Мини охранная система на базе системы Fractal

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Авиционный Институт

(Национальный исследовательский университет)

Курсовая работа по дисциплине

«Аппаратные средства защиты информации»

на тему: «Мини охранная система на базе системы Fractal»

Выполненили студенты группы 4О-309Б:

Горшков Виктор Сергеевич

Пименов Дмитрий Владимирович

Москва, 2013



Введение

Стационарные системы охранной сигнализации

В последнее время в нашей стране, да и, пожалуй, во всём мире стала наиболее актуальна проблема безопасности объекта, а также проблема информационной безопасности. Системы электронных охранных сигнализаций являются одним из главных препятствий на пути несанкционированного проникновения на объект.

Современные интегрированные системы безопасности

В связи с широким использованием современных электронных компонентов и цифровых методов обработки информации происходит существенная "интеллектуализация" технических средств охраны. Эти средства перестают быть просто вспомогательными и приобретают новые свойства, что оказывает существенное влияние на организацию охраны и её уровень. Современные технические средства охраны могут быть использованы в виде полностью интегрированной системы или системы, состоящей из функционально независимых компонентов:

охранная сигнализация,

система контроля доступа в помещение с проверкой полномочий,

система телевизионного наблюдения,

контрольные и другие устройства.

Тенденции развития электронной техники и электротехники на базе микроминиатюризации требуют применения широкой номенклатуры маломощных и малогабаритных устройств и изделий (преобразователей трансформаторов, усилителей, фильтров, стабилизаторов, выпрямителей и так далее), выполненных на новой конструктивной основе ЭРЭ. Достижения науки и техники на современном этапе развития в области электронной техники позволяют значительно уменьшить массогабаритные характеристики рассматриваемых электронных устройств. В настоящее время конструирование РЭА, РЭУ и ЭРЭ характеризуется резким увеличением применения БИС, что также даёт возможность уменьшить объёмы устройств и одновременно улучшить их качественные характеристики, показатели надёжности и долговечности.

Система централизованной охраны

Охранные системы большой ёмкости обычно применяются для обеспечения безопасности крупных предприятий, банков, гостиниц и характеризуется тем, что обслуживают от нескольких сотен до нескольких тысяч датчиков (извещателей). При этом контролировать нужно не только датчики как средства обнаружения криминальной акции, но различного вида устройства управляющие работой системы.

Особенностью организации охраны рассматриваемого мною вида промышленных объектов является то, что непосредственно на территории объекта нет охранников. Задержание злоумышленников осуществляют оперативные группы специального подразделения милиции (вневедомственной охраны), либо какого-либо частного охранного агентства. Оперативные группы действуют по указаниям оператора центрального пульта охраны. В этом случае функциональные возможности пульта определяют эффективность системы в целом, а сам пульт обычно реализуется на базе ПЭВМ с развитым программным обеспечением.

сигнализация охранный датчик



1. Анализ задачи

Разработанная система охранной сигнализации будет обеспечить охрану по периметру объекта на предмет проникновения во внутрь, а именно, проникновение через дверь или окно, также сигнализацию на движение, на пролом стен, пола, потолка. Система должна проверять и идентифицировать свое состояние и, в случае срабатывания, передать сигнал на пульт вневедомственной охраны (ВОХР) с указанием кода места нарушения.

В данной курсовой работе мы рассмотрим функциональную схему охраны на примере помещения со следующими характеристиками:

Кол-во помещений……………………..…………………………….……...…………….1

Площадь одного помещения, м2 .…………..………………..…………. 20

Высота, м2 .……………………………………..………………………...2,5

Кол-во окон …………………….……...………………………………….2

Кол-во входных дверей ………………….................................................1



2. Выбор и обоснование элементной базы

2.1 Микроконтроллер

В качестве вычислителя выбираем универсальный контроллер MCX53-32 на базе системы Fractal.

