GSM управление электроприборами

RN3AU › Блог › Полу-умный дом или немного про электричество на даче 🙂

Некоторое время назад родственники ввязались в строительство загородного домика. Желание сделать все как можно быстрее немного затмило холодный расчет, без которого в этом деле не обойтись, но когда все начало двигаться в том направление, куда обычно заводят непродуманные от начала до конца проекты, пришлось активно вмешиваться, несмотря на определенное противодействие на первом этапе:)

Бригада строителей-бракоделов была отстранена от выполнения работ по всем инженерным системам (электричество, водоснабжение, канализация, отопление и т.д.) и это было решено делать своими руками.

В результате некоторых раздумий, прикидок по формату использования дома и учитывая необходимость создания максимально простой в использовании системы с точки зрения пользователя, было принято решение (на первых порах, а, возможно, и в дальнейшем) использовать электрическое отопление, как требующее минимальных навыков по обслуживанию, так и имеющее возможность дистанционного управления режимами работы. Газ в этом месте отсутствует и перспективы его появления туманны, а всякого рода котлы требуют определенных умений и желания всем этим управлять, в то время как полностью автоматизированные системы стоят немерено денег. Посему было решено использовать для отопления конвекторы NOBO (проверенные личным опытом, безопасные и эффективные). Учитывая выделенные 15 кВт (380 В) и «деревенский тариф» за электричество, такое решение было признано разумным на данном этапе.

Далее я приступил к придумыванию возможной схемы коммутации, с учетом требований к безопасности, удобства и возможности дистанционного управления. На этом этапе я обращался за консультациями к Андрею 2350, который своими советами помог избежать некоторых ошибок.
В результате получилась система, которая с одной стороны может показаться избыточной для дачного дома, а с другой — достаточно удобна и гибка. Хотя и не во всем оптимальна, но нет предела совершенству, а «хотелки» будущих жильцов претерпевали изменения по мере реализации функций:)

Блок-схема

На входе установлено селективное УЗО с током срабатывания 300 мА, далее все линии, в зависимости от назначения, защищены УЗО с током срабатывания 30 мА и 10 мА для влажных помещений и водонагревателей.

В качестве устройства управления я применил GSM контроллер CCU825 ( сайт производителя: www.radsel.ru/ ) Я уже ставил эти устройства и у меня с ними никаких проблем не возникало. Есть более навороченные системы с управлением через интернет, но в тех краях с интернетом беда и единственный надежный канал связи — SMS или голосовые звонки.

Контроллер коммутирует через дополнительный релейный блок мощные контакторы ABB серии ESB 20-20, установленные в щитке. Желтые IEKовские автоматы выполняют роль тумблеров принудительного включения контакторов на случай глюков контроллера или необходимости принудительно включить отопление без особых знаний 🙂

В моем случае было необходимо управлять подачей питания на нагреватели по четырем независимым линиям: кухня, коридор, комнаты первого и комнаты второго этажа. Логика работы была настроена таким образом, что в системе есть два основных режима — экономный (поддержание заданной температуры в помещении) и комфортный режим (отопление нужных помещений), который можно активировать заранее и приезжать в теплый дом, не испытывая дискомфорта в ожидании, пока прогреется печка.

В помещениях, где необходима возможность установки или поддержания конкретной температуры размещаются датчики температуры RTD-03.

Датчик температуры RTD-03

Блок-схема подключения термодатчиков и исполнительных элементов. В моем случае контакторы управляются по выходам OUT1-OUT4 c открытым коллектором.

В режиме «эконом» в нужных помещениях с помощью контроллера поддерживается температура в диапазоне 6-7 градусов. Температура на термостатах нагревателей выставлена на 20…22 градуса (собственно на ту температуру, которую хочется иметь после включения на полный нагрев).
Когда я дистанционно «говорю» контроллеру отапливать помещения, у меня питание на нагреватели подается постоянно и греют, до ранее выставленной температуры. Можно и напрямую задавать нужный температурный диапазон — это по желанию.

Кроме этого, один термодатчик установлен на улице и позволяет контролировать уличную температуру. Может быть использован для включения, например, греющего кабеля или другого устройства в лютые морозы.

Кроме управление нагревателями, реализованы штатные функция охранной сигнализации и подключены датчики дыма, при срабатывании которых обесточивается весь дом (это скорее перестраховка, но от курения отучает, так как в этом случае еще включается и сирена :)))

Всё управление осуществляется через SMS-команды, с помощью голосового звонка на контроллер или (что значительно удобнее) через приложение для ANDROID.
В любой момент можно запросить состояние системы — увидеть температуру по помещениям и подачу питания на линии обогрева. В случае пропадания питания в сети также приходит тревожное сообщение.

Через приложение для телефона можно узнать все основные параметры контроллера…

…температуру в помещениях и на улице, состояние дополнительных датчиков… … состояние линий питания нагревателей. и примененный профиль Также фиксируется история всех событий

Подобная система чуть позже была реализована еще в одном доме с целью поддержания положительной температуры при отсутствии хозяев и с возможностью предварительного нагрева помещений перед приездом.

Система успешно перезимовала и работает без сбоев, периодически сообщая об отключении электричества — особенно когда были ураганы 🙂

Что касается стоимости поддержания тепла, то за 4 зимних месяца на электричество ушло около 5 тыс. рублей (чуть больше 1000 рублей в месяц). Это при общей площади 150 метров и площади поддержания положительной температуры 6-7 градусов около 120 метров. (Дополнительно к отоплению всё время был включен большой холодильник и автономная канализация).
Учитывая плохо сделанное утепление окон, можно считать такие потери в рамках допустимого.
На видео хорошо видно, как плохо сделаны окна (подлежит переделке):

Чтобы не слать SMS-ки при отъезде (с переводом в режим экономии), а так же для изменения режимов охраны, около двери установлен бесконтактный считыватель ключей. В контроллер прописан ключ от существующего домофона, чтобы не плодить лишние «таблетки».

