπέμπουν κανενός είδους ακτινοβολία. Το πιο συνηθισμένο αντικείμενο του οποίου ανιχνεύουν την ακτινοβολία που εκπέμπεται είναι το ανθρώπινο σώμα. Για το λόγο αυτό οι αισθητήρες PIR βρίσκουν χρήση σε αυτόματους διακόπτες φωτισμού, συστήματα συναγερμού, και ελεγκτές ανοίγματος πόρτας. Κάθε αντικείμενο με θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν εκπέμπει υπέρυθρη ενέργεια με μορφή ακτινοβολίας. Αυτή η ενέργεια είναι αόρατη στο ανθρώπινο μάτι, αλλά όχι απ το πυροηλεκτρικό υλικό που βρίσκεται στον πυρήνα του αισθητήρα PIR. Όταν υποβάλλονται σε υπέρυθρη ακτινοβολία, τα πυροηλεκτρικά υλικά δημιουργούν ένα μικρό ηλεκτρικό φορτίο παρόμοιο με το ηλεκτρικό φορτίο 13

14 που δημιουργείται όταν το ορατό φως χτυπάει ένα ηλιακό κύτταρο. Τα Πυροηλεκτρικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε αυτούς τους αισθητήρες περιλαμβάνουν galliumnitride, νιτρικό καίσιο και Τανταλικό λίθιο. Καθώς ένα άτομο περνά μπροστά από το πεδίο του αισθητήρα, η υψηλότερη θερμοκρασία του δέρματός του δημιουργεί μια μεγαλύτερη φόρτιση στο πυροηλεκτρικό υλικό. Ένα κύκλωμα ενίσχυσης ενισχύει το μικρό σήμα που παράγεται από την προστιθέμενη ενέργεια των υπερύθρων και τροφοδοτεί ένα διαφορετικό κύκλωμα σύγκρισης. Το κύκλωμα σύγκρισης αναζητά μια διαφορά στο σήμα από την αρχική ανάγνωση του, για να προκαλέσει μια έξοδο. Ωστόσο, αυτή η απλή λειτουργία μπορεί επίσης να ενεργοποιείται από οποιαδήποτε πηγή ταχέως μεταβαλλόμενης φωτεινότητας ή θερμότητας, όπως είναι η λάμψη από έντονα φώτα ή ανακλάσεις από αντικείμενα κατά τη διάρκεια ζέστης, σε ηλιόλουστες ημέρες. Υπάρχουν αρκετές τεχνικές για να μειωθούν αυτές οι ψευδείς ενεργοποιήσεις. Πρώτον, το ανθρώπινο σώμα εκπέμπει υπέρυθρη ακτινοβολία σε μήκος κύματος από 9 έως 10 μm. Έτσι, ένα υπέρυθρο φίλτρο που περνά μήκη κύματος από τις 8 έως 14 μm είναι τοποθετημένο μπροστά από τον αισθητήρα για την ενίσχυση της ευαισθησίας στην υπέρυθρη ενέργεια που εκπέμπεται από τους ανθρώπους. Δεύτερον, ένας φακός Fresnel τοποθετείται μπροστά από τον αισθητήρα και εκτελεί δύο λειτουργίες. Επικεντρώνει την ενέργεια των υπερύθρων που εκπέμπονται σε μια ευρύτερη περιοχή πάνω από τον αισθητήρα και χωρίζει την περιοχή σε θερμές και ψυχρές ζώνες ευαισθησίας. Καθώς λοιπόν ένα άτομο περπατά διασχίζοντας τις ζώνες, ο αισθητήρας βλέπει μια μεταβαλλόμενη αξία IR που παράγει ένα διαφορετικό σήμα εξόδου από τον αισθητήρα που ανιχνεύει την κίνηση. Το κύκλωμα σύγκρισης αναζητά και ανταποκρίνεται σε αυτή την αλλαγή σήματος. Θερμά αντικείμενα που δεν μετακινούνται όπως θερμάστρες και φώτα, δεν παράγουν διακυμάνσεις στην εκπομπή υπερύθρων. Το κύκλωμα σύγκρισης αγνοεί αυτές τις σταθερές πηγές υπερύθρων ακτινοβολιών. 14

