ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ОХРАНЫ И ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ УДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ПО БЕСПРОВОДНЫМ СЕТЯМ

Полезная модель относится к области охранной сигнализации и может быть использована в системах для передачи и обработки сигналов, служащих для дистанционного контроля состояния стационарных и мобильных объектов, находящихся в зоне действия беспроводной, в том числе и сотовой связи.
Известно множество различной степени сложности устройств дистанционной охраны стационарных и мобильных объектов по беспроводным сетям, широко использующих, в том числе, и систему мобильной связи GSM.
Известен способ охранной сигнализации и электронное охранное устройство для осуществления способа, причем последнее содержит электронное устройство, скрытно располагаемое на охраняемом объекте, имеющее в своем составе датчики обнаружения проникновения, связанные через коммутационный блок с мобильным телефоном. При срабатывании, по меньшей мере, одного из датчиков, инициируется звонок с мобильного телефона, на заранее прописанный номер абонента, которому следует отправлять оповещение о проникновении (см. патент RU №2170458 G08В 25/08, 10.07.2001).
Данное устройство может быть использовано для охраны, как стационарных, так и подвижных объектов и относится к бюджетным системам, которые не предусматривают централизованную охрану удаленного объекта. Основной недостаток данного устройства заключается в отсутствии защиты от так называемых средств радиоэлектронной борьбы
(РЭБ), которые в настоящее время доступны, в том числе и как серийно выпускаемая продукция, в частности, известны генераторы радиочастотного шума «Баррикада», «Спектр», «C-Guard 300», производства ЗАО «РОССИ СЕКЬЮРИТИ» и пр.
В случае воздействия аппаратуры подобного рода на известную охранную систему, канал связи блокируется и оповещение о проникновении на охраняемый объект по радиоканалу, практически во всем частотном диапазоне, становится невозможным.
Известно охранное устройство, которое содержит m установленных на охраняемых объектах недвижимости стационарных установок охранной сигнализации, содержащих блок стационарных охранных извещателей, стационарное объектовое оконечное устройство и объектовый ретрансляционный узел микросотовой сети передачи данных, выполненный с возможностью приема кодовых сообщений от стационарных и возимых установок охранной сигнализации и от носимых объектовых оконечных устройств, селекции этих сообщений и их передачи по стандартной сотовой сети подвижной связи, в случае появления сигнала от датчика при нарушении контура защиты, формирует информационную посылку, которая направляется в центр сбора и обработки информации (ЦСиОИ) и на персональный приемник владельца через беспроводную сеть связи (см. патент RU №2201363, В60R 25/10, 27.03.2003).
При получении тревожного сигнала диспетчер ЦСиОИ берет объект под постоянный контроль и проводит предписанные для сложившейся ситуации мероприятия. Следует отметить, что в данном способе охраны, осуществлен контроль исправности радиоканала связи посредством отслеживания периодического поступления извещений. Это позволяет обнаруживать неисправность канала и появление помех на рабочей частоте, что может считаться одним из способов противодействия средствам РЭБ.
Данное устройство относится группе достаточно сложных и дорогостоящих охранных систем, имеющих в своем составе, так называемый,
диспетчерский центр (ДЦ) или ЦСиОИ, через который осуществляется контроль за рядом удаленных объектов.
Основной недостаток данной системы заключается в наличии в ее составе технически сложного и дорогостоящего ЦСиОИ, организация которого сопряжена с существенными материальными, техническими и временными затратами, что является основным фактором, сдерживающим широкое развитие подобного рода систем. При этом область применения, по определению, ограничена только теми регионами, где организованы ЦСиОИ (с условием запрета обслуживания по роумингу). Другой отрицательный фактор - это существенная задержка, которую вносит ЦСиОИ, являясь дополнительным промежуточным звеном в цепи передачи тревожного сообщения от объекта охраны к владельцу.
Существенным недостатком также является выбранная техника передачи извещений для контроля исправности канала связи, а именно служба коротких сообщений (SMS). Известно, что оперативность доставки SMS зависит от многих факторов, в том числе, от загрузки сервера коротких сообщений, что в моменты пиковой нагрузки может вызывать задержки оповещения до нескольких часов. Более того, простая проверка канала связи не обеспечивает надежную защиту охраняемого объекта от атаки с применением средств РЭБ.
Известны также аналогичные системы сигнализации, устраняющие недостатки предыдущей системы в плане контроля исправности канала связи.
В частности известна, являющаяся наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату, система сигнализации для случаев причинения ущерба, которая выполнена с возможностью сигнализации через существующие радиосети и использования частот и установившихся нормальных режимов работы техники мобильной радиотелефонии, содержащая, находящиеся стационарно в жилых домах и пр. или мобильно в транспортных средствах, анализаторы
тревоги сигналов, поступающих от датчиков тревожной сигнализации с сигнальными сенсорами о случаях причинения ущерба, с сигнальными сенсорами, такими как сенсоры разбивания стекла, сенсоры движения, указанные анализаторы тревоги выполнены с возможностью циклического опроса центральной станцией с заранее определенным тактом об их работоспособности и обеспечения режима опроса готовности к работе, и содержат радиомодемы с модулями присоединения по крайней мере для 3 жилых блоков, а также синхронно-последовательные устройства сопряжения для подключения до 4 приборов, расширяющих возможности анализатора тревог, соответственно до 8 жилых блоков каждый, и осуществляют подачу тревоги через радиомодем на приемную центральную станцию, содержащую центральное место сигнализации с терминалом обработки и сигнальным печатающим устройством, а также радиоустановкой, рассчитанной на 5000 (расширяемой до 10000) сигналов тревог (см. патент RU №2153193, G08B 25/10, 20.07.2000).
