Беспроводной датчик открытия и закрытия с расширенным функционалом
Приветствую всех читателей Хабра и особенно читателей раздела «DIY или Сделай сам»! А не придумать ли чего нибудь такого-растакого, я же ардуиншик, мне можно,… главное тему управления лифтовыми кабинами не трогать :). После недолгих размышлений почему то захотелось сделать датчик открытия и закрытия. Данный датчик как и остальные мои поделки которые я делаю в последнее время базируется на чипах компании Nordic Semiconductor. Датчик решил делать в двух версиях, одну на чипе nRF52840, а вторую на чипе nRF52811.
Для версии на чипе nRF52840 был использован модуль E73_2G4M08S1C компании EBYTE, для верcии на чипе nRF52811 модуль MC50SFA компании MINEW. Чесно говоря поиски доступных чипов nRF52811 это было то еще приключение. Но в итоге этого приключения в устройстве модуль на чипе nRF52811 от компании MINEW и плюшки в виде нескольких вариантов чипов напаиваемых на эти модули — nRF52810 и nRF52832.
Основной функционал устройства это детектирование открытия и закрытия на основе герконового датчика. Схема герконового сенсора реазизована с антидребезгом.
Принципиальная схема:
Обдумывая чем бы было уместно разбавить основной функционал данного датчика открытия и закрытия, решил посмотреть а что же есть по этому поводу на рынке. Как оказалось практически ничего, датчик открытия и закрытия он и в Африке датчик открытия и закрытия. Наиболее «продвинутое» решение нашлось у компании REDMOND. В их BLE датчике (кстати тоже на чипе от компании Nordic) в дополнение к герконовому сенсору присутствует датчик температуры и емкосная кнопка реализованная на микросхеме TTP223. Но мне почему то это показалось не совсем удачным решением, чем полезны показания температуры около двери или окна(и что мешало ее мерять чипом) и в каких ситуация уместно использовать кнопку на датчике висящем на окне или двери(ну разве что входной :)). В итоге решил расширить охранные функции у моего датчика.
Основным критерием отбора было потребление дополнительных сенсоров, так как в данном датчике решено было использовать батарейку CR2032. Победителями среди кандидатов стали два датчика, акселерометр LIS2DW12 и датчик магнитного поля DRV5032FB.
LIS2DW12 на данный момент является наверное самым экономичным акселерометром. В режиме низкого потребления данный акселерометр потребляет 1 мкА (даташит). Так же просто отличные характеристики по потреблению показал датчик магнитного поля DRV5032FB. Его потребление составляет в районе 500нА (даташит).
Акселерометр было решено использовать в режиме датчика удара, а датчик магнитного поля по его прямому предназначению. Если за функционал датчика удара я был спокоен, то использование датчика магнитного поля все же является сильно экспериментальным решением, но все лучше чем датчик температуры.
Скетч к датчику делал в Ардуино ИДЕ из дополнительных библиотек была использована библиотека для акселерометра LIS2DW12, немного измененная мною в части дефолтных настроек регистров, в моем варианте она работает сразу с настройками самого низкого варианта энергопотребления(доступна на моем гите).
Немного опишу логику работы программы. В основном режиме работы датчик находится во сне с настроенными внешними прерываниями, всего 4 прерывания. Есть две конфигурации прерываний, конфиги перенастраивают прерывания в процессе работы программы в зависимости в каком состоянии находится герконовый датчик. Если дверь открыта то прерывания для датчика удара и датчика магнитного поля отключаются. Как только дверь закрывается прерывания для двух данных сенсоров активируются. Так же столкнулся с тем что во время открытия возникали ситуации когда датчик удара срабатывал раньше герконового датчика, это происходило от вибраций во время открытия замка. Данная неприятность фиксировалась только при настроенной высокой чувствительности акселерометра.
Для устранения этой проблемы было введено ожидание в 2 секунды при срабатывании акселерометра, во время которого мониторится пин герконового датчика. Если во время ожидания происходит изменение уровня на пине герконового датчика, то дальнейшая обработка события по прерыванию от акселерометра останавливается и начинается обработка события от геркона.