15 2.3.3 Ανιχνευτές μικροκυμάτων Οι ανιχνευτές αυτοί βασίζουν τη λειτουργία τους στη μετάδοση μικροκυμάτων. Είναι ανιχνευτές κίνησης, οι οποίοι σαρώνουν μια προκαθορισμένη περιοχή με ένα ηλεκτρικό πεδίο. Μια κίνηση στο συγκεκριμένο χώρο, διεγείρει το πεδίο και ενεργοποιεί το συναγερμό. Ένα σημαντικό μειονέκτημα των ανιχνευτών αυτών οφείλεται στο ότι ενώ δεν επηρεάζονται από τον αέρα ή τις μεταβολές στη θερμοκρασία και στην υγρασία λόγω των υψηλών συχνοτήτων στις οποίες μεταδίδονται, μπορούν και διαπερνούν διάφορα φυσικά εμπόδια, όπως τοίχους, με αποτέλεσμα να ανιχνεύουν κινήσεις που έγιναν εκτός της προστατευόμενης περιοχής και να δώσουν λανθασμένο συναγερμό Αισθητήρες φωτοηλεκτρικής δέσμης ( BEAM ). Οι αισθητήρες φωτοηλεκτρικής δέσμης εκπέμπουν μια δέσμη υπέρυθρου φωτός σε ένα απομακρυσμένο δέκτη δημιουργώντας έναν «ηλεκτρονικό φράκτη». Αυτοί οι αισθητήρες συχνά χρησιμοποιούνται για την κάλυψη πορτών, διαδρόμων, εξωτερικών χώρων ενεργώντας ουσιαστικά σαν ένα πλέγμα προστασίας. Μόλις η δέσμη διακοπεί τότε δημιουργείται ένα σήμα συναγερμού. Αποτελούνται από δύο μέρη : ένα πομπό και ένα δέκτη. Ο πομπός χρησιμοποιεί μια δίοδο LED σαν πηγή φωτός και εκπέμπει μια υπέρυθρη δέσμη φωτός στον δέκτη. Ο δέκτης αποτελείται από ένα φωτοηλεκτρικό στοιχείο το οποίο ανιχνεύει την παρουσία της δέσμης όταν η φωτοηλεκτρική δέσμη δεν λαμβάνεται το λιγότερο κατά 90% από την στάθμη σήματος που εκπέμπεται και διακόπτεται για ένα σύντομο χρονικό διάστημα των 75ms (χρόνος που ένας εισβολέας διασχίζει την δέσμη), τότε δημιουργείται ένα σήμα συναγερμού. Η δέσμη διαμορφώνεται σε μια πολύ υψηλή συχνότητα η οποία εναλλάσσεται πάνω από 1000 φορές το 15

16 δευτερόλεπτο και με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε ο δέκτης να προστατευτεί ενάντια σε προσπάθειες παράκαμψης χρησιμοποιώντας μια υποκατάστατη πηγή φωτός. Για να παρακαμφθεί ο αισθητήρας η γωνία της δέσμης και η συχνότητα διαμόρφωσης θα πρέπει να ταιριάζουν άριστα, επίσης οι εκδόσεις των συσκευών των δεσμών μπορεί να είναι με διπλή,τριπλή τετραπλή δέσμη κτλ μεταξύ πομπού και δέκτη έτσι ώστε να μειώνεται η πιθανότητα ψευδών συναγερμών και να αυξάνεται η αξιοπιστία του συστήματος Ανιχνευτές υπερήχων Μια άλλη μεγάλη κατηγορία ανιχνευτών εσωτερικού χώρου, απαρτίζεται από εκείνους τους ανιχνευτές που