КОНТРОЛЛЕР ДЛЯ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам управления, предназначенным для обеспечения работы технических средств контроля доступа и охранной сигнализации в составе интегрированной системы безопасности.
Известно техническое решение, использованное при построении контроллера АЛГО-427 (ЗАО «АЛГОНТ», г.Калуга, http://algont.kaluga.net/books/Algont%20produce.pdf), реализующего функции охранной сигнализации и содержащего (фиг.1) центральный процессор, порт CAN, порт RS-485, программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), блок буферных схем, блок реле. К блоку буферных схем подключаются технические средства охранной сигнализации (извещатели охранные, кнопки, датчики положения дверей и т.п.), изменения состояния которых определятся центральным процессором по оцифрованным значениям аналоговых сигналов и через порт CAN передаются в виде сообщений на верхний уровень управления интегрированной системы безопасности, который может быть реализован либо мастер-контроллером, либо управляющим компьютером. Управление исполнительными устройствами (сигнализаторы, сирены, цепи коммутации питания извещателей охранных и т.п.) выполняется по командам центрального процессора через блок реле. Порт RS-485 используется для подключения дополнительных устройств, например, клавиатур управления включением и отключением извещателей охранных. Центральный процессор работает по программе, размещенной в ППЗУ.
Общими признаками контроллера АЛГО-427 с заявляемым техническим решением являются центральный процессор, порт CAN, порт RS-485, ППЗУ, блок буферных схем.
Контроллер АЛГО-427 не обеспечивает отказоустойчивость системы к повреждениям магистрали связи CAN, и тем самым не обеспечивается высокая надежность доставки сигналов тревоги на верхний уровень системы для реагирования на возникшую ситуацию. Кроме этого, при его использовании в системе невозможно обеспечить тактику снятия с охраны и постановки на охрану помещений по событиям соответственно «первый вошел в помещение», «последний вышел из помещения», формируемым сигналами технических средств контроля доступа.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является контроллер АЛГО-429 (ЗАО «АЛГОНТ», г.Калуга, http://algont.kaluga.net/books/Algont%20produce.pdf), реализующий функции контроля доступа и содержащий (фиг.2) центральный процессор, порт CAN, порт RS-485, программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), блок буферных схем, который в отличие от блока с аналогичным названием в АЛГО-427 содержит и узлы для подключения технических средств контроля доступа: электромеханических замков (ЭМЗ) и считывателей Proximity-карт. Узлы для подключения технических средств контроля доступа реализуются по схеме, аналогичной схеме построения узлов блока реле в АЛГО-427. Управление доступом осуществляется следующим образом: код считанной Proximity-карты центральным процессором пересылается через порт CAN на верхний уровень управления системы, которая принимает решение и в виде сообщения о разрешении или запрете доступа возвращает центральному процессору. В зависимости от содержания сообщения центральным процессором через блок буферных схем выполняется включение соответствующей индикации для пользователя на считывателе Proximity-карт и разблокирование ЭМЗ в случае разрешения доступа.
Общими признаками контроллера АЛГО-429 с заявляемым техническим решением являются центральный процессор, порт CAN, порт RS-485, ППЗУ, блок буферных схем.
Недостатком контроллера АЛГО-429 является то, что он не обеспечивает отказоустойчивость системы к повреждениям магистрали связи CAN, и тем самым не обеспечивается высокая функциональная надежность по управлению доступом и доставки сигналов тревоги (несанкционированное открывание двери с ЭМЗ) на верхний уровень управления системы.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в повышении функциональной надежности по управлению доступом и охранной сигнализации на основе применения дополнительного канала связи с верхним уровнем управления системы и дополнительной энергонезависимой памяти для хранения информации, используемой в процессе принятия решения о доступе.
Для решения этой задачи в устройство, содержащее центральный процессор, соединенный одной двунаправленный шиной передачи данных с программируемым постоянным запоминающим устройством, портом RS-485, первым портом CAN, который подключен к основной магистрали связи с верхним уровнем управления интегрированной системы безопасности, и другой двунаправленной шиной передачи данных к блоку буферных схем, цепи связи которого подключены к внешним техническим средствам охранной сигнализации и управления доступом, к порту RS-485 подключены дополнительные внешние устройства, дополнительно введены соединенные с центральным процессором по одной двунаправленной шине передачи данных энергонезависимая память, хранящая информацию для принятия решения о доступе, и второй порт CAN, подключенный к резервной магистрали связи с верхним уровнем управления интегрированной системы безопасности. В блок буферных схем введены узлы защиты от импульсных помех высокой энергии, подключаемые к цепям связи с техническими средствами охранной сигнализации и управления доступом.
