ГЛАВНАЯ

Прибор сигнализации GSM
 на основе модуля SIM900

Дмитрий Дмитренко
ddn.research@gmail.com
 

В последнее время появилось много различных вариантов схем устройств сигнализаций GSM. Если в данной схеме применяется модуль GSM, то в большинстве случаев – широко распространенный модуль производства китайской фирмы SimCom SIM300. Данный модуль показал себя с хорошей стороны, как в плане надежности, так и низкой стоимости.
В [1,6,7] представлено описание устройства сигнализации GSM на основе модуля SIM300, разработанное автором. Там же приводятся чертежи печатных плат и полнофункциональная версия прошивки микроконтроллера. Так же под данную систему сигнализации разработаны различные модули расширения, пульты ДУ, клавиатурные блоки управления, блоки питания…
Но фирмой-производителем было заявлено [2, 3], что с конца 2010 года производство модулей GSM линейки SIM3xx будет прекращено. Вместо него рекомендуется использовать новый модуль, выпускающийся этим же производителем – SIM900. Причем, как было заявлено, SIM900 будет намного функциональнее своего «предка», и, что для нас является одним из самых важных критериев, дешевле.

Кое-что о SIM900…

Так что же представляет собой модуль SIM900? Возьмем в руки datasheet и попробуем его прочитать.
Модуль SIM900 представляет собой четырехдиапазонный GSM/GPRS прибор, работающий на частотах 850/900/950/1900 МГц, предназначен для передачи голоса, данных, SMS сообщений и пр.
Основные технические характеристики модуля:
Диапазон частот:
GSM850, EGSM900, DCS1800, PCS1900
совместимость с GSM phase 2/2+.
Излучаемая мощность:
class 4 (2W/900 MHz)
class 1 (1W/1800 MHz)
Управление: AT commands (GSM 07.10)
Напряжение питания модуля: 3,4 – 4,5 В
Ток потребления:
в спящем режиме – 1,5 мА
в режиме передачи – до 500 мА
максимальный – 1,8 А
Рабочая температура: -30 … +80 С
Размеры: 24х24х3 мм
Масса: 3,4 г
Как можно увидеть, данный модуль по габаритам отличается от своего предшественника, модуля SIM3xx, примерно в полтора раза. Но и по параметрам и функциональности тоже превосходит на порядок.

Рисунок 1 – Внешний вид модуля GSM SIM900

Рисунок 2 – Назначение выводов модуля SIM900

Внешний вид модуля представлен на рис. 1, а назначение выводов – на рис. 2. По рисункам можно определить, что помимо стандартного интерфейсного набора, присущего предыдущим моделям (порты UART для обмена данными, вывод статуса модуля STATUS, выводы интерфейса SIM-карточки, и пр.), добавлено несколько новых (выводы подключения клавиатуры KBR/KBC, ШИМ-выход PWM, вывод сброса модуля NRESET).
Ввиду того, что данный модуль на момент написания данной статьи еще не прошел полной «обкатки» на просторах Украины, постоянно производятся доработки программного обеспечения, в описании возможны изменения, не ухудшающие работу в целом.

