Sensormodul für eine Überwachungsanlage
Beschreibung
Inhalt dieses Projekts war die Entwicklung einer Sensorplatine für die Hausüberwachung im Hinblick auf die Erkennung von Einbrüchen. Diese Sensoren bzw. Sensorplatinen können sich an Türen und Fenstern befinden oder auch an Stellen, an denen Bewegungen im Innenraum detektiert werden können. Sie melden geänderte Sensorwerte bzw. Kontaktstellungen an eine Zentraleinheit, die diese Meldungen dann per SMS weiterleitet.
Folgende Ziele waren Grundlage für die Entwicklung von Hard- und Software:
- Überwachung von zwei Kontakten (zum Beispiel Reed-Kontakte) pro Modul.
- Verbindung zu einer Basisstation mittels eines RFM12-Moduls für die Auslösung von Alarmen und Statusmeldungen
- Stromversorgung durch zwei AA-Batterien, sehr stromsparendes Design und Selbstüberwachung der Betriebsspannung
- Symmetrische Verschlüsselung der Daten mit eigenem Schlüssel für jede Sensorplatine
- CRC-Berechnung für jede Nachricht
- Botschaftszähler für Konsistenzüberprüfung der Verbindung
- Regelmäßige Statusnachrichten an Basisstation, um einen Ausfall eines Sensors schnell detektieren zu können
Schaltung
Grundlage der Sensorplatine ist ein ATmega328 (ein ATmega88 würde ohne Debug-Ausgaben auf einem LCD ebenfalls ausreichen). Neben der Standardbeschaltung des ATmega inklusive Stromversorgung und Sicherung existiert eine Schaltung zur Abfrage von zwei Kontaktsensoren. Der Controller setzt die Pins SEN_DR1 und SEN_DR2 zyklisch auf High und liest den Pegel der Pins SEN_MES1 und SEN_MES2 ein, um die Stellung des Kontaktes zu ermitteln.Die zyklische Erfassung der eigenen Betriebsspannung erfolgt mit Hilfe eines Spannungsteilers am ADC2-Pin des Controllers unter Verwendung der internen Referenzspannungsquelle von 1,1 V. Die Schaltung deckt einen Eingangsspannungsbereich von etwa 1,0...3,6 V ab. Um Strom zu sparen ist diese Schaltung nicht dauerhaft aktiv, sondern wird mittels eines MOSFETS (IRLML6402) nur kurzzeitig zur Messung aktiviert.
Die Platine besitzt Anschlüsse für die Programmierung des Controllers per ISP, eine Stiftleiste mit den Pins PD0...PD7 für den Anschluss eines Displays und eine Buchsenleiste für das Aufstecken eines RFM12-Moduls.
Als Taktquelle dient der interne Oszillator des ATmega mit gesetzter DIV8-Fuse, das entspricht der Konfiguration des ATmega im Auslieferungszustand. Der Takt beträgt damit 1 MHz, was ausreichend für die Verarbeitung ist und den Stromverbrauch senkt.
Quellen
Die Schaltung bis hin zu den notwendigen Dateien für die Produktion der Platine entstanden mit Hilfe von KiCAD.- Dieses Paket enthält alle Quellen der Schaltung für KiCAD.
- Alles, was für eine Leiterplattenproduktion notwendig ist, befindet sich in diesem Paket.
- C-Source als Code::Blocks-Projekt
Achtung: Die Schlüssel sollten vor Verwendung der Software unbedingt neu generiert werden, beispielsweise mit Hilfe des Bash-Skripts generatey_keys!
Derzeit sind bis zu 21 Sensorplatinen parallel betreibbar. Dies lässt sich einfach erweitern: Hinzufügen von neuen Schlüsseltabellen in der Datei encryption_keys.h und die Anpassung von ALARM_SENSOR_ID in der Datei alarm_sensor.h.
Kommunikations-Interface
Das Sensormodul kommuniziert mit einer Basisstation mittels RFM12-Modul, derzeit in der 868 MHz-Version. Es sendet zyklisch aller etwa 40 Sekunden seine Statusinformationen und im Alarmzustand (geöffneter Kontakt) aller 0,5 Sekunden, für etwa 15 Sekunden lang.Der Inhalt der Nutzdaten ist folgendermaßen aufgebaut:
Zusätzlich berechnet die Software noch die 32 Bit-CRC dieser Nutzdaten. Damit stehen zwei 32 Bit-Werte zur Übertragung bereit. Vor der Übertragung werden sie allerdings verschlüsselt, in dieser Reihenfolge:
- CRC (32 Bit)
- Nutzdaten (32 Bit)
Das gesamte Datenpaket enthält allerdings noch einige zusätzliche Elemente wie CRC, Sensor ID (für die Entschlüsselung) und Synchronisations-Bytes für die Funkübertragung:
Lizenz
Alle hier veröffentlichten Quellen stehen unter der LGPLv3.Versionsinfo
- Version 0.1, 30.03.2019: erste Version