Разработка автомобильной охранной сигнализации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

На сегодняшний день охранная сигнализация является обязательным атрибутом для всех автомобилей. Поэтому интерес к таким системам постоянно возрастает. Учитывая, что автомобиль является более криминогенным объектом, чем другие виды имущества, Принадлежность к группе наиболее угоняемых автомобилей зависит во многом от стоимости, новизны, марки и технического состояния автомобиля. Для решения проблемы охраны транспортного средства во время и после его приобретения необходимо решить организационные и охранно-технические задачи.

Целью данного дипломного проекта является разработка автомобильной охранной сигнализации позволяющей получить оптимальное соотношение цена/защита. Также при проектировании сигнализации будет использоваться модульный принцип построения ее блоков, что позволит менять функциональность сигнализации для предоставления покупателям возможности выбора уровня защиты автомобиля в соответствии со своими финансовыми возможностями.

1. Обзор методов и устройств, предназначенных для охраны автомобиля

Рассмотрим состав подавляющего большинства автомобильных сигнализаций представленных на рынке охранных систем. На рисунке 1 схематично представлены основные элементы такой системы. Рассмотрим назначение каждого из них.

Рисунок 1 - Обобщенная схема автомобильной сигнализации

Основным устройством автомобильной охранной системы является центральный блок. Никакая система не сможет работать без электронного блока управления с центральным процессором. Это устройство принимает кодированные сигналы, посылаемые пультом дистанционного управления - брелком, контролирует работу сигнализации, получает информацию от датчиков, анализирует ее и посылает сигналы на исполнительные и сигнальные устройства, информирует владельца о неполадках в системе, незакрытых дверях, не выключенных фарах и т.д. У центрального блока жесткая память, и даже при отключении питания он помнит программные установки и данные кодовых комбинаций, полученные от брелка.

По конструктивному исполнению автомобильная сигнализация может быть выполнена как по моноблочной схеме, то есть центральный блок с сиреной и одним из датчиков собраны в одном корпусе, так и по разнесенной.

Большое значение для автомобильной сигнализации имеет питание системы, то есть то напряжение (его значение и колебания), которое подается на центральный блок. Автомобиль, особенно современный - сложнейшая система. В нем огромное количество потребителей энергии, блоков и проводов. На разных режимах работы автомобиля в электрической цепи возникают колебания и просадки напряжения. Очень многое зависит от того, как установлена система сигнализации, насколько грамотно произведен ее монтаж, как центральный блок и память системы воспринимают эти колебания. Известны случаи, когда плохо произведенный монтаж сводил на нет все достоинства установленной сигнализации.

Система сигнализации управляется, чаще всего, при помощи пульта дистанционного управления - брелок. На рисунке 2 представлен внешний вид брелока управления автомобильной сигнализацией.

Рисунок 2 - Внешний вид брелока управления автомобильной сигнализацией

Брелок передает команды автовладельца центральному блоку, который с помощью антенны принимает и расшифровывает радиосиглнал. Брелок представляет собой миниатюрный пульт-радиопередатчик. Для того, чтобы исключить возможность выключения сигнализации посторонними лицами, брелок посылает кодированные радиосигналы. Уровень секретности, типы кодов, количество их комбинаций в различных сигнализациях различны. Брелок снабжен одной или несколькими кнопками управления, нажатием которых формируется тот или иной сигнал.

Наиважнейшим параметром для брелока и одним из очень важных для автомобильной сигнализации в целом является процесс передачи кодированного сигнала от брелока центральному блоку охранной системы. Самые первые брелки имели 5-и - 10-и значный постоянный код, который выставлялся с помощью переключателей на брелке и в центральном блоке автомобильной сигнализации. Любой мало-мальски знакомый с радиотехникой человек был способен собрать схему, на основе брелка от системы сигнализации, с помощью которой мог за несколько часов подобрать код к системе охраны автомобиля. Вообще, стоит сказать, что борьба за расшифровку кода велась между фирмами-производителями и угонщиками с первых моделей автомобильных сигнализаций. Применялись различные методы такие как увеличение разрядности кодов, передаваемых брелоками. Код стал иметь такое количество комбинаций, что стало бессмысленным заниматься его перебором, так как на это ушли бы столетия. Еще один применяемый способ - это отслеживать передаваемые коды и, если эти коды (например 5 последовательно переданных кодов) не соответствуют коду брелков системы, то центральный блок перестает принимать передаваемые сигналы на 15 - 20 минут, после чего снова переходит в режим приема, либо сразу подается тревога, сообщая хозяину о том, что эго автомобиль сканируют. Подобный способ защиты был преодолен при помощи приборов, способных устанавливать частоту, на которой идет передача кода, записывать сам код, а потом передавать его, снимая автомобиль с охраны. Такой прибор стали называть код-граббером. Необходимо отметить, что код-граббер - очень дорогой прибор, стоимость которого сравнима со стоимостью недорогого автомобиля. Такой прибор, скорее всего, будет применяться для угона дорогих и сложных автомобилей. Следующим шагом стало появление систем с плавающим кодом или антикодграббером. Принцип его в том, что код, передаваемый брелоками центральному блоку меняется после каждой передачи кода, а значит пойманный и записанный код будет бесполезен. С его помощью сигнализацию с охраны не снять. При следующем обращении к центральному блоку брелок будет посылать совершенно другой код, и так каждый раз. Принцип по которому меняется этот код разный даже в двух одинаковых системах, идущих рядом на конвеере. Конечно есть прецеденты, когда и плавающий код вскрывался угонщиками, но это требует еще более дорогого оборудования и применение особых компьютерных программ, специально написанных для этого случая. Угонщик с кодграббером должен в течение нескольких дней неотступно следовать за намеченной под угон автомашиной, записывая каждый код ни одного не потеряв. Только в этом случае у него появляется призрачный шанс (50/50) найти алгоритм по которому идет изменение кода системы.

Источником энергии для брелока автомобильной сигнализации служат батарейки напряжением 12 В. Дальность действия брелока, то есть о максимальном расстояние с которого можно, например, снять или поставить автомобиль на охрану, для каждой системы своя. Чаще всего это расстояние колеблется от 30 до 50 метров.

