XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Охранная система представляет собой комплекс технических и программных средств, позволяющий защитить жилище от несанкционированного проникновения. В настоящее время распространение получили автоматические охранные системы, которые работают в автономном режиме без участия человека. Такие системы предполагают наличие датчиков для сбора информации, средств обработки этой информации и средств оповещения о наличии опасности.

Автоматические системы охранной сигнализации жилища являются частью системы «Умный дом». Техническая реализация этой системы возможна с применением широкого диапазона средств автоматизации. Одним из наиболее доступных средств является контроллер Arduino и датчики, которые могут с ним работать.

Рассмотрим автоматическую систему охранной сигнализации на базе контроллера Arduino, которая включает:

систему контроля периметра, построенную на датчиках движения;

систему защиты от проникновения, построенную на датчиках вибрации;

систему контроля внутренних помещений, также построенную на датчиках движения.

В качестве средств оповещения могут быть использованы:

средства световой сигнализации (лампы освещения и пр.);

средства звуковой сигнализации (сирена, зуммер, гудок и пр.).

Рассмотрим устройство и принцип работы датчика движения. В разработанном проекте выбран датчик движения HC-SR505. Это инфракрасный (ИК) или пироэлектрический (PIR) датчик. Датчик состоит из пироэлектрического элемента деталь цилиндрической формы, в центре которой расположен кристалл, который отличается высокой чувствительностью к наличию в зоне проверки инфракрасного излучения определенной интенсивности. Чем выше температура объекта, тем интенсивнее инфракрасное излучение. Сверху датчик покрыт полусферой, разделенная на несколько участков (линз), каждый из которых обеспечивает фокусировку излучения тепловой энергии на различные сегменты датчика движения. Чаще всего в качестве линзы применяют линзу Френеля, которая за счет концентрации теплового излучения позволяет расширить диапазон чувствительности инфракрасного датчика. Внешний вид датчика представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Внешний вид датчика движения HC-SR505

Рассмотрим принцип работы датчика движения. Датчик конструктивно разделен на два элемента. Когда он находится в пустом пространстве, доза излучения, получаемая каждым элементом постоянна. Человек при появлении в зоне срабатывания датчика сначала попадает в зону обозрения первого элемента, на котором появляется положительный электрический импульс. Когда человек перемещается, вместе с ним перемещается и тепловое излучение, которое попадает уже на второй элемент. Этот элемент генерирует отрицательный импульс. Разнонаправленные импульсы регистрируются электронной схемой датчика, которая делает вывод, что в поле зрения датчика находится человек.

Технические характеристики HC-SR505:

Напряжение питания постоянного тока: 4,5-20В.

Потребляемый ток (в покое): менее 60 мкА.

Потребляемый ток (при срабатывании): менее 80 мкА.

Выходной уровень: высокий 3,3 В, низкий 0 В.

Длительность высокого уровня на выходе после срабатывания: около 8 с.

Угол зоны обнаружения: не более 100 градусов.

Дальность обнаружения: 2-3 м.

Рабочая температура: -20…+80 °С.

Диаметр линзы датчика: 10 мм.

Размеры платы: 10×23 мм.

Схема подключения датчика движения к контроллеру Arduino представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема подключения датчика движения HC-SR505

Рассмотрим устройство и принцип работы датчика вибрации. Основной элемент датчика – металлическая пружина гибкой структуры, расположенная во внутренней части трубки из пластика. При наличии каких-либо воздействий на нее она начинает колебаться. Усиление сигнала происходит за счет его подачи сначала на операционный усилитель, а потом на выход аналогового типа. Важным элементом датчика вибрации является потенциометр, который регулирует чувствительность прибора, и позволяет устанавливать необходимый порог срабатывания. Находящийся на плате потенциометр позволяет настроить его чувствительность. Он представляет собой переменный резистор c сопротивлением регулируемого типа. На плате датчика также присутствуют светодиоды, которые сигнализируют о наличии питания. В состоянии покоя модуль находится в разомкнутом состоянии, и протекания тока по нему нет. При наличии внешних вибрационных воздействий за счет раскачивания пружины происходит кратковременное замыкание контактов. В результате происходит срабатывание датчика.

Внешний вид датчика вибрации представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 – Датчик вибрации

Технические характеристики датчика вибрации:

Питающее напряжение от 3 до 5 В.

Ток потребления 4-5 мА.

Наличие цифрового выхода.

Наличие регулировки чувствительности.

Схема подключения датчика вибрации к контроллеру Arduino представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема подключения датчика вибрации

В проекте использован контроллер Arduino Uno [1], который построен на микроконтроллер ATmega328. Платформа содержит 14 цифровых вход/выходов, 6 из которых могут использоваться как выходы широтно-импульсной модуляции (ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. В отличие от других плат для связи по USB контроллер использует ATmega8U2. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи.

Платформа программируется посредством программного обеспечения Arduino. Микроконтроллер ATmega328 поставляется с записанным загрузчиком, облегчающим запись новых программ без использования внешних программаторов. Связь осуществляется оригинальным протоколом STK500.

Также имеется возможность не использовать загрузчик и запрограммировать микроконтроллер через выводы ICSP (внутрисхемное программирование). Микроконтроллер ATmega328 располагает 32 кбайт flash-памяти, из которых 0,5 кбайт используется для хранения загрузчика, а также 2 кбайт ОЗУ (SRAM) и 1 кбайт EEPROM.

Список литературы:

1. Официальный сайт Arduino (http://arduino.ru).

Код для цитирования: Скопировать