λειτουργούν με υπέρηχους. Διακρίνουμε δύο κατηγορίες: Τους ενεργούς και τους παθητικούς. Οι παθητικοί ανιχνευτές υπερήχων είναι ουσιαστικά συσκευές ανίχνευσης κίνησης, που «αντιλαμβάνονται» υπέρηχους μέσα σε ένα καθορισμένο χώρο -την επιτηρούμενη ζώνη- και αντιδρούν σε μεταβολές υψηλών συχνοτήτων, που σχετίζονται με ενέργειες εισβολέων. Οι ενεργοί ανιχνευτές υπερήχων χρησιμοποιούν τις αλλαγές στην εκπεμπόμενη συχνότητα των υπερήχων για να αντιληφθούν τυχόν ενέργειες διείσδυσης. Οι ανιχνευτές υπερήχων, συνήθως αναρτώνται σε οροφές και σε τοίχους, ενώ στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται με άλλους τύπους ανιχνευτών, όπως τους PIR, ώστε να αυξάνεται η πιθανότητα εντόπισης ύποπτων κινήσεων. Πλεονέκτημα των συγκεκριμένων ανιχνευτών είναι ότι δεν επηρεάζονται από θερμοκρασιακές μεταβολές, εκτός και εάν είναι ιδιαίτερα έντονες. Επίσης, οι υπέρηχοι δεν μπορούν να διαπεράσουν σταθερά εμπόδια, όπως παραδείγματος χάρη, έναν τοίχο και συνεπώς μπορούν να ελέγξουν αποτελεσματικά μια κλειστή ζώνη, χωρίς να επηρεάζονται από ενέργειες που λαμβάνουν χώρα σε γειτονικούς χώρους 16

17 2.3.6 Ακουστικοί αισθητήρες Είναι οι λιγότερο διαδεδομένοι και χρησιμοποιούνται μόνο σε περιπτώσεις όπου οι φυσικοί ήχοι του περιβάλλοντος έχουν χαμηλή ένταση, ώστε να μην καλύπτοναι οι θόρυβοι που παράγονται από ενέργειες διείσδυσης Ανιχνευτές ηλεκτρικού πεδίου Μια σημαντική ομάδα ανιχνευτών εξωτερικού χώρου, είναι οι ανιχνευτές ηλεκτρικού πεδίου. Οι συγκεκριμένες διατάξεις παράγουν ένα ηλεκτροστατικό πεδίο ανάμεσα ή γύρω από μια συστοιχία ενσύρματων αγωγών και μιας ηλεκτρικής γείωσης. Κάθε διαταραχή στο πεδίο, που προκαλείται από πιθανή διείσδυση, ενεργοποιεί τους ανιχνευτές και δίνει σήμα συναγερμού. Οι ανιχνευτές ηλεκτρικού πεδίου χρησιμοποιούνται και αποδεικνύονται πολύ αποτελεσματικοί σε φράκτες περίφραξης Ανιχνευτές χωρητικότητας Μια άλλη κατηγορία ανιχνευτών που βασίζεται στις ιδιότητες των ηλεκτροστατικών πεδίων είναι οι ανιχνευτές που λειτουργούν, ελέγχοντας τις μεταβολές στη χωρητικότητα των πεδίων. Οι ανιχνευτές αυτής της κατηγορίας αποτελούνται από τρία ηλεκτροφόρα σύρματα (χαμηλής τάσης) που τοποθετούνται πάνω από το φράκτη. Γύρω από τα σύρματα παράγεται ένα ηλεκτρικό πεδίο, με το φράκτη να αποτελεί την ηλεκτρική γείωση. Συνήθως απαιτείται επαφή με τα σύρματα για την ενεργοποίηση του συναγερμού, αλλά, αυξάνοντας την ευαισθησία του πεδίου μπορεί να ανιχνευθεί και παρουσία, χωρίς να είναι απαραίτητη η άμεση φυσική επαφή Ανιχνευτές κραδασμών