Кроме традиционного брелока охранная система может управляться от транспондера - пластиковой карточки (напоминающей талон водительского удостоверения) или небольшого брелка, содержащих в себе сложнейшую электронную «начинку». Транспондер не требует питания. Нет необходимости нажимать на кнопки. Стоит только сесть в автомобиль и обеспечить попадание карточки или брелка в поле действия антенны и система отменит режим охраны автомобиля.

Важной частью любой автомобильной сигнализации являются датчики. Их в своем составе имеет любая автомобильная сигнализация. Во время какого-либо воздействия на автомобиль, они предают информацию в центральный блок о степени опасности воздействия и его времени. Учитывая, что эти воздействия могут быть самые разнообразные, датчики должны обеспечивать высокую надежность и достоверность контролируемых параметров, оставляя без внимания все то, что можно отнести к ложным возмущениям: колебания и вибрации от проехавшего рядом большегрузного автомобиля, воздействие климатических и атмосферных явлений, электромагнитные помехи.

Автомобильные сигнализации используют разнообразные датчики, работающие на основе различных принципов, и каждый из них защищает автомобиль от той или иной опасности. От удара, от открытия дверей, окон, от прикосновения к автомобилю, от проникновения в салон. Бывает же, что вору вдруг потребовался не весь автомобиль целиком, а только хромированный бампер или колпаки с колес. Каждый датчик и должен информировать систему сигнализации о замыслах противоправных действий по отношению к автомобилю.

Самым первым датчиком, которым начинали комплектовать охранные системы с момента своего появления были "датчики качка". Они реагировали на качание кузова автомобиля, которое могло возникнуть при снятии колес или другом похожем воздействии. При раскачивании машины - сигнализация срабатывала. Однако, если злоумышленник разбивал стекло, то чаще всего сигнализация молчала.

Постепенно датчики качка вытеснили датчики удара (шок-сенсоры). Они несколько хуже реагировали на качание автомобиля, но, зато, очень четко отслеживали удары по кузову. Первые датчики удара имели только один порог чувствительности. Такой датчик не очень удобен. Либо при его настройке использовался очень высокий порог срабатывания чтобы автомобильная сигнализация не срабатывала от случайно ударившегося об колесо мяча, и тогда была вероятность пропустить более важное вторжение, либо чувствительность устанавливалась очень высокой, и сигализация часто срабатывала на ложные угрозы. Всех вышеперечисленных недостатков лишены двухпороговые датчики удара. В таком датчике отдельно настраивается сила воздействия при которой сработает первый порог и второй порог. Если происходит случайное, несильное воздействие на автомобиль, то система просто сработает кратким попискиванием сирены. При сильных воздействия система отработает программу соответствующую повышенной угрозе. В очень дорогих системах устанавливаются датчики которые отдельно регистрирует продольные и поперечные колебания кузова автомобиля. Такой принцип действия позволяет практически исключить ложные срабатывания. Также применяются датчики у которых настройка силы удара первого и второго порога происходит с пульта сигнализации. Система вводится в режим программирования, по кузову автомобиля наносится удар определенной силы. Датчик сам запоминает его. Теперь это будет первый порог. Точно так же происходит настройка и второго порога. Если необходимо произвести перенастройку датчика, то это может делать сам хозяин, в зависимости от своих потребностей.

Ультразвкувой датчик который называют ультрасоник. Его задача - обнаружить нахождение посторонних внутри салона. Два выносных микрофона постоянно контролируют салон в режиме охраны. Этот высокочувствительный датчик состоит из посылающего сигнал излучателя ультразвуковых волн и приемника, принимающего этот сигнал. Если принимаемый сигнал прерывается или искажается, то сигнализация срабатывает. Любое передвижение объекта достаточно большого объема в салоне, будет немедленно обнаружено и система сигнализации поднимет тревогу. Однако, чувствительность его такова, что он способен зафиксировать и движение воздуха в салоне, вызванные изменением температуры при остывании автомобиля зимой и даже акустические шумы. Недостаток этих датчиков - ложные срабатывания при резких колебаниях температуры и сильных внешних звуковых колебаний.

Всех недостатков ультрасоника лишен микроволновый датчик. Он был изобретен и применялся для охраны открытых автомобилей - кабриолетов. Принцип действия следующий. Датчик накрывает автомобиль двумя полями. Первое поле может заканчиваться и за пределами кузова автомобиля (на расстоянии 20 - 15 см). Это первый порог. Второе поле берет под свой контроль салон автомобиля. Это второй порог. Если человек подошел слишком близко к автомобилю и пересек первое поле, то, как в случае с датчиком удара, система предупредит недоброжелателя попискиванием сирены. Если же угонщик попал внутрь автомобиля, он окажется в зоне действия второго поля, и тогда система поднимет тревогу. Оба поля могут регулироваться в большую или меньшую сторону в зависимости от пожелания хозяина автомобиля и условий эксплуатации.

Существует такая формула угона, когда прокалывается аккумулятор автомобиля, и, когда весь электролит из него вытек, угонщик может спокойно обезвредить обесточенную сигнализацию. У многих автомобилей компоновка агрегатов под капотом выполнена таким образом, что можно просто перекусить провода, идущие от аккумулятора. Для того, чтобы этот факт не остался незамеченным и существуют датчики падения напряжения.. Они бывают двух основных типов. Датчик первого типа срабатывает когда напряжение падает ниже установленного заранее на заводе порога (например, 8 Вольт). Датчик второго типа срабатывает когда происходит скачек напряжения вниз на заданную величину (например, 1 Вольт). Такой датчик среагирует даже в случае если угонщик открывает дверь, зажигается лампочка салонного освещения, происходит небольшое падение напряжения, которое тут же регистрируется. Проблемы с таким датчиком могут возникать в том случае, если электропроводка автомобиля имеет существенные недостатки, утечки, замыкания и т.д. В остальных случаях датчик оказывается очень полезен.

Датчик разбития стекла. В современных системах используется достаточно редко. Реагирует на звон разбивающегося стекла (микрофон специально настроен на такую частоту). Добросовестно настроенный датчик удара заменит датчик разбития стекла почти полностью.

