СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ НА РАССТОЯНИИ

Полезная модель относится к системам контроля и управления объектами, распределенными в пространстве, и может быть использована в системах охранно-пожарной сигнализации, в системах охраны помещений от несанкционированного доступа, в системах оповещения об опасных ситуациях, о протечках воды, в системах мониторинга и управления потреблением ресурсов, а также в других системах контроля и управления.
Известна система передачи и обработки сигналов о состоянии объекта, которая содержит датчики, связанные с объектами контроля, станцию, включающую блок подключения датчиков, выходом связанный со входом блока обработки данных, по меньшей мере один пульт оператора, подключенный через приемник и передатчик стыкового сигнала к блоку обработки данных станции. Кроме того, в систему введены дополнительные станции, каждая из которых содержит передатчик и приемник основного сигнала и передатчик и приемник дополнительного сигнала, подключенные к блоку обработки данных, коммутаторы, дифференциальные системы. Станции подключены таким образом, что обеспечивается передача сигнала в обратном основному сигналу направлении, что уменьшает потери информации при выходе из строя отдельных участков (см. описание к патенту №2087036, МПК 6 G 08 C 19/00, 1994 г.).
Недостатком упомянутой системы являются ее большие габариты, которые обусловлены использованием устаревшей элементной базы, недостаточная надежность, обусловленная использованием большого количества элементов.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является система дистанционного доступа к электронным счетчикам, которая относится к поддержке электронных счетчиков по протоколу TCP/IP для
двухстороннего дистанционного доступа к счетчикам по локальным и глобальным сетям.
Упомянутая система содержит локальную сеть не по протоколу TCP/IP, через которую соединены счетчики. К локальной сети также подключен шлюз, который соединен с глобальной сетью ТСР/IР.
В одном из вариантов системы шлюз получает пакеты от других устройств глобальной сети. Шлюз включает интерфейс ТСР/IР и интерфейс локальной сети. Интерфейс локальной сети включает программное обеспечение для преобразования пакетов данных в формат, требуемый для передачи через локальную сеть. В этом случае шлюз передает эти преобразованные пакеты по локальной сети к счетчикам (см. описание к патенту №2227326, МПК 7 G 08 C 19/00, H 04 L 12/64, 1998 г.).
Необходимость поддерживать в рабочем состоянии две разнородные сети (WAN по протоколу ТСР/IР и локальную сеть LAN не по протоколу ТСР/IР между счетчиками и интерфейсом) приводит к снижению надежности системы, что является недостатком ближайшего аналога.
Целью осуществления предлагаемой полезной модели является повышение надежности системы за счет упрощения ее построения и обслуживания, а также обеспечение возможности подключения большего количества датчиков.
Поставленная цель достигается тем, что система, включающая сетевой контроллер, получающий информацию от внешних датчиков, и, обработанную, передающий через сеть на сервер, состоит из отдельных стандартных модулей в соответствии с блок-схемами фиг.1 и фиг.2.
Так сетевой контроллер представлен базовой платой, на которой размещена плата расширения. Базовая плата состоит из микроконтроллера, обрабатывающего информацию, полученную от внешних датчиков через преобразователи уровня платы расширения, светодиодного индикатора, контроллера физического уровня Ethernet. Плата расширения выполнена с возможностью изменения конфигурации в зависимости от количества подключаемых внешних датчиков. При этом в качестве сети, передающей
обработанную информацию с сетевого контроллера на сервер, использована сеть Ethernet.
Внешними датчиками являются пожарные датчики, датчики вскрытия, датчики тревожной кнопки, считыватель электронного ключа «Touch Memory» и др.
Таким образом, предлагаемая полезная модель характеризуется:
- выполнением из отдельных стандартных модулей;
- наличием внешних датчиков;
- наличием сети, передающей информацию;
- наличием сетевого контроллера (шлюза в ближайшем аналоге);
- наличием сервера (серверов).
Отличается:
- использованием сети Ethernet в качестве сети, передающей информацию;
- выполнением сетевого контроллера из базовой платы и платы расширения;
- включением в базовую плату микроконтроллера, светодиодного индикатора, контроллера физического уровня Ethernet;
- выполнением платы расширения с возможностью изменения ее конфигурации в зависимости от количества подключаемых датчиков.