Основные параметры устройства

Данное устройство является продолжением линейки приборов сигнализации GSM, разработанных автором [1]. Поэтому параметры во многом идентичны.
Наблюдение за состоянием четырёх шлейфов сигнализации (ШС) во всех режимах работы, кроме режима «Программирование», и отображения состояния шлейфов при помощи светодиодных индикаторов, расположенных на передней панели прибора (свечение индикатора – «шлейф в нормальном состоянии», в другом случае – присутствует обрыв или замыкание шлейфа сигнализации).
В шлейфы сигнализации могут быть включены:
> сигнализаторы магнитоконтактные (герконы СМК, СОМК);
> извещатели типа «Фольга», «Окно»;
> извещатели пожарные (ИП-104, ИП-105);
> датчики движения, объема, бития;
> прочие датчики, имеющие замкнутый выход в нормальном состоянии, и размыкающие контакты при нарушении.
Поддержка прибором следующих типов зон (шлейфов) сигнализации:
«нормальная» (сигнал «Тревога» формируется сразу при поступлении сигнала нарушения целостности шлейфа сигнализации, шлейф после срабатывания не восстанавливается);
«с задержкой» (пользователю предоставляется время на выход и на вход, чтобы можно было успеть включить прибор и покинуть объект или вскрыть объект и отключить прибор);
«коридор» (при срабатывании зоны и дальнейшем её возвращении в нормальное состоянии данный тип зоны снова берется под охрану);
«круглосуточная, пожарная» (шлейф сигнализации постоянно под охраной, снятие и взятие производится при помощи специальной SMS-команды);
«круглосуточная, тревожная кнопка» (шлейф сигнализации постоянно под охраной, снятие и взятие производится при помощи специальной SMS-команды, при срабатывании шлейфа производится только дозвон, отправка SMS-сообщения о саботаже, сирена при этом не включается);
«отключена» (система не реагирует ни на какие изменения на входе ШС).
Включение режима «Охрана» при помощи «скрытой», или «секретной» кнопки, «секретного» переключателя (вместо которого может быть использованная клавиатура с замыкающими контактами, типа «Satel»), пульта дистанционного управления, ключа TouchMemory (Dallas) или дополнительной клавиатуры, в зависимости от прошивки контроллера. Описываемая здесь прошивка использует только «секретный» переключатель, остальные версии будут рассмотрены позже.
Поддерживается два режима работы прибора:
сигнализация GSM (GSM-терминал подключен и с ним осуществляется обмен данными);
автономная сигнализация (GSM-терминал не участвует в работе системы, устройство работает как автономная сигнализация).
Снятие с охраны и постановка под охрану при помощи звонка с определенного телефона (может быть отключено) с передачей соответствующего SMS о состоянии системы.
Передача подтверждающего sms-сообщения при взятии объекта под охрану (может быть отключено).
Формирование сигнала «Тревога» (включение сирены, передача данных «тревоги» на мобильный телефон) при нарушении целостности («обрыв» или «замыкание») хотя бы одного из шлейфов сигнализации.
Отправка SMS-сообщений и автодозвон на три мобильных или стационарных (если обеспечивается поддержка SMS-функций оператором связи) номера телефонов.
Перевод прибора в режим «Снят с охраны» при помощи только пульта дистанционного управления, клавиатуры, путем приема SMS-сообщения с мобильного номера 1 и(или) дозвона с этого номера (может быть отключено), а также «секретного» переключателя, в зависимости от прошивки контроллера.
Возможность дистанционного управления устройством путем передачи SMS-сообщений определенного содержания (может быть отключена).
Программирование основных функций и параметров прибора (номера телефонов, время задержки, время работы сирены и т.д.) при помощи компьютерной программы Lite Programmer в режиме «Программирование» прибора. При этом выход СОМ-порта компьютера (выводы RxD и TxD) подключаются к соответствующему разъёму прибора сигнализации с помощью специального кабеля.
Подача прибором определенного сигнала пользователю о недостатке средств на счету мобильной карты.
Подача прибором определенного сигнала пользователю об отсутствии сигнала связи с мобильной станцией.
Передача сигнала SMS при пропадании питающего напряжения сети (220В) в режиме "Охрана" (может быть отключено).
Применение встроенного модема GSM позволяет обойтись без лишних блоков и подключений, а также повысить совместимость и стабильность связи GSM-канала.
Программированная реакция силового выхода: включение выхода только в режиме "Тревога" на установленное пользователем время (от 60 до 240 секунд).
Использование оригинального протокола передачи данных ИК-излучения пультом дистанционного управления для управления устройством и пультом радиоизлучения, а также оригинальная кодировка данных, поступающих с клавиатуры.
Имеется возможность контроля прибором напряжения питания сети и напряжения аккумуляторной батареи, при этом при пропадании и появлении напряжения сети отсылаются соответствующие SMS-сообщения. Также при понижении напряжения питания резервного источника (аккумулятора) ниже заданного уровня (8-9В) отсылается сообщение, после чего прибор переходит в «спящий» режим, выход из которого возможен только при возобновлении питания (сетевого или аккумуляторного).
Отправка SMS-сообщения на мобильный номер 1 при поступлении входящих звонков с указанием входящего номера (может быть отключена).
Прибор позволяет осуществить коммутацию внешних звуковых или световых оповещателей (звонок, сирена, лампа) с рабочим напряжением 12В и потребляемым током до 1,25А.
Прошивка микроконтроллера, описанная в данной статье, предназначена для работы устройства совместно с «секретным» переключателем, а также включения-отключения прибора при помощи дозвона и отсылки SMS-сообщений. Остальные варианты исполнения устройства будут описаны в следующих материалах, при наличии, естественно, читательского интереса.