Характеристики:

Микроконтроллер STM32F103RET6 / STM32F103RGT6 / STM32F205RGT6

Быстродействие 72 MHz / 120 MHz / 1.25 DMIPS/MHz (Dhrystone 2.1)

Flash 512 Кбайт / 1024 Кбайт

RAM 64 Кбайт / 96 Кбайт / 128+4 Кбайт

АЦП 3 АЦП 12 бит 1мкс / 0.5мкс

ЦАП 2 ЦАП 12бит

Отладочный разъем Serial wire debug (SWD)

Встроенный однокристальный Fractal-BASIC-Cortex

Интерфейсы без развязки - USB, RS485/CAN, I2C, SPI, MicroLan

Гальванически развязанные интерфейсы - RS485, MicroLan DS2482-100

Часы реального времени с литиевым элементом

Универсальные сигнальные входо-выходы - 12

режим АЦП 0...+3.3В

режим АЦП 0...10(24)В

режим АЦП 0...20мА

режим PT1000

режим дискретного входа "сухой контакт" 3мА

режим дискретного входа 0 / +3.3В

режим дискретного входа 0 / 24В

режим программного MicroLan с поддержкой паразитного питания

режим логического выхода 0 / 3.3В +-20мА

режим ЦАП 12 бит 0...10В / 0...20мА (2 линии)

все перечисленные варианты доступны во всех основных исполнениях одновременно.

Силовые выходы - 8

механическое реле 250V AC / 5 A

оптотриак с детектором нуля 400 V / 0.15А

оптореле 1(2)А / 50В

ВХОД с индивидуальной гальванической развязкой

Питание +9...24В

Габариты узла в DIN конструктиве - 105x86x58

Назначение:

Серия универсальных программируемых логических контроллеров(ПЛК) FR-MCX53-32.x предназначена для решения широкого спектра задач в области автоматизации и контроля.

Контроллеры представляют из себя функционально законченные блоки в DIN - конструктивах. Типичные исполнения содержат 12 универсальных входов/выходов и 8 силовых выходов, а также набор различных интерфейсов.

Основой MCX53-32.x является микроконтроллер ARM7 Cortex-M3 STMicroelectronics STM32F103.

Применение этого функционально насыщенного и содержащего большие объемы памяти микроконтроллера позволило предустанавливать в ПЛК FR-MCX53-32.x однокристальный интерпретатор Fractal-BASIC-Cortex.

Наличие гальванически развязанного RS485 позволяет строить протяженные сети, состоящие из множества узлов.

Дополнительный локальный RS485 или CAN интерфейс позволяет легко наращивать ПЛК до необходимого количества входов/выходов. Программирование модуля производится простым подключением к PC через USB-порт.

Некоторые исполнения FR-MCX53-32.x дополнительно содержат гальванически развязанный канал MicroLan 1-wire с мастер чипом DS2482 специально предназначенным для работы с протяженными линиями.

12 универсальных линий ПЛК FR-MCX53-32.x работают как в дискретном, так и в аналоговых режимах. При это 2 канала могут работать в режиме ЦАП 0…10В / 0…20мА. Режим каждой линии можно задавать индивидуально.

Все выше перечисленное, позволяет при помощи ПЛК FR-MCX53-32.x быстро решать множество различных задач по автоматизации различных объектов. Простой и эффективный Fractal-BASIC-Cortex помогает реализовывать достаточно сложные алгоритмы , простейшими средствами.

Математика предустановленная в FR-MCX53-32.x позволяет пользователю самостоятельно, без специальных средств обновлять интерпретатор Fractal-BASIC- Cortex при выходе обновлений. Сам же язык позволяет при необходимости закрыть код программы пользователя от несанкционированного чтения и копирования.

2.2 Датчики

В стационарных охранных сигнализациях используется множество датчиков -- от самых простых (контактных) до сложных, представляющих собой практически самостоятельные интеллектуальные электронные устройства (объемные датчики). Без датчиков не обходится ни одна охранная система.

Рассмотрим назначение и основные особенности датчиков, используемых в стационарных охранных системах, а так же в нашем проекте.

2.2.1 Извещатели разбития стекла

Извещатели разбития стекла предназначены для защиты от проникновения путем разрушения стеклянного полотна окон или витрин. По принципу действия они делятся на три типа: контактные, пьезоэлектрические и акустические.