Центральная станция, согласно данному изобретению, осуществляет циклический опрос состояния анализаторов тревоги, устанавливаемых на стационарных или мобильных объектах охраны, т.е. циклически перепроверяет, в порядке ли радиолиния и отвечает ли прибор корректно на вызов. При срабатывании сигнальных сенсоров соответствующий анализатор тревоги звонит на центральную станцию и обрабатывается в порядке поступления. Заявляемые в данном изобретении параметры связи на осуществление передачи данных в радиоканале, включая время на построение и прекращение соединения максимально составляют 2 сек, а такт циклического опроса задается исходя из количества обслуживаемых абонентов и минимально составляет 1 мин.
Основными недостатками данной системы, присущими, как уже было отмечено выше, всем системам, построенным по принципу централизованного управления, являются, во-первых, значительные материально-технические и временные затраты на организацию
диспетчерского центра, а во-вторых, ограничение эффективной зоны действия системы зоной покрытия регионального ДЦ. В последнем случае не принимается во внимание теоретическая возможность обслуживания по роумингу абонентов охраны, находящихся в зоне действия других мобильных сетей, поскольку при таких условиях значительно возрастают эксплуатационные расходы на проверку канала связи.
Другой недостаток данной системы - это существенная задержка, которую вносит центральная станция, являясь дополнительным промежуточным звеном в цепи передачи тревожного сообщения от объекта охраны к владельцу.
Важно отметить, что циклический опрос абонентов для контроля исправности канала связи, являясь, по идее, эффективным способом противодействия средствам РЭБ, в условиях централизованной охраны мобильных объектов, практически теряет свои преимущества. Так, например, при циклическом опросе всего лишь 180 мобильных абонентов (при заявленных максимально возможных 5000) с минимальным 1 минутным тактом, реакция системы на «глушение» канала связи средствами РЭБ может составлять в худшем случае 3 часа (без учета возможных переповторов), что никак не может считаться приемлемой, не говоря уже о рентабельности системы со столь малым количеством абонентов. Применение системы по RU 2153193 для охраны стационарных объектов, с использованием предусмотренной возможности расширения аппаратуры (до 35 абонентов на 1 радиомодем анализатора тревоги), также не обеспечивает надежную защиту, поскольку при обслуживании порядка 500 абонентов (всего 2 средних многоквартирных дома, что экономически также не оправдано), время реакции составит уже около 15 мин, без учета времени на обработку и решение возникшей ситуации.
Наконец, хорошо известно, что при развитии и наращивании системы с соответствующим увеличением общего количества абонентов, надежность и
устойчивость программно-аппаратного обеспечения будут неуклонно снижаться, что приведет к снижению надежности системы в целом.
Технической задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является устранение всех указанных недостатков за счет передачи функций центральной станции или ДЦ компактному и дешевому блоку обработки сигнала тревоги, находящемуся постоянно в персональном распоряжении владельца охраняемого объекта.
Техническим результатом является максимальное расширение зоны эффективного действия системы до границ действия выбранной беспроводной сети связи (т.е. применение не ограничивается только теми регионами, где могут быть организованы диспетчерские центры); исключение затрат на создание, эксплуатацию и обслуживание сложной и дорогостоящей централизованной инфраструктуры диспетчерского центра, при сохранении всех положительных сторон систем охраны подобного типа, в том числе и возможности расширения числа контролируемых объектов; существенное повышение оперативности оповещения о возможной атаке на объект охраны и/или блок обработки сигнала тревоги с применением средств РЭБ за счет реализованной возможности периодической проверки состояния объекта охраны с помощью блока обработки сигнала тревоги, находящегося постоянно в персональном распоряжении владельца; повышение надежности и оперативности оповещения владельца о наступившем событии, за счет исключения звена передачи информации «центральная станция - владелец объекта охраны».
Дополнительным техническим результатом изобретения является:
повышение функциональных возможностей системы за счет предоставления владельцу объекта охраны возможности самостоятельно (не прибегая к помощи оператора ДЦ), используя только блок обработки сигнала тревоги, оперативно модифицировать параметры и конфигурацию охранной системы, в том числе: состав и чувствительность датчиков контура охраны, способы и параметры оповещения, списки абонентов тревожного
оповещения, пароли и пр. Дополнительно, владелец может, заключив договор с тем или иным пунктом централизованной охраны (ПЦО) и, задав его номер телефона в «СПИСКЕ ТРЕВОЖНОГО ОПОВЕЩЕНИЯ», осуществлять защиту своего имущества, получая дополнительные услуги по противодействию угону/ущербу. При этом очевидно, что абонентская плата будет существенно ниже обычной, так как основные функции охраны несет на себе блок обработки сигнала тревоги, а не ПЦО.
