GSM охрана удаленных объектов на NEOWAY M590

Возникла необходимость охранять от проникновения объект на удалении пары километров от дома. Проводная связь в таком случае даже не рассматривается, а радиоточка для работы в условиях населенного пункта получается слишком сложной и дорогостоящей.  А вот сотовая связь есть повсюду и позволяет контролировать объект, находясь на любом удалении от него. Первый вариант охранного устройства был спаян за вечер из старого мобильного телефона и проработал ровно месяц, до «приезда» GSM/SPRS-модуля NEOWAY M590. На основе этого модуля было разработано новое многофункциональное устройство, способное, в том числе, охранять удаленный объект.

Получилось так, что функция охраны в данном устройстве не является первостепенной задачей. Схема разрабатывалась как «шилд» для модуля NEOWAY M590 на базе которого можно построить различные устройства управляемые посредством звонков или SMS-сообщений. Конечно, в таком случае, себестоимость готового устройства получается выше узкопрофилированного, но это компенсируется легкостью перепрофилирования назначения устройства всего лишь заменой прошивки управляющего микроконтроллера. Ведь именно это ценят «ардуисты». Кроме того, ненужные детали можно просто не впаивать.

Особенности конструкции устройства версии 1.1:

  • Управляющий микроконтроллер ATmega8A.
  • Диодная развязка UART-интерфейса между тремя «потребителями» — GSM-модуль <—> микроконтроллер <—> отладочный ПК.
  • Подключение внешней проводки к плате устройства через клеммные колодки типа DG301-5.0.
  • Стабилизатор напряжения 5V, позволяющий питать схему напряжением от 5 до 30V.
  • Отдельный разъем UART для подключения третьего «потребителя».
  • Разъем IDC-10 для программирования микроконтроллера.
  • Две тактовые микрокнопки 6х6мм.
  • Выводной светодиод 3мм.
  • 5-вольтовая «пищалка».
  • Модуль подключается к основной плате через разъем, что облегчает замену SIM-карты.
  • 3 отверстия в печатной плате для крепления ее к корпусу винтами с резьбой М3.

Возможности устройства версии 1.1:

  • Общение с GSM-модулем посредством приема/передачи AT-коммант через UART-интерфейс.
  • 1 вход на внешнее прерывание INT1 микроконтроллера (можно использовать как обычный «логический» вход).
  • 2 входа АЦП (можно использовать как обычные «логические» входы).
  • 3 «логических» входа (можно использовать как входы дополнительных трех каналов АЦП).
  • Все входы могут быть программно переключены в слаботочные выходы.
  • 2 «силовых» выхода коммутируемые N-канальными MOSFET-ами (открытый коллектор).
  • 1 «силовой» выход с ШИМ («открытый коллектор» N-канального MOSFET-а).

Несколько слов о самом модуле M590. Модуль я купил в самом миниатюрном исполнении — плата-переходник размерами чуть больше самого модуля. В комплекте антенна с проводком и миниатюрным разъемом. Данные, выданные модулем о себе:

  • Baudrate 19200
  • прошивка 1103_C6C30000_V0130c
  • версия модуля 01.30c

KIT-набор я спаял согласно «разметке» на плате, кроме токоограничивающего резистора светодиода (470Ом вместо 4.7кОм) и дополнительного танталового конденсатора 47мкФ параллельно линии питания (сразу после диода). Диод, кстати, заменил на диод Шотки — мой модуль питается напряжением 5В и если напряжение «проседает» до 4В он сбрасывается. А обычный диод отнимал у него еще 0.5-0.6В. Благодаря возможности питания модуля напряжением 5В отпала необходимость в согласовании лог. уровней с микроконтроллером. Однако диодную развязку линий RXD и TXD пришлось сделать для возможности наблюдения за общением МК с модулем.

Модуль в дежурном режиме потребляет около 50мА и около 100мА в режиме приема/передачи вызова. Но в один момент потребляемый ток может резко подскочить до значения более 1А и если блок питания не готов к такому скачку — модуль сбрасывается. У многих, по этой причине, модули не запускаются вовсе. Например я, питаю устройство 12-вольтовым ИБП с номинальным током нагрузки 700мА. В схеме устройства есть 5-вольтовый стабилизатор напряжения типа «7805». Как показала практика такого сочетания вполне достаточно для стабильной и надежной работы устройства.

На фото выше, первоначальный вариант (черновик) платы устройства (версия 1.0). Ниже — на схеме, рисунках платы в 3D и в приложенном к статье архиве — доработанный вариант устройства версии 1.1, характеристики и описание которого, даны в начале статьи. Есть вариант платы для самостоятельного изготовления ЛУТ-ом и GERBER-ы для отправки Китайцам.