Повышение функциональной надежности обеспечивается центральным процессором, который в случае невозможности обмена информацией с верхним уровнем управления системы через один порт CAN использует для обмена информации другой порт CAN, и тем самым сохраняет свою функциональность при повреждении одной магистрали связи с верхним уровнем управления системы. Кроме этого, функциональная надежность по управлению доступом повышается за счет того, что в энергонезависимую память по сообщениям от верхнего уровня системы заносится информация, необходимая для принятия решения о доступе. В простейшем случае это перечень кодов Proximity-карт, владельцам которых, разрешен проход через соответствующую дверь с ЭМЗ. Поэтому центральный процессор может принимать решение о доступе без пересылки кода Proximity-карты на верхний уровень управления системы в случае перерывов связи с ним или при получении от верхнего уровня управления системы сообщения о переводе в режим принятия решения о доступе в самом контроллере.
На фиг.3 приведена структурная схема контроллера для интегрированной системы безопасности. На фиг.4 приведен вариант реализации блока буферных схем. На фиг.5 приведена блок схема алгоритма работы с двумя портами CAN.
Центральный процессор 1 обеспечивает обмен информацией с первым и вторым портами CAN 2, 3, программируемым постоянным запоминающим устройством 4, энергонезависимой памятью 5, блоком буферных схем 6 по стандартным двунаправленным параллельным и последовательным шинам передачи данным. Центральный процессор 1 реализуется на одной микросхеме MC9S12DB128 (фирма Motorola), которая имеет два встроенных порта CAN, программируемую постоянную запоминающую память на 128 Кбайт, два универсальных асинхронных приемопередатчиков UART. Таким образом, 4 элемента предлагаемого устройства - центральный процессор 1, первый порт CAN 2, второй порт CAN 3, программируемое постоянное запоминающее устройство 4 - реализуются одной микросхемой. Энергонезависимая память 5 реализуется одной микросхемой FM25H20 (фирма Ramtron), имеющей емкость 256 Кбайт. Порт RS-485 7 реализуется одним встроенным универсальным асинхронным приемопередатчиком UART и подключенным к нему внешней микросхемой ADM485 (фирма Analog Devices), преобразующей уровни сигналов универсального асинхронного приемопередатчика UART в уровни сигналов интерфейса RS-485. Второй встроенный универсальный асинхронный приемопередатчик UART используется для обмена информацией с блоком буферных схем 6 (фиг.4), который может быть реализован микроконтроллером PIC18F452 (фирма Microchip), дополненным электрорадиоэлементами. Микроконтроллер PIC18F452 имеет встроенные Flash-память для хранения рабочей программы, аналого-цифровой преобразователь с мультиплексором на 8 входов, два универсальных асинхронных приемопередатчиков UART, один из которых используется для обмена информацией с центральным процессором 1.
Каждый из извещателей охранных ИО1…ИО8 подключается к соответствующему входу вход AN0…AN8 через каскад, как показано на фиг.4, состоящий из резисторов R1, R2, диодов VD1, VD2, варистора RU1. Резистор R1 обеспечивает согласование выхода извещателя охранного с входом AN0, резистор R2 является ограничительным. Варистор RU1 является первой ступенью защиты от импульсных помех высокой энергии, вторая ступень защиты от превышения напряжения обеспечивается диодами VD1, VD2. Для управления исполнительными устройствами ИУ1…ИУ8 используются соответственно выходы RD0…RD8, сигналы с которых подаются на управляющие реле по схеме на фиг.4. Варисторы RU2, RU3 обеспечивают защиту от импульсных помех высокой энергии. Каждый из считывателей Proximity-карт с интерфейсом Wiegand-26 подключается к двум входам порта RB (информационные шины D0, D1 интерфейса Wiegand-26) и трем выходам порта RC (цепи управления зеленым светодиодным индикатором G, красным индикатором R, звуковым индикатором ВЕЕР считывателя). Каждый выход порта RC управляет соответствующей цепью через транзисторный ключ, схема одного из них на транзисторе VТ1 приведена на фиг.4.
