Беспроводной охранный датчик на ардуино. Про датчик движения и подключение его к Arduino. Выводы и мысли. Планы

Доброе время суток 🙂 Сегодня поговорим о сигнализации. На рынке услуг полно фирм, организацией, которые занимаются установкой и обслуживанием охранных систем. Эти фирмы предлагают покупателю широкий выбор сигнализацией. Однако их стоимость далеко не копеечная. Но что же делать человеку, у которого не так уж и много личных средств, что можно потратить на охранную сигнализацию? Думаю, вывод напрашивается сам собой – сделать сигнализацию своими руками . В этой статье приведён пример того, как можно сделать свою собственную кодовую охранную систему используя плату Arduino uno и несколько магнитных датчиков.

Систему можно дезактивировать вводом пароля с клавиатуры и нажатием кнопки ‘* ‘. Если хотите изменить текущий пароль, можете сделать это нажав на клавишу ‘B ‘, а если хотите пропустить или прервать операцию, можете сделать это нажав на клавишу ‘#’. В системе есть зуммер для воспроизведения различных звуков при выполнении той либо иной операции.

Активируется система нажатием кнопки ‘A’. Система даёт 10 секунд на то, чтобы покинуть помещение. После прошествии 10 секунд сигнализация будет активирована. Количество магнитных датчиков будет зависит от вашего собственного желания. В проекте задействованы 3 датчика (для двух окон и двери). Когда окно открывается система активируется, и включается сигнал тревоги идущий с зуммера. Систему можно дезактивировать путем набора пароля. Когда открывается дверь, сигнализация даёт вошедшему 20 секунд для ввода пароля. Система использует ультразвуковой датчик, что может обнаруживать движение.

Видео работы устройства

Поделка изготовлена в ознакомительных/обучающих целях. Если хотите использовать её у себя дома, будет необходимо её доработать. Заключить управляющий блок в металлический корпус и обезопасить линию питания от возможного повреждения.

Давайте начинать!

Шаг 1: Что нам будет нужно

• плата Arduino uno;
• высококонтрастный LCD дисплей 16×2;
• клавиатура 4×4;
• 10~20кОм потенциометр;
• 3 магнитных датчика (они же герконы);
• 3 2-х пиновых винтовых клеммы;
• HC-SR04 ультразвуковой датчик;

Если вы хотите собрать систему без использования Arduino, вам также потребуется следующее:

• DIP разъём для atmega328 + микроконтроллер atmega328;
• 16MГц кварцевый резонатор;
• 2 шт. 22pF керамических, 2 шт. 0.22uF электролитических конденсатора;
• 1 шт. 10кОм резистор;
• гнездо под питание (DC power jack);
• макетная плата;
• 5В блок питания;

И одна коробка, чтобы всё это упаковать!

Инструменты:

• Что-то, чем можно разрезать пластиковую коробку;
• Термоклеевой пистолет;
• Дрель/шуруповерт.

Шаг 2: Схема сигнализации

Схема соединения довольно простая.

Небольшое уточнение:

Высококонтрастный LCD:

• Pin1 — Vdd к GND;
• Pin2 — Vss к 5В;
• Pin3 — Vo (к центральному выводу потенциометра);
• Pin4 — RS к 8 выводу Arduino;
• Pin5 — RW к GND;
• Pin6 — EN к 7 выводу Arduino;
• Pin11 — D4 к 6 выводу Arduino;
• Pin12 — D5 к 5 выводу Arduino;
• Pin13 — D6 к 4 выводу Arduino;
• Pin14 — D7 к 3 выводу Arduino;
• Pin15 — Vee (к правому или левому выводу потенциометра) .

Клавиатура 4×4:

От левого к правому:

• Pin1 к A5 выводу Arduino;
• Pin2 к A4 выводу Arduino;
• Pin3 к A3 выводу Arduino;
• Pin4 к A2 выводу Arduino;
• Pin5 к 13 выводу Arduino;
• Pin6 к 12 выводу Arduino;
• Pin7 к 11 выводу Arduino;
• Pin8 к 10 выводу Arduino.

Шаг 3: Прошивка

В шаге представлен код, что используется встроенным !

Скачайте плагин codebender. Нажмите на кнопку «Run» в Arduino и прошейте свою плату этой программой. На этом всё. Вы только что запрограммировали Arduino! Если хотите внести изменения в код, нажмите кнопку»Edit».

Примечание: Если вы не будете использовать Codebender IDE для программирования платы Arduino, вам будет нужно установить дополнительные библиотеки в Arduino IDE.

Шаг 4: Изготавливаем собственную управляющую плату

После того, как удачно собрали и протестировали новый проект на базе Arduino uno, можете начать изготовление собственной платы.

