Буклет Лабораторні роботи МСТЗІ

індивідуального завдання, підключити до МК отриманий AVRв Studio hex-файл та асемблерний файл.

4. Запустити режим симуляції схеми та перевірити правильність функціонування детектора руху у всіх режимах роботи.

4. ЗМІСТ ЗВІТУ

1.Мета роботи.

2.Повний текст завдання.

3.Лістинг програми одержаної в AVR Studio та необхідні розрахунки.

4.Схема симуляції в Proteus.

5.Висновок.

5.КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.Опишіть будову і принцип дії інфрачервоних PIR-давачів ?

2.З яких блоків складається структурна схема інфрачервоного детектора. Якеруху призначення цих блоків ?

3.Які основні шуми і завади характерні дляPIR-давачів. Вкажіть їх характеристик та способи боротьби з ними ?

4.Опишіть алгоритм роботи детектора руху на МК ?

5.Будова, основні характеристики та алгоритм роботи АЦП МАХ1241.

6.Як здійснюється формування часових інтервалів з допомогою таймерівAVR в мікроконтролерах ?

6.СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1.Евстифеев А. В. Микроконтроллеры AVR семейства Classic фирмы «ATMEL». – М. Издательский дом “Додэка-ХХI”, 2002. – 288 с.

2.Практическое программирование микроконтроллеров Atmel AVR на языке ассемблера.

–СПб.: БХВ-Петербург, 2008. – 384 с.

3.Баранов В. Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, программы. – М.: Издательский дом “Додэка-ХХI”, 2004. – 288 с.

4.Голубцов М. С., Кириченкова А. В. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному.

–М.: СОЛОН-Пресс, 2006. – 304 с.

5.Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью микроконтроллеров.: Пер. с нем. – К.: МК-Пресс, 2006. – 208 с.

6.Белов А. В. Конструирование устройств на микроконтроллерах. – СПб.: Наука и Техника, 2005. – 256 с.: ил.

7.Шрайбер Г. Инфракрасные лучи в электронике: Пер. с.фр. – М.: ДМК Пресс, 2001. – 240 с.

50

1) Коефіцієнт підсилення КU прийняти рівним 1924.

51

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ

Побудова інфрачервоних детекторів руху на AVR-мікроконтролерах

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторної роботи № 3 з курсу «Мікропроцесори в системах технічного захисту інформації»

для студентів напряму 6.170102 «Системи технічного захисту інформації»

Укладачі: Cовин Ярослав Романович, доц., к.т.н. Стахів Марта Юріївна, асист.

Комп’ютерне складання: Cовин Ярослав Романович, доц., к.т.н.

52

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

Кафедра «Захист інформації»

Побудова охоронних систем з GSM-сигналізацією

на AVR-мікроконтролерах. Знайомство з середовищем CodeVisionAVR

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до лабораторної роботи № 4

з курсу «Мікропроцесори в системах технічного захисту інформації» для студентів напряму 6.170102

«Системи технічного захисту інформації»

Затверджено

на засiданнi кафедри «Захист інформації» Протокол № 2 вiд 06.09.2010 p.

Львів – 2010

53

Побудова охоронних систем GSMз -сигналізацією на AVR-мікроконтролерах.

Знайомство з середовищем CodeVisionAVR: Методичні вказівки до лабораторної роботи № 4 з курсу «Мікропроцесори в системах технічного захисту інформації» для студентів напряму 6.170102 «Системи технічного захисту інформації» / Укл. Я. Р. Совин, М. Ю. Стахів - Львiв: Національний університет "Львівська політехніка", 2010. – 22 с.

Вiдповiдальний за випуск: Дудикевич В. Б., докт. техн. наук, проф.

Рецензенти: Хома В. В., докт. техн. наук, проф. Горпенюк А. Я., канд. техн. наук, доц.

54

Мета роботи – ознайомитись з принципами побудови охоронних системGSMз - сигналізацією і їх програмно-апаратною реалізацією AVRна -мікроконтролерах. Отримати навики написання програм для AVR-мікроконтролерів на мові С в середовищі CodeVisionAVR.

1.Теоретичні відомості

Унаш час широкого використання набули охоронніGSM-системи, оскільки вони ідеально підходять для охорони будь-яких віддалених об’єктів. GSM-сигналізація представляє собою певний блок (контролер), до якого підключаються охоронні давачі та GSM-модем.