Датчики контактного типа (концевые датчики). Это обычные кнопки, которые контролируют состояние дверей, капота и багажника. Чаще всего используются штатные кнопки автомобиля. Капот и багажник оборудуется кнопками при установке охранной системы. Современные системы имеют отдельные входа для подключения концевых датчиков. Это выполнено для того, что бы, во-первых при открывании капота или багажника не загоралось внутрисалонное освещение, во-вторых, для того, что бы в сигнализациях , обладающих памятью на срабатывания, было понятно от чего конкретно система поднимала тревогу. Так как кнопки автомобиля, как штатные, так и установленные дополнительно, находятся в зоне воздействия активной среды - грязь, соль, вода, электролит, то за ними необходим тщательный уход. Развитые системы сигнализации с самотестированием при неполадках в цепи концевых выключателей отключат этот датчик совсем до устранения неполадок. Автомобильные сигнализации также комплектуются сиренами (рисунок 3). Сирена представляет собой устройство издающее звуковой сигнал мощностью до 135 Дб. Задачи сирены многообразны. Во-первых, она включается во время сигнала тревоги, но не более чем на 45 секунд, что соответствует европейскому стандарту.

Рисунок 3 - Внешний вид сирены автомобильной сигнализации

Во-вторых, она издает звуковые сигналы при постановке и снятии автомобиля с охраны. Эти сигналы можно отключать при надобности с пульта дистанционного управления. В-третьих, она подает кратковременные предупредительные сигналы при срабатывании первого порога микроволнового датчика или датчика удара.

Сирены делятся на автономные и неавтономные. Автономная сирена отличается от неавтономной наличием в своем корпусе никель-кадмиевых батарей, которые в случае отключения аккумулятора автомобиля будет питать автономную сирену в режиме тревоги. Никель- кадмиевая батарея будет подзаряжается от генератора во время движения. Даже если будут повреждены все провода, идущие от сирены и она сама будет извлечена из автомобиля, все равно будут подаваться сигналы тревоги. Сирена может быть многотональной и однотональной.

Автомобильные сигнализации, особенно среднего и высшего уровня, имеют возможность управлять дополнительными устройствами с помощью отдельных выходов. Такими устройствами могут быть: вторая сирена, пейджер или пейджерная система, модуль запуска двигателя (для запуска двигателя, не выходя из квартиры, с брелока и предварительного прогрева автомобиля перед началом движения). С помощью такого канала можно подавать команду на закрытие электробензоклапана, полностью блокирующего подачу топлива в систему питания и т.д. Чем сложнее система автомобильной сигнализации тем больше у нее таких выходов, при помощи которых обеспечивается набор дополнительных сервисов.

Используя описанные выше компоненты автомобильных сигнализаций произведем классификацию .

1) Простейшие системы. В стандартном варианте включают в себя: центральный блок, два брелка, сирену (чаще неавтономную), датчик удара (однопороговый или двухпороговый). В системе реализована функция бесшумной постановка на охрану. Возможно управление центральным замком. Примером таких систем можно считать «Prestige», «Mongoose», «Cenmax». Их стоимость в среднем колеблется от 150 до 300 долларов.

2) Системы среднего класса. Эти системы включают практически все виды датчиков, а датчик удара , входящий в ее состав всегда двухпороговый. Обязательно устанавливается автономная сирена. Системы среднего класса это такие системы как «Excalibur», «Python 100», «Sikura», «Clifford Sabre 2». имеют стоимость от 300 до 500 долларов.

3) Системы высшего класса. Они гораздо более развиты относительно систем среднего класса за счет расширенных сервисных и других дополнительных функций. Их пульты дистанционного управления оснащены, как правило, четырьмя и более кнопками, позволяющими реализовать все эти функции. Некоторые системы обрастают новыми более сложными противоугонными возможностями, блокировками зажигания, подачи топлива и т.д. В самых дорогих и сложных системах имеется встроенный иммобилайзер. Стоимость таких сигнализаций может достигать 2000 долларов.

Рассмотрим более поле подробно некоторые модели относящиеся к различным классам приведенной выше классификации.

Ярким примером простейших систем можно назвать автосигнализации Prestige производства компании Audiovox. Потребителю они известны давно и получили наибольшее распространение на рынке недорогих охранных систем.

Prestige 150, 250, 350 укомплектованы двумя двухкнопочными брелками. С помощью этих брелков можно управлять автосигнализацией (всеми предусмотренными функциями), а так же активизировать дополнительные (сервисные) каналы. У Prestige 350 их может быть 3, в отличии от Prestige 150 и 250 где их по 2. Система сигнализации может управляться четырьмя брелками (двумя шедшими в комплекте с системой и двумя дополнительными). Все системы оборудованы антисканером. Многофункциональный светодиод оповещает хозяина автомобиля о состоянии системы и прошлых срабатываний. Например: система поставлена на охрану, система снята с охраны, в режиме охраны срабатывала зона №1, в режиме охраны срабатывала зона №2, в режиме охраны срабатывала зона №3, система находится в режиме пассивной постановки на охрану,

Избираемая активная или пассивная постановка системы на охрану позволит сигнализации самой встанет на охрану через несколько десятков секунд после закрытия последней двери автомобиля. При открывании дверей, капота или багажника автомобиля автомобильная сигнализация, получая информацию от концевых датчиков (кнопок) поднимает тревогу.

Датчик падения напряжения предохраняет автомобиль от насильственного отключения аккумулятора или любого другого снятия питания с системы.

В случае поступления от одного из датчиков сигнала о вторжении система сигнализации в ту же секунду поднимит тревогу включив сирену и световую сигнализацию. Обход неисправной цепи позволяет отключить неисправный датчик, выявленный при самотестировании системы.

Возможность подключения положительных и отрицательных триггеров дверей позволяет с наименьшим вмешательством в проводку автомобиля подключить концевые датчики (кнопки) дверей на любом автомобиле, независимо от особенностей конструкции его электрооборудования.

Нормально замкнутый разрыв стартера позволяет хозяину автомобиля беспрепятственно его завести даже в ситуации когда вдруг произошел сбой в системе сигнализации.

Невозможность постановки системы на охрану во время движения обеспечивает безопасность в пути и помогает избежать аварийных ситуаций на дороге.

Если два автомобиля оборудованы сигнализацией Prestige, то можно записать брелок в от одной системы в память другой и иметь возможность одной кнопкой брелка снимать с охраны оба овтамобиля.