Использование в полезной модели совокупности признаков, сходных с признаками ближайшего аналога и отличительных, обеспечило достижение поставленной цели. Необходимость поддерживать в рабочем состоянии только одну сеть (Ethernet) повышает надежность системы.
Выполнение платы расширения с возможностью изменения ее конфигурации позволяет увеличить количество подключаемых датчиков.
Заявляемая полезная модель представлена следующим графическим
материалом.
На фиг.1 показана схема предлагаемой системы, где
1 - сетевой контроллер (шлюз в ближайшем аналоге);
2 - сеть передачи данных по протоколу Ethernet;
3 - центральный сервер системы;
На фиг.2 показана та же схема, но более подробно, где
4 - микроконтроллер;
5 - блок питания;
6 - светодиодные индикаторы;
7 - контроллер физического уровня Ethernet;
8-13 - преобразователи уровня;
14 - звуковой излучатель;
15 - датчик вскрытия корпуса;
16 - сеть Ethernet;
17 - сервер охраны и управления;
18 - канал выхода в Internet;
19 - канал отправки SMS клиентам системы;
20 - канал рассылки E-mail клиентам системы;
21 - канал голосового оповещения на телефоны клиентов системы;
22 - пожарно-охранные датчики;
23 - сирена;
24 - считыватель электронного ключа «Touch Memory»;
25 - электросчетчики, водосчетчики, газосчетчики с импульсным выходом;
26 - интеллектуальные теплосчетчики;
27 - Исполнительные реле;
Система содержит сетевой контроллер 1, соединенный сетью 2 с центральным сервером 3 системы (фиг.1). Сетевой контроллер состоит из базовой платы и платы расширения (фиг.2). Базовая плата включает микроконтроллер 4, блок питания 5, светодиодный индикатор 6, который обеспечивает визуализацию режимов работы блока, контроллер физического уровня Ethernet 7. Плата расширения включает преобразователи уровня 8-13, звуковой индикатор 14, датчик вскрытия корпуса 15.
Информация о состоянии контролируемого объекта передается с внешних датчиков 22-27 через преобразователи уровня 8-13 и, обработанная контроллером по определенной программе, передается через сеть Ethernet 16 на сервер охраны и управления 17. Сервер охраны и управления имеет канал выхода в Internet 18, канал отправки SMS клиентам системы 19, канал рассылки E-mail клиентам системы 20, канал голосового оповещения на телефоны клиентов системы 21.
От количества и характеристик преобразователей уровня зависит конфигурация платы расширения, а также тип и количество подключаемых датчиков. Так появление нового датчика потребует изменения платы расширения.
В качестве внешних датчиков применяются пожарные датчики, датчики вскрытия, датчики тревожной кнопки, считыватель электронного ключа «Touch Memory» и др.
Сетевые контроллеры и сервер имеют индивидуальные IP-адреса и могут обмениваться информацией через любые сети, поддерживающие IP-адресацию. Первичной или единственной такой сетью может служить сеть, построенная на основе Ethernet.
Обмен данными между сетевым контроллером и сервером производится с использованием протокола UDP. Каждый пакет состоит из заголовка и содержит поле данных. Длина заголовка фиксированная, поле данных состоит из блоков по 16 байт. Заголовок и каждый блок данных шифруется по стандарту AES 128-битным ключом (высокая устойчивость к взлому). При получении пакета расшифровывается заголовок, подсчитывается контрольная сумма заголовка и сравнивается с полем «Контрольная сумма заголовка». За счет этого достигается высокая достоверность данных в принятом пакете. Чтобы исключить выход системы из строя при отказе сервера, каждый сетевой контроллер работает с двумя серверами одновременно - с основным и резервным. При выходе основного сервера из строя его функции выполняет резервный.
Система работает следующим образом.