Расширение зоны действия системы и снижение эксплуатационных затрат, за счет реализованной возможности оперативной смены оператора и тарифного плана мобильной связи на наиболее выгодные для данного региона (например, при использовании системы в другом территориальном регионе), простой заменой SIM-карт.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что электронная система охраны и дистанционного контроля удаленных объектов по беспроводным сетям, использующая существующие радиотелефонные сети, в частности, сети мобильной связи GSM, и спутниковую радионавигационную систему позиционирования типа GPS/ГЛОНАСС, содержит два, работающих совместно, устройства: блок обработки сигнала тревоги (БОСТ), включающий в себя микроконтроллер и связанный с ним радио-модем с антенной, и блок-анализатор тревоги (БАТ) со связанными с ним охранными датчиками, расположенный на стационарном или мобильном объекте охраны и включающий в себя микроконтроллер и связанный с ним радио-модем с антенной, причем БАТ выполнен с возможностью циклической проверки состояния объекта охраны с задаваемой периодичностью и обнаружения/сигнализации тревожной ситуации, причем БОСТ выполнен в виде персонального блока постоянно находящегося в распоряжении владельца объекта охраны, включающего дополнительно блок звуковой обработки, ЖК индикатор и сенсорный экран, а БАТ дополнительно включает блок звуковой обработки и навигационный приемник, например GPS/ГЛОНАСС-приемник, с антенной, блок-анализатор
тревоги выполнен с возможностью индикации «глушения» канала связи средствами РЭБ, блок обработки сигнала тревоги выполнен с возможностью проведения через блок-анализатор тревоги дистанционного автоматического мониторинга охраняемого объекта в режиме «точка-точка», т.е. БОСТ выполнен с возможностью контроля своевременного поступления периодических звонков от БАТ с дополнительным подтверждением безопасного состояния охраняемого объекта при успешной взаимной идентификации блока обработки сигнала тревоги и блока-анализатора тревоги во время сеанса обмена кодированными пакетами служебной информации в голосовом канале с помощью программно-аппаратного DTMF-подобного 8-битного кода, с возможностью передачи одновременно цифровой и голосовой информации в пределах преимущественно нетарифицируемых оператором радиотелефонной сети интервалов времени и построением выборочного соединения по рандомизированному алгоритму, при этом при нарушениях и/или блокировании канала связи, например при воздействии на систему охраны средствами РЭБ, блок обработки сигнала тревоги выполнен с возможностью инициирования тревожного аудио-визуально-тактильного оповещения владельца не позднее чем через время равное периоду проверки состояния объекта охраны, а при исправности канала связи блок-анализатор тревоги выполнен с возможностью экстренного оповещения абонентов о следующих ситуациях: срабатывании датчиков охранного контура, переходе на автономное питание, критическом разряде резервной батареи, выходе за пределы допустимого температурного диапазона, выходе за заданные автоматически или вручную границы, в виде голосового и/или SMS сообщения на телефоны из заранее сформированного списка (до 8 мобильных или стационарных номеров, включая номер персонального блока обработки сигнала тревоги).
Доступ к функциям охраны, мониторинга и управления блока-анализатора тревоги может быть осуществлен через голосовое меню (ГМ) при звонке с телефона (или с БОСТ) на номер блока-анализатора тревоги,
причем вход в указанное меню требует пароль авторизации и может быть выполнен также локально посредством аудио связи между динамиком БОСТ или телефона, например, мобильного телефона с поддержкой тонового DTMF набора номера, и микрофоном БАТ, выход которого подключен к соответствующему входу блока звуковой обработки блока-анализатора тревоги, причем упомянутый блок звуковой обработки выполнен с возможностью одновременного (т.е. в одном сеансе GSM связи без повторного набора номера) применения как функций мониторинга и управления в ГМ, так и функций телефона, включая возможность слышать объект охраны через упомянутый микрофон БАТ и говорить в динамик БАТ, выход которого подключен к соответствующему входу упомянутого блока звуковой обработки.
Система может быть выполнена с возможностью расширения для контроля нескольких объектов с установленным на каждом из них блоком-анализатором тревоги с помощью одного блока обработки сигнала тревоги, включая периодическую проверку состояния каждого охраняемого объекта и обнаружения и/или сигнализации ситуации возможного «глушения» канала связи средствами РЭБ.
Блок обработки сигнала тревоги может быть выполнен с возможностью самостоятельной, т.е. выполняемой самим владельцем, оперативной модификации параметров и конфигурирования системы охраны, в частности: состава и чувствительности датчиков контура охраны, включая временные параметры работы сигналов датчиков, способы и параметры оповещения, включая временные параметры сигналов тревоги (количество, длительность, задержки, повторы и пр.), списка абонентов, включая индивидуальные фильтры входящих сообщений, параметров GSM оповещения (количество повторных звонков, задержки и пр.), параметров GPS/ГЛОНАСС-приемника, включая интенсивность и методы обновления данных.
Блок обработки сигнала тревоги может быть выполнен с возможностью запроса (с помощью SMS или в голосовом канале) и отображения
местоположения объекта охраны на ЖК индикаторе в виде: метки на векторной электронной карте, абсолютных координат (широты и долготы), координат и названий 3 ближайших объектов (адресов) с расстояниями до объекта охраны.
Система может быть выполнена с возможностью поддержки стандартной файловой системы энергонезависимой FLASH-памяти блока обработки сигнала тревоги и блока-анализатора тревоги.
Система может быть выполнена с возможностью сохранения информации о текущих событиях (постановка/снятие с охраны, тревожные ситуации, входящие/исходящие звонки) с указанием даты и времени события, в бортовом журнале в виде log-файла во FLASH-памяти блока-анализатора тревоги, а также информации о местоположении, скорости и направлении движения объекта охраны на основании данных GPS/ГЛОНАСС-приемника, записываемых в упомянутый журнал по заданному алгоритму с задаваемой периодичностью, для последующего переноса из блока-анализатора тревоги в блок обработки сигнала тревоги или персональный компьютер и просмотра на ЖК индикаторе блока обработки сигнала тревоги или экране персонального компьютера, в текстовом виде, либо в виде меток на векторной электронной карте, с возможностью автоматического и пошагового прямого и обратного скроллинга точек из записанного в log-файл маршрута движения охраняемого мобильного, например транспортного, средства.