Продолжаем наблюдение и эксплуатацию…

P.S. добавил описание в форум.
P.P.S. Прошу еще раз обратить внимание на то, что система изначально разрабатывалась под конкретные пожелания и ее не планировалось использовать в режиме постоянного проживания всю зиму с отоплением всех площадей. Это важно осознавать, если система электрического отопления будет единственным источником тепла в доме — расходы на электричество могут оказаться очень высокими. Реально соизмеряйте свои возможности с потребностями.

P.P.P.S 🙂 Позже в систему было добавлено реле напряжения для защиты потребителей от скачков напряжения.

Трехфазное реле напряжения на столбе.

P.S. В последствии, на одном из участков, трех-фазное реле напряжения было заменено на три однофазных (УЗМ-51М) так как трехфазное реле начинает отрубать питание при перекосе фаз более 25 %, что часто может приводить к обесточиванию дома из-за такого перекоса. А трехфазное реле больше актуально для настоящих трехфазных потребителей, типа мощных моторов.
А в этом доме были установлены стабилизаторы напряжения на каждую фазу

>Управление нагрузкой и электроприборами с помощью сотового телефона

GSM автоматика для обеспечения комфорта

В век высоких технологий по сей день в квартирах можно встреть пробки, которые чуть ли не старше самой квартиры. Автоматика приходит в наши дома с каким то большим трудом. Все работает и слава богу. Наверное, именно этим лозунгом и пользуется подавляющее число жителей. Но есть люди, который вносят в свою жизнь комфорт, по капелькам, но делают это. К таким людям отношусь и я. Не знаю почему, но интересно все новое. Пользу от приобретений я чаще всего вижу уже после того, как приобрел новый приборчик. Так вот сегодня мы поговорим о GSM. Точнее даже не о нем самом, а о том, как с его помощью мы можем чем то управлять. Если не вдаваться в такую серьезную тему как умный дом и пойти более легким путем, то на рынке мы можем найти ряд устройств, которые тем или иным образом могут управлять приборами в нашем доме. Я люблю модульное оборудование для DIN. Люблю потому, что DIN это международный стандарт для установочных изделий в щитах. Все они имеют одинаковые габариты и установка их проста, как сборка конструктора лего.

Для чего нужно управление по GSM

Придумать как использовать прибор для управления приборами с телефона можно запросто. Главная его задача, как понятно из названия — управление нагрузками. Это их включение или отключение. Другими словами, это просто выключатель, но управлять им мы можем с сотового телефона. С помощью этого прибора мы можем управлять абсолютно любыми нагрузками в режиме включения и отключения.

К примеру на даче. У нас есть вводной щит, который распределяет электричество по всей даче. Торопясь домой, вы можете забыть выключить вводной автомат, а соответственно останутся работать включенные приборы, например камин. Уже доехав до дома, вы вспоминаете об этом, а до дачи 100 км. Возвращаться и выключать? Конечно, иначе дача может очень быстро превратиться в кучку пепла. А можно установить управление нагрузкой с помощью телефона и выключить все с помощью телефона.

Точно также можно поступить и в квартире. Главное разделить заранее электропроводку таким образом, чтобы не отключались холодильник и другие важные приборы. Какие — решать только вам. Хотя практически каждое GSM реле может управлять несколькими группами нагрузок и соответственно несколькими командами мы можем включать и отключать различные группы. Электрический щит можно скомпоновать на отключение всей нагрузки КРОМЕ и АБСОЛЮТНО всей нагрузки. Сделать это достаточно просто.

Большинство подобных приборов оснащено входом для датчика температуры, таким образом мы можем удаленно управлять обогревательными приборами в помещении. Таким образом обогрев будет работать не постоянно, а только тогда, когда нам это необходимо. Значит мы еще и электроэнергию с ним можем сэкономить.

На той же даче мы можем удаленно включить теплый пол или камин заранее, для того чтобы приехать в уже теплое помещение, а так как прибор оснащен собственным датчиком — он заранее отправит вам СМС, когда температура достигнет желаемой.

Также с помощью GSM модуля вы сможете удаленно управлять поливом, насосами и освещением. Вариантов применения бесконечно много. Ведь главное, что умеют эти приборы — управлять нагрузкой. А нам нужно именно это — с комфортом и удаленно включать или отключать те или иные электро приборы. Делать это мы хотим по разным причинам. Кто — то из — за забывчивости, кто — то хочет заблаговременно что то включить.

Для тех, кто забывает выключить свет и утюг, а так же для тех, кто хочет заранее приехать в теплую дачу даже зимой. Кто не может приезжать поливать любимые цветы по три раза в неделю и не хочет что бы они засохли. Автоматика в нашей жизни уже давно и только набирает обороты, согласитесь, это очень удобно. А сколько радости испытывают люди, когда своими руками начинают управлять такими казалось бы сложными технологиями.

Охранная сигнализация: — два аналоговых охранных шлейфа; — управление при помощи SMS; — дистанционное управление нагрузками…

Контроллер предназначен для дистанционного управления объектом посредством SMS. Управлять можно 4-мя реле на включение/выключение а также на заданное время. Также контроллер имеет датчик температуры, два шлейфа охраны (сопротивление шлейфа должно быть 4.7кОм), и контроль сети 220 вольт.