Дистанционное запирание и отпирание дверей - функция, позволяющая разблокировать замки дверей при снятии с охраны и заблокировать замки дверей при постановке на охрану. Эта функция реализуется только при наличии в автомобиле центрального замка или установленных электроприводов замков дверей.

Дистанционное отпирание багажника реализуется при наличии встроенного или доустановленного замка багажника для чего используется дополнительный канал автомобильной сигнализации.

Дистанционное закрывание окон автомобиля, открывание дверей гаража или дистанционный запуск двигателя возможно реализовать при наличии специальных блоков сопряжения Prestige (или других аналогичных) с этими механизмами. Необходимо помнить, что многие дополнительные функции системы могут быть реализованы только посредством дополнительного канала автосигнализации, а их количество не бесконечно. Характеристики автомобильных сигнализаций Prestige приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристики автомобильных сигнализаций Prestige

Наименование характеристики	APS - 150	APS - 250	APS - 350
Охранные функции
2-х кнопочный передатчик (радиобрелок)	+	+	+
2-х или 3-х канальный приемник	2 канала	2 канала	3 канала
Защита от сканера (Антисканер)	+	+	+
Многофункциональный светодиод (7 функций)	+	+	+
Шеститональная сирена	+	+	+
Избираемая активная или пассивная постановка	+	+	+
Постановка на охрану после закрытия всех дверей	+	+	+
Срабатывание от концевых датчиков открывания дверей	+	+	+
Датчик падения напряжжения	+	+	+
Встроенное реле мигания габаритных огней	+	+	+
Двухпороговый датчик удара	+	+	+
Моментальное включение режима тревоги	+	+	+
Обход неисправной цепи	+	+	+
Запоминание срабатываний	+	+	+
Положительный и отрицательный триггеры дверей	+	+	+
Нормально замкнутый разрыв стартера	Возможно	+	+
Избираемое активное или пассивное запирание дверей	Возможно	Возможно	+
Наименование характеристики	APS - 150	APS - 250	APS - 350
Дополнительный отрицательный триггер		+	+
Личная безопасность
Невозможность постановки системы на охрану при включенном зажигании	+	+	+
Улучшенный дистанционный режим «Паника»	+	+	+
Запирание дверей включением зажигания	Возможно	Возможно	+
Отпирание дверей выключением зажигания		Возможно	+
Включение внутрисалонного освещения при снятии с охраны		Возможно	+
Отпирание только водительской двери при снятии с охраны			Возможно
Комфорт
Переключатель «Valet»	+	+	+
Возможность удаления звукового подтверждения	+	+	+
Оперативное отключение звукового подтверждения	+	+	+
Управление двумя автомобилями с одного передатчика	+	+	+
Дистанционное отпирание / запирание дверей	Возможно	Возможно	+
Дстанционное отпирание багажника	Возможно	Возможно	+
Возможные дополнительные приспособления
Дистанционный запуск двигателя	Возможно	Возможно	Возможно
Дистанционное закрывание окон	Возможно	Возможно	Возможно
Дистанционное открывание дверей гаража	Возможно	Возможно	Возможно

Следующие четыре системы также присутствуют на нашем рынке автомобильных сигнализаций. По своим характеристикам очень похожи на Prestige. Из отличительных особенностей стоит отметить, что система Mongoose имеет оригинальной формы полностью герметичный радиобрелок. Для передачи радиосигнала он использует кварцевый стабилизатор частоты - элемент присущий в основном системам среднего и высшего класса.

Система Cenmax отличается от других реализованной в ней функцией Hi Jack - ее суть состоит в том, что если на ваших глазах автомобиль угоняют, то нажав определенную комбинацию кнопок на брелоке, включается режим при котором через 30 секунд сирена начинает подавать каждые 2 секунды сигналы, предупреждая, что через 20 секунд она заработает на полную мощность, замигает аварийная сигнализация и заблокируется двигатель - автомобиль остановится. Характеристики этих автомобильных сигнализаций приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристики автомобильных сигнализаций Alligator, Cenmax и Mongoose

Наименование характеристики	Alligator	Cenmax	Mongoose 700	Mongoose 800
Охранные функции
Программируемые передатчики	2 кнопки	4 кнопки	2 кнопки	4 кнопки
2-х или 3-х канальный приемник	2 канала	2 канала	2 канала	3 канала
Динамический код			+	+
Многофункциональный светодиод	+	+	+	+
Шеститональная сирена	+	+	+	+
Избираемая активная или пассивная постановка	+	+	+	+
Постановка на охрану после закрытия всех дверей	+	+	+	+
Срабатывание от концевых датчиков открывания дверей	+	+	+	+
Датчик падения напряжения	+	+	+	+
Встроенное реле мигания габаритных огней	+	+	+	+
Двухпороговый датчик удара с разъемом	+	+	+	+
Моментальное включение режима тревоги	+	+	+	+
Обход неисправной цепи	+	+	+	+
Функция «Hi Jack»		+
Запоминание срабатываний	+	+	+	+
Положительный и отрицательный триггеры дверей	+	+	+	+
Нормально замкнутая блокировка стартера	+	+	+	+
Избираемое активное или пассивное запирание дверей	+	+	+	+
Дополнительный отрицательный триггер	+	+	+	+
Избираемый (1 или 3.5 сек.) импульс запирания дверей	+	+	+	+
Дополнительная нормально разомкнутая блокировка стартера			+	+
Личная безопасность
Невозможность постановки системы на охрану при включенном зажигании	+	+	+	+
Запирание дверей при включении зажигания	+	+	+	+
Отпирание дверей при выключении зажигания	+	+	+	+
Включение внутрисалонного освещения при снятии с охраны	+		+	+
Дистанционная индикация фарами постановки / снятия с охраны	+	+	+	+
Отпирание только водительской двери при снятии с охраны	Возможно	Возможно	Возможно	Возможно
Комфорт
Защищенный переключатель «Valet»			+	+
Возможность удаления звукового подтверждения	+	+	+	+
Оперативное отключение звукового подтверждения
Управление двумя автомобилями с одного передатчика
Дистанционное отпирание / запирание дверей	+	+	+	+
Дистанционное отпирание багажника	+	+	+	+
Возможные дополнительные приспособления
Дистанционный запуск двигателя	Возможно	Возможно	Возможно	Возможно
Дистанционное закрывание окон	Возможно	Возможно	Возможно	Возможно
Дистанционное открывание дверей гаража	Возможно	Возможно	Возможно	Возможно