При применении контактных извещателей на поверхность стекла наносится слой проводящего материала (это может быть, например, фольга) и при его разрушении этот материал разрывает электрическую цепь, вследствие чего и принимается решение о наличии вторжения.

При применении пьезоэлектрических извещателей на поверхность стекла приклеиваются специальные небольшие пьезоэлектрические модули и при его разрушении генерируются акустические колебания, на основе которых и принимается решение о наличии вторжения (принцип их действия аналогичен звукоснимателю для виниловых дисков).

Разумеется, в последнее время извещатели рассмотренных выше двух типов стали применяться весьма редко, поскольку они существенно портят дизайн окна. От этого недостатка свободны только бесконтактные акустические извещатели, которые оснащаются высокочувствительным миниатюрным микрофоном, улавливающим звук, издаваемый при разбитии стекла. Эти извещатели крепятся на стену или потолок около окна. При разбитии стекла возникает два типа звуковых колебаний, причем в строго определенной последовательности. Сначала возникает ударная волна с частотой порядка 100 Гц (эту волну вызывает колебание при ударе всего массива стекла в целом), а потом волна разрушения стекла с частотой порядка 5 Кгц. Извещатель детектирует эти волны, и в случае наличия их правильной последовательности принимается решение о наличии проникновения.

2.2.2 Контактные датчики

Контактные извещатели служат для обнаружения несанкционированного открытия различных механических заградительных конструкций: дверей, ворот, окон и т.д. По принципу действия извещатели этого типа делятся на магнитные и механические.

Магнитные извещатели состоят из двух частей: герконового реле (геркона), устанавливаемого на неподвижную часть конструкции, и магнита, устанавливаемого на открывающийся модуль. Когда открывающийся модуль закрыт, магнит находится вблизи геркона и наводит в нем магнитное поле, удерживающее его контакты в замкнутом состоянии. При открытии магнит удаляется от геркона, размыкая его контакты.

Различают три основных вида магнитных датчиков (по принципу монтажа): накладные, врезные и для металлических дверей. Если обычный магнитный извещатель поставить на металлическую дверь без диэлектрической прокладки, со временем за счет намагничивания металла произойдет так называемое "залипание" геркона: его контакты будут замкнуты независимо от наличия вблизи магнита. Именно поэтому для металлических дверей существует специальный тип магнитных извещателей. В том случае, если необходимо контролировать открытие массивных конструкций (ворот, бронированных дверей сейфового типа), применяются механические контактные извещатели, называемые концевыми выключателями. Принцип их действия весьма прост и основан на чисто механическом замыкании/размыкании контактных групп. Контактные извещатели, в случае их срабатывания, обеспечивают самое быстрое обнаружение вторжения и вследствие простоты устройства самую низкую вероятность ложной тревоги. Однако при этом их наиболее просто обойти, поэтому они должны использоваться совместно с извещателями других типов.

2.2.3 Вибрационные извещатели

Вибрационные извещатели служат для защиты от проникновения путем разрушения строительных конструкций (например, сверления стен). Эти извещатели детектируют и анализируют сейсмические волны, возникающие в массиве конструкций при их разрушении.

2.2.4 Объемные датчики

Анализ номенклатуры датчиков, предлагаемых крупнейшими производителями систем охранной сигнализации, показывает, что в классе датчиков для охраны помещений наиболее популярными являются инфракрасные (ИК) пассивные, комбинированные (в основном ИК + микроволновые). Реже применяются микроволновые, ультразвуковые датчики.

В проекте охранной сигнализации используем пассивные ИК-датчики. Этот вид датчиков является самым сложным, пишем их более подробно.

Основу охранных сигнализаций составляют объемные извещатели. Далее рассматриваются принципы действия и особенности применения таких датчиков. Эти датчики предназначены в первую очередь для защиты объема охраняемого помещения.

ИК-пассивные датчики, называемые также оптико-электронными, относятся к классу детекторов движения и реагируют на тепловое излучение движущегося человека. Принцип действия этих датчиков основан на регистрации изменения во времени разницы между интенсивностью ИК излучения от человека и фонового теплового излучения. В настоящее время ИК-пассивные датчики являются самыми популярными, они составляют неотъемлемый элемент охранной системы практически каждого объекта.

