Вступление, которое задает вектор всей работе
В современном мире, где технологии мобильной связи стали повсеместными, обеспечение удаленного контроля и безопасности объектов приобретает первостепенное значение. Стандарт GSM (Global System for Mobile Communications), благодаря своему глобальному покрытию и доступности сервисов, таких как SMS и GPRS, предоставляет надежную основу для создания эффективных и недорогих охранных систем. Именно поэтому разработка GSM-сигнализаций является крайне актуальной задачей. Проблема, которую решает данная дипломная работа, заключается в необходимости создания доступной и функциональной системы охраны, подходящей для частных объектов — дачи, гаража или малого офиса.
Объектом исследования выступает сам процесс организации передачи тревожных сообщений и управляющих команд по каналам сотовой связи стандарта GSM. Предметом исследования является непосредственная разработка программно-аппаратного комплекса GSM-сигнализации.
Для достижения цели были поставлены следующие ключевые задачи:
- Проанализировать существующие на рынке решения и технологии в области GSM-сигнализаций.
- Выбрать оптимальную элементную базу для проектируемого устройства.
- Разработать структурную и принципиальную электрическую схему устройства.
- Рассчитать экономическую эффективность и себестоимость разработанного решения.
Обосновав актуальность и поставив цели, мы должны погрузиться в теоретическую базу, чтобы наше будущее решение было не изобретением велосипеда, а осмысленным развитием существующих технологий.
Глава 1. Как провести глубокий аналитический обзор существующих решений
Цель этой главы — продемонстрировать глубокое понимание предметной области и на основе анализа существующих технологий выявить ту нишу, которую займет ваш проект. Это фундамент, доказывающий целесообразность всей последующей работы.
Основы технологии GSM
В основе любой GSM-сигнализации лежит одноименный стандарт цифровой мобильной связи. Его работа базируется на технологии временного разделения каналов TDMA (Time Division Multiple Access), что позволяет нескольким абонентам использовать одну и ту же частоту. Стандарт функционирует в нескольких частотных диапазонах, наиболее распространенными из которых являются 850/900 МГц и 1800/1900 МГц. Ключевым элементом системы является SIM-карта, которая выполняет функцию идентификации абонента в сети и является неотъемлемой частью любого GSM-модуля или контроллера.
Классификация систем сигнализации
Существующие на рынке системы можно классифицировать по нескольким признакам для лучшего понимания их особенностей:
- По способу подключения датчиков: проводные, где датчики соединены с центральным блоком физическими проводами, и беспроводные, использующие радиоканал.
- По объекту охраны: стационарные (для дома, офиса, дачи) и автомобильные, которые часто включают дополнительные функции вроде GPS/ГЛОНАСС-отслеживания.
- По типу оповещения: системы, отправляющие тревожные SMS-сообщения, совершающие голосовой дозвон или передающие данные через GPRS на пульт охраны.
Сравнительный анализ аналогов
Ключевым этапом анализа является сравнение 2-3 коммерчески доступных аналогов будущего устройства. Сравнение следует проводить по таким параметрам, как функциональные возможности (количество датчиков, наличие управляемых выходов), используемая элементная база (конкретные модели GSM-модулей и микроконтроллеров) и, конечно, розничная стоимость. В ходе анализа важно выявить не только сильные, но и слабые стороны конкурентов. Например, многие бюджетные системы имеют ограниченное количество номеров для оповещения (1-2 номера) или уязвимы к использованию специализированных «GSM-глушилок», подавляющих сигнал сотовой сети.
Анализ показал, что на рынке отсутствуют бюджетные решения, позволяющие контролировать до 8 датчиков с функцией удаленного управления силовыми выходами, что и обосновывает необходимость данной разработки.
Проведя теоретический анализ и определив пробелы в существующих решениях, мы готовы перейти к самому главному — проектированию собственной системы, которая эти пробелы закроет.
Глава 2. Проектирование и разработка вашего аппаратного комплекса
Эта глава является «сердцем» дипломной работы. Здесь необходимо детально описать весь процесс создания устройства, демонстрируя свои инженерные компетенции. От общей концепции до конкретной реализации в «железе».
Разработка структурной схемы
Проектирование начинается с верхнего уровня — структурной схемы. Она представляет систему в виде функциональных блоков и связей между ними. Основными блоками, как правило, являются:
- Микроконтроллер (МК): «мозг» системы, обрабатывающий сигналы от датчиков и формирующий команды для исполнительных устройств.
- GSM-модуль: обеспечивает связь с сотовой сетью для отправки SMS и приема команд.
- Блок питания: обеспечивает преобразование сетевого напряжения 220В, 50Гц в необходимое для компонентов, а также включает резервное питание от аккумулятора (например, 12В, 7А).
- Интерфейс датчиков: схема для подключения и согласования различных типов датчиков (дыма, присутствия, охранного шлейфа).
- Исполнительные устройства: силовые ключи или реле для управления внешними нагрузками (сирена, освещение).
Создание алгоритма работы
Логика поведения системы описывается с помощью алгоритма, который можно представить в виде блок-схемы или текста. Пример простого алгоритма: «Система находится в режиме ожидания. При срабатывании одного из входов для датчиков (до 8 штук) микроконтроллер формирует текстовое SMS-сообщение с указанием сработавшей зоны. Далее, команда на отправку передается GSM-модулю, который отправляет сообщение на заранее запрограммированные номера телефонов (до 3 номеров)».
Разработка принципиальной схемы
Это наиболее важная часть главы. Здесь представляется полная электрическая принципиальная схема устройства со всеми компонентами и их соединениями. Необходимо обосновать выбор ключевых элементов. Например, почему был выбран конкретный микроконтроллер (достаточная производительность, количество портов ввода-вывода) и определенный GSM-модем или контроллер (например, из серии TSS-705), исходя из его надежности, стоимости и простоты интеграции.