Из систем среднего класса рассмотрим известные на нашем рынке модели - Excalibur 700J, 900JX и 1000 EX. Первое, что необходимо отметить, это то, что большая часть моделей Excalibur имеет контроль количества запрограммированных брелков, особенно последние модели с индексом «ATV». Это необходимо для того, что бы никто посторонний не смог запрограммировать в систему дополнительный радиобрелок, а потом беспрепятственно снять автомобиль с охраны и угнать автомобиль. При включении зажигания в течение 10 секунд светодиод будет мигать показывая сколько передатчиков (брелков) запрограммировано в системе сигнализации. Брелок модели 1000EX работает на основе поверхностных акустических волн, что дает возможность повысить качество передаваемого сигнала.

Энергосберегающая методика, использованная в конструкции брелков позволяет экономить энергию батареи и состоит в том, что в случае случайного и долговременного нажатия на кнопку, передача сигнала прекратится через несколько секунд.

Система сигнализации, в случае возникновения тревоги, включает сирену и световую индикацию не более чем на 60 секунд, после чего при отсутствии повторных попыток проникнуть в автомобиль снова встает на охрану.

У рассматриваемых систем имеется возможность отключать датчики с брелка. При использовании этой функции один из датчиков отключается совсем, а у второго датчика остается работать только вторая (внутренняя) зона. Какой из двух датчиков (микроволновых или датчик удара) останется охранять автомобиль, а какой отключится совсем - решать хозяину. Обычно для охраны оставляют внутреннюю зону микроволнового датчика. Если есть необходимость отключить датчик при постановке на охрану (в машине остались дети или собика), то необходимо всего лишь дать соответствующую команду с брелка.

Все модели при срабатывании сигнализации запирают замки дверей (если система подключена к ним). Это повышает безопасность системы сигнализации. В комплект всех моделей Excalibur входит батарея автономного питания (обычная батарейка 9 вольт), предназначенная для кратковременного поддержания работоспособности при отключенном аккумуляторе.

Отключение звуковых сигналов подтверждения может быть как на один раз - бесшумная постановка на охрану, так и на длительный срок - система вообще не будет подавать звуковые сигналы при постановке или снятии с охраны.

Все системы обладают полезной функцией автоматической повторной постановки на охрану. Если хозяин случайно снял автомобиль с охраны, то по истечению 90 секунд, если ни одна из дверей, капот или багажник не будет открыт, сигнализация снова встанет на охрану. Характеристики приведенных систем представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристики автомобильных сигнализаций Excalibur

Наименование характеристики	AL-1000EX	AL-900JX	AL-700J
Охранные функции
Контроль количества запрограммированных передатчиков	+	+	+
2 трехкнопочных 7-и канальных передатчика	+	+	+
Динамический код	+	+	+
Работа передатчиков на основе поверхностных акустических волн	+
Запоминание кодов передатчика	+	+	+
Передатчик со схемой экономии энергии батареи	+	+	+
Дистанционная постановка / снятие с охраны	+	+	+
Управления замком багажника	Возможно	Возможно	Возможно
Отрицательный импульсный выход третьего канала	+	+	+
Положительный и отрицательный входы дверей	+	+	+
Отрицательный вход капота / багажника	+	+	+
Автоматический обход неполадок	+	+	+
Двухзонный магнито-индуктивный датчик (шок-сенсор)	+	+
Датчик падения напряжения	+	+	+
Работа сирены в режиме тревоги 60 сек. с по следующей постановкой на охрану	+	+	+
Светодиодный индикатор	+	+	+
Переключатель «Valet»	+	+	+
Возможность отключения датчика с передатчика	+	+	+
Возможность простого подключения других двухзонных датчиков	+	+	+
Дистанционно включаемый режим «Паника»	+	+	+
Возможность управления несколькими автомобилями	+	+	+
Дистанционно включаемый режим «Valet»	+	+	+
Кнопочный выключатель «Easy Valet»	+	+	+
Дистанционное запирание и отпирание дверей	Возможно	Возможно	Возможно
Отпирание водительской двери первоначально	Возможно	Возможно	Возможно
Автоматическое запирание дверей при срабатывании	+	+	+
Программируемая мультитональная сирена мощностью 127 Дб.	+	+	+
Обход открытой двери	+	+	+
Автономное питание с батареи в комплекте	+	+	+
Выход блокировки стартера (с использованием доп. реле)	+	+	+
Реле блокировки стартера с разъемом в комплекте	+	+	+
Управление внутрисалонным освещением с помощью встроенного реле	+	+	+
Встроенное реле мигания габаритных огней	+	+	+
Функции, программируемые DIP переключателями
Противоугонная функция (Anti-Carjacking)	+	+	+
Пассивная постановка на охрану	+	+	+
Закрытие дверей при пассивной постановке на охрану	+	+	+
Функции, программируемые с помощью передатчиков
Запирание / отпирание дверей при включении/выключ. Зажигания	+	+	+
Обход предыдущей функции при открытой двери	+	+	+
Включение габаритных огней на 30 - 60 сек. при снятии с охраны	+	+	+
Снятие с охраны при открывании крышки багажника	+	+	+
Длительность импульса закрывания дверей	+	+	+
3 или 45 сек. задержка постановки на охрану	+	+	+
Отключение звуковых сигналов подтверждения	+	+	+
Оперативное отключение звуковых сигналов подтверждения	+	+	+
Возможные дополнительные приспособления
Дистанционный запуск двигателя	Возможно	Возможно	Возможно
Дистанционное закрывание окон	Возможно	Возможно	Возможно
Двухзонный датчик удара с разъемным соединением	Возможно	Возможно	Возможно

Следующая группа рассматриваемых автомобильных сигнализаций относится к системам высшего класса. К ним относятся сигнализации марки Excellent, Python 1000 и Python 3000.