Система может быть выполнена с возможностью навигации непосредственно внутри салона во время движения мобильного охраняемого средства, при этом блок обработки сигнала тревоги выполнен с возможностью подключения к блоку-анализатору тревоги и получения от него информации с GPS/ГЛОНАСС-приемника, а блок обработки сигнала тревоги отображает ее на ЖК индикаторе в виде метки на векторной электронной карте совместно с информацией о текущих координатах, скорости и направлении движения.
Блок обработки сигнала тревоги может быть выполнен с возможностью оповещения других абонентов по телефонам из заранее сформированного списка (до 8 мобильных или стационарных номеров) с помощью специального голосового или SMS сообщения при отсутствии реакции владельца объекта охраны на сигнал тревоги для повышения надежности оповещения при возможной утере/краже или недоступности для владельца блока обработки сигнала тревоги.
Блок-анализатор тревоги может быть выполнен с возможностью применения резервных аккумуляторов различного типа и различной емкости путем программной настройки параметров, хранящихся в виде файла в энергонезависимой FLASH-памяти, в частности максимальных тока и напряжения заряда, минимального тока завершения заряда, минимально допустимого рабочего напряжения.
Блок-анализатор тревоги может быть выполнен с возможностью гальванической развязки цепей питания, входных цепей для подключения датчиков и выходных цепей для подключения исполнительных устройств для защиты электронной схемы от электростатических зарядов, случайного или намеренного воздействия на входы и/или выходы электрическим напряжением, превышающим допустимые предельные значения.
Блок-анализатор тревоги может быть выполнен в герметичном корпусе индустриального климатического исполнения с уровнем защиты IP65 с возможностью поддержания температуры внутри корпуса в заданных пределах путем установки в корпусе термостата с нагревательным элементом и датчиком температуры для поддержания заданного температурного режима в холодное время года.
В ходе проведенного исследования было выявлено, что система может быть выполнена в виде двух, работающих совместно, устройств: блока обработки сигнала тревоги, исполняющего все функции диспетчера центральной станции, постоянно находящегося в распоряжении владельца объекта охраны, и блока-анализатора тревоги, располагаемого автономно на
стационарном или мобильном объекте охраны, включающего в себя GSM-модем с SIM-картой, антенной и блоком звуковой обработки; навигационный GPS/ГЛОНАСС-приемник с антенной (при использовании системы для охраны мобильных объектов); блок питания со схемой заряда резервного аккумулятора; микроконтроллер, предназначенный для общего управления устройством, в том числе для обработки сигналов от GSM-модема, GPS/ГЛОНАСС-приемника и охранных датчиков; передающего кодированную информацию о состоянии объекта охраны по заданному алгоритму с настраиваемой периодичностью или экстренно в случае тревожной ситуации по сетям мобильной связи на блок обработки сигнала тревоги, включающий в себя радио-модем, в частности GSM-модем, с SIM-картой, антенной и блоком звуковой обработки; ЖК индикатор для отображения картографической и семантической информации, сенсорный экран для ввода данных и управления блоком обработки сигнала тревоги; блок питания со схемой заряда штатной батареи; микроконтроллер, предназначенный для приема и обработки тревожных сообщений, выполнения звукового и прочего оповещения владельца, подготовки данных для вывода на ЖКИ, обработки вводимых с сенсорного экрана данных и других функций охраны, в том числе, мониторинга объекта охраны и управления исполнительными устройствами, подключенными к блоку-анализатору тревоги, при этом блок-анализатор тревоги выполнен с возможностью дистанционной автоматической проверки состояния объекта охраны с задаваемой в зависимости от степени риска периодичностью и обнаружения/сигнализации тревожной ситуации путем обмена пакетами служебной кодированной информации между блоком-анализатором тревоги и блоком обработки сигнала тревоги программно-аппаратным DTMF-подобным способом в преимущественно нетарифицируемом мобильным оператором связи интервале времени, а также с возможностью передачи тревожного оповещения о следующих ситуациях: срабатывании датчиков охранного контура, переходе на автономное питание, критическом разряде
резервной батареи, выходе за пределы допустимого температурного диапазона, выходе за заданные автоматически или вручную границы, через беспроводную сеть в виде голосового и/или SMS сообщения на телефоны из заранее сформированного списка оповещения (до 8 мобильных или стационарных номеров, включая номер блока обработки сигнала тревоги).
Система выполнена с возможностью поддержки стандартной файловой системы энергонезависимой FLASH-памяти блока обработки сигнала тревоги и блока-анализатора тревоги, что обеспечивает гибкость и простоту перепрограммирования системы на уровне переноса файлов с настройками, данными и обновлениями по следующим коммуникационным каналам: персональный компьютер - блок обработки сигнала тревоги с помощью USB интерфейса, блок обработки сигнала тревоги - блок-анализатор тревоги с помощью стандартного последовательного UART интерфейса. Емкости FLASH-памяти программ БОСТ и БАТ составляют, соответственно, 128 и 32 Мб и могут быть расширены до 1 Гб.
Система выполнена с возможностью расширения и позволяет контролировать несколько объектов, включая периодическую проверку состояния каждого объекта и обнаружения/сигнализации ситуации возможного «глушения» канала связи средствами РЭБ. Количество контролируемых объектов при сохранении эффективности охраны не превышает 10. Данное значение указано с учетом снижения ресурса работы от штатной батареи и при условии 10-минутной реакции на блокирование канала связи. Без использования процедуры циклической проверки состояния, система позволяет контролировать до 500 объектов.