Несколько советов, для более успешного завершения затеянного:

• 10кОм резистор должен монтироваться между 1 (reset) и 7 (Vcc) выводами микроконтроллера Atmega328.
• 16MГц кварцевый резонатор должен подсоединятся к выводам 9 и 10, отмеченными, как XTAL1 и XTAL2
• Соедините каждый вывод резонатора с 22pF конденсаторами. Свободные выводы конденсаторов заведите на 8 вывод (GND) микроконтроллера.
• Не забудьте соединить вторую линию питания ATmega328 с блоком питания, выводы 20-Vcc и 22-GND.
• Дополнительную информацию по выводам микроконтроллера можете найти на втором изображении.
• Если планируете использовать блок питания с напряжением выше 6В, необходимо воспользоваться линейный регулятором LM7805 и двумя 0.22uF электролитическими конденсаторами, которые следует смонтировать на входе и выходе регулятора. Это важно! Не подавайте больше, чем 6В на плату!!! В противном случае вы спалите свой микроконтроллер Atmega и LCD дисплей.

Шаг 5: Размещаем схему в корпусе

Начнём!

Из чего будем собирать

Основные характеристики Arduino Uno

Микроконтроллер - ATmega328
Рабочее напряжение - 5 В
Входное напряжение (рекомендуемое) - 7-12 В
Входное напряжение (предельное) - 6-20 В
Цифровые Входы/Выходы - 14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ)
Аналоговые входы - 6
Постоянный ток через вход/выход - 40 мА
Постоянный ток для вывода 3.3 В - 50 мА
Флеш-память - 32 Кб (ATmega328) из которых 0.5 Кб используются для загрузчика
ОЗУ - 2 Кб (ATmega328)
EEPROM - 1 Кб (ATmega328)
Тактовая частота - 16 МГц

Теперь необходимо выбрать gsm-модуль, ведь наша сигнализация должна уметь оповещать владельца автомобиля. Так, надо «погуглить»… Вот, отличный датчик - SIM800L, размер просто замечательный.

Основные характеристики Sim900 Shield

4 стандарта рабочей частоты 850/ 900/ 1800/ 1900 MHz
GPRS multi-slot класс 10/8
GPRS mobile station class B
Соответствует GSM phase 2/2+
Class 4 (2 W @850/ 900 MHz)
Class 1 (1 W @ 1800/1900MHz)
Управление с помощью AT команд (GSM 07.07 ,07.05 и SIMCOM расширенные AT команды)
Низкое энергопотребление: 1.5mA(sleep mode)
Диапазон рабочих температур: от -40°C до +85 °C

Ок, но надо же снимать показания с каких-то датчиков, чтобы оповещать владельца. Вдруг автомобиль эвакуируют, тогда положение автомобиля явно будет меняться в пространстве. Возьмём акселерометр и гироскоп. Отлично. Такс, теперь ищем датчик.

Думаю, что GY-521 MPU6050 точно подойдёт. Оказалось, что в нём есть и датчик температуры. Надо бы и его задействовать, будет такая «киллер фича». Предположим, что владелец автомобиля поставил его под домой и ушёл. Температура в салоне автомобиля будет изменяется «плавно». Что же будет, если злоумышленник попытается проникнуть в автомобиль? Например у него получится открыть дверь. Температура в автомобиле начнёт изменяться стремительно, так как воздух в салоне начнёт смешиваться с воздухом окружающей среды. Думаю, что будет работать.

Основные характеристики GY-521 MPU6050

Модуль 3-х осевого гироскопа + 3-х осевого акселерометра GY-521 на чипе MPU-6050. Позволяет определить положение и перемещение объекта в пространстве, угловую скорость при вращении. Так же имеет встроенный датчик температуры. Используется в различных коптерах и авиамоделях, так же на основе этих датчиков можно собрать систему захвата движений.

Микросхема - MPU-6050
Напряжение питания - от 3,5V до 6V (DC);
Диапазон гироскопа - ± 250 500 1000 2000 ° / с
Диапазон акселерометра - ± 2 ± 4 ± 8 ± 16g
Интерфейс связи - I2C
Размер - 15х20 мм.
Вес - 5 г

Также пригодится датчик вибраций. Вдруг автомобиль попытаются вскрыть «грубой силой», ну или на парковке другой автомобиль заденет вашу машинку. Возьмём датчик вибраций SW-420 (регулируемый).

Основные характеристики SW-420

Напряжение питания - 3.3 - 5В
Выходной сигнал - цифровой High/Low (нормально закрытый)
Используемый датчик - SW-420
Используемый компаратор - LM393
Размеры - 32x14 мм
Дополнительно - Есть регулировочный резистор.