Описание работы проекта версии 1.1 в роли охранного устройства:

  • Подключение платы устройства выполняется соответственно приложенной ниже схеме. «Охранная цепь» представляет собой короткозамкнутый контур, нарушение целостности которого, приводит к срабатыванию охранного устройства. В «охранную цепь», последовательно, можно добавлять неограниченное количество датчиков и выключателей с нормально разомкнутым состоянием контактов.
  • В модуль вставляется полноразмерная SIM-карта нужного Вам оператора с нужным тарифом. Все настройки тарифа и отключение платных подписок делаются через приложение в смартфоне. Перед началом использования SIM-карты в устройстве нужно удалить с нее все PIN-ы, PUK-и и пр. пароли. Я использую в своем устройстве SIM-карту оператора БиЛайн с посекундной тарификацией. SIM-карта оператора Теле2 напрочь отказалась регистрироваться в сети.
  • После подачи питания на устройство, GSM-модуль переходит в режим с соединения с сетью. В этом режиме всегда горит светодиод LED1 (на плате). После удачного соединения с сетью светодиод LED1 гаснет и устройство издает противный писк оповещающий о том, что SIM-карта зарегистрирована в сети и готова к работе.
  • Все время, пока устройство не находится в режиме поиска сети, режиме охраны или тревоги, оно переходит в дежурный режим в котором ожидает входящего вызова для постановки на охрану. при этом устройство следит за состоянием «охранной цепи» и сигнализирует светодиодом LED1 открытие/закрытие дверей или срабатывание датчиков движения.
  • Постановка устройства в режим охраны осуществляется звонком на встроенную SIM-карту. Например: выходим из охраняемого помещения, закрываем все двери и звоним на тел. номер встроенной SIM-карты — устройство имитирует поднятие трубки и через секунду обрывает соединение, имитируя нажатие кнопки «отбой». Таким образом проверяется работоспособность устройства и SIM-карты в сети оператора. Далее, если все концевые выключатели на дверях, замкнуты (или датчики движения не сработали) устройство переходит в режим охраны и начинает мигать светодиодом LED1 (на плате) и сигнальным освещением, подключенным к выходу PD6. Если «охранная цепь» разомкнута или нарушена устройство не перейдет в режим охраны.
  • Снятие устройства с режима охраны, также как и постановка, осуществляется звонком на номер встроенной SIM-карты. Устройство, также, имитирует поднятие трубки и через секунду «нажимает отбой», давая понять, что вызов «прошел». Световая сигнализация перестает мигать и устройство переходит в дежурный режим.
  • Если в режиме охраны нарушена целостность «охранной цепи» (открылась дверь, сработал датчик движения или злоумышленник повредил проводку), устройство переходит в режим тревоги. В этом режиме устройство находится до тех пор, пока его не обесточат. В режиме тревоги устройство не реагирует на состояние «охранной цепи» и сигнализирует об этом постоянным свечением светодиода LED1 и световой сигнализации. Даже если в режиме тревоги восстановить целостность «охранной цепи» устройство по прежнему будет находится в режиме тревоги до тех пор, пока на охраняемый объект не прибудет «хозяин» и лично не выполнит сброс устройства. Но самое главное — устройство будет бесконечно звонить «хозяину» каждые 30сек., исключая вероятность пропуска вызова.
  • Телефонные звонки вместо SMS-сообщений выбраны по причине того, что даже в условиях «плохой связи» вызов проходит практически сразу, а вот SMS-ка (с оповещением о том, что Вас обокрали ночью) может прилететь только утром. Кроме того, даже если вызов «не прошел», у многих операторов есть оповещение о том, что кто-то Вам пытался дозвониться.
  • Номер телефона «хозяина» пока может быть только один и «забивается» в исходный текст управляющей программы микроконтроллера перед компилированием. На данном этапе разработки устройства такой ход сделан умышленно, дабы сократить время на воплощение проекта в жизнь. Исходные материалы проекта открытые, поэтому можете сами вписать свой телефон и перекомпилировать прошивку, кто не в силах, напишите мне — я помогу.

Следующие версии устройства планируется дополнить такими функциями:

  • Возможность пользователю самостоятельно добавлять свой номер телефона.
  • Возможность внести в память несколько номеров телефонов.
  • Управление зарядкой аккумулятора резервного питания.
  • Контроль датчика через канал АЦП. Позволяет контроллировать резистивные датчики (с защитой от КЗ в линии) или датчики с «аналоговым» выходом (датчики дистанции, объема).
  • Управление звуковой сигнализацией.
  • Улучшить световую сигнализацию.
  • Возможность узнать баланс на номере телефона встроенной SIM-карты.
  • Привести все модули к единому значению Baudrate (например 9600).
  • Научить встроенный микроконтроллер отправлять, принимать и обрабатывать SMS-сообщения.