VYUŽITIE MOBILNÝCH SIETÍ GSM V OBLASTI ELEKTRONICKÝCH ZABEZPEČOVACÍCH SYSTÉMOV Abstrakt: Ing. Vojtech Siničák doc. Ing. Ondrej Líška, CSc. TU v Košiciach, Strojnícka fakulta Katedra automatizácie a riadenia Park Komenského 9, 042 00 Košice Vojtech.Sinicak@tuke.sk Ondrej.Liska@tuke.sk Tento článok popisuje možnosti využitia mobilných sietí GSM, pri prenose dát v segmente elektronických zabezpečovacích systémov (EZS). Na príkladoch popisuje možnosti využitia, výhody a nevýhody, ktoré takýto prenos dát predstavuje. Ďalej článok popisuje simulačné prostredie Kerberos, ktoré slúži na simuláciu EZS systému a súčasne demonštruje využitie GSM siete pri prenose dát. A to konkrétne pri poplachových hláseniach typu požiar a narušenie objektu. Simulačné prostredie Kerberos sa využíva pri výučbe Automatického riadenia. Ako ukážkový príklad udalostného diskrétneho riadenia a bolo vyvinuté v rámci riešenia diplomovej práce [1]. 1. Úvod Digitálne mobilné siete, okrem zabezpečenia prenosu hlasových a dátových služieb, priniesli aj možnosť ich využitia v automatizačných a riadiacich procesoch. V automatizácii a riadení je nesmierne dôležitá komunikácia, medzi riadiacimi a riadenými prvkami systému. Ide hlavne o prenos dát, informácií o stave systému do riadiaceho systému a prenos riadiacich dát, povelov do riadených členov (akčných členov) systému. V praxi sa táto komunikácia realizuje pomocou pevných prepojení, (množstvo typov priemyselných zberníc napr. CAN, Profibus, Profinet), pomocou internetu, alebo bezdrôtovými prepojeniami. Každý typ a spôsob prepojenia má svoje výhody a nevýhody. Jedným z možných riešení zabezpečenia takejto komunikácie, je aj možnosť použitia mobilnej siete GSM. Využitie tejto siete v niektorých aplikáciách, ako napríklad v elektronických zabezpečovacích systémoch (EZS), je v súčasnosti veľmi perspektívne. A aj sa často v segmente EZS systémov využíva [3]. 2. Využitie GSM sietí v EZS Elektronické zabezpečovacie systémy slúžia k ochrane, zabezpečeniu rôznych objektov, garáží, výrobných, nevýrobných priestorov, automobilov, motocyklov. EZS systémy využívajúce GSM siete sa všeobecne označujú ako GSM alarmy. Centrom každého GSM zabezpečovacieho systému (alarmu) je ústredňa. Tá vyhodnocuje vstupné signály zo snímačov a vstupných zariadení a na základe ich analýzy, vyhodnotenia rozhoduje o vyhlásení poplachu. Ústredňa pomocou výstupných zariadení informuje o stave daného objektu [Obr. 1] [1]. Snímače - Vstupné zariadenia vstupy EZS ústredňa výstupy Siréna Blikače Pager GSM Internet VTS Prístroje Zariadenia Obr. 1 Schéma konštrukcie EZS [1] 154
2.1 EZS systémy - štruktúra GSM alarmu a) GSM ústredňa Hlavná časť EZS systému, prijíma - spracúva a vyhodnocuje vstupy a zabezpečuje komunikáciu s výstupmi. Srdcom ústredne je programovateľný mikroprocesor, napr. ATMEL. Ďalej obsahuje pamäťové obvody, vstupné a výstupné komunikačné obvody, rozhrania pre GSM telefón, snímací modul ovládania, napájací obvod, obvod pre riadenie dobíjania batérie telefónu, [Obr. 2] [1]. c) Vstupy - vstupné zariadenia: rôzne typy klávesníc, čítačky, diaľkové ovládače, kľúčenky a iné. Obr. 4 Bezkontaktný identifikačný prívesok [4] d) Výstupy - výstupné zariadenia: Obr. 2 GSM ústredňa (pohľad zhora) [2] akustické (vonkajšie, vnútorné sirény), vizuálne (zobrazovače, displeje, blikače), výstup na pager (bezdrôtový), výstup na mobilnú sieť GSM, výstup na internet výstup na VTS (Verejná telefónna sieť), výstupy na rôzne prístroje a zariadenia. Obr. 2 GSM ústredňa (pohľad zdola) [2] b) Vstupy - snímače: - kontaktové, magnetické senzory, - teplotné bimetalické senzory (termostaty), - teplotné