Прикрутим модуль SD карты памяти. Будем ещё писать лог-файл.

Основные характеристики модуля SD карты памяти

Модуль позволяет хранить, читать и записывать на SD карту данные требуемые для работы прибора на основе микроконтроллера. Применение устройства актуально при хранении файлов от десятков мегабайт до двух гигабайт. На плате размещен контейнер SD карты, стабилизатор питания карты, вилка соединителя линий интерфейса и питания. Если требуется работать с звуковыми, видео или другими объемными данными, например, вести журнал регистрации событий, данных датчиков или хранить информацию веб-сервера, то модуль SD карты памяти для Arduino даст возможность применить SD карту для этих целей. С помощью модуля можно изучить особенности работы SD карты.
Напряжение питания - 5 или 3,3 В
Объем памяти SD карты - до 2 Гбайт
Размеры - 46 х 30 мм

И добавим сервопривод, при срабатывании датчиков будет поворачиваться сервопривод с видеорегистратором и снимать видео происшествия. Возьмём сервопривод MG996R.

Основные характеристики сервопривода MG996R

Стабильная и надежная защита от повреждений
- Металлический привод
- Двухрядный шарикоподшипник
- Длина провода 300 мм
- Размеры 40х19х43мм
- Масса 55 гр
- Угол поворота: 120 град.
- Рабочая скорость: 0.17сек/60 градусов (4.8В без нагрузки)
- Рабочая скорость: 0.13сек/60 градусов (6В без нагрузки)
- Пусковой момент: 9.4кг/см при питании 4.8В
- Пусковой момент: 11кг/см при питании 6В
- Рабочее напряжение: 4.8 - 7.2В
- Все детали привода выполнены из металла

Собираем

Всем привет, сегодня мы рассмотрим устройство под названием датчик движения. Многие из нас слышали об этой штуке, кто то даже имел дело с этим устройством. Что же такое датчик движения? Попробуем разобраться, итак:

Датчик движения, или датчик перемещения - устройство (прибор) обнаруживающий перемещение каких либо объектов. Очень часто эти устройства, используются в системах охраны, сигнализации и мониторинга. Форм факторов этих датчиков существует великое множество, но мы рассмотрим именно модуль датчика движения для подключения к платам Arduino, и именно от фирмы RobotDyn. Почему именно этой фирмы? Я не хочу заниматься рекламой этого магазина и его продукции, но именно продукция данного магазина была выбрана в качестве лабораторных образцов благодаря качественной подаче своих изделий для конечного потребителя. Итак, встречаем - датчик движения (PIR Sensor) от фирмы RobotDyn:

Эти датчики малы по габаритам, потребляют мало энергии и просты в использовании. Кроме того - датчики движения фирмы RobotDyn имеют еще и маркированные шелкографией контакты, это конечно мелочь, но очень приятная. Ну а тем кто использует такие же датчики, но только других фирм, не стоит беспокоиться - все они имеют одинаковый функционал, и даже если не промаркированы контакты, то цоколёвку таких датчиков легко найти в интернете.

Основные технические характеристики датчика движения(PIR Sensor):

Зона работы датчика: от 3 до 7 метров

Угол слежения: до 110 о

Рабочее напряжение: 4,5...6 Вольт

Потребляемый ток: до 50мкА

Примечание: Стандартный функционал датчика можно расширить, подключив на пины IN и GND датчик освещенности, и тогда датчик движения будет срабатывать только в темноте.

Инициализация устройства.

При включении, датчику требуется почти минута для инициализации. В течение этого периода, датчик может давать ложные сигналы, это следует учесть при программировании микроконтроллера с подключенным к нему датчиком, или в цепях исполнительных устройств, если подключение производится без использования микроконтроллера.

Угол и область обнаружения.

Угол обнаружения(слежения) составляет 110 градусов, диапазон расстояния обнаружения от 3 до 7 метров, иллюстрация ниже показывает всё это:

Регулировка чувствительности(дистанции обнаружения) и временной задержки.

На приведённой ниже таблице показаны основные регулировки датчика движения, слева находится регулятор временной задержки соответственно в левом столбце приведено описание возможных настроек. В правом столбце описание регулировок расстояния обнаружения.

Подключение датчика:

• PIR Sensor - Arduino Nano
• PIR Sensor - Arduino Nano
• PIR Sensor - Arduino Nano
• PIR Sensor - для датчика освещенности
• PIR Sensor - для датчика освещенности

Типичная схема подключения дана на схеме ниже, в нашем случае датчик показан условно с тыльной стороны и подключен к плате Arduino Nano.