При включении питания производится активация контроллера и SIM-модуля в течении 40 сек. В это время светодиод STATUS постоянно включен.
После завершения активации автоматически включается режим охраны. Если нарушений нет, светодиод вспыхивает на 0,1 сек каждые 3 сек.
При нарушении охранного шлейфа включается режим тревоги. Светодиод STATUS мигает с частотой 2,5 Гц. Сирена включается на 5 секунд через 5 секунд в течении 3 минут. Через 5 сек после нарушения шлейфа, отправляется SMS с информацией о состоянии охраны и устройства.
Если через 3 минуты нарушение сохранилось, то светодиод STATUS мигает с частотой 0,5 Гц. Сирена отключена.
Если нарушение сохраняется и далее, то через 30 минут снова включается режим охраны и цикл повторяется.
Оба охранных шлейфа работают одинаково и независимо друг от друга.
Кнопкой «ALARM OFF» можно включить/выключить охрану. Длинное нажатие включение охраны, короткое нажатие выключение охраны. При включении охраны кнопкой контроллер отсчитывает 1 минуту а потом становится на охрану. В это время светодиод STATUS включен постоянно. При отправке SMS на включение охраны, включение сразу.

Управление реле осуществляется командами, отправляемыми с телефона с подтверждением о выполненной команде SMS сообщением. При включении/выключении реле воспроизводится сигнал зуммера 1.5 секунды. Примеры команд управления см. ниже.

SMS сообщение содержит информацию о состоянии охраны, состоянии реле, температуре и наличии питания от сети.

При пропадании СЕТИ 220 вольт зуммер три раза пищит и отправляется SMS с параметрами сигнализации (см. выше). Светодиод STATUS вспыхивает на 0,1 сек каждые 5 сек. При появлении СЕТИ 220 вольт зуммер пищит 1 раз и также отсылается SMS.

Светодиод «RING» индицирует принятие или отправку SMS.
Команды для отправки SMS:
Включить реле1 без ограничения по времени: «Pass On1 —», включить на время 5 минут: «Pass On1 05», выключить реле1: «Pass Off1».

1 — номер реле, остальные реле аналогично (указать номер реле 1,2,3,4 соответственно). Время включения то 01 до 99 минут.

Включить Охрану «Pass Line On», выключить Охрану «Pass Line Off».
Запрос о статусе контроллера «Pass ZAPROS».
Запрос о балансе на счету «Pass balance».
Запрос о балансе пакета SMS «Pass Sms».
«Pass» — это секретный код его можно изменить в ЕЕРROM там же прописывается номер телефона на который отсылать SMS так же запрос о балансе и запрос о пакете купленных SMS.
SMS можно отсылать как с обычного телефона, так и со смартфона. Для смартфона есть специальное приложение для удобства пользования. В приложении чтобы включить/выключить надо удерживать кнопку до звукового подтверждения. В ответ придёт SMS с параметрами контроллера на белый экран приложения. Скачать приложение можно .
Контроллер работает только с номером телефона, который прописан в EEPROM. Длина номера должны быть не более 16-и знаков и начинаться на «+». Если длина номера меньше, тогда после последней цифры нужно прописать 0xFF.
Ввод pin-кода SIM-карточки должен быть предварительно отключен.
Если на модуль SIM800L установить микрофон можно, позвонив с телефона, слушать что происходит в помещении, где установлен контроллер. Так же только с того телефона, который прописан в контроллер.

Внешний вид собранной платы и блока реле:

Скрины с устройства Android.

В архиве находятся: прошивка, проект в Proteus для симуляции работы, схема в разных форматах и другие материалы для изготовления устройства.

Файл SIM800_SMS_ATM8.eep является файлом EEPROM микроконтроллера. При прошивке МК его следует отредактировать и залить в память EEPROM. См. скрин EEPROM.jpg

Файл SIM800_SMS_ATM8.bin также файл EEPROM микроконтроллера, необходим для симуляции в Proteus.

Файл ATM8_8MHz_Ext.png — пример установки FUSE. FUSE показаны как для PONYPROG.

Тема для обсуждения и развития проекта на форуме.

Авторы проекта andros77 и Soir.

Мы с вами уже рассматривали сторонние программы, позволяющие управлять смартфоном с компьютера, в том числе чтением и отправкой смс-сообщений. Очевидно, разработчики Android решили устранить этот недостаток, и теперь сообщения со смартфона можно читать непосредственно в браузере компьютера с помощью сервисов от Google.

Немного истории

На заре развития мобильной связи (а было это не так давно — в начале восьмидесятых) Европа покрывалась аналоговыми сетями самых разных стандартов — Скандинавия развивала свои системы, Великобритания свои… Сейчас уже сложно сказать, кто был инициатором последовавшей очень скоро революции — «верхи» в виде производителей оборудования, вынужденные разрабатывать для каждой сети собственные устройства, или «низы» в качестве пользователей, недовольные ограниченной зоной действия своего телефона. Так или иначе, в 1982 году Европейской Комиссией по Телекоммуникациям (CEPT) была создана специальная группа для разработки принципиально новой, общеевропейской системы мобильной связи. Основными требованиями, предъявляемыми к новому стандарту, были: эффективное использование частотного спектра, возможность автоматического роуминга, повышенное качество речи и защиты от несанкционированного доступа по сравнению с предшествующими технологиями, а также, очевидно, совместимость с другими существующими системами связи (в том числе проводными) и тому подобное.