Στην κατηγορία αισθητήρων που τοποθετούνται σε περιφράξεις, ανήκουν και οι ανιχνευτές κραδασμών. Ενέργειες, όπως η αναρρίχηση σε ένα φράκτη ή το κόψιμο των συρμάτων προκαλούν μηχανικές δονήσεις. Οι ανιχνευτές αυτής της κατηγορίας αντιλαμβάνονται τις δονήσεις αυτές, χρησιμοποιώντας ηλεκτρομηχανικούς ή πιεζοηλεκτρικούς μετατροπείς. Τα σήματα από τους μετατροπείς, στέλνονται σε έναν επεξεργαστή και αναλύονται. Ανάλογα με τη 17

18 συχνότητα του σήματος, αγνοείται το ερέθισμα ή στην αντίθετη περίπτωση και όπου κρίνεται σκόπιμο, ενεργοποιείται ο συναγερμός Ανιχνευτές θραύσης κρυστάλλων Αναγνωρίζουν τη συχνότητα των τζαμιών όταν σπάνε ή όταν κόβονται με διαμάντι και τοποθετούνται απέναντι ή στο πλάι της τζαμαρίας που προστατεύουν Ανιχνευτές πίεσης Λειτουργούν σαν ανοιχτοί διακόπτες οι οποίοι κλείνουν κύκλωμα και δίνουν έξοδο όταν δεχτούν πίεση σε οποιοδήποτε σημείο τους. Συνήθως τοποθετούνται σε εισόδους κάτω από πλαίσια ή χαλιά. 3 ΚΛΕΙΣΤΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ 3.1 Γενικά Με τον όρο κλειστό κύκλωμα τηλεόρασης (Closed Circuit TV System) όπως χρησιμοποιείται ευρέως για παροχή Υπηρεσιών Ασφαλείας, εννοούμε κάθε σύστημα που χρησιμοποιεί κάμερες για λήψη εικόνων, οι οποίες μεταφέρονται σε μία οθόνη (Monitor) και καταγράφονται είτε σε 18

19 μαγνητοσκόπιο (Video Recorder) είτε σε Συσκευή Ψηφιακής Καταγραφής (Digital Video Recorder). Υπάρχει επίσης η δυνατότητα μεταβίβασης της εικόνας σε απομακρυσμένο σταθμό ελέγχου, είτε ενσύρματα είτε ασύρματα. Ασύρματο CCTV: Οι κάμερες σ αυτή την κατηγορία συνδέονται με το υπόλοιπο σύστημα (οθόνη και σύστημα καταγραφής) ασύρματα. Τα πλεονεκτήματα αυτής της κατηγορίας είναι το χαμηλό κόστος εγκατάστασης, η δυνατότητα εύκολης αναδιάταξης και φορητότητας του όλου συστήματος και η δυνατότητα τοποθέτησής τους σε σημεία όπου είναι δυσχερής η ανάπτυξη ενσύρματης εγκατάστασης. Τα μειονεκτήματα αυτής της κατηγορίας είναι ότι επικοινωνία των ασύρματων καμερών με το υπόλοιπο σύστημα προϋποθέτει την ύπαρξη μιας αποκλειστικής συχνότητας στην οποία πραγματοποιείται η μετάδοση του σήματος της εικόνας, η χαμηλή ποιότητα της εικόνας σε σχέση με ένα παρόμοιο ενσύρματο σύστημα καθώς και οι περιορισμοί ως προς την απόσταση μεταξύ των καμερών και του υπόλοιπου συστήματος λόγω του φαινομένου εξασθένησης σήματος. Ενσύρματο CCTV: Οι κάμερες στα κυκλώματα της συγκεκριμένης κατηγορίας συνδέονται με την οθόνη και το σύστημα καταγραφής με τη βοήθεια καλωδίου. Στην κατηγορία αυτή έχουμε πολύ καλή ποιότητα εικόνας κι υπάρχει η δυνατότητα τοποθέτησης των καμερών σε μεγάλη απόσταση απ το υπόλοιπο σύστημα. Όμως απαιτούνται περισσότερες εργασίες κατά την εγκατάσταση και η περιοχή που παρακολουθείται είναι σαφώς ορισμένη λόγω των περιορισμών φορητότητας των καμερών. 