membránové senzory, - otrasové, náklonové senzory, - pohybové IR (infračervené) senzory, - plynové senzory, - senzory trieštenia skla, - ultrazvukové senzory, - dymové senzory, a iné. Obr. 3 PIR detektor pohybu [4] Obr. 5 Výstup GSM alarmu pomocou MT [1] 2.2 Príklady využitia GSM alarmov Nasledujúci príklad demonštruje použitie EZS systému na báze GSM alarmu. Konkrétne sa jedná o GSM alarmový systém Antilump slovenského výrobcu [2]. Príklad názorne demonštruje možnosti systému pri použití v budove. Aplikácia využíva všetky vstupy a výstupy modelu ANTILUMP Bx, vrátane vstupného okruhu implementovaného v snímacom module IRLM a uvažuje aj s protipožiarnym systémom a ovládaním kúrenia, využitím ktorého je možná úspora energie a tiež jeho ovládanie zo vzdialeného miesta prostredníctvom SMS správ. Napájanie je z rozvodnej siete 220V so zálohovaním z batérie 155
telefónu. Podobné variácie tohto zapojenia s modelom ANTILUMP AL/BL sú vhodné pre akékoľvek diaľkové ovládanie spotrebičov v objekte a diaľkový dohľad nad objektom. Diaľkové ovládanie a dohľad je možné vykonávať využitím SMS správ (z iného mobilného telefónu alebo z internetu) alebo DTMF tónov (z pevnej linky, v prípade použitia modelu BL) [Obr.6] [2]. 2.3 Zhrnutie Elektronické zabezpečovacie systémy na báze GSM prenosu údajov sú vhodné k ochrane, zabezpečeniu rôznych objektov, garáží, výrobných, nevýrobných priestorov, automobilov, motocyklov. Veľmi často sa využívajú na diaľkový dohľad chát a vzdialených (osamelých) objektov. Táto možnosť vyplýva z konštrukcie a možností mobilnej siete GSM. Výhody využitia takýchto systémov nekončia len pri poplachových funkciách alebo protipožiarnych funkciách, kde systém hlási vniknutie do objektu, alebo vznik požiaru. Ale často sa využívajú takéto systémy aj na diaľkové riadenie spotrebičov, vykurovania, otvárania a zatvárania garážových brán. Využitie mobilných sietí GSM v EZS systémoch a aj v rôznych iných aplikáciách má svoje výhody aj nevýhody. Obr.6 Schéma použitia systému Antilump v budove [2] Jedno z možných využití EZS systému ANTILUMP. Je aj jeho použitie v automobile. Na prispôsobenie parametrov je použitý diaľkový ovládač DO-RC5. Ústredňa sa aktivuje a deaktivuje kľúčom IRBLINK. Snímač IRLM by mal byť umiestnený na mieste s dobrým výhľadom z každej strany automobilu. Napájanie systému je z palubnej siete a je zálohované batériou telefónu, takže systém je aktívny aj pri odpojení autobatérie. Vstupnými obvodmi sú dverné a kapotové spínače spojené paralelne, otrasový a kapacitný priestorový snímač a snímač zapnutia zapaľovania. Výstupný a indikačný obvod tvorí siréna a pre zablokovanie zapaľovania je použitý imobilizér, ktorý zabráni naštartovaniu automobilu v prípade jeho narušenia [Obr.7] [2]. Obr.7 Schéma použitia systému Antilump v automobile [2] Medzi výhody GSM sietí patrí: univerzálnosť vhodná pre nasadenie v rôznorodých aplikáciách, dostupnosť signálu mobilnej siete na celom Slovensku, v celej Európe, jednoduchosť inštalácie, prepojenia, odpadá potreba budovania komunikačných sietí, prakticky nulová potreba údržby, vhodná pre aplikácie, kde nie je potrebný prenos dát v reálnom čase, vhodná pre aplikácie, ktoré nevyžadujú veľké prenosové rýchlosti. Nevýhody GSM sieti sú najmä: nevhodnosť pre aplikácie, ktoré vyžadujú prenos dát v reálnom čase, nie je vhodná pre systémy s potrebou veľkých prenosových rýchlostí, nie je vhodná pre použitie v bezpečnostne citlivých systémoch (napr. riadenie atómovej elektrárne), preťaženie a výpadky siete, mobilná sieť GSM je komerčný systém, za prenos dát sa platí. V súčasnosti dochádza k prudkému rozvoju mobilných sietí a nastupujúcich mobilných sietí tretej generácie (3G), dramaticky vylepšia ich využiteľnosť v rôznorodých aplikáciách, vrátane využitia v EZS systémoch. Kde popri prenose hlasu a textových správ, pribudne aj možnosť obrazového prenosu. 3. Simulačné prostredie (EZS) Kerberos Simulačné prostredie Kerberos bolo vyvinuté v rámci riešenia diplomovej práce [1]. Slúži na simuláciu EZS systému a súčasne 156