Плодом упорного труда многих людей из разных стран (честно говоря, мне даже страшно представить себе объем проделанной ими работы!) стала представленная в 1990 году спецификация общеевропейской сети мобильной связи, названная Global System for Mobile Communications или просто GSM. А дальше все замелькало, как в калейдоскопе — первый оператор GSM принял абонентов в 1991 году, к началу 1994 года сети, основанные на рассматриваемом стандарте, имели уже 1.3 миллиона подписчиков, а к концу 1995 их число увеличилось до 10 миллионов! Воистину, «GSM шагает по планете» — в настоящее время телефоны этого стандарта имеют около 200 миллионов человек, а GSM-сети можно найти по всему миру.

Давайте же попробуем разобраться, как организованы и на каких принципах функционируют сети GSM. Сразу скажу, что задача предстоит не из легких, однако, поверьте — в результате мы получим истинное наслаждение от красоты технических решений, используемых в этой системе связи.

За рамками рассмотрения останутся два очень важных вопроса: во-первых, частотно-временное разделение каналов (с этим можно ознакомиться ) и, во-вторых, системы шифрования и защиты передаваемой речи (это настолько специфичная и обширная тема, что, возможно, в будущем ей будет посвящен отдельный материал).

Основные части системы GSM, их назначение и взаимодействие друг с другом.

Начнем с самого сложного и, пожалуй, скучного — рассмотрения скелета (или, как принято говорить на военной кафедре моего Alma Mater, блок-схемы) сети. При описании я буду придерживаться принятых во всем мире англоязычных сокращений, конечно, давая при этом их русскую трактовку.

Взгляните на рис. 1:

Рис.1 Упрощенная архитектура сети GSM.

Самая простая часть структурной схемы — переносной телефон, состоит из двух частей: собственно «трубки» — МЕ (Mobile Equipment — мобильное устройство) и смарт-карты SIM (Subscriber Identity Module — модуль идентификации абонента), получаемой при заключении контракта с оператором. Как любой автомобиль снабжен уникальным номером кузова, так и сотовый телефон имеет собственный номер — IMEI (International Mobile Equipment Identity — международный идентификатор мобильного устройства), который может передаваться сети по ее запросу (более подробно про IMEI можно узнать ). SIM, в свою очередь, содержит так называемый IMSI (International Mobile Subscriber Identity — международный идентификационный номер подписчика). Думаю, разница между IMEI и IMSI ясна — IMEI соответствует конкретному телефону, а IMSI — определенному абоненту.

«Центральной нервной системой» сети является NSS (Network and Switching Subsystem — подсистема сети и коммутации), а компонент, выполняющей функции «мозга» называется MSC (Mobile services Switching Center — центр коммутации). Именно последний всуе называют (иногда с придыханием) «коммутатор», а также, при проблемах со связью, винят во всех смертных грехах. MSC в сети может быть и не один (в данном случае очень уместна аналогия с многопроцессорными компьютерными системами) — например, на момент написания статьи московский оператор Билайн внедрял второй коммутатор (производства Alcatel). MSC занимается маршрутизацией вызовов, формированием данных для биллинговой системы, управляет многими процедурами — проще сказать, что НЕ входит в обязанности коммутатора, чем перечислять все его функции.

Следующими по важности компонентами сети, также входящими в NSS, я бы назвал HLR (Home Location Register — реестр собственных абонентов) и VLR (Visitor Location Register — реестр перемещений). Обратите внимание на эти части, в дальнейшем мы будем часто упоминать их. HLR, грубо говоря, представляет собой базу данных обо всех абонентах, заключивших с рассматриваемой сетью контракт. В ней хранится информация о номерах пользователей (под номерами подразумеваются, во-первых, упоминавшийся выше IMSI, а во-вторых, так называемый MSISDN-Mobile Subscriber ISDN, т.е. телефонный номер в его обычном понимании), перечень доступных услуг и многое другое — далее по тексту часто будут описываться параметры, находящиеся в HLR.

В отличие от HLR, который в системе один, VLR`ов может быть и несколько — каждый из них контролирует свою часть сети. В VLR содержатся данные об абонентах, которые находятся на его (и только его!) территории (причем обслуживаются не только свои подписчики, но и зарегистрированные в сети роумеры). Как только пользователь покидает зону действия какого-то VLR, информация о нем копируется в новый VLR, а из старого удаляется. Фактически, между тем, что есть об абоненте в VLR и в HLR, очень много общего — посмотрите таблицы, где приведен перечень долгосрочных (табл.1) и временных (табл.2 и 3) данных об абонентах, хранящихся в этих реестрах. Еще раз обращаю внимание читателя на принципиальное отличие HLR от VLR: в первом расположена информация обо всех подписчиках сети, независимо от их местоположения, а во втором — данные только о тех, кто находится на подведомственной этому VLR территории. В HLR для каждого абонента постоянно присутствует ссылка на тот VLR, который с ним (абонентом) сейчас работает (при этом сам VLR может принадлежать чужой сети, расположенной, например, на другом конце Земли).

	Международный идентификационный номер подписчика (IMSI)
	Телефонный номер абонента в обычном смысле (MSISDN)
	Категория подвижной станции
	Ключ идентификации абонента (Ki)
	Виды обеспечения дополнительными услугами
	Индекс закрытой группы пользователей
	Код блокировки закрытой группы пользователей
	Состав основных вызовов, которые могут быть переданы
	Оповещение вызывающего абонента
	Идентификация номера вызываемого абонента
	График работы
	Оповещение вызываемого абонента
	Контроль сигнализации при соединении абонентов
	Характеристики закрытой группы пользователей
	Льготы закрытой группы пользователей
	Запрещенные исходящие вызовы в закрытой группе пользователей
	Максимальное количество абонентов
	Используемые пароли
	Класс приоритетного доступа

Таблица 1. Полный состав долгосрочных данных, хранимых в HLR и VLR.