Датчик имеет режим конфигурирования. При нажатии на сервисную кнопку датчик просыпается по прерыванию, радиомодуль включается в режим прослушивания и ждет входящих команд с контроллера УД. Если команда получена, датчик записывает в память новое значение и переключается в рабочий режим сразу уходя в сон. Для отправки следующей команды процедуру активирования режима конфигурирования необходимо повторить. Если находясь в режиме конфигурирования датчик в течении 30 секунд ничего не получает то также по истечению этого времени переключается в рабочий режим и уходит в сон. Помимо режима конфигурации с сервисной кнопки можно запустить презентацию сенсоров датчика и заводской сброс настроек(датчик забывает сеть в которую добавлен, регистрацию датчика после сброса настроек необходимо пройти заново).
Для программирования датчика в Ардуино ИДЕ необходимо добавить поддержку следующих плат:
Программатор: st-link, j-link.
Полный список файлов проекта доступен на гите.
В качестве системы УД я уже давно использую Мажордомо. В данной статье буду описывать пример работы датчика в сети Майсенсорс через контроллер УД. В таком варианте данные с датчика отправляются через шлюз Майсенсорс в систему УД. В Мажордомо реализована поддержка протокола Майсенсорс в отдельном модуле. Модуль для скачивания и установки доступен в маркете дополнений системы УД в разделе «оборудование».
На данный момент реализация для УД Мажордомо наиболее полная, поддерживается:
Так же с Мажордомо можно использовать mqtt шлюзы Майсенсорс но уже не через модуль Майсенсорс, а через MQTT модуль.
В моем датчике сенсоры удара и магнитного поля передают только единицу при срабатывании и это оказалось небольшой проблемой. Модуль «Простые устройства» не поддерживает такие типы датчиков, есть конечно — общий датчик, но его кастомизация настроек сильно ограничена. При добавлении датчика неудобная проблемка заключалась в том что когда приходила очередная единичка с датчика мне нужно было запускать обратный таймер, что бы через интервал времени указанном в таймере в свойство объекта записывался ноль. Но так как всё работает через метод — «статус апдейт», то записывая ноль модуль майсенсорс получая новое состояние отправлял сообщение в сеть с этими данными на мой девайс, а смысла в этом ноль. Самым простым решением мне показалось добавить новый метод в котором будет передаваться состояние из свойства1 в свойство2 и запускаться таймер для записи в свойство2 ноля. Объект созданный в простых устройствах будет работать с свойством2, а в модуле Майсенсорс с свойством1.
Далее в метод статус апдейт нужного объекта необходимо добавить запуск таймера:
Видео с работой датчика в системе Majordomo и приложении Majordroid. Рекомендую посмотреть там по возможности показал работу основного функционала, ну и конечно ваши лайки и подписка будет особо бесценна для моего маленького домашнего канала, ну а нажав на колокольчик вы не пропустите видео с моими новыми датчиками ;).
Плата девайса была сделана с помощью программы ДипТрейс. Освоение этого редактора для разработки электроники когда то позволило сильно расширить мои возможности. Замечу что я не являюсь профессиональным электронщиком, мой стаж в домашней разработке плат года полтора-два. Всем кто делает свои устройства на макетных платах рекомендую попробовать освоить какой-нибудь редактор, ютуб полон видеомануалов.
Поддержка чипов nRF5 в Майсенсорс реализована на базе билиотеки Sandeep Mistry — arduino-nRF5. Но в этой библиотеке отсутствует поддержка чипов nRF52840, nRF52810 и совсем новых чипов nRF52811. Пришлось сделать форк и добавить поддержку для этих чипов, был сделан перенос и адаптация из SDK Nordic. Отсутствовала поддержка софтдевайс так как особой необходимости используя Майсенсорс в этом нет, и не было поддержки Порта1 для чипов nRF52840. Совсем недавно были объединены мои изыскания на эту тему и изыскания еще одного участника сообщества Майсенсорс и в итоге получилась поддержка nRF52840 уже с портом1, доступных пинов стало просто море.