demonštruje využitie GSM siete pri prenose dát. Cieľom bolo vytvorenie simulačného prostredia pomocou, ktorého by sa dalo simulovať narušenie bezpečnosti (alarm) a požiarne hlásenia, v sídle Katedry automatizácie a riadenia (KAaR). A to s pomocou senzorových vstupov, PC a s následným poplachovým výstupom na mobilný telefón (mobilná sieť GSM) a cez internetový výstup. [Obr.8,9,10] [1]. Obr.8 Schéma simulačného prostredia Kerberos Základom simulačného prostredia Kerberos je počítačový program, napísaný vo vyššom programovacom jazyku Delphi. Je to nasledovník svetoznámeho programovacieho jazyka Pascal. Tento program sa stará o komunikáciu medzi vstupnými členmi (senzory, snímače) a výstupnými členmi (mobilný telefón, internet). Ďalej riadi a vyhodnocuje jednotlivé vstupy a výstupy a reaguje na vzniknuté situácie podľa programu. Program je zložený z dvoch základných častí. V prvej, simulačnej časti je možné simulovať narušenie bezpečnosti (alarm), požiarne hlásenia a v reálnom čase ich vizualizovať v okne programu. S možnosťou odoslania varovnej SMS správy oprávneným subjektom, osobám (strážnik, polícia). Plus výstup na internet a následne sprístupnenie oprávneným subjektom, osobám. V druhej, aplikačnej časti po pripojení senzorov, umožňuje program priamo reagovať na vzniknuté situácie a pomocou siete internet a GSM mobilnej siete ich oznámiť oprávneným subjektom, osobám [Obr.11] [1]. Obr.9 Hardvérová štruktúra prostredia Kerberos Obr.10 Simulačné prostredie Kerberos 157
Funkcie: simulácia narušenia bezpečnosti (alarm), zvuková signalizácia, vizualizácia, simulácia požiarneho poplachu, zvuková signalizácia, vizualizácia, odosielanie poplachovej, alarmovej SMS správy cez mobilný telefón, odosielanie poplachovej, požiarnej SMS správy cez mobilný telefón, výstup na internet, reálny poplachový vstup (snímač), výstup SMS, internet. Obr.11 Softvérové prostredie Kerberos Záver Využitie mobilných sietí GSM v elektronických zabezpečovacích systémoch (EZS), je v súčasnosti veľmi perspektívne. A aj sa často v segmente EZS systémov využíva. Na Slovensku aj v Čechách existuje niekoľko výrobcov, ktorý ponúkajú komplexné riešenia v tejto oblasti. Z hľadiska budúcnosti je dôležitý nástup 3G sietí a množstva iných bezdrôtových technológií, ako napr. WIFI. Tieto technológie umožnia ďalšie rozšírenie funkcionality EZS systémov, zvýšia univerzálnosť a možnosti takýchto systémov. Použitá literatúra [1] Siničák V.: Využitie mobilnej siete GSM v automatizácii a riadení, Diplomová práca, TU Košice, 2005 [2] Antilump.[online] Document Version 2005/17/10. [cit. 2007-18-1]. Dostupné na internete: http://www.anti-lump.sk [3] Siničák V.: Využitie mobilnej siete GSM v automatizácii a riadení, IX vedecká konferencia doktorandov Strojníckej fakulty TU Košice 2006/06/12. [cit. 2007-20-1]. [4] Jablotron. [online] Webová stránka [cit. 2007 18-1]. Dostupné na internete: http://www.jablotron.cz/ [5] Krejčirík, Alexandr: SMS: Stráženie a ovládanie objektov pomocou mobilov a SMS: Praha, 2004. 303 s. ISBN 80-7300- 082-2. Príspevok bol vypracovaný v rámci riešenia grantovej úlohy KEGA 3/3156/05 Koncept zvýšenia úrovne vzdelávania v 3. stupni štúdia v meniacich sa podmienkach odborného vzdelávania. 158