Технические характеристики

Количество шлейфов сигнализации – 4.
Сопротивление выносного элемента (оконечного), кОм – 2,7.
Максимальное сопротивление шлейфа охраны без учета сопротивления выносного элемента, Ом – 750.
Потребляемый ток от источника постоянного тока (без подключенных активных датчиков сигнализации), при напряжении 12,6 В, в следующих режимах работы, не более:
- «дежурный», без использования GSM-модуля – 0,16 А;
- «дежурный», при использовании GSM-модуля – 0,23 А;
- «охрана», при использовании GSM-модуля – 0,28 А;
- «тревога», при использовании GSM-модуля и отключенной сирене – 0,34 А;
- пиковое (импульсное) потребление – 1,8 А.
Поддерживаемые стандарты GSM: 850/900/1800/1900 MHz.
Пределы установок времени:
- Время задержки на вход – 0…150 секунд;
- Время задержки на выход – 0…250 секунд;
- Время работы сирены – 30…250 секунд.

Описание схемы

Схема электрическая принципиальная основного блока приведена на рис. 3. Я уточняю – «основного блока», ведь к данным системам сигнализации дополнительно разработан большой набор периферии: здесь и разнообразные пульты управления, блоки расширения и пр. [1].
По сравнению с предыдущим вариантом [6,7] схема претерпела качественные изменения: кроме, как уже говорилось выше, применения другого модуля GSM, также исключено реле (вместо него применена ИМС – набор мощных транзисторных ключей), а также исключен блок преобразователя RS232-UART (как показала практика, программирование производится не очень часто, и для этого используют, в основном, ноутбук, в котором порт RS232 зачастую просто отсутствует).

Рисунок 3 – Схема электрическая принципиальная

Главным управляющим элементом устройства является микроконтроллер ATmega168 производства компании Atmel [5]. Микроконтроллер контролирует состояния шлейфов сигнализации, подключенных к входам АЦП, и, в зависимости от режима работы, осуществляет дальнейшие действия, как то: дозвон и отсылку SMS-сообщений, включение сирены, и т.д.
Входы АЦП PC0-PC3 предназначены для контроля состояния шлейфов сигнализации, МК производит измерение напряжения на этих выводах, и, в зависимости от напряжения, формирует сигнал «обрыв», «норма» или «замыкание». На PC5, PC6 подаются напряжения с выхода блока питания для контроля их значений. Кстати, если эти вывода не будут подключены, устройство не запустится!
В схеме используются контрольные светодиоды: LED1 – контроль работы модуля GSM (при наличии связи и работы модуля моргает с частотой 1 вспышка в течении 2-3 секунд, в остальных случаях имеются проблемы со связью или с самим модулем), LED2 – контроль работы системы (в рабочих режимах моргает с частотой 3-5 раз в секунду, в режиме программирования горит постоянным светом). Кроме этого, к выводам IND1…IND4 подключаются светодиоды контроля состояния шлейфов сигнализации LED4…LED7. KEY_S – собственно, сама «секретная» кнопка или переключатель. SPEAKER – разъем для подключения динамика, он может быть на любое сопротивление, мощность не менее 0,25 Вт.