Так при возникновении пожара, протечки воды, нажатии тревожной кнопки соответствующие датчики пошлют электрический сигнал, который после прохождения через первичные преобразователи, преобразуется в стандарт TTL 0-5B, затем попадает в микроконтроллер 4, где обрабатывается соответствующей подпрограммой. Сигнал о тревоге через контроллер физического уровня Ethernet 7 и сеть 16 попадает на сервер охраны 17. Сам же сетевой контроллер будет индицировать данный режим при помощи светодиодного индикатора 6 и звукового излучателя 14. Кроме того, будет включена сирена 23.
Охрана помещения от взлома реализуется по следующей схеме. Лицо, покидающее охраняемое помещение, прикладывает электронный ключ «Touch Memory» к считывающему устройству 24. Если код данного электронного ключа записан в памяти микроконтроллера 4, то сетевой контроллер включает таймер задержки и начинает переходить в режим охраны, позволяя лицу свободно покинуть помещение и закрыть за собой дверь. Данный режим также индицируется световой 6 и звуковой индикацией 14 на устройстве. После окончания времени программного таймера, сетевой контроллер переходит из режима мониторинга в режим охраны и посылает соответствующий сигнал на сервер охраны 17. При попытке взлома, от соответствующих датчиков приходит электрический сигнал, и устройство переходит в режим ожидания снятия с охраны помещения. Снятие с охраны производиться прикладыванием к считывателю электронного ключа «Touch Memory» 24, ключа с кодом, который содержится в памяти микроконтроллера. Если в течение 1-240 сек. код необходимого ключа не был считан, то происходит срабатывание охранной системы - включается сирена 23, отправляется сообщение на сервер 17, индицируется режим на сетевом контроллере.
Для контроля состояния сетевого контроллера и предотвращения маскировки взлома путем повреждения линии связи, сетевой контроллер посылает зашифрованные пакеты на сервер 17 с периодом 30 сек. Если
очередной пакет не приходит в заданный промежуток времени, на сервере 17 вырабатывается сообщение о потери связи с сетевым контроллером.
Сервер 17 имеет возможность отправить тревожные сообщения по нескольким каналам:
- через WEB-браузеры и локальные программы, подключенные к серверу через сеть 18;
- через канал мобильной связи отправки SMS 19;
- через канал отправки электронной почты E-mail 20;
- через телефонный канал, сообщая информацию голосом 21.
Учет электропотребления происходит следующим образом.
В качестве первичного счетчика применяется любой электронный электросчетчик, имеющий импульсный выход телеметрии, то есть счетчик на каждый измеренный КВт/ч выдает фиксированное количество импульсов, например, 6400. Сетевой контроллер, получая данные импульсы, производит их суммирование и накопление в энергонезависимой памяти. Каждые 30 секунд сетевой контроллер отправляет накопленное значение в сформированном пакете UDP на IP адрес сервера 17. Получив пакет UDP с зашифрованными в нем данными по стандарту AES 128, сервер 17 производит первичную обработку принятых данных, вычисляет мощность потребляемую нагрузкой в Вт и потребленную энергию КВт/ч. Полученные значения заносятся в базу данных MySQL. Оператор системы при помощи WEB интерфейса 18 может в любой момент считать из базы данных необходимые параметры и графики в виде отчета.
Многократное воспроизведение системы действительно возможно, так как при реализации системы использованы стандартные узлы и модули. Например, в качестве центрального сервера применяется серийный IBM совместимый компьютер с тактовой частотой процессора не ниже 1000 МГц. Все компоненты сети Ethernet (коммутаторы, модемы) также широко выпускаются различными мировыми фирмами.
Например, при изготовлении контроллера применяются современные радиоэлементы и компоненты для поверхностного монтажа (SMD). Сборка
базовой платы и платы расширения может осуществляться на автоматических линиях. Основные элементы контроллера приведены в таблице:
Наименование
Корпус
Микросхемы
MEGA128
TQFP64
ADM232
SOIC16
МАХ485
SOIC8
RTL8019AS
QFP100
Конденсаторы
SMD1206
Резисторы
SMD1206
В настоящее время изготовлено и испытано 130 образцов предлагаемой системы. Все они прошли эксплуатационные испытания в течение года на предприятии ЗАО «Жуковская электросеть», где использовались в системах охраны от взлома трансформаторных подстанций и для дистанционного управления уличным освещением. Намечен ее серийный выпуск.