Микроконтроллер PIC18F452 постоянно опрашивает входы портов AN, BN для обнаружения события: изменение состояния технических средств охранной сигнализации, считывание кода Proximity-карты. Обнаружив событие, микроконтроллером PIC18F452 формирует сообщение и отправляет его в центральный процессор 1 через универсальный асинхронный приемопередатчик UART. Поскольку код Proximity-карты определяется программным путем после последовательного считывания битов на шинах D0, D1, то может использоваться не только интерфейс Wiegand-26, но и более длинный код интерфейса Wiegand-33 и т.д. При поступлении команд управления от центрального процессора 1 микроконтроллер PIC18F452 включает или выключает по соответствующим выходам портов RD, RC одно из исполнительных устройств или индикаторы считывателей Proximity-карт.
Рассмотренный вариант реализации блока буферных схем 6 позволяет подключить до 8 входов, 8 релейных выходов и 2 считывателей Proximity-карт с интерфейсом Wiegand-26. В случае, если требуется большее количество подключаемых технических средств контроля доступа и охранной сигнализации, то необходимо использовать несколько микроконтроллеров PIC18F452 и связь между ними и центральным процессором осуществлять по интерфейсу RS-485. Для этой цели у каждой микросхемы PIC18F452 и микросхемы MC9S12DB128 к универсальному асинхронному приемопередатчику UART необходимо дополнительно подключить микросхему ADM485.
Получив сообщение от микроконтроллера PIC18F452, центральный процессор 1 в зависимости от его содержания отправляет это сообщение на верхний уровень управления системы или формирует и передает на микроконтроллер PIC18F452 команды на исполнительные устройства и индикаторы считывателей Proximity-карт для реализации алгоритма управления доступом. На верхний уровень управления системы всегда передаются сообщения, связанные с изменением состояния технических средств охранной сигнализации: тревога, короткое замыкание или обрыв линии связи с извещателем охранным и др.
При получении от микроконтроллера PIC18F452 запроса на проход (код считанной Proximity-карты) центральный процессор 1 в зависимости от установленного режима принятия решения передает запрос на верхний уровень управления системы или выполняет поиск в энергонезависимой памяти в списке разрешенных кодов Proximity-карт для данной точки доступа, оборудованной электромеханическим замком. При запрете доступа (сообщение от верхнего уровня управления или отсутствие в списке разрешенных кодов Proximity-карт для данной точки доступа) центральный процессор 1 выдает сообщение микроконтроллеру PIC18F452 на включение красного индикатора соответствующего считывателя Proximity-карт. При разрешении доступа - выдаются сообщения на включение зеленого индикатора и разблокирование электромеханического замка. Заблокирование электромеханического замка выполняется по команде от центрального процессора 1 после истечения заданного интервала времени или после срабатывания датчика положения двери, когда его состояние меняется с разрыва цепи на замыкание цепи.
В целом, алгоритмы работы по управлению доступом и охранной сигнализации не отличаются от используемых в серийной выпускаемых интегрированных системах безопасности (В.А.Ворона, В.А.Тихонов «Системы контроля и управления доступом». М.: Горячая линия «Телеком», 2910. Стр. 14, 15). Отличия касаются алгоритма обмена информацией с верхним уровнем управления системы (фиг.5) при использовании дополнительного порта CAN, что повышает функциональную надежность и позволяет сохранить возможность централизованного управления в интегрированной системе безопасности при выходе из строя одной магистрали связи с контроллерами. В блок-схеме алгоритма, приведенной на фиг.5, переменная Флаг определяет номер порта CAN. В первоначальный момент переменная Флаг устанавливается в 1 и обмен идет через первый порт CAN 2. После передачи сообщения, которое выбирается из буфера сообщений в памяти центрального процессора, запускается таймер на ожидание ответа от верхнего уровня управления системы. Если в течение работы таймера ответа не поступает, то переменная Флаг устанавливается в 0 и обмен будет идти через второй порт CAN 3. Если ответ поступает, - то сообщение удаляется из буфера сообщений. Аналогичным образом отслеживается возможность информационного обмена через второй порт CAN 3. При необходимости, по команде от верхнего уровня управления системы переменная Флаг может быть принудительно установлена в 0 или 1 для выбора соответствующей магистрали связи для обмена информацией.
Испытания макета, построенного в соответствии с заявляемой полезной моделью, подтвердили ее работоспособность и достижение заявленного технического результата.