Суть полезной модели поясняется следующими чертежами, раскрывающими детали реализации:
Фиг.1 - функциональная схема блока-анализатора тревоги.
Фиг.2 - функциональная схема блока обработки сигнала тревоги. Как показано на фиг.1, блок-анализатор тревоги выполнен в виде электронной схемы в термостатированном герметичном корпусе 1 с уровнем
защиты IР65, и содержит микроконтроллер (МК) 8, с подключенными к нему радио-модемом (GSM-модемом) 3 с выносной GSM антенной 2, SIM-картой 4 и блоком обработки звуковой информации 5 с выносными динамиком 6 и микрофоном 7; модулем GPS/ГЛОНАСС-приемника 9 с выносной антенной 10; FLASH-памятью 11; блоками гальванической развязки входных 13 и выходных 14 сигналов, с подключенными к ним, соответственно, датчиками охранного контура 12 и блоком реле 15 с исполнительными устройствами 16; блоком питания 17. Исполнительные устройства 16 (звуковая и световая сигнализации, блокировки цепей и пр.) и датчики охранного контура 12 располагаются вне термостатированного корпуса на охраняемом объекте. Блок питания 17 управляется МК 8 и вырабатывает все необходимые для питания схемы напряжения, а также обеспечивает заряд резервной аккумуляторной батареи 20.
МК 8 обеспечивает работу всего устройства в целом, осуществляя:
управление и обмен информацией с радио-модемом (GSM-модемом) 3 и модулем GPS/ГЛОНАСС-приемника 9; прием и обработку сигналов датчиков 12 через блок гальванической развязки 13 и выдачу через блок гальванической развязки 14 и блок реле 15 управляющих сигналов на исполнительные устройства 16; измерение напряжения и тока заряда резервной батареи 20, соответственно, через входы 7 и 8 встроенного АЦП, связанные с соответствующими выходами 3 и 4 схемы заряда резервного аккумулятора (СЗРА) 25, обеспечивая управление процессом заряда с помощью выхода 9 встроенного ЦАП, подключенного к входу 5 СЗРА 25; поддержание температуры внутри корпуса в заданных пределах, измеряя температуру с помощью датчика температуры 22, установленного на кожухе-радиаторе 21 аккумулятора 20 и, управляя через гальванически изолированный выход 3 блока гальванической развязки 14, соединенным с ним входом 3 транзисторного КМОП ключа 23, включая/выключая в цепь нагрузки резистор-нагреватель 24, имеющий термо-контакт с кожухом-радиатором
21, обеспечивая тем самым требуемый температурный режим резервного аккумулятора 20.
МК 8 содержит внутреннюю энергонезависимую FLASH-память программ емкостью до 1,0 Мб для хранения исполняемого кода программы и память данных до 32 Кб. Внутренняя FLASH-память программ имеет двухуровневую аппаратную защиту для предотвращения несанкционированного чтения/копирования содержимого. Внешняя FLASH-память 11 емкостью 32 Мбайт служит для хранения файлов данных, звуковых WAV-файлов голосовых сообщений и другой служебной информации.
GSM-модем 3 выполнен в виде модульного модема сотовой связи Wismo или аналогичного. Прием/передача данных и команд между МК 8 и GSM-модемом 3 осуществляется по последовательной шине, соединяющей вход/выход 1 МК 8 и вход/выход 2 GSM-модема 3.
Навигационный приемник спутниковой радионавигационной системы GPS/ГЛОНАСС 9 выполнен в виде модуля на базе чипсета SiRFstar либо аналогичного.
Блоки 13 и 14 гальванической развязки выполнены оптоизолированными для предотвращения выхода системы из строя при случайном или намеренном воздействии на входы и/или выходы электрическим напряжением, превышающим допустимые предельные значения, в том числе и зарядами статического электричества. В качестве датчиков охранного контура 12, выполняющих функции сигнализаторов проникновения на объект охраны могут быть использованы, в зависимости от вида охраняемого объекта, любые стандартные датчики с выходом типа «открытый коллектор»: удара, объема, положения, наклона и пр., а также контактные, магнитные и пр.. Блок звуковой обработки (БЗО) 5 служит для приема, преобразования, согласования и передачи аналоговых сигналов в звуковом GSM тракте между МК 8 и GSM-модемом 3. БЗО 5 имеет несколько режимов работы, задаваемых МК 8 с помощью управляющих
логических сигналов на выходах 16 и 17, соединенных, соответственно, с входами 11 и 12 БЗО 5.
В режиме телефона (на входах 11 и 12 неактивное состояние) БЗО 5 принимает на вход 10 от выносного микрофона 7, преобразованный в электрический сигнал голос, и передает его с выхода 8 на, соединенный с ним, первый микрофонный вход 6 GSM-модема 3. Одновременно, БЗО 5 с первого спикерного выхода 5 GSM-модема 3 принимает на собственный вход 5 голосовой сигнал из GSM канала и с выхода 9 передает его на
выносной динамик 6.