О питании прибора. Данное устройство требует напряжения питания в пределах 10 – 18 В, при токе до 2 А. Блок питания целесообразно построить таким образом, чтобы напряжение питания не пропадало даже при пропадании сети, то есть предусмотреть аккумуляторную батарею. Рекомендуется использовать блок питания, применяемый в предыдущих версиях описываемого устройства [6,7]. Там же описано и подключение блока питания к прибору сигнализации.

Программирование основных функций устройства

Программирование основных функций прибора осуществляется при помощи специальной программы – Lite Programmer. Последнюю версию программы всегда можно скачать на сайте автора. В принципе, вместо компьютера для программирования прибора возможно использовать мобильный телефон, подключенный к устройству через data-порт, или ИК-порт, но для этого нужно написать хотя бы java-мидлет, а за неимением свободного времени автору просто некогда этим заняться, да и программирование при помощи ноутбука пока устраивает. Если есть желающие заняться решением этого вопроса – пишите автору на электронную почту [4], вся документация будет представлена.
Подключение устройства производится к свободному СОМ-порту компьютера через специальный преобразователь RS232-UART, или к USB-порту через переходник USB-UART. Только не вздумайте подключать напрямую, без переходника (есть сейчас и такие умельцы)! Это грозит смертью микроконтроллеру или порту компьютера!
Порядок переключения в режим программирования:
1. Нажать на кнопку S1 на время не менее 2 секунд и дождаться прекращения мигания индикатора состояния работы модуля 2HL1 (обычно не более 10 секунд)
2. Обесточить устройство.
3. Установить джампер J1, переведя прибор в режим «Программирование».
4. Подключить кабель для связи устройства с компьютером.
5. Произвести установку связи с устройством и программирование (описано ниже).
6. Обесточить устройство.
7. Отключить кабель для связи с ПК и убрать джампер J1.
8. Программирование завершено, можно подать питание и пользоваться прибором.
Главная форма программы является стандартной, никаких излишеств и «наворотов». В правой части формы устанавливается номер СОМ-порта, а также скорость приема-передачи данных (для нашего случая – 115200 бод), для перевода устройства в режим программирования выбрать во фрейме «Действие» (в правом нижнем углу) – «установить связь», при этом светодиод 1LED1 загорится постоянным светом. Можно программировать!

Рисунок 4 – Главная форма программы Lite Programmer

Особых трудностей работа с программой для пользователя, хотя бы раз в жизни включающего компьютер не представляет. Кроме того, всё подробно описано в упоминаемой не раз Инструкции по эксплуатации и программированию. Если коротко: устанавливаете нужные вам параметры, убеждаетесь, что в третьей колонке красным цветом появилась надпись «Изменить», во фрейме «Действие» выбираете пункт «Программирование», нажимаете кнопку «Выполнить», и всё. Если параметр запрограммирован, то в пятой колонке появится надпись «Запрограммировано», при ошибках программа также выдаст соответствующее сообщение.

Некоторые нюансы программирования.

Следует особое внимание уделить процессу программирования, так как от этого зависит работа устройства в целом. Как показала практика, основная ошибка допускается при установке номера SMS-центра мобильного оператора. Если Вы этот номер не знаете, или не уверены, то лучше его совсем не программировать. Программное обеспечение модуля GSM в этом случае самостоятельно определит номер.
Также внимательно отнеситесь к установке номера USSD-запроса об остатке средств, если планируется его использовать. Первоначально устройство разрабатывалось для украинских пользователей, поэтому минимальная сумма остатка средств равна одному-девяти гривням-рублям. Возможны два варианта выбора установки. Первый – выбрать нужного оператора, и программа сама выставит требуемый номер и сумму минимального остатка, равную двум гривням. Второй вариант – выбрать из ниспадающего меню выбора оператора USSD-запроса пункт TUNE USSD, и затем в появившейся форме заполнить требуемые параметры: минимальная сумма (от одного до девяти рублей), разделитель рубли-копейки (некоторые операторы применяют различные знаки разделения, например, точка, запятая, двоеточие).
Программа пока поддерживает только латиницу при вводе текстов SMS-сообщений, так как данная функция поддерживается и программой микроконтроллера. В настоящее время ведутся работы по включению и кириллицы.