	Параметры идентификации и шифрования
	Временный номер мобильного абонента (TMSI)
	Адрес реестра перемещения, в котором находится абонент (VLR)
	Зоны перемещения подвижной станции
	Номер соты при эстафетной передаче
	Регистрационный статус
	Таймер отсутствия ответа
	Состав используемых в данный момент паролей
	Активность связи

Таблица 2. Полный состав временных данных, хранимых в HLR.

	Временный номер мобильного абонента (TMSI)
	Идентификаторы области расположения абонента (LAI)
	Указания по использованию основных служб
	Номер соты при эстафетной передаче
	Параметры идентификации и шифрования

Таблица 3. Полный состав временных данных, хранимых в VLR.

NSS содержит еще два компонента — AuC (Authentication Center — центр авторизации) и EIR (Equipment Identity Register — реестр идентификации оборудования). Первый блок используется для процедур установления подлинности абонента, а второй, как следует из названия, отвечает за допуск к эксплуатации в сети только разрешенных сотовых телефонов. Подробно работа этих систем будет рассмотрена в следующем разделе, посвященном регистрации абонента в сети.

Исполнительной, если так можно выразиться, частью сотовой сети, является BSS (Base Station Subsystem — подсистема базовых станций). Если продолжать аналогию с человеческим организмом, то эту подсистему можно назвать конечностями тела. BSS состоит из нескольких «рук» и «ног» — BSC (Base Station Controller — контроллер базовых станций), а также множества «пальцев» — BTS (Base Transceiver Station — базовая станция). Базовые станции можно наблюдать повсюду — в городах, полях (чуть не сказал «и реках») — фактически это просто приемно-передающие устройства, содержащие от одного до шестнадцати излучателей. Каждый BSC контролирует целую группу BTS и отвечает за управление и распределение каналов, уровень мощности базовых станций и тому подобное. Обычно BSC в сети не один, а целое множество (базовых станций же вообще сотни).

Управляется и координируется работа сети с помощью OSS (Operating and Support Subsystem — подсистема управления и поддержки). OSS состоит из всякого рода служб и систем, контролирующих работу и трафик — дабы не перегружать читателя информацией, работа OSS ниже рассматриваться не будет.

Регистрация в сети.

При каждом включении телефона после выбора сети начинается процедура регистрации. Рассмотрим наиболее общий случай — регистрацию не в домашней, а в чужой, так называемой гостевой, сети (будем предполагать, что услуга роуминга абоненту разрешена).

Пусть сеть найдена. По запросу сети телефон передает IMSI абонента. IMSI начинается с кода страны «приписки» его владельца, далее следуют цифры, определяющие домашнюю сеть, а уже потом — уникальный номер конкретного подписчика. Например, начало IMSI 25099… соответствует российскому оператору Билайн. (250-Россия, 99 — Билайн). По номеру IMSI VLR гостевой сети определяет домашнюю сеть и связывается с ее HLR. Последний передает всю необходимую информацию об абоненте в VLR, который сделал запрос, а у себя размещает ссылку на этот VLR, чтобы в случае необходимости знать, «где искать» абонента.

Очень интересен процесс определения подлинности абонента. При регистрации AuC домашней сети генерирует 128-битовое случайное число — RAND, пересылаемое телефону. Внутри SIM с помощью ключа Ki (ключ идентификации — так же как и IMSI, он содержится в SIM) и алгоритма идентификации А3 вычисляется 32-битовый ответ — SRES (Signed RESult) по формуле SRES = Ki * RAND. Точно такие же вычисления проделываются одновременно и в AuC (по выбранному из HLR Ki пользователя). Если SRES, вычисленный в телефоне, совпадет со SRES, рассчитанным AuC, то процесс авторизации считается успешным и абоненту присваивается TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity-временный номер мобильного абонента). TMSI служит исключительно для повышения безопасности взаимодействия подписчика с сетью и может периодически меняться (в том числе при смене VLR).

Теоретически, при регистрации должен передаваться и номер IMEI, но у меня есть большие сомнения насчет того, что московские операторы отслеживают IMEI используемых абонентами телефонов. Давайте будем рассматривать некую «идеальную» сеть, функционирующую так, как было задумано создателями GSM. Так вот, при получении IMEI сетью, он направляется в EIR, где сравнивается с так называемыми «списками» номеров. Белый список содержит номера санкционированных к использованию телефонов, черный список состоит из IMEI, украденных или по какой-либо иной причине не допущенных к эксплуатации телефонов, и, наконец, серый список — «трубки» с проблемами, работа которых разрешается системой, но за которыми ведется постоянное наблюдение.

После процедуры идентификации и взаимодействия гостевого VLR с домашним HLR запускается счетчик времени, задающий момент перерегистрации в случае отсутствия каких-либо сеансов связи. Обычно период обязательной регистрации составляет несколько часов. Перерегистрация необходима для того, чтобы сеть получила подтверждение, что телефон по-прежнему находится в зоне ее действия. Дело в том, что в режиме ожидания «трубка» только отслеживает сигналы, передаваемые сетью, но сама ничего не излучает — процесс передачи начинается только в случае установления соединения, а также при значительных перемещениях относительно сети (ниже это будет рассмотрено подробно) — в таких случаях таймер, отсчитывающий время до следующей перерегистрации, запускается заново. Поэтому при «выпадении» телефона из сети (например, был отсоединен аккумулятор, или владелец аппарата зашел в метро, не выключив телефон) система об этом не узнает.