Принцип дії GSM-сигналізації (Рис. 1) полягає в отриманні і обробці контролером даних з встановлених на об’єкті давачів і у випадку спрацювання давача активується GSM-модем, який передає тривожні SMS-повідомлення, або ініціює дзвінок на телефон адміністратора, а також

виконує наперед запрограмований алгоритм протидії(включення звукової та світлової сигналізації і т. п.). Адміністратором може виступати будь-яка особа, яка має стільниковий або стаціонарний телефонний апарат.

Рис. 1. Структура GSM-сигналізації

У якості GSM-модему можна використовувати як стільникові телефони, так і спеціалізовані пристрої. Перевагою спеціалізованих GSM-модемів є вища надійність, пристосованість до постійної роботи без втручання користувача, стійкість до зовнішніх умов (особливо мінусових температур).

GSM-модеми можуть бути як у вигляді окремих плат (Рис. 2.а), так і конструктивно завершених терміналів на базі цих плат(Рис. 2.б), які містять гніздо SIM-карти та антени, вхід телефонної трубки, вхід подачі живлення та роз’єм RS-232 (переважно 9-контактний Sub-D).

а) б)

Рис. 2. Зовнішній вигляд плати GSM-модему Siemens ТС35i (а) та

GSM-терміналу Siemens TC35i Terminal (б)

55

Управління GSM-модемами здійснюється через інтерфейсRS-232 з допомогою так званих АТ-команд, які будуть розглянуті далі.

Типовий алгоритм функціонування GSM-сигналізацій

GSM-сигналізації включають у себе шлейфи для підключення давачів з нормально розімкненими (НР) (Рис. 3.а) і замкненими (НЗ) (Рис. 3.б) контактами (див. Лаб. роб. № 1). Це можуть бути звичайні кнопки, герконові давачі, давачі розбиття скла, давачі руху, інфрачервоні бар’єри, давачі витоку газу, димові сповіщувачі та інші.

а) б)

Рис. 3. Підключення до МК охоронних шлейфів з НР (а) і НЗ (б) давачами

Розглянемо алгоритм функціонування типової охоронної GSM-системи, представленої на Рис. 1, що складається з 2-х охоронних шлейфів з НР і НЗ контактами.

Після переводу сигналізації в режим охорони(секретний перемикач в положенні Вкл.),

приступає до охорони сигналізуючи про це повільним миганням світлодіоду з частотою F1.

У режимі охорони контролер періодично опитує шлейфи, щоб визначити їх стан. У випадку спрацювання одного з давачів охоронного шлейфу світлодіод починає швидко мигати з частотою F2 – це означає що почався контрольний відлік часу Тз2, після якого контролер почне відправку тривожних SMS. Якщо протягом цього часу користувач переведе секретний перемикач в положення Викл., то охоронна система буде деактивована – і відправка тривожних SMS-повідомлень проводитися не буде, а буде лише відправлене SMS-повідомлення про зняття з охорони (Security OFF). При цьому світлодіод перестає мигати, загоряється на декілька секунд, а потім гасне, що сигналізує про виключений стан охоронної системи.

Якщо ж секретна кнопка не була натиснута протягом Тзчасу2, то мікроконтролер відправляє SMS-повідомленням з номером спрацювавшого шлейфу. Після невеликої паузи пристрій повертається до охорони об’єкту. При цьому пристрій контролює тільки один шлейф (який не спрацював) і очікує, поки відновиться нормальний стан іншого. Коли спрацювавший шлейф повернеться у неактивний стан, контролер знову почне відстежувати його. Якщо після цього охоронний шлейф знову спрацює, то знову починається відправлення тривожних SMS.

Сигнальний світлодіод після повернення в режим охорони продовжує мигати в швидкому темпі з частотоюF2. Це сигналізує користувачу про те, що за час його відсутності спрацьовували охоронні давачі.

Наявність МК дає змогу організувати додаткові функції, наприклад, програмний захист від хибних спрацювань, коли контролер не сприймає сигнали, тривалість яких менша0,05 секунди.

Конфігурація GSM-сигналізації

Як правило, GSM-контролер не має ніяких кнопок та перемикачів, а всі налаштування задаються в першій комірціSIM-карти (у полі телефонного номера). Тобто в першій комірці SIM-карти записують набір цифр, які конфігурують GSM-контролер потрібним чином.

56

Набір цифр, записаних у першій комірці, назвемо STATUS. Слово STATUS - 4 значне число. У Табл. 2 описані параметри, які налаштовуються словом STATUS.