При необходимости, в этом разделе приводится расчет отдельных элементов схемы, например, цепей питания или схем согласования логических уровней между микроконтроллером и GSM-модулем. В заключение описывается процесс проектирования печатной платы и выбор корпуса для готового устройства, что демонстрирует завершенность конструкторской проработки.
Мы спроектировали и «собрали» наше устройство на бумаге. Теперь необходимо доказать, что оно работоспособно, эффективно и экономически оправдано.
Глава 3. Оценка эффективности и экономическое обоснование проекта
Цель данной главы — доказать, что разработанное устройство является не просто рабочей концепцией, а выгодным и надежным решением, превосходящим существующие аналоги по ключевым параметрам.
Анализ функционирования
В этом разделе оцениваются важнейшие эксплуатационные характеристики системы. Ключевое внимание уделяется надежности и помехоустойчивости. Необходимо честно проанализировать потенциальные риски и уязвимости. Основными из них для GSM-систем являются нестабильность сигнала сотовой сети в отдельных районах и возможность применения злоумышленниками «глушилок». Следует описать меры по минимизации этих рисков, например, программную логику, которая периодически проверяет связь с сетью.
Расчет себестоимости
Экономическое обоснование начинается с расчета себестоимости прототипа. Составляется подробная таблица, в которую вносятся все используемые электронные компоненты, печатная плата, корпус и другие материалы с указанием их актуальной рыночной стоимости. Суммирование этих затрат дает итоговую себестоимость устройства, которая станет основой для дальнейшего сравнения.
Сравнение с аналогами и окупаемость
Получив точную цифру себестоимости, следует вернуться к аналогам, проанализированным в Главе 1. Теперь сравнение проводится не только по функционалу, но и по цене. Задача — наглядно продемонстрировать экономическое преимущество вашей разработки. Если проект имеет коммерческий потенциал, можно рассчитать предполагаемый срок окупаемости при мелкосерийном производстве. Для охранной системы также уместно рассчитать размер предотвращенного ущерба как показатель ее эффективности.
Вопросы безопасности и экологии
В завершение главы кратко описываются меры по обеспечению электробезопасности при эксплуатации устройства (например, изоляция высоковольтных цепей блока питания). Также затрагиваются вопросы экологичности, в частности, рекомендации по утилизации электронных компонентов после окончания срока их службы.
Итак, мы доказали техническую состоятельность и экономическую целесообразность нашего проекта. Осталось подвести итоги проделанной работы.
Заключение, которое подводит итоги и фиксирует результат
Подводя итоги, можно с уверенностью сказать, что все цели, поставленные в начале работы, были успешно достигнуты. Проделанная работа позволяет сформулировать следующие ключевые результаты.
В ходе выполнения дипломной работы были достигнуты следующие результаты:
- Проведен детальный анализ существующих на рынке охранных систем, работающих на базе технологии GSM, выявлены их сильные и слабые стороны.
- Разработана структурная и полная принципиальная электрическая схема доступного и функционального устройства GSM-сигнализации.
- Составлен алгоритм работы программного обеспечения микроконтроллера.
- Рассчитана себестоимость прототипа, которая доказала высокую экономическую эффективность и конкурентоспособность разработки по сравнению с коммерческими аналогами.
Таким образом, главная цель работы — разработка доступной GSM-сигнализации — полностью достигнута. Созданное устройство готово к реализации в виде прототипа. В качестве возможных путей дальнейшего развития проекта можно рассмотреть добавление GPS/ГЛОНАСС-модуля для определения точных координат объекта или разработку специализированного мобильного приложения для более удобного управления и настройки системы.
Список источников информации
- УГОНА.NET [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.ugona.net/
- Теория и практика угона автомобилей [Электронный ресурс] режим доступа: http://ugonauto.narod.ru/
- Сайт компании МТМ — спутниковая система Талисман [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.talisman.su/
- Cтатьи про иммобилайзеры, сигнализации, защиту авто и выбор сигнализации [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.klakson.ru/article.asp
- Особенности спутниковых противоугонных систем [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.stremmers.ru/protivoug.shtml
- GSM – cистемы [Электронный ресурс] режим доступа: http://arch.zr.ru/articles/130_09_2003.html
- Всегда свежие новости о защите авто [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.autosecurity.ru/
- Механические противоугонные системы [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.585.ru/auto/mehpr.htm
- GPS слежение [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.citypoint.ru/functions/glonass_i_gps_slezhenie.htm
- Сайт компании «Autotracker» [Электронный ресурс] режим доступа: http://spb.autotracker.ru/
- Глобальные системы автоматизации [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.glosav.ru/
- ГЛОНАСС мониторинг транспорта [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.ibs-a.ru/monitoring/articles/1846/
- Автолокатор [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.autolocator.ru/
- Спутниковая противоугонная система «Цербер Авто» http://cerber-auto.ru/?m=22
- Спутниковая автомобильная сигнализация ARKAN [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.arkan.ru/VehiclesProtection/
- Спутниковая автомобильная сигнализация Spaceguard [Электронный ресурс] режим доступа: http://spaceguard.ru/
- Электронные противоугонные системы [Электронный ресурс] режим доступа: http://toniruite.ru/sections/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%83%D0%B3%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5
- Состояние современного рынка автомобильных охранных систем [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.alarmtrade.ru/articles/47.htm
- Спутниковые закладки. Противоугонные системы и автосигнализации нового поколения [Электронный ресурс] режим доступа: http://auto.infosafety.ru/
- Системы управления подвижными объектами на основе технологии GPS Глонасс [Электронный ресурс] режим доступа: http://geokos.pulscen.ru/predl?rubric=132630