Для того чтобы нарушитель был обнаружен ИК-пассивным датчиком, необходимо выполнение следующих условий:

нарушитель должен пересечь в поперечном направлении луч зоны чувствительности датчика;

движение нарушителя должно происходить в определенном интервале скоростей;

чувствительность датчика должна быть достаточной для регистрации разницы температур поверхности тела нарушителя (с учетом влияния его одежды) и фона (стены, пол).

ИК-пассивные датчики состоят из трех основных элементов:

оптической системы, формирующей диаграмму направленности датчика и определяющей форму и вид пространственной зоны чувствительности;

пироприемника, регистрирующего тепловое излучение человека;

блока обработки сигналов пироприемника, выделяющего сигналы, обусловленные движущимся человеком, на фоне помех естественного и искусственного происхождения.

2.2.5 Оптическая система

Современные ИК-датчики характеризуются большим разнообразием возможных форм диаграмм направленности. Зона чувствительности ИК-датчиков представляет собой набор лучей различной конфигурации, расходящихся от датчика по радиальным направлениям в одной или нескольких плоскостях. В связи с тем, что в ИК-детекторах используются сдвоенные пироприемники, каждый луч в горизонтальной плоскости расщепляется на два.

Зона чувствительности детектора может иметь вид:

одного или нескольких, сосредоточенных в малом угле, узких лучей;

нескольких узких лучей в вертикальной плоскости (лучевой барьер);

одного широкого в вертикальной плоскости луча (сплошной занавес) или в виде многовеерного занавеса;

нескольких узких лучей в горизонтальной или наклонной плоскости (поверхностная одноярусная зона);

нескольких узких лучей в нескольких наклонных плоскостях (объемная многоярусная зона).

Существует требование равномерной чувствительности детектора. Ниже приведено описание этого требования. Сигнал на выходе пироприемника при прочих равных условиях тем больше, чем больше степень перекрытия нарушителем зоны чувствительности детектора и чем меньше ширина луча и расстояние до детектора. Для обнаружения нарушителя на большом (10...20 м) расстоянии желательно, чтобы в вертикальной плоскости ширина луча не превышала 5°...10°, в этом случае человек практически полностью перекрывает луч, что обеспечивает максимальную чувствительность. На меньших расстояниях чувствительность детектора в этом луче существенно возрастает, что может привести к ложным срабатываниям, например, от мелких животных. Для уменьшения неравномерной чувствительности используются оптические системы, формирующие несколько наклонных лучей, ИК детектор при этом устанавливается на высоте выше человеческого роста. Общая длина зоны чувствительности тем самым разделяется на несколько зон, причем "ближние" к детектору лучи для снижения чувствительности делаются обычно более широкими. За счет этого обеспечивается практически постоянная чувствительность по расстоянию, что с одной стороны способствует уменьшению ложных срабатываний, а с другой стороны повышает обнаружительную способность за счет устранения мертвых зон вблизи детектора.

При построении оптических систем ИК-датчиков могут использоваться:

линзы Френеля - фасеточные (сегментированные) линзы, представляющие собой пластиковую пластину с отштампованными на ней несколькими призматическими линзами-сегментами;

зеркальная оптика - в датчике устанавливается несколько зеркал специальной формы, фокусирующих тепловое излучение на пироприемник;

комбинированная оптика, использующая и зеркала, и линзы Френеля.

В большинстве ИК-пассивных датчиков используются линзы Френеля. К достоинствам линз Френеля относятся:

простота конструкции детектора на их основе;

низкая цена;

возможность использования одного датчика в различных приложениях при использовании сменных линз.