В режиме приема/передачи данных (на входе 11 активное состояние, на входе 12 неактивное состояние) МК 8 через выходы встроенного ЦАП 11 и 13, соединенные, соответственно, с входами 7 и 3 БЗО 5, выводит программно сгенерированные звуковые сигналы DTMF-подобного 8-битного кода на первый встроенный в БЗО 5 суммирующий усилитель (на схеме не показан), который, в свою очередь, через выход 4 БЗО 5 передает на второй микрофонный вход 4 GSM-модема 3 суммарный кодированный сигнал в GSM канал. Одновременно, из голосового тракта GSM канала со второго спикерного выхода 3 GSM-модема 3 БЗО 5 принимает на вход 1 ответный кодированный сигнал от блока обработки сигнала тревоги и через выход 2 передает его на вход 14 встроенного АЦП микроконтроллера 8, который, в свою очередь, программно декодирует этот сигнал.
В режиме записи/воспроизведения голоса (на входе 11 неактивное состояние, на входе 12 активное состояние) МК 8 через выход встроенного ЦАП 11, соединенного с входом 7 БЗО 5, воспроизводит записанные в виде WAV-файлов во внешней FLASH-памяти 11 голосовые сообщения на второй встроенный в БЗО 5 усилитель (на схеме не показан), который, в свою очередь, через выход 8 БЗО 5 передает эти сообщения в GSM канал через первый микрофонный вход 6 GSM-модема 3. Одновременно, из голосового тракта GSM канала с первого спикерного выхода 5 GSM-модема 3 БЗО 5 принимает на вход 5 аудио сигнал от блока обработки сигнала тревоги и
через выход 6 передает его на вход 12 встроенного АЦП МК 8, который, в свою очередь, может записывать этот сигнал в виде WAV-файла во внешнюю FLASH-память 11 для последующего воспроизведения.
Важно, что переход из одного режима работы БЗО 5 в любой другой не требует разрыва текущего голосового GSM соединения, что повышает эффективность системы, позволяя в одном сеансе связи (без повторного набора номера) выполнять как функции мониторинга, так и голосовые функции телефона, включая запись/воспроизведение звуковой информации.
1
2
4
5
Блок питания 17 конструктивно содержит преобразователь питания с гальванической развязкой 18, на вход 1 которого, подается постоянное напряжение V от бортовой сети, или, в случае использования на стационарных объектах, от электросети общего пользования через адаптер. С выхода 2 преобразователя питания 18 стабилизированное напряжение V одновременно подается на вход 1 LDO-преобразователя питания 19 и на вход 1 СЭРА 25. LDO-преобразователь питания 19 вырабатывает на выходах 2 и 3 напряжения: соответственно, V для питания модуля GPS/ГЛОНАСС-приемника 9, и V для остальной цифровой схемы. СЗРА 25 работает под управлением МК 8 и обеспечивает заряд аккумулятора 20 в режимах стабилизации тока и напряжения. Аппаратная часть СЗРА 25 выполнена с возможностью применения аккумуляторов различного типа и различной емкости за счет гибкой и универсальной программной настройки ряда параметров, хранящихся в виде файла во FLASH-памяти 11: максимальных тока и напряжения заряда, минимального тока завершения заряда, минимально допустимого рабочего напряжения и пр. СЗРА 25 переключается в режим стабилизации тока под действием управляющего сигнала высокого логического уровня на входе 6, соединенного с выходом 10 МК 8. Упомянутый сигнал управления включает с помощью внутреннего КМОП транзистора (на схеме не показан) дополнительную петлю обратной связи в схеме автоматического регулятора тока, который поддерживает на выходе 2 СЗРА 25 ток заряда, пропорциональный управляющему
напряжению на входе 5, задаваемому с выхода 9 ЦАП МК 8. В режим стабилизации напряжения СЗРА 25 переключается сигналом обратной полярности низкого логического уровня на входе 6 с выхода 10 МК 8, который отключает упомянутую дополнительную петлю обратной связи, и упомянутое управляющее напряжение на входе 5, соединенном с выходом 9 ЦАП микроконтроллера 8, задает максимальное (варьируемое для каждого типа аккумулятора) значение напряжения заряда для внутренней схемы автоматического стабилизатора напряжения со встроенным ограничителем тока заряда, превышающего некоторое пороговое значение, определяемое номинальной емкостью аккумулятора.
Блок обработки сигнала тревоги выполнен в виде компактного портативного устройства размерами 95×49,5×19 мм и весом 86 г.Как показано на фиг.2, БОСТ содержит микроконтроллер 33, с подключенными к нему GSM-модемом 28 с антенной 27, SIM-картой 29 и блоком обработки звуковой информации 30 со встроенными динамиком 31 и микрофоном 32; ЖК индикатором 35; блоком управления сенсорной панелью 36, с подключенной к нему сенсорной панелью 34; ОЗУ 37; FLASH-памятью 38; USB контроллером 39; блоком питания 40. Блок питания 40 управляется МК 33 и вырабатывает все необходимые для питания схемы напряжения, а также обеспечивает заряд аккумуляторной батареи 17.
МК 33 обеспечивает работу всего устройства в целом, осуществляя: управление и обмен информацией с GSM-модемом 28; прием информации от сенсорной панели 34, вывод информации на ЖК индикатор 35; контроль напряжения и тока аккумуляторной батареи 42, соответственно, через входы 6 и 7 встроенного АЦП, связанные с соответствующими выходами 3 и 4 преобразователя питания 41, обеспечивая управление процессом заряда с помощью выхода 9 встроенного ЦАП.
МК 33 содержит внутреннюю энергонезависимую FLASH-память программ емкостью до 1,0 Мб для хранения исполняемого кода программы и память данных до 32 Кб. Внутренняя FLASH-память программ имеет
двухуровневую аппаратную защиту для предотвращения несанкционированного чтения/копирования содержимого.