Все пользователи случайным образом разбиваются на 10 равноправных классов доступа (с номерами от 0 до 9). Кроме того, существует несколько специальных классов с номерами с 11 по 15 (разного рода аварийные и экстренные службы, служебный персонал сети). Информация о классе доступа хранится в SIM. Особый, 10 класс доступа, позволяет совершать экстренные звонки (по номеру 112), если пользователь не принадлежит к какому-либо разрешенному классу, или вообще не имеет IMSI (SIM). В случае чрезвычайных ситуаций или перегрузки сети некоторым классам может быть на время закрыт доступ в сеть.

Территориальное деление сети и handover.

Как уже было сказано, сеть состоит из множества BTS — базовых станций (одна BTS — одна «сота», ячейка). Для упрощения функционирования системы и снижения служебного трафика, BTS объединяют в группы — домены, получившие название LA (Location Area — области расположения). Каждой LA соответствует свой код LAI(Location Area Identity). Один VLR может контролировать несколько LA. И именно LAIпомещается в VLR для задания местоположения мобильного абонента. В случае необходимости именно в соответствующей LA (а не в отдельной соте, заметьте) будет произведен поиск абонента. При перемещении абонента из одной соты в другую в пределах одной LA перерегистрация и изменение записей в VLR/HLR не производится, но стоит ему (абоненту) попасть на территорию другой LA, как начнется взаимодействие телефона с сетью. Каждому пользователю, наверное, не раз приходилось слышать периодические помехи (типа хрюк-хрюк—хрюк-хрюк—хрюк-хрюк 🙂 ) в музыкальной системе своего автомобиля от находящегося в режиме ожидания телефона — зачастую это является следствием проводимой перерегистрации при пересечении границ LA. При смене LA код старой области стирается из VLR и заменяется новым LAI, если же следующий LA контролируется другим VLR, то произойдет смена VLR и обновление записи в HLR.

Вообще говоря, разбиение сети на LA довольно непростая инженерная задача, решаемая при построении каждой сети индивидуально. Слишком мелкие LA приведут к частым перерегистрациям телефонов и, как следствие, к возрастанию трафика разного рода сервисных сигналов и более быстрой разрядке батарей мобильных телефонов. Если же сделать LA большими, то, в случае необходимости соединения с абонентом, сигнал вызова придется подавать всем сотам, входящим в LA, что также ведет к неоправданному росту передачи служебной информации и перегрузке внутренних каналов сети.

Теперь рассмотрим очень красивый алгоритм так называемого handover`ра (такое название получила смена используемого канала в процессе соединения). Во время разговора по мобильному телефону вследствие ряда причин (удаление «трубки» от базовой станции, многолучевая интерференция, перемещение абонента в зону так называемой тени и т.п.) мощность (и качество) сигнала может ухудшиться. В этом случае произойдет переключение на канал (может быть, другой BTS) с лучшим качеством сигнала без прерывания текущего соединения (добавлю — ни сам абонент, ни его собеседник, как правило, не замечают произошедшего handover`а). Handover`ы принято разделять на четыре типа:

• смена каналов в пределах одной базовой станции
• смена канала одной базовой станции на канал другой станции, но находящейся под патронажем того же BSC.
• переключение каналов между базовыми станциями, контролируемыми разными BSC, но одним MSC
• переключение каналов между базовыми станциями, за которые отвечают не только разные BSC, но и MSC.

В общем случае, проведение handover`а — задача MSC. Но в двух первых случаях, называемых внутренними handover`ами, чтобы снизить нагрузку на коммутатор и служебные линии связи, процесс смены каналов управляется BSC, а MSC лишь информируется о происшедшем.

Во время разговора мобильный телефон постоянно контролирует уровень сигнала от соседних BTS (список каналов (до 16), за которыми необходимо вести наблюдение, задается базовой станцией). На основании этих измерений выбираются шесть лучших кандидатов, данные о которых постоянно (не реже раза в секунду) передаются BSC и MSC для организации возможного переключения. Существуют две основные схемы handover`а:

• «Режим наименьших переключений» (Minimum acceptable performance). В этом случае, при ухудшении качества связи мобильный телефон повышает мощность своего передатчика до тех пор, пока это возможно. Если же, несмотря на повышение уровня сигнала, связь не улучшается (или мощность достигла максимума), то происходит handover.
• «Энергосберегающий режим» (Power budget). При этом мощность передатчика мобильного телефона остается неизменной, а в случае ухудшения качества меняется канал связи (handover).

Интересно, что инициировать смену каналов может не только мобильный телефон, но и MSC, например, для лучшего распределения трафика.

Маршрутизация вызовов.

Поговорим теперь, каким образом происходит маршрутизация входящих вызовов мобильного телефона. Как и раньше, будем рассматривать наиболее общий случай, когда абонент находится в зоне действия гостевой сети, регистрация прошла успешно, а телефон находится в режиме ожидания.

При поступлении запроса (рис.2) на соединение от проводной телефонной (или другой сотовой) системы на MSC домашней сети (вызов «находит» нужный коммутатор по набранному номеру мобильного абонента MSISDN, который содержит код страны и сети).

Рис.2 Взаимодействие основных блоков сети при поступлении входящего вызова.