Табл. 2.

У даній лабораторній роботі не використовується налаштування охоронної системи через SIM-карту, а всі параметри GSM-сигналізації жорстко задаються на рівні програми.

Керування GSM-модемом з допомогою АТ-команд

GSM-модеми, а також більшість стільникових телефонів, підтримують віддалений спосіб управління по інтерфейсу аналогічному RS-232 з допомогою АТ-команд. Існує ряд міжнародних стандартів (GSM 07.05, GSM 07.07), які регламентують всі основні команди, а також відповідні їм функції.

Мікроконтролер посилає в GSM-модем АТ-команди, які послідовно передаються у вигляді кодів ASCII. Модем приймає і обробляє команду. Після певної затримки, необхідної для виконання команди, модем видає відповідь. Команди завжди починаються з АТ(від англ. Attention) і закінчуються символом <CR> (ASCII-код 0х0D). Тільки отримавши цей символ модем починає обробку команди.

Передача даних здійснюється з допомогою послідовного каналу зв’язку(один провід TXD для передачі даних від МК до GSM-модему і один провід RXD для передачі даних з GSMмодему до МК). Передача як в одну сторону, так і в другу здійснюється з певною швидкістю, пакетами по вісім біт, також використовується один старт-біт і один стоп-біт, по яким власне і визначається початок і кінець байта даних. Для GSM-модемів існує швидкість по замовчуванню, яка встановлюється після подачі живлення і включення модему. Для більшості модемів вона становить 9600 біт/с.

Розглянемо основні АТ-команди, необхідні для функціонування розглянутої вище охоронної системи (Табл. 3).

Табл. 3.

57

Приклад взаємодії контролера з GSM-модемом (TX – передача від МК до GSM-модему, RX – передача від GSM-модему до МК) наведено у Табл. 4.

Табл. 4.

Спряження AVR-МК з GSM-модемами

МК AT90S2313, як і більшістьAVR-МК, має у своєму складі модуль універсального

послідовним кодом, тому цей модуль також називають послідовним портом. При асинхронній передачі даних передаються старт-біт (завжди 0) і стоп-біт (завжди 1), які визначають початок і кінець передачі слова даних. Типовий формат передачі байту 10000010 наведений на Рис. 4.

Рис. 4. Формат передачі байту через UART

Для взаємодії з програмою в модулі передбачено 3 переривання по наступним подіям: «Передача завершена», «Регістр даних передавача пустий», «Прийом завершено».

Виводи МК AT90S2313, які використовуються модулемUART, є лініями портаD. В якості входу приймача (RxD) використовується вивід PD0, а в якості виходу передавача (TxD) –

58

вивід PD1 (Рис. 5).

Рис. 5. Підключення GSM-модему до модуля UART мікроконтролера AT90S2313

Управління роботою UART

Управління роботою UART здійснюється з допомогою регістра управлінняUСR (UART Control Register). Поточний стан UART визначається з допомогою регістра стану USR (UART Status Register).

Формат регістру UСR представлено на Рис. 6.

встановлений в 1, то при встановлені прапорця UDRE в регістрі USR відбувається виклик підпрограми обробки переривання «Регістр даних пустий».

RXEN – дозвіл прийому. При встановлені даного розряду в1 дозволяється робота приймача

UART.

TXEN – дозвіл передачі. При встановлені даного розряду в1 дозволяється робота передавача UART. Якщо розряд скидається в 0 під час передачі, виключення передавача відбудеться тільки після завершення передачі біжучого слова і слова, яке знаходиться на момент виключення в регістрі даних UDR.

CHR9 – формат посилок. Якщо даний розряд встановлений в 1, проводиться передача і прийом 9-бітних даних. При передачі значення старшого (8-го) біту береться із розряду TXB8 регістра, а при прийомі записується в розряд RXB8.

RXB8 – 8-й біт даних, що приймаються. Якщо прапорець CHR9 встановлений в 1, цей розряд містить значення старшого біту прийнятого слова.

TXB8 – 8-й біт даних, що передаються. Якщо прапорець CHR9 встановлений в 1, вміст цього розряду передається як старший розряд слова.

Формат регістру USR представлено на Рис. 7.

Рис. 7. Формат регістру USR МК AT90S2313

RXC – прапорець завершення прийому. Даний прапорець встановлюється при пересиланні прийнятого слова із регістру зсуву приймача в регістр данихUDR. Якщо розряд RXCIE регістра

59