Внешняя FLASH-память 38 емкостью до 1 Гбайт служит для хранения файлов данных и другой служебной информации.
Внешнее оперативное запоминающее устройство 37 емкостью до 1 Мбайт служит для хранения данных и промежуточных результатов вычислений.
GSM-модем 28 выполнен в виде модульного модема сотовой связи Wismo или аналогичного.
SIM-карта 29 устанавливается в держатель, позволяющий оперативно производить замену карты.
USB контроллер 39 служит для обмена информацией с внешними управляющими устройствами, имеющими USB-HOST интерфейс, например с персональным компьютером. Обмен информацией осуществляется посредством передачи управления внешней FLASH-памятью 38 USB контроллеру 39 с помощью сигнала активного логического уровня на входе 3, соединенном с выходом 6 МК 33. Одновременно МК 33 переводит свой вход/выход 19 в высокоимпедансное состояние, отключая его тем самым от общей шины, соединяющей МК 33 с входом/выходом FLASH-памяти 38 и входом/выходом 1 USB контроллера 39. Т.о. USB контроллер 39 получает общую шину в свое распоряжение и становится интерфейсом между USB-HOST контроллером ПК 43, соединенного с входом/выходом USB шины 2 USB контроллера 39, и внешней FLASH-памятью 38, поддерживая все операции стандартной FAT 16 файловой системы. МК 33 возвращает себе управление FLASH-памятью 38 сигналом неактивного логического уровня на выходе 6, соединенном с входом 3 USB контроллера 39, отключая последний от общей шины.
Блок управления сенсорной панелью 36 позволяет поочередно подключать внутренние (на схеме не показаны) двухкоординатные резистивные делители 4-х проводной аналоговой сенсорной панели 34 под
управлением сигналов логического уровня на входах 3 и 4, соединенных с выходами, соответственно, 4 и 5 МК 33, преобразовывать сопротивления упомянутых делителей в пару значений напряжения, пропорциональных Х (вход 3 в активном состоянии, вход 4 в неактивном состоянии) и Y (вход 3 в неактивном состоянии, вход 4 в активном состоянии) координатам нажатой точки, и передавать эти напряжения на выходы 1 и 2, соединенные, соответственно, с входами 2 и 3 встроенного АЦП МК 33.
Блок звуковой обработки 30 служит для приема, преобразования, согласования и передачи аналоговых сигналов в звуковом GSM тракте между МК 33 и GSM-модемом 28. БЗО 30 имеет несколько режимов работы, задаваемых МК 33 с помощью управляющих логических сигналов на выходах 16 и 17, соединенных, соответственно, с входами 11 и 12 БЗО 30.
В режиме телефона (на входах 11 и 12 неактивное состояние) БЗО 30 принимает на вход 10 от встроенного микрофона 32, преобразованный в электрический сигнал голос, и передает его с выхода 8 на соединенный с ним первый микрофонный вход 6 GSM-модема 28. Одновременно, БЗО 30 с первого спикерного выхода 5 GSM-модема 28 принимает на собственный вход 5 голосовой сигнал из GSM канала и с выхода 9 передает его на встроенный динамик 31 (напрямую или через встроенный усилитель).
В режиме приема/передачи данных (на входе 11 активное состояние, на входе 12 неактивное состояние) МК 33 через выходы встроенного ЦАП 11 и 13, соединенные, соответственно, с входами 7 и 3 БЗО 30, выводит программно сгенерированные звуковые сигналы DTMF-подобного 8-битного кода на первый встроенный в БЗО 30 суммирующий усилитель (на схеме не показан), который, в свою очередь, через выход 4 БЗО 30 передает на второй микрофонный вход 4 GSM-модема 28 суммарный кодированный сигнал в GSM канал. Одновременно, из голосового тракта GSM канала со второго спикерного выхода 3 GSM-модема 28 БЗО 30 принимает на вход 1 ответный кодированный сигнал от блока-анализатора тревоги и через выход 2 передает
его на вход 14 встроенного АЦП МК 33, который, в свою очередь, программно декодирует этот сигнал.
В режиме записи/воспроизведения голоса (на входе 11 неактивное состояние, на входе 12 активное состояние) МК 33 через выход встроенного ЦАП 11, соединенного с входом 7 БЗО 30, воспроизводит записанные в виде WAV-файлов во внешней FLASH-памяти 38 голосовые сообщения на второй встроенный в БЗО 30 усилитель (на схеме не показан), который, в свою очередь, через выход 8 БЗО 30 передает эти сообщения в GSM канал через первый микрофонный вход 6 GSM-модема 28. Одновременно, из голосового тракта GSM канала с первого спикерного выхода 5 GSM-модема 28 БЗО 30 принимает на вход 5 аудио сигнал от блока-анализатора тревоги и через выход 6 передает его на вход 12 встроенного АЦП МК 33, который, в свою очередь, может записывать этот сигнал в виде WAV-файла во внешнюю FLASH-память 38 для последующего воспроизведения.
Переход из одного режима работы БЗО 30 в любой другой не требует разрыва текущего голосового GSM соединения, позволяя в одном сеансе связи (без повторного набора номера) выполнять как функции мониторинга, так и голосовые функции телефона, включая запись/воспроизведение звуковой информации.