Автомобильная сигнализация Excellent имеет один из самых сложных динамических кодов. Алгоритм по которому он меняется практически невозможно просчитать с помощью самого совершенного компьютера. Противоугонная функция в Excellent реализована как в активном так и в пассивном режиме. Это значит, что возможно подать команду об остановки автомобиля с брелока и через 30 секунд двигатель автомобиля заглохнет. Можно в начале движения (как только сели в автомобиль) включить противоугонную функцию и как только вас попросят покинуть автомобиль (дверь откроется и закроется) система снова через 30 секунд заглушит двигатель. Постановка на охрану при работающем двигателе дает возможность, во-первых использовать модуль дистанционного запуска двигателя не боясь, что автомобиль остался без охраны (все датчики отключаются кроме датчиков открывания дверей), во-вторых, охранять самого себя во время движения - как только на водителя будет совершено покушение (откроются двери автомобиля) система сразу поднимет тревогу.

Python 3000 обладает самой большой возможностью к подключению дополнительных устройств, так как имеет 9 каналов. Его очень выгодно устанавливать на автомобили с полним электропакетом для реализации возможностей управления стеклоподъемниками (системой «комфорт»), люком, замком багажника, лючком бензобака и т .д.

Постольку поскольку система сигнализации Python 3000 обладает большими дополнительными и сервисными возможностями имеется возможность программирования всех ее функций не только с брелока, но и при помощи компьютера. Для этого у фирмы-установщика имеется соответствующее программное обеспечение и дополнительные устройства. Сравнительные характеристики автомобильных сигнализаций высшего класса приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Характеристики автомобильных сигнализаций

Наименование характеристики	Excellent	Python 1000	Python 3000
Охранные функции
Пульт дистанционного управления	2-х кнопочный	2-х кнопочный	4-х кнопочный
Количество каналов управления	3	3	9
Динамический код	+	+	+
Подавление внешних помех			+
Дистанционная постановка / снятие с охраны	+	+	+
Управления замком багажника	+	+	+
Отрицательный импульсный выход третьего канала	+	+	+
Положительный и отрицательный входы дверей	+	+	+
Отрицательный вход капота / багажника	+	+	+
Автоматический обход неполадок	+	+	+
Двухзонный магнито-индуктивный датчик (шок-сенсор)	+	+	+
Датчик падения напряжения	+	+	+
Двухзонный микроволновый датчик	+	+	+
Работа сирены в режиме тревоги 30/60 сек. с последующей постановкой на охрану	+	+	+
Светодиодный индикатор	+	+	+
Переключатель «Valet»		+	+
Возможность отключения датчика с передатчика	+	+	+
Возможность простого подключения других двухзонных датчиков	+	+	+
Дистанционно включаемый режим «Паника»	+	+	+
Возможность управления несколькими автомобилями		+	+
Дистанционно включаемый режим «Valet»		+	+
Кнопочный выключатель «Easy Valet»	+	+	+
Дистанционное запирание и отпирание дверей	+	+	+
Отпирание водительской двери первоначально	Возможно	Возможно	+
Автоматическое запирание дверей при срабатывании		+	+
Программируемая мультитональная сирена мощностью 127 Дб.	+	+	+
Обход открытой двери	+	+	+
Выход блокировки стартера (с использованием доп. реле)	+	+	+
Реле блокировки стартера с разъемом в комплекте	+	+	+
Управление внутрисалонным освещением с помощью встроенного реле	+	Возможно	+
Постановка на охрану при работающем двигателе	+	+	+
Встроенное реле мигания габаритных огней	+	+	+
Выключатель «Призрак»			+
Возможность программирования системы при помощи компьютера			+
Функции, программируемые с помощью передатчиков
Противоугонная функция	+	+	+
Пассивная постановка на охрану	+	+	+
Запирание / отпирание дверей при включении / выкл. Зажигания	+	+	+
Обход предыдущей функции при открытой двери		+	+
Включение габаритных огней на 30 - 60 сек. при снятии с охраны	Возможно		Возможно
Отключение звуковых сигналов подтверждения	+	+	+
Оперативное отключение звуковых сигналов подтверждения	+	+	+
Возможные дополнительные приспособления
Дистанционный запуск двигателя	Возможно	Возможно	Возможно
Дистанционное закрывание окон	Возможно	Возможно	Возможно
Двухзонный датчик удара с разъемным соединением	Возможно	Возможно	Возможно

В дополнение к изложенному материалу можно добавить, что на сегодняшний день все большее распространение получают автомобильные сигнализации с использованием систем безопасности спутникового слежения, с функцией гида-информатора. Эти системы позволяют не только осуществлять спутниковую GPS навигацию, спутниковое слежение и определение местоположения автомобиля, но и взаимодействовать с автомобильной системой GPS напрямую, не прибегая к услугам оператора.

Схема взаимодействия автомобильной системы оснащенной системой безопасности спутникового слежения с различными службами изображена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема взаимодействия автомобильной сигнализации.

Обобщая рассмотренный материал, уточним, что задачей дипломного проекта является используя наработки имеющиеся в области построения автомобильных сигнализаций, спроектировать автомобильную сигнализацию модульного типа с возможностью компоновки модулей для достижения любого заданного функционала устройства.

2. Разработка структурной схемы устройства

Структурная схема проектируемой автомобильной сигнализации изображена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Структурная схема автомобильной сигнализации

Осуществление контроля над угрозами пространство вокруг и внутри автомобиля условно разделим на две области.

Первая область - внешний периметр автомобиля будет контролироваться с помощью блока датчиков внешних воздействий. Также этот блок участвует в обеспечении сервисных функций не связанных непосредственно с защитой автомобиля.

Вторая область - внутренне пространство автомобиля контролируется при помощи блока датчиков контроля внутреннего пространства.

Сигналы от обоих описанных блоков поступают на блок обработки угроз, который в соответствии с заложенными пороговыми значениями для каждого датчика принимает решение о степени угрозы охраняемому объекту. Блок обработки угроз взаимодействует с центральным блоком управления сигнализацией. В проектируемой сигнализации блок обработки угроз и центральный блок управления сигнализацией распределены внутри автомобиля и осуществляют взаимный контроль функционирования. При попытке нарушения функционирования сигнализации и выводе из строя одного из указанных блоков другой подаст сигнал тревоги.

Для организации тревожных функций и функций предотвращения угона предусмотрены три блока.