Краткое Руководство по эксплуатации.

Перед установкой в прибор сигнализации следует некоторым образом «подготовить» SIM-карточку, а именно: отключить пароль. Рекомендуется использовать в устройстве SIM-карточку того же мобильного оператора, что и телефоны дозвона. По крайней мере, вероятность доставки SMS-сообщений неоднократно возрастет.
После подачи питания и запуска прибор издаст один длинный звуковой сигнал внутренним динамиком, затем производится установка связи с модулем, по завершению которой звучат три коротких звуковых сигнала. Прибор готов к работе.
Далее пойдет речь об использовании прибора в качестве устройства охранной сигнализации помещений домов и пр. Для использования устройства в качестве автомобильной сигнализации или прочих функциях требуется в первую очередь другая прошивка микроконтроллера, а это выходит за рамки настоящей статьи. Это тема последующих публикаций.
Для того, чтобы поставить прибор под охрану, нужно замкнуть переключатель KEY_S. Кстати, вместо данного переключателя можно использовать любую клавиатуру с замыкающими контактами, например Satel SW02. После этого прибор начнет отсчитывать время на выход (время устанавливается при программировании), в течении которого необходимо покинуть охраняемый объект. Если по истечении времени на выход все шлейфы находятся в собранном состоянии, прибор переходит в режим охраны. В том случае, если по истечении времени на вход хотя бы один из шлейфов будет в обрыве или замыкании, прибор издает прерывистый звук в течении 100-140 секунд, отправляется сообщение о невзятии объекта под охрану на номер 1 (если запрограммировано), после чего переходит в режим тревоги с отправкой всех сообщений и дозвоном. Также можно поставить прибор под охрану дозвоном с номера, запрограммированного первым, или отправленным SMS-сообщением с текстом «START» с этого же номера. Следует помнить, что в данной версии прошивки не рекомендуется совместное использование при постановке под охрану «секретного» переключателя и функций GSM для исключения их взаимного влияния. При совместном использовании приоритет будет на стороне переключателя, GSM-функции работать не будут!
В режиме охраны прибор постоянно контролирует состояние всех шлейфов сигнализации, а также состояние модуля GSM. При этом, если происходит срабатывание шлейфа, отправляются SMS-сообщения и производится дозвон, в соответствии с картой программирования. Дозвон осуществляется до снятия абонентом трубки, но не более восьми раз. Также в режиме охраны контролируется питание сети 220В, и аккумуляторной батареи резервного источника. При этом, при каждом пропадании 220В и последующем его появлении происходит передача соответствующего SMS-сообщения (эту функцию можно отключить при программировании).
Для снятия прибора с охраны необходимо вскрыть объект, и в течении времени на выход разомкнуть контакты переключателя. Если этого не сделать, прибор переходит в режим тревоги. Или снять объект с охраны до вскрытия, позвонив по телефону, или отправив с первого номера SMS-сообщение «STOP».
В дежурном режиме устройство также контролирует состояние шлейфов сигнализации, а также модуль GSM. При потере связи с модулем или потере сети через каждые 2-4 минуты раздается пять кратковременных зуммера. Также каждые 30-40 минут идет опрос состояния счета мобильного номера. При этом раздаются десять кратковременных звуковых сигнала («трель»), и отсылается одно SMS-сообщение (“NO MONEY!!”) на номер 1.
В таблице приведены служебные сообщения, которые может отправлять устройство при появлении тех или иных событий (при отключенной функции отправки, при программировании, данные сообщения не отправляются!):

Данное устройство имеет большой потенциал в плане усовершенствования и модернизации, его можно использовать не только как сигнализацию, но и в качестве любого устройства сбора-передачи данных, сконфигурировав программу микроконтроллера под каждый конкретный случай.