8
6
6
8
7
8
Блок питания 40 конструктивно содержит преобразователь питания со схемой заряда батареи (ППСЗБ) 41, имеющей вход 2, на который постоянно подается напряжение V от аккумуляторной батареи 42, и вход 1, на который периодически для подзаряда батареи 42 подается постоянное напряжение V от адаптера (на схеме не показан), преобразующего либо переменное напряжение электросети общего пользования, либо постоянное напряжение бортовой сети. Внутренний LDO-преобразователь (на схеме не показан) преобразует большее из этих двух входных напряжений V или V в стабилизированное напряжение V на выходе 7, необходимое для функционирования всей электронной схемы БОСТ. Кроме того, напряжение батареи V также питает напрямую GSM-модем 28. В режиме подзаряда
аккумуляторной батареи 42, ППСЗБ 41 под управлением МК 33 обеспечивает заряд в режимах стабилизации тока и напряжения. Параметры: максимальный ток и напряжение заряда, минимальный ток завершения заряда, минимально-допустимое рабочее напряжение и пр. хранятся в виде файла во FLASH-памяти 38. ППСЗБ 41 переключается в режим стабилизации тока под действием управляющего сигнала высокого логического уровня на входе 6, соединенного с выходом 10 МК 33. Упомянутый сигнал управления включает с помощью внутреннего КМОП транзистора (на схеме не показан) дополнительную петлю обратной связи в схеме автоматического регулятора тока, который поддерживает на выходе 2 ток заряда, пропорциональный управляющему напряжению на входе 5, задаваемому с выхода 9 ЦАП МК 33. В режим стабилизации напряжения ППСЗБ 41 переключается сигналом обратной полярности низкого логического уровня на входе 6 с выхода 10 МК 33, который отключает упомянутую дополнительную петлю обратной связи, и управляющее напряжение на входе 5, соединенном с выходом 9 ЦАП микроконтроллера 33, задает максимальное значение напряжения заряда для внутренней схемы автоматического стабилизатора напряжения с ограничителем тока заряда, превышающего, определяемое емкостью аккумулятора, пороговое значение.
Таким образом, в описываемой системе по радиоканалу, в том числе поддерживаемому стандартом связи GSM 900/1800, автоматически, с заданной периодичностью совершается обмен пакетами кодированной служебной информации между блоком-анализатором тревоги и блоком обработки сигнала тревоги, что позволяет осуществлять дистанционный контроль объекта охраны. При попытке несанкционированного доступа, датчики обнаружения, установленные на охраняемом объекте, передают сигналы тревоги в блок-анализатор тревоги, который формирует, кодирует и отправляет речевые и/или SMS-сообщения, на блок обработки сигнала тревоги, а также, в соответствии с заданным алгоритмом рассылки, абонентам, внесенным в список оповещения.
При возможном включении в зоне расположения блока-анализатора тревоги или блока обработки сигнала тревоги мощного широкополосного источника помех произойдет блокирование канала связи. В этом случае, отсутствие ответа одного из блоков во время очередного сеанса обмена кодированными радио-посылками, система воспримет как воздействие средств РЭБ, что также приведет к тревожному оповещению, а именно, при отсутствии ответа от блока обработки сигнала тревоги, блок-анализатор тревоги оповестит остальных абонентов из списка. А при отсутствии ответа от блока-анализатора тревоги, блок обработки сигнала тревоги, не позже чем через время равное периоду проверки состояния объекта охраны, оповестит владельца об опасности, а в случае отсутствия реакции владельца на тревожный сигнал, оповестит также абонентов из списка.
Полезная модель имеет широкую область применения и может быть использована в системах различного назначения, например пожарной, охранной и пр., с возможностью дистанционного управления исполнительными устройствами, подключенными к блоку-анализатору тревоги.
Список принятых сокращений:
DTMF - Dual-Tone Multi-Frequency - двухтональный многочастотный аналоговый сигнал;
FAT 16 - File Allocation Table, тип файловой системы с 16-битной таблицей размещения файлов;
FLASH - тип энергонезависимой памяти с электрическим способом записи/стирания информации;
GPS - Global Positioning System, глобальная система позиционирования;
GSM - Global System for Mobile communications, стандарт сотовой связи;
IP65 - рейтинг защиты корпусов электронного оборудования по стандарту IEC-952;
LDO-преобразователь - Low Drop Out, преобразователь напряжения с малыми потерями стабилизации;
Log-файл - файл протокола регистрации системных событий;
SIM - Subscriber Identification Module, модуль идентификации абонента;
SMS - Short Message Service, служба коротких сообщений;
UART - Universal asynchronous Receiver/Transmitter, универсальный асинхронный приемопередатчик;
USB - Universal Serial Bus, последовательный интерфейс передачи данных со скоростью до 480 Мбит/сек;
USB-HOST интерфейс - USB устройство с функцией ведущего (master);
WAV - WAVeform audio format, формат аудио-файла Microsoft/IBM;
АЦП - аналого-цифровой преобразователь;
БАТ - блок-анализатор тревоги;
БЗО - блок звуковой обработки;
БОСТ - блок обработки сигнала тревоги;
ГЛОНАСС - ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система;
ГМ - голосовое меню;
ДЦ - диспетчерский центр;
ЖК индикатор (ЖКИ) - жидкокристаллический индикатор;
КМОП транзистор - полевой транзистор с Комплиментарной структурой Металл Окисел Полупроводник;
МК - микроконтроллер;
ОЗУ - оперативное запоминающее устройство;
ПК - персональный компьютер;
ПЦО - пункт централизованной охраны;
Средства РЭБ - средства радиоэлектронной борьбы;
СЭРА - схема заряда резервного аккумулятора;
ПАП - цифро-аналоговый преобразователь;
ЦСиОИ - центр сбора и обработки информации;