Скетч демонстрирующий работу датчика движения(используем программу ):

/* * PIR Sensor -> Arduino Nano * PIR Sensor -> Arduino Nano * PIR Sensor -> Arduino Nano */ void setup() { //Установить соединение с монитором порта Serial.begin(9600); } void loop() { //Считываем пороговое значение с порта А0 //обычно оно выше 500 если есть сигнал if(analogRead(A0) > 500) { //Сигнал с датчика движения Serial.println("Есть движение!!!"); } else { //Нет сигнала Serial.println("Всё тихо..."); } }

Скетч является обычной проверкой работы датчика движения, в нём есть много недостатков, таких как:

1. Возможные ложные срабатывания, датчику необходима самоинициализация в течение одной минуты.
2. Жесткая привязка к монитору порта, нет выходных исполнительных устройств(реле, сирена, светоиндикация)
3. Слишком короткое время сигнала на выходе датчика, при обнаружении движения необходимо программно задержать сигнал на более долгий период времени.

Усложнив схему и расширив функционал датчика, можно избежать вышеописанных недостатков. Для этого потребуется дополнить схему модулем реле и подключить обычную лампу на 220 вольт через данный модуль. Сам же модуль реле будет подключен к пину 3 на плате Arduino Nano. Итак принципиальная схема:

Теперь пришло время немного усовершенствовать скетч, которым проверялся датчик движения. Именно в скетче, будет реализована задержка выключения реле, так как сам датчик движения имеет слишком короткое время сигнала на выходе при срабатывании. Программа реализует 10-ти секундную задержку при срабатывании датчика. При желании это время можно увеличить или уменьшить, изменив значение переменной DelayValue . Ниже представлен скетч и видео работы всей собранной схемы:

/* * PIR Sensor -> Arduino Nano * PIR Sensor -> Arduino Nano * PIR Sensor -> Arduino Nano * Relay Module -> Arduino Nano */ //relout - пин(выходной сигнал) для модуля реле const int relout = 3; //prevMillis - переменная для хранения времени предидущего цикла сканирования программы //interval - временной интервал для отсчета секунд до выключения реле unsigned long prevMillis = 0; int interval = 1000; //DelayValue - период в течение которого реле удерживается во включенном состоянии int DelayValue = 10; //initSecond - Переменная итерации цикла инициализации int initSecond = 60; //countDelayOff - счетчик временных интервалов static int countDelayOff = 0; //trigger - флаг срабатывания датчика движения static bool trigger = false; void setup() { //Стандартная процедура инициализации порта на который подключен модуль реле //ВАЖНО!!! - чтобы модуль реле оставался в первоначально выключенном состоянии //и не срабатывал при инициализации, нужно записать в порт входа/выхода //значение HIGH, это позволит избежать ложных "перещелкиваний", и сохранит //состояние реле таким, каким оно было до включения всей схемы в работу pinMode(relout, OUTPUT); digitalWrite(relout, HIGH); //Здесь всё просто - ждем когда закончатся 60 циклов(переменная initSecond) //продолжительностью в 1 секунду, за это время датчик "самоинициализируется" for(int i = 0; i < initSecond; i ++) { delay(1000); } } void loop() { //Считать значение с аналогового порта А0 //Если значение выше 500 if(analogRead(A0) > 500) { //Установить флаг срабатывания датчика движения if(!trigger) { trigger = true; } } //Пока флаг срабатывания датчика движения установлен while(trigger) { //Выполнять следующие инструкции //Сохранить в переменной currMillis //значение миллисекунд прошедших с момента начала //выполнения программы unsigned long currMillis = millis(); //Сравниваем с предидущим значением миллисекунд //если разница больше заданного интервала, то: if(currMillis - prevMillis > interval) { //Сохранить текущее значение миллисекунд в переменную prevMillis prevMillis = currMillis; //Проверяем счетчик задержки сравнивая его со значением периода //в течение которого реле должно удерживаться во включенном //состоянии if(countDelayOff >= DelayValue) { //Если значение сравнялось, то: //сбросить флаг срабатывания датчика движения trigger = false; //Обнулить счетчик задержки countDelayOff = 0; //Выключить реле digitalWrite(relout, HIGH); //Прервать цикл break; } else { //Если значение всё еще меньше, то //Инкрементировать счетчик задержки на единицу countDelayOff ++; //Удерживать реле во включенном состоянии digitalWrite(relout, LOW); } } } }

В программе присутствует конструкция:

unsigned long prevMillis = 0;

int interval = 1000;

...

unsigned long currMillis = millis();

if(currMillis - prevMillis > interval)

{

prevMillis = currMillis;

....