MSC пересылает в HLR номер (MSISDN) абонента. HLR, в свою очередь, обращается с запросом к VLR гостевой сети, в которой находится абонент. VLR выделяет один из имеющихся в ее распоряжении MSRN (Mobile Station Roaming Number — номер «блуждающей» мобильной станции). Идеология назначения MSRN очень напоминает динамическое присвоение адресов IP при коммутируемом доступе в Интернет через модем. HLR домашней сети получает от VLR присвоенный абоненту MSRN и, сопроводив его IMSI пользователя, передает коммутатору домашней сети. Заключительной стадией установления соединения является направление вызова, сопровождаемого IMSI и MSRN, коммутатору гостевой сети, который формирует специальный сигнал, передаваемый по PAGCH (PAGer CHannel — канал вызова) по всей LA, где находится абонент.

Маршрутизация исходящих вызовов не представляет с идеологической точки зрения ничего нового и интересного. Приведу лишь некоторые из диагностических сигналов (таблица 4), свидетельствующие о невозможности установить соединение и которые пользователь может получить в ответ на попытку установления соединения.

Тип ошибки	Частота	Тип сигнала
Номер абонента занят	425±15 Гц	500мс гудок, 500 мс пауза
Перегрузка сети	425±15 Гц	200мс гудок, 200 мс пауза
Общая ошибка	950±50Гц 1400±50Гц 1800±50Гц	Тройной гудок (длительность каждой части 330 мс), 1 с пауза

Таблица 4. Основные диагностические сигналы об ошибке при установлении соединения.

Заключение

Конечно, в мире нет ничего идеального. Рассмотренные выше сотовые системы GSM не исключение. Ограниченное число каналов создает проблемы в деловых центрах мегаполисов (а в последнее время, ознаменованное бурным ростом абонентской базы, и на их окраинах) — чтобы позвонить, часто приходится ждать уменьшения нагрузки системы. Малая, по современным меркам, скорость передачи данных (9600 бит/с) не позволяет пересылать объемные файлы, не говоря о видеоматериалах. Да и роуминговые возможности не так уж безграничны — Америка и Япония развивают свои, несовместимые с GSM, цифровые системы беспроводной связи.

Конечно, рано говорить, что дни GSM сочтены, но нельзя и не замечать появления на горизонте так называемых 3G-систем, олицетворяющих начало новой эры в развитии сотовой телефонии и лишенных перечисленных недостатков. Как хочется заглянуть на несколько лет вперед и посмотреть, какие возможности получим все мы от новых технологий! Впрочем, ждать осталось не так долго — начало коммерческой эксплуатации первой сети третьего поколения намечается на начало 2001 года… А вот какая судьба уготована новым системам — взрывообразный рост, как GSM, или разорение и уничтожение, как Iridium, покажет время…

Автор благодарит компанию Адмирал+ за помощь в подготовке материала.

Сохранность принадлежащего вам имущества обеспечивается за счет средств ограничения доступа к нему (различные замки, решетки, металлические двери) и механизмов контроля. Поскольку человек не может все время следить за происходящим в доме, на складе или ином объекте, применяется электроника, действующая без его участия. Сегодня многие по несколько сезонов живут на даче, хранят там дорогостоящую собственность, потому оставлять ее без присмотра нельзя.

Охрана дачи без серьезных материальных затрат возможна даже в случае вашего длительного отсутствия. Беспроводные системы определят попытку проникновения и отправят сигнал владельцу или доверенному лицу.

Выбор в пользу именно сигнализации имеет следующие преимущества:

• Объект находится под полноценной круглосуточной защитой. В отличие от человека-сторожа, механизм не способен отвлекаться, терять бдительность, уставать;
• Расходы на приобретение совершаются 1 раз, после чего электроника служит годами. Охраннику же требуется платить минимум раз в месяц;
• По сравнению с другими способами контроля (видеонаблюдение, СКД) она более проста в монтаже и эксплуатации, требует меньших финансовых затрат;
• Конфигурация системы легко изменяется в соответствии с особенностями объекта.

Беспроводной вариант, как следует из названия, не имеет бросающейся в глаза проводки между датчиками и управляющим модулем. Отдельные элементы всегда можно перенести в новое место и закрепить там. Операция занимает минуты, поскольку не требуется перемещать кабели питания и передачи сигнала.

Система gsm-сигнализации отличается и способностью отправки SMS-уведомлений на мобильный телефон, внесенный в память устройства. В зависимости от его типа, поддерживается от 1 до нескольких номеров. Получая типовое сообщение, вы всегда будете знать, что произошло проникновение или задымление (есть вероятность возгорания).

Осуществить монтаж в большинстве случаев вы можетесамостоятельно!

Для примера рассмотрим комплект «ОПЕРА-GSM», к которому имеется подробная инструкция на русском языке. Производитель предусмотрел подробный видеообзор, проясняющий вопросы настройки, установки, замены элементов питания. В целом все современные беспроводные сигнальные системы создаются с максимальным упрощением для рядового пользователя. Не нужно иметь техническое образование, чтобы ими воспользоваться.

Комплектация

Рассмотрим типовой комплект охранной Gsm-сигнализации без привязки к конкретному производителю:

• Основной блок с принимающей антенной – именно сюда вставляется SIM-карта, здесь же может находится встроенный аккумулятор. Имеющиеся в составе охраны проводные датчики подключаются в соответствующие порты;
• Оповещатели – звуковой (сирена), световой. Уведомляют о попытке проникновения или пожаре, способны отпугнуть злоумышленника;
• Управляющий брелок – с него удастся поставить дачу «на охрану», отключить оборудование, включить сигнал тревоги (в некоторых моделях);
• Инфракрасный датчик движения – реагирует на перемещение. Как и все беспроводные элементы, «питается» от батарейки;
• Датчик задымления;
• Контролер открытия/закрытия дверей и окон;
• Разбития окна – реагируют на определенный звук;
• Утечки газа – отличаются высокой чувствительностью;
• Выносные микрофоны – для удаленного прослушивания происходящего на объекте.