Блок местного оповещения предназначен для действия непосредственно на месте нахождения охраняемого автомобиля путем звуковой и световой сигнализации для отпугивания злоумышленника и привлечения внимания окружающих. Блок работает в двух режимах в соответствии с оценкой угрозы. При решении о недопустимом нахождении в охраняемой зоне подается предупреждающий сигнал, а при решении, что происходит вторжение, блок местного оповещения включает сигнализацию всеми имеющимися средствами сигнализации.

Поскольку в момент попытки угона или повреждения автомобиля, его хозяин может находится вне зоны оповещения блоком местного оповещения. То в проектируемой автомобильной сигнализации используется еще и блок удаленного оповещения об угрозах. Результатом работы этого блока является передача информации по GSM модему указанному абоненту сотовой связи.

Третьим устройством для противодействия угону автомобиля служит блок контроля устройств автомобиля. Суть работы этого блока сводится к переводу некоторых узлов автомобиля нормальному функционированию без их повреждения. Так у автомобиля оборудованного автоматической коробкой передач, последняя может быть блокирована специальным управляемым замком. Блок контроля автомобиля также может препятствовать нормальной работе двигателя разрывая цепи искрообразования и т.д.

Единственным устройством, посредством которого можно произвести доступ к охраняемому автомобилю после его постановки на охрану а также саму постановку - служит пульт управления сигнализацией. Это устройство выполнено в виде автомобильного брелока. Как отмечалось ранее организация защиты команд от пульта управления сигнализацией к центральному блоку управления передачи является задачей по важности не уступающей задачам детектирования вторжения и противодействия ему. Также пульт управления сигнализацией служит для выполнения дополнительных сервисных функций, таких как открытие замков дверей, багажника, дистанционное включение двигателя для прогрева.

3. Разработка функциональной схемы устройства

Функциональная схема автомобильной сигнализации показана на рисунке 6. Функциональная схема брелока управляющего автомобильной сигнализацией показана на рисунке 7.

На функциональной схеме сигнализации используется 6 контактных датчиков: 4 датчика открытия дверей, датчик открытия капота и датчик открытия багажника. Также используется двух уровневый датчик удара, который позволит реагировать на разные уровни механического воздействия на автомобиль. Для контроля пространства в салоне автомобиля используется микроволновый датчик салона. Контроль над осуществлением питания компонентов сигнализации осуществляется с помощью датчика падения напряжения.

Сигналы от всех указанных выше датчиков подаются на вторичный микроконтроллер, который осуществляет функции соответствующие блоку контроля угроз (рисунок 5).

Вторичный микроконтроллер может запоминать рабочие уровни бортовой сети при включенном и выключенном двигателе, и для принятия решения о отключении питания использует усредненные данные за прошедшие несколько суток. Это защит от ложного срабатывания автомобильной сигнализации при длительной стоянке автомобиля.

Вторичный микроконтроллер соединен с центральным микроконтроллером. При этом вторичный контроллер передает на центральный коды соответствующие состоянию контролируемых датчиков, а также контролирует рабочее состояние центрального микроконтроллера. При нарушении работы центрального микроконтроллера, вторичный подает сигнал тревоги.

Центральный микроконтроллер производит управление устройствами такими как двигатель управления замками, блокиратор АКПП, блоком запуска и блокировки двигателя.

Также центральный микропроцессор принимает решение об уровне угрозы защищаемому автомобилю и запускает большинство механизмов защиты и оповещения.

К механизмам оповещения относятся сирена, GSM пейджер и передача состояния тревоги на брелок владельца. К механизмам защиты относятся блокировка АКПП и подача сигналов блокировки на блок запуска и блокировки двигателя.

Для связи с брелоком владельца используется приемно-передающее устройство. Функции шифрации передаваемых кодов возлагается на центральный микропроцессор. GSM пейджер используется для оповещения владельца в случае если брелок находится вне зоны передачи приемо-передающего устройства.

Рисунок 6 - Функциональная схема автомобильной сигнализации



Рисунок 7 - Функциональная схема брелока управляющего автомобильной сигнализацией

Функциональная схема брелока управления сигнализацией (рисунок 7) состоит из приемо-передающего устройства идентичного использованному в сигнализации. Для получения команд владельца используется клавиатура. Состояние автомобиля индицируется на индикаторе.

Формирование сигналов управления, обработку кодов состояния автомобильной сигнализации, а также кодирование передаваемой информации осуществляется микроконтроллером.

Используя представленную функциональную схему можно организовать следующий алгоритм функционирования автомобильной сигнализации (рисунок 8).

Согласно представленному алгоритму центральный микропроцессор автомобильной сигнализации постоянно находится в ожидании изменения состояния на своих входах (наступления события). При изменении состояния происходит их анализ и в соответствии с заданной программой вызывается требуемая процедура.

Единственным постоянным действием во время ожидания является периодическая проверка взаимного функционирования между центральным и вторичным микропроцессорами автомобильной сигнализации.



Рисунок 8 - Алгоритм работы автомобильной сигнализации

4. Разработка принципиальной схемы

4.1 Выбор центрального микропроцессора автомобильной сигнализации

На центральный микропроцессор возлагаются задачи принятия решения об уровне угрозе и соответствующей сигнализации. Для управления сиреной будет использоваться один порт ввода/вывода микроконтроллера. Для управления открытием и закрытием замков автомобиля также используется один порт ввода/вывода. Для управления блокировкой АКПП так же достаточно одного порта ввода/вывода. Управление этими мощными нагрузками питаемыми постоянным током будет осуществляться через транзистор обеспечивающий большое усиление по току.

Центральному микропроцессору также предстоит выполнять некоторые операции по управлению двигателем. Организация подобного управления потребует дополнительного схематического решения. Поэтому сам блок управления двигателем рассматривать не будем, а для управления им и получения от него кодов состояния зарезервируем 4 порта ввода/вывода.

Основной и самой ресурсоемкой задачей центрального микропроцессора будет организация защищенного канала обмена информацией между монтажным блоком установленным в автомобиле и брелоком управлении, а также организация удаленного оповещения посредством GSM пейджера. Поэтому в качестве центрального микроконтроллера выбран микроконтроллер B41-3. В своем составе этот микроконтроллер имеет криптомодуль, что позволит осуществить защиту канала передачи команд с высоким уровнем защиты.