Обычно каждый сегмент линзы Френеля формирует свой луч диаграммы направленности. Использование современных технологий изготовления линз позволяет обеспечить практически постоянную чувствительность детектора по всем лучам за счет подбора и оптимизации параметров каждой линзы-сегмента: площади сегмента, угла наклона и расстояния до пироприемника, прозрачности, отражающей способности, степени дефокусировки. В последнее время освоена технология изготовления линз Френеля со сложной точной геометрией, что дает 30% увеличение собираемой энергии по сравнению со стандартными линзами и соответственно увеличение уровня полезного сигнала от человека на больших расстояниях. Материал, из которого изготавливаются современные линзы, обеспечивает защиту пироприемника от белого света. К неудовлетворительной работе ИК-датчика могут привести такие эффекты, как тепловые потоки, являющиеся результатом нагревания электрических компонентов датчика, попадание насекомых на чувствительные пироприемники, возможные переотражения инфракрасного излучения от внутренних частей детектора. Для устранения этих эффектов в ИК-датчиках последнего поколения применяется специальная герметичная камера между линзой и пироприемником (герметичная оптика.

Зеркальная оптика как единственный элемент оптической системы применяется достаточно редко. Преимуществами зеркальной оптики являются возможность более точной фокусировки и, как следствие, увеличение чувствительности, что позволяет обнаруживать нарушителя на больших расстояниях. Использование нескольких зеркал специальной формы, в том числе многосегментных, позволяет обеспечить практически постоянную чувствительность по расстоянию, причем эта чувствительность на дальних расстояниях приблизительно на 60% выше, чем для простых линз Френеля. С помощью зеркальной оптики проще обеспечивается защита ближней зоны, расположенной непосредственно под местом установки датчика (так называемая антисаботажная зона). По аналогии со сменными линзами Френеля, ИК-датчики с зеркальной оптикой комплектуются сменными отстегивающимися зеркальными масками, применение которых позволяет выбирать требуемую форму зоны чувствительности и дает возможность адаптировать датчик к различным конфигурациям защищаемого помещения.

В современных высококачественных ИК-детекторах используется комбинация линз Френеля и зеркальной оптики. При этом линзы Френеля используются для формирования зоны чувствительности на средних расстояниях, а зеркальная оптика - для формирования антисаботажной зоны под датчиком и для обеспечения очень большого расстояния обнаружения.

2.2.6 Датчик температуры

Так как диапазон измерений и их условия могут сильно отличатся друг от друга, разработаны разные по точности, помехоустойчивости и быстродействию типы датчиков (и первичных преобразователей). Какого бы типа не был температурный датчик, общим для всех является принцип преобразования. А именно: измеряемая температура преобразуется в электрическую величину (как раз за это и отвечает первичный преобразователь). Это обусловлено тем, что электрический сигнал просто передавать на большие расстояния (высокая скорость приема-передачи), легко обрабатывать (высокая точность измерений) и, наконец, быстродействие.



3. Функциональная схема охраны помещения

20 м2

1 - Микропроцессор

2 - Датчики температуры

3 - Контактные датчики

4 - Вибрационные извещатели

5 - Извещатели разбития стекла

6 - Объёмный датчик

7 - Оптическая система

Ориентировочная стоимость:

1 - 5680 руб.

2 - Honeywell (-70 - +500 гр) - 680*2=1360 руб.

3 - Магнито-контакт 520*6=3120 руб.

4 - Omron 1030*4=4120 руб.

5 - Риэлта 1930*2=3960 руб.

6 - Теко Астра-6 1220 руб.

7 - Honeywell 1140 руб.

Оринтировочная стоимость оборудования в сумме составляет: 14920 руб.

Для обеспечения верной установки и правильного выбора оборудования рекомендуется воспользоваться услугами специализированных организаций.



Выводы

В данной работе была осуществлена разработка интеллектуальной системы охранной сигнализации стационарного помещения.

В ходе выполнения работы был проведён анализ задачи, на основе которого были сформулированы требования к конечной системе. На основе требований была построена структурная схема.

На основании структурной схемы были подобраны соответствующие устройства для реализации функций, возложенных на элементы системы. Исходя из экономических и эксплуатационных соображений, для данного устройства был выбран микроконтроллер MCX53-32.X системы Fractal.

Далее, с использованием выбранных устройств была построена функциональная схема.



Список использованных источников

1. www.fractal.com.ru Микроконтроллер MCX53-32.x DIN

2. http://www.chipdip.ru/ Датчики

3. http://www.libbooks.ru/bookbox_93613.html Лаврус В.С. «Охранные системы»

Размещено на Allbest.ru

...