Корпус для датчика разрабатывался в программе СолидВоркс, его тоже осваивал самостоятельно по урокам на Ютуб примерно год назад. Корпус был напечатан на SLA принтере ANYCUBIC FOTON. Качество и точность печати меня очень устраивает. Единственный минус это довольно бедный выбор УФ смол с которыми такие бытовые принтеры могут работать. Размеры устройства в корпусе: Длинна 43 мм, Ширина 26 мм, Высота 12.5 мм. Размеры корпуса с магнитом: Длинна 37 мм, Ширина 11 мм, Высота 12,5 мм.
Потребление датчика во сне составило от 4 мкА до 7 мкА, в зависимости от выбранного чипа. Потребление в режиме передачи данных составило 8 мА.
В датчике используется батарейка CR2032. Все замеры производились китайским «мультифайлером» 🙂 в виду отсутствия профайлера из за его довольно немаленькой стоимости :(.
Устройство можно повторить, воспользоваться написанным скетчем или написать свой. Для повторения датчика, все необходимое выложено на моем Гитхабе (гербер, код, модели корпусов).
Если кто то готов оказать помощь в написании ПО под протокол ZIGBEE, с радостью посотрудничаю.
Если вас заинтересовал данный проект, заходите в группу телеграмм, там всегда будет оказана помощь в освоении уже не только протокола Майсенсорс, но и Zigbee и BLE на nRF5, оперативно проконсультируют по всем вопросам по программированию nRF52 в Ардуино ИДЕ и не только в ней.
Телегам чат, где обитаю я и такие, как я — @MYSENSORS_RUS.
Датчик открытия двери: герконовый, беспроводной, магнитный, GSM детектор открывания и закрытия
Геркон на страже безопасности
Герконовый датчик, пожалуй, самый популярный среди всех тех, которые можно установить на входную дверь. Данные решения широко распространены практически во многих отраслях, но используют их и в охранных системах. Преимущество геркона в том, что это доступный, простой в монтаже и очень эффективный датчик, который реагирует на открытие двери, ворот, люков, окон – любых движущихся конструкций.
Раньше для этих целей применяли электромагнитные реле, однако эти устройства не справлялись с поставленными задачами – у них слишком низкая скорость переключения. Кроме этого, трущиеся детали ускоряли износ контактов, что приводило к отказам реле. Но после создания герконов о реле позабыли.
Применение
Датчик открытия двери магнитоконтактного типа или же геркон может реагировать на замыкание или размыкание подвижных частей, которые предоставляют доступ в помещение. Данные вещатели располагают внутри строений, они незаметны для глаз, работа их практически безотказна – с помощью миниатюрных датчиков обеспечивается надежная защита удаленных объектов.
При помощи таких датчиков появляется возможность практически без серьезных вложений средств организовать в квартире или коттедже эффективную охранную систему. Установить такой датчик открытия двери можно где угодно – на сейфах, витринах магазинов, внутри квартир на стальных дверях.
Плюсы и минусы
У герконовых датчиков есть свои преимущества и недостатки. К плюсам относят:
Принцип работы
Геркон представляет собой герметичный переключатель. Его контакты изготовлены из специального феромагнитного сплава.
Принцип действия основан на использовании сил взаимодействия, которые действуют на два феромагнитных тела в магнитном поле. Данные силы заставляют пружинные контакты деформироваться и перемещаться до их соединения – так работает датчик закрытия двери. Когда создается магнитное поле определенной силы, то концы пружин притягиваются и замыкаются. Когда сила магнитного поля снижается (две части датчика разъединяются), то пружины разжимаются и контакт будет разорван, в результате чего срабатывает сигнализация.
В цепи охранной сигнализации пропускается постоянный электрический сигнал – он проходит через датчик открывания двери. Также может использоваться и постоянное магнитное поле. По стандарту порог срабатывания геркона может настраиваться от 30 до 50 мм. Если открыть дверь на расстоянии 30 мм, то на пульт сигнализации поступит сигнал о том, что контакты магнитного датчика разорваны.