Структурная схема микроконтроллера B41-3 приведена на рисунке 9. Основу микроконтроллера составляет 4-х контекстное 16-разрядное процессорное ядро B41-core. Кроме того, в состав микроконтроллера входят встроенное масочное ПЗУ объемом 2Кб (1K x 16), встроенное статическое ОЗУ объемом 64Кб (32K x 16), MAC-модуль, контроллер контекстных прерываний, блок таймеров, набор интерфейсов общего назначения и ряд специализированных модулей. Встроенное ПЗУ содержит начальный загрузчик с UART, отладочный монитор и программатор внешней Flash-памяти. MAC-модуль обеспечивает целочисленное умножение двух 16-разрядных чисел с получением 32-разрядного произведения, умножение с накоплением 48-разрядной суммы и целочисленное деление 32-разрядного делимого на 16-разрядный делитель. Блок таймеров содержит 4 программируемых 16-разрядных таймера, маскируемые генераторы прерываний с частотой 256Гц и 2Гц, а также сторожевой таймер. Программируемые таймеры тактируются входной тактовой частотой 2МГц и обеспечивают работу в режиме однократного и многократного счета. Сторожевой таймер обеспечивает перезапуск системы в случае сбоя программного обеспечения.

Набор интерфейсов общего назначения включает следующие узлы:

1) EMI - интерфейс внешней памяти (системная шина).

2) UART - асинхронный последовательный интерфейс.

3) PIO0…PIO3 - четыре 8-разрядных порта ввода/вывода общего назначения.

4) SPI - последовательный периферийный интерфейс.

5) PCM - последовательный интерфейс для звуковых приложений.

6) JTAG - JTAG-порт.

7) I2C - I2C-интерфейс.

Параллельные порты ввода/вывода могут быть запрограммированы на вход и на выход, при этом разряды, запрограммированные на вход, могут быть в свою очередь запрограммированы на генерацию запроса прерывания по изменению уровня входного сигнала.

В состав микроконтроллера входят следующие специализированные модули: RMI - интерфейс радиомодуля с 64-разрядным коррелятором кода доступа, CVSD - помехоустойчивый звуковой кодек, Crypto - криптографический модуль, совмещенный с пермутатором - узлом вычисления очередной рабочей частоты радиомодуля в режиме FHSS (скачкообразное изменение частоты).

Процессорное ядро B41-core оперирует с высокоуровневыми CISC-командами, которые интерпретируются на внутреннем RISC-подобном ядре. Такая архитектура позволяет получить компактный программный код, что даёт возможность использовать для его размещения Flash-память относительно небольшой емкости и, как следствие, уменьшить себестоимость конечного продукта.

Основные параметры B41-core следующие: разрядность шины данных 16, разрядность шины адреса 24 (архитектурный предел - 32), минимальный адресуемый элемент 16-битовое слово, размер сегмента 64К слов (128Кб), адресное пространство 16М слов (32Мб), число контекстов 4 (архитектурный предел - 15), количество сегментных регистров 6 на контекст, число тактов выполнения команды типа "регистр-регистр" 1.



Рисунок 9 - Структурная схема микроконтроллера В41-3

Поскольку основной режим работы микропроцессора В41-3 будет ожидание событий от датчиков или брелока управления, то очень важным является то что для оперативного обслуживания прерываний от периферийных устройств в процессорное ядро включен механизм контекстных прерываний с переключением полного контекста, включая указатель инструкций, указатель стека и регистр состояния. За счет исключения процедуры сохранения в стеке и последующего восстановления из стека контекста текущей задачи механизм контекстных прерываний обеспечивает максимально быструю реакцию на прерывания от периферийных устройств. Переключение на новую задачу осуществляется путем аппаратного переключения на новый контекст (блок регистров), при этом контекст текущей задачи остается без изменения. Возврат к ранее выполнявшейся задаче осуществляется аналогично - путем аппаратного переключения контекстных регистров.

Назначение выводов микроконтроллера В41-3 показано на рисунке 10.

Рисунок 10 - Назначение выводов микроконтроллера В41-3

4.2 Выбор вторичного микропроцессора

По замыслу проекта автомобильной сигнализации в монтажном блоке устанавливаемом в автомобиль используется два микроконтроллера, которые к тому же устанавливаются в разные места автомобиля. На второй микроконтроллер возлагаются функции опроса контактных датчиков, микроволнового датчика салона и датчика удара. Также этот микроконтроллер отслеживает состояние бортовой сети питания. Дополнительная защита организовывается взаимным контролем работоспособности центрального и вторичного микропроцессоров.

Из требований изложенных нами вторичному микроконтроллеру вытекает что для реализации этих функций достаточно простого микроконтроллера. В качестве вторичного микроконтроллера будем использовать микроконтроллер ADuC7022 на ядре ARM7TDMI компании Analog Device его структурная схема приведена на рисунке 11.

Рис. 11

На рисунке 11 Структурная схема процессора ARM7TDMI.

4.3 Разработка приемо-передающего устройства

Приемо-передающее устройства организуем на основе однокристальным приемопередатчика AT86RF211производства компании Атмел.

Рабочий диапазон приемопередатчика оптимизирован в полосе частот от 400МГц до 950МГц. Высокий уровень интеграции и гибкость конфигурирования обеспечивают возможность применения приемопередатчика в телеметрии, системах дистанционного управления, сигнализации, радиомодемах, системах автоматического контроля, ручных терминалах, высокотехнологичных игрушках и многих других приложениях. Двухсторонний обмен позволяет использовать прибор для защищенной передачи информации с проверкой и подтверждением её правильности. AT86RF211 легко конфигурируется для различных применений, в том числе для внешней фильтрации сигналов (ограничение полосы пропускания, улучшение селективности, фильтрации помех, изменения уровня и т.д.), изменения протоколов связи (одноканальные и многоканальные решения). AT86RF211 хорошо адаптируется для батарейных приложений, поскольку требуемый уровень питающего напряжения находится в пределе от 2.4В до 3.75В. Наличие режима пробуждения, перехода в активный режим по получению запроса от передатчика, способствует энергосбережению и увеличению срока работы от одного комплекта батарей.