3.2 Μέρη κλειστών κυκλωμάτων τηλεόρασης (CCTV) Κάμερες Αποτελούν το πλέον βασικό τμήμα ενός κλειστού κυκλώματος αφού αποτελούν τα "μάτια" του όλου συστήματος. Οι κάμερες ασφαλείας μπορούν να διαχωριστούν σε επιμέρους κατηγορίες με βάση το χώρο εγκατάστασης για 19

20 τον οποίο είναι κατάλληλες, τον τύπο της κάμερας, ορισμένες πρόσθετες λειτουργίες τους και τον αισθητήρα τους Χώρος εγκατάστασης Εξωτερικές: Συνήθως είναι ιδιαίτερα ανθεκτικές σε άσχημες καιρικές συνθήκες και σε προσπάθειες βανδαλισμού τους. Λόγω των παραπάνω ορισμένες κάμερες της κατηγορίας αυτής είναι εξοπλισμένες με θερμαντικές διατάξεις ή ανεμιστήρες, ενώ άλλες βρίσκονται εντός προστατευτικού περιβλήματος. Συνήθως οι εξωτερικές κάμερες πρέπει να ανταπεξέλθουν του προβλήματος χαμηλού φωτισμού και για αυτό το λόγο είναι εφοδιασμένες με τεχνολογία υπέρυθρης ακτινοβολίας ή νυχτερινής & ημερήσιας λήψη Εσωτερικές: Όπως είναι προφανές από την ονομασία τους προορίζονται για χρήση εντός κτιριακών εγκαταστάσεων και για αυτό το λόγο δεν παρουσιάζουν την ίδια ανθεκτικότητα στις καιρικές συνθήκες όπως οι εξωτερικές κάμερες Τύπος κάμερας: Κάμερες Θόλου ( Dome ): Βρίσκονται εντός προστατευτικού θόλου με αποτέλεσμα να είναι ανθεκτικότερες σε προσπάθεια βανδαλισμού τους. Επίσης ο θόλος βοηθά έτσι ώστε να μην είναι εμφανής η κατεύθυνση στην οποία είναι στραμμένη η κάμερα. Κάμερες Box: Έχουν σχήμα κουτιού και είναι οι πλέον συνήθεις σε μορφή κάμερες. Έχουν τη δυνατότητα να τοποθετηθούν σε οποιαδήποτε κατακόρυφη επιφάνεια με τη βοήθεια κατάλληλων υποστηριγμάτων. Επίσης μπορούν 20

21 να εξοπλιστούν με μεγάλους φακούς (όταν είναι αναγκαία η παρακολούθηση απομακρυσμένων σημείων) όμως στη περίπτωση αυτή είναι πιο δύσκολο να προστατευθούν από κατάλληλο περίβλημα. Κάμερες Bullet: Έχουν κυλινδρικό σχήμα και είναι λιγότερο ογκώδεις από τις box κάμερες. Λόγω του μεγέθους τους έχουν περιορισμούς στους φακούς που μπορούν να λάβουν και είναι κατάλληλες για παρακολουθήσεις μικρών ή μεσαίων αποστάσεων. Η ευκρίνεια της εικόνας που παράγουν είναι συνήθως υποδεέστερη σε σχέση με αυτή που παράγουν οι box κάμερες, ενώ και οι κάμερες αυτής της κατηγορίας έχουν τη δυνατότητα να τοποθετηθούν σε οποιαδήποτε κατακόρυφη επιφάνεια με τη βοήθεια