// Наши операции заключенные в тело конструкции

....

}

Чтобы внести ясность, было решено отдельно прокомментировать эту конструкцию. Итак, данная конструкция позволяет выполнить как бы параллельную задачу в программе. Тело конструкции срабатывает примерно раз в секунду, этому способствует переменная interval . Сначала, переменной currMillis присваивается значение возвращаемое при вызове функции millis() . Функция millis() возвращает количество миллисекунд прошедших с начала программы. Если разница currMillis - prevMillis больше чем значение переменной interval то это означает, что уже прошло более секунды с начала выполнения программы, и нужно сохранить значение переменной currMillis в переменную prevMillis затем выполнить операции заключенные в теле конструкции. Если же разница currMillis - prevMillis меньше чем значение переменной interval , то между циклами сканирования программы еще не прошло секунды, и операции заключенные в теле конструкции пропускаются.

Ну и в завершение статьи видео от автора:

Данный проект касается разработки и усовершенствования системы для предотвращения/контроля любых попыток проникновения воров. Разработанное охранное устройство использует встроенную систему (включает аппаратный микроконтроллер с использованием открытого программного кода и gsm модем) на базе технологии GSM (Глобальная система подвижной связи).

Охранное устройство может быть установлено в доме. Интерфейсный датчик охранной сигнализации также подсоединен к охранной системе на базе контроллера.
При попытке проникновения система передает предупреждающее сообщение (например, sms) владельцу на мобильный телефон или на любой заранее сконфигурированный мобильный телефон для дальнейшей обработки.

Охранная система состоит из микроконтроллера Arduino Uno и стандартного модема SIM900A на базе GSM/GPRS. Вся система может питаться от любого источника питания/батареи 12В 2A.

Ниже показана схема охранной системы на базе Arduino.

Работа системы очень проста и не требует разъяснений. Когда на систему подается питание, она переходит в дежурный режим. Когда выводы коннектора J2 закорочены, заранее запрограммированное предупреждающее сообщение передается на требуемый мобильный номер. Вы можете подсоединить любой детектор обнаружения проникновения (такой как световое защитное приспособление или датчик движения) к входному коннектору J2. Заметьте, что активный-низкий (L) сигнал на выводе 1 коннектора J2 активирует срабатывание охранной сигнализации.

Более того, в систему добавлено опциональное приспособление “вызов – тревога”. Оно активирует телефонный звонок, когда пользователь нажмет кнопку S2 (или когда другой электронный блок инициирует сигнализацию). После нажатия кнопки “call” (S2), вызов можно отменить, нажав другую кнопку S3 – кнопку “end”. Данная опция может использоваться для подачи сигнала тревоги в случае “пропущенного звонка” в случае проникновения.

Схема очень гибкая, поэтому может использовать любой SIM900A модем (и, конечно, плату Arduino Uno). Внимательно прочтите документацию на модем до начала сборки. Это позволит облегчить и сделать приятным процесс изготовления системы.

Список радиоэлементов

Как сделать простую GSM сигнализацию на SIM800L и Ардуино для гаража или дачи. Делаем своими руками на основе готовых модулей с Алиэкспресс. Основные модули – GSM модуль SIM800L, Аrduino Nano (можно любой-Uno и т.п.), понижающая плата, аккумулятор от сотового телефона.

Рис. 1. Схема расположения модулей охранной сигнализации на Arduino

Изготовление сигнализации

Монтируем на макетную плату через колодки, что позволит при необходимости заменить модули. Включение сигнализации путем подачи питания 4,2 вольта через выключатель на SIM800L и Аrduino Nano.

При срабатывании первого шлейфа система сначала звонит на первый номер, затем сбрасывает звонок и отзванивается на второй номер. Второй номер добавлен на всякий случай если вдруг первый будет отключен и т.д. При срабатывании второй, третий, четвертой, и пятой шлейфа, отсылаются СМС с номером сработавшей зоны, также на два номера. Схема и скетч кому интересно в описании под видео.
Размещаем всю электронику в подходящем корпусе.

Если вам не нужно 5 шлейфов соедините контакт 5V Arduino c не нужными входами. GSM сигнализация на 5 шлейфов с аккумулятором, что позволит устройству продолжать работу в течении нескольких дней автономно, при отключении электроэнергии. Можно подключить к ним любые охранные контактные датчики, контакты реле и т.п.В результате получим простой, недорогой компактный охранный прибор для с передачей СМС и дозвоном на 2 номера. Применить его можно для охраны дачи, квартиры, гаража и т.д.

Подробнее в видео