Управляющий блок поддерживает от нескольких до десятков элементов, устанавливаемых в ключевых точках.

Монтаж и настройка

На даче gsm охрану удастся поставить и настроить самостоятельно. Для этого понадобится инструкция (в комплекте с системой) и набор подходящих датчиков. Их всегда возможно докупить – по количеству дверей, окон, комнат. Для разборки устройства и подключения батареи используется обычная отвертка.

Настройте основной блок на датчики путем его включения и ручной активации каждого из них (нажать на кнопку, открыть дверь). Таким же образом «запоминаются» брелоки. Дальность действия поможет избежать случаев случайного подключения к оборудованию, установленному на соседней даче.

Часто возникает вопрос внесения тревожных номеров в базу, изменения набора типовых сообщений. Существует 2 варианта: программирование с помощью SMS-команд на номер карты, вставленной в блок; использование специального мобильного приложения для смартфонов (есть не у всех сигнальных систем). В последнем случае работа происходит в интуитивно понятном интерфейсе на русском или английском языке.

В данной статье расскажу как можно управлять нагрузкой удаленно по SMS сообщениям. В примере используем GSM модуля SIM800L, двух канальное реле и плат Arduino UNO.

Управление нагрузкой по SMS с использованием SIM800L и Arduino

Подключение:
Для стабильно работы модуля SIM800L необходим источник питания с рабочим током 2А, подойдет преобразователь напряжения LM2596 с настроенным выходным напряжением 4.3 В (можно воспользоваться модулем MINI360).
Первым делом подготавливаем модуль SIM800L, припаиваем контакты и антенну, затем устанавливаем SIM карту любого оператора. Теперь подключаем вывод Tx на модуле к выводу 3 на Arduino. Вывод Rx нельзя подключать напрямую, так как цифровой вывод Arduino UNO использует 5В, а модуль SIM800L использует 3,3В. Необходимо сигнал Tx, поступающий от Arduino UNO, понизить до 3,3В, чтобы не спалить модуль SIM800L. Самый простой способ, это воспользоватся делителем напряжения на резисторах. Подключаем резистор на 10 кОм между выводом Rx (SIM800L) и выводом 2 (Arduino) и второй резистор на 10 кОм между выводом Rx (SIM800L) и GND. Теперь осталось подключить питание модуля, в примере используется стабилизатор напряжения на LM2596.
Осталось подключить двух канальное реле, подключаем IN1 и IN2 к выводам A0 и A1, затем необходимо подключить питание VCC и GND к плате ARDUINO.

Программа:
Для работы скетча необходима библиотека «SoftwareSerial» которая входит с среду разработки IDE.

Открываем окно «Мониторинг порта» , устанавливаем скорость «9600 и «NL» (Новая строка)». При отправки SMS с любого телефона ON_1 (ON_2) первое или второе реле включиться или OFF_1 (OFF_2) отключиться, в ответ приходит сообщение о состоянии.

Описание скетча:
Скетч начинается с включения библиотеки «SoftwareSerial.h» и указании выводов к которым подключены Tx и Rx модуля SIM800L.

1 2	#include <SoftwareSerial.h> SoftwareSerial mySerial(3, 2);

Далее создаем переменную «incomingByte» для хранения SMS сообщения и указываем к каким выводам подключено реле.

1 2 3 4

char incomingByte; String inputString; int relay_1 = A0; int relay_2 = A1;

В функции void setup(), первым делом настраиваем реле, устанавливаем вывода как выход и устанавливаем лог «1», чтобы реле было по умолчанию выключено.

Далее, инициализируем последовательный связь между Arduino и модулем SIM800L на скорости 9600 бод.

1 2	Serial.begin(9600); mySerial.begin(9600);

Командой while зацикливаем программу до связи с SIM800L. Если модуль обнаружен, отправляем команду «AT+CMGF=1» для установки текстового режим и отправляем команду «AT+CMGL=\»REC UNREAD\».

В основной части программы, проверяем нет ли сообщений » if(mySerial.available())», если сообщение есть, считываем данные пока полностью не закончиться сообщение.

Меняем все буквы на заглавные

1	inputString.toUpperCase();

Сравниваем получено сообщение и если оно совпадает включаем или отключаем реле.

Последняя функция просто отправляем сообщение об состоянии.

Купить на Aliexpress
Контроллер Arduino UNO R3 на CH340G
Контроллер Arduino UNO R3 на Atmega16U2
Провода DuPont, 2,54 мм, 20 см
Модуль GSM, GPRS на чипе SIM800L
Преобразователь напряжения LM2596, DC 3.2-40B на DC 1.38-35B, 3А, Step-Down
Преобразователь напряжения LM2596 с вольтметром, DC 4-40B на DC 1.38-35B, 3А, Step-Down
Модуль реле 2-х канальный — 5V, 10A, 250V — lOW, OPTO

Купить в Самаре и области
Контроллер Arduino UNO R3 на CH340G
Контроллер Arduino UNO R3 на Atmega16U2
Провода DuPont, 2,54 мм, 20 см
Модуль GSM, GPRS на чипе SIM800L
Понижающий преобразователь напряжения LM2596, DC 3.2-40B на DC 1.38-35B, 3А
Понижающий преобразователь напряжения LM2596 с вольтметром, DC 4-40B на DC 1.25-37B, 3А
Модуль реле 2-х канальный — 5V, 10A, 250V — lOW, OPTO