κατάλληλων υποστηριγμάτων. Κρυφές Κάμερες ( Covert ): Είναι κατασκευασμένες με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να μη προδίδουν ότι είναι κάμερες παρακολούθησης. Dummy κάμερες: Είναι κατασκευασμένες έτσι ώστε να μοιάζουν με τις Αισθητήρας κάμερας κανονικές κάμερες παρακολούθησης αλλά χωρίς να επιτελούν καμία πραγματική λειτουργία. Σκοπό έχουν την παραπλάνηση έτσι ώστε να αποτρέπουν οποιαδήποτε εγκληματική ενέργεια. Κάμερες CCD: Οι CCD αισθητήρες έχουν μεγαλύτερη ευαισθησία στο φως με αποτέλεσμα την απόδοση καλύτερής εικόνας, συγκριτικά με τους CMOS, σε καταστάσεις χαμηλής φωτεινότητας. 21

22 Κάμερες CMOS: Οι CMOS αισθητήρες παρέχουν καλή ποιότητας εικόνας ενώ παράλληλα καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια συγκριτικά με τους CCD αισθητήρες Πρόσθετες λειτουργίες Νυχτερινής & Ημερήσιας Λήψης: Έχουν τη δυνατότητα προσαρμογής στις επικρατούσες συνθήκες φωτισμού. Οι συνθήκες φωτισμού μετριούνται σε μονάδες Lux που περιγράφουν την ηλιακή ενέργεια που φθάνει σε μία περιοχή εμβαδού 1m 2 ανά δευτερόλεπτο. Υπέρυθρης ακτινοβολίας: Βασίζονται στη τεχνολογία υπέρυθρης ακτινοβολίας και είναι κατάλληλες για συνθήκες πλήρους σκότους (0 Lux). Οι κάμερες υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι εφοδιασμένες με φώτα LED υπερύθρων που φωτίζουν το πεδίο παρατήρησης έτσι ώστε να είναι δυνατή η καταγραφή εικόνων. Λήψη με κάμερα νυκτερινής και ημερήσιας λήψης Λήψη με κάμερα υπέρυθρης ακτινοβολίας Wide Dynamic Range: Έχουν τη δυνατότητα να διαχειρίζονται με πιο αποδοτικό τρόπο εικόνες που παρουσιάζουν σημαντικές αντιθέσεις ως προς τη φωτεινότητά τους, δηλαδή εικόνες όπου έχουν ταυτόχρονα φωτεινά και σκοτεινά σημεία. PTZ (Pan Tilt Zoom): Παρέχουν τη δυνατότητα τηλεχειρισμού για την πραγματοποίηση λειτουργιών όπως στρέψη, εστίαση και μεγέθυνση προς όλες τις κατευθύνσεις. Ορισμένες PTZ κάμερες αυτής της κατηγορίας έχουν τη 22

23 δυνατότητα να προγραμματιστούν έτσι ώστε να πραγματοποιούν προδιαγεγραμένες διαδρομές. Σε περίπτωση ενεργοποίησης του συναγερμού μπορούν να στραφούν αυτόματα προς ένα σημείο προτού επιστρέψουν στην προδιαγεγραμμένη σάρωση του χώρου. 