Заключение

Описываемое устройство прошло первоначальное тестирование в лаборатории автора и показало неплохие результаты. Модуль SIM900 показал стабильную работу при управлении стандартными AT-командами, особых жалоб не наблюдается. В скором времени будут разработаны печатные платы данного прибора и подготовлена соответствующая документация. Демо-версия прошивки микроконтроллера прилагается к данной статье. Полнофункциональная версия прошивки микроконтроллера устройства предоставляется любому желающему бесплатно. Для этого следует направить соответствующий запрос на электронный ящик автора [4] или по ICQ [454283144]. Также рассматриваются любые предложения по организации производства описываемого прибора сигнализации и периферийных устройств.
В дальнейшем планируется обеспечить совместимость прибора со всеми периферийными устройствами, предназначенными для предыдущей версии устройства сигнализации GSM авторства Д. Дмитренко [1, 6, 7].

Источники и ссылки

1. http://ddn.radioliga.com – сайт автора
2. http://sim.com – официальный сайт компании SimCom
3. http://microchip.ua – официальный сайт представителя SimCom в Украине
4. ddn-research@yandex.ru – электронный почтовый ящик автора
5. http://atmel.com – официальный сайт компании Atmel.
6. Д. Дмитренко – Сигнализация GSM для дома, дачи, гаража. – Радиолюбитель, 2010 №№7-9.
7. Сигнализация GSM для дома, дачи, гаража. HTML-версия статьи для журнала «Радиолюбитель»
8. Ссылка для скачивания последней версии программы Lite Programmer

Все материалы для скачивания к этой статье Вы можете найти здесь

Дополнения

Здесь собраны дополнения к статье для различных частных применений

Все прошивки в настоящее время - полнофункциональные, кроме прошивок, поддерживающих ключи iButton, там ограничения на количество максимально используемых ключей - от одного до трех.

1. Использование для управления устройством ключа TouchMemory [iButton, Dallas]

В настоящее время разработана прошивка микроконтроллера для работы с ключами  TouchMemory [iButton, Dallas]. Для этого необходимо устройство дополнить несложным устройством, состоящим из двух резисторов, емкости и стабилитрона. И, естественно, использовать прошивку для этого типа устройств.
Пример использования такого устройства наглядно описывается в статье Сигнализация GSM с применением ключей iButton. Там же, на схеме электрической принципиальной, показано подключение дополнительного устройства, приведены чертежи печатной платы.
Прошивку можно скачать здесь [ищем для устройства DDN Research HG45Q]

Рекомендуем почитать

Прибор сигнализации GSM разработки Дмитренко Д.: последние штрихи
Это завершающая статья цикла статей о сигнализациях GSM серии HG4x. Написать её меня подвигло большое количество писем с просьбой прислать наиболее работоспособный вариант схемы, без всяких "прибамбасов" и "примочек".

Охранная GSM-сигнализация для дома, дачи, гаража
В статье описывается конструкция основного блока охранной сигнализации GSM с количеством шлейфов сигнализации, равным четырем. Описана схема собственно сигнализации (основной блок), блок питания, методика программирования. Приводятся также чертежи печатных плат и рекомендации по программированию.

Комментарии
 Нам интересно Ваше мнение

©®DDN Research CL, Ukraine
Все права на материалы под маркой DDN Research (автор - Дмитренко Д.Н.) защищены. Копирование материалов без согласования с Администрацией сайта запрещена. При копировании ссылка на сайт обязательна.