3.3 Οθόνες CCTV Η οθόνες CCTV είναι υψηλής ευκρίνειας και έχουν σχεδιαστεί έτσι ώστε να εκμεταλλεύονται πλήρως την υψηλή ανάλυση βίντεο που καταγράφουν οι κάμερες. Επίσης είναι κατασκευασμένες έτσι ώστε να βρίσκονται σε συνεχή λειτουργία. Μπορεί να είναι CRT ή LCD, έγχρωμες ή ασπρόμαυρες. Πολλές φορές, προκειμένου να μειώσουμε το κόστος ενός τέτοιου συστήματος, ως συσκευή απεικόνισης χρησιμοποιούμε μια τηλεόραση ή μια οθόνη Η/Υ. 3.4 Συστήματα καταγραφής Βίντεο Αναπόσπαστη πλέον μονάδα ενός ολοκληρωμένου συστήματος CCTV είναι και το σύστημα καταγραφής βίντεο. Στα συστήματα καταγραφής βίντεο διακρίνουμε τον αναλογικό και τον ψηφιακό καταγραφέα. Αναλογικός καταγραφέας: Η αναλογική καταγραφή της εικόνας των καμερών μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση μίας VCR (Videocassette Recorder) συσκευής. Οι συσκευές αυτές μπορούν να καταγράψουν, κατά μέσο όρο, εικόνες βίντεο διάρκειας 8 ωρών. Ψηφιακός Καταγραφέας (DVR - Digital Video Recorder): Όπως είναι προφανές οι καταγραφείς της κατηγορίας αυτής αποθηκεύουν την εικόνα σε ψηφιακή μορφή. Οι ψηφιακοί καταγραφείς συνήθως μπορούν να υποστηρίξουν 1,4,8 ή 16 κανάλια (επί της ουσίας κάμερες) και 23

24 διαιρούνται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: στους αυτόνομους και στους καταγραφείς που βασίζονται σε αρχιτεκτονική υπολογιστή. Οι καταγραφείς τεχνολογίας Η/Υ είναι ουσιαστικά DVR κάρτες που τοποθετούνται εντός Η/Υ. Ως εκ τούτου η ύπαρξη πύργου ή rack είναι απαραίτητη. Το σχετικό DVR λογισμικό υποστηρίζει όλες τις απαραίτητες λειτουργίες όπως συμπίεση, μετατροπή της εικόνας σε μορφή αρχείου, αναπαραγωγή του αρχείου, έλεγχο της κάμερας και της οθόνης. Η αποθήκευση των δεδομένων γίνεται σε εσωτερικό ή εξωτερικό σκληρό δίσκο. Οι αυτόνομοι καταγραφείς, όπως υποδεικνύει και η ονομασία τους, αποτελούν ξεχωριστές συσκευές. Ουσιαστικά επιτελούν την ίδια λειτουργία με τους καταγραφείς αρχιτεκτονικής Η/Υ, δηλαδή καταγράφουν ψηφιακά δεδομένα. 3.5 Πρόσθετα εξαρτήματα Εκτός από τα βασικά μέρη που έχουν ήδη περιγραφεί, ένα CCTV σύστημα μπορεί να εξοπλιστεί με πρόσθετα εξαρτήματα, τα βασικότερα των οποίων παρατίθενται στη συνέχεια: Switcher: Η μονάδα αυτή επιτρέπει την εναλλαγή μεταξύ των συνδεδεμένων καμερών του συστήματος με σκοπό την προβολή ή την καταγραφή της αντίστοιχης εικόνας. Θα πρέπει να τονιστεί ότι με τη χρήση του switcher επιτυγχάνεται η προβολή/ καταγραφή της εικόνας μίας κάμερας κάθε φορά σε πλήρη ανάλυση. Quadsplitter: Επιτρέπει την ταυτόχρονη προβολή, στην οθόνη του CCTV συστήματος, των εικόνων που καταγράφουν 4 συνδεδεμένες με τη συσκευή κάμερες. Video multiplexers: Οι video multiplexers επιτρέπουν τη ταυτόχρονη καταγραφή πολλαπλών εικόνων πλήρους ανάλυσης, στο συνδεδεμένο με αυτούς καταγραφικό, παρέχοντας βελτιωμένη και πληρέστερη καταγεγραμμένη παρακολούθηση σε σχέση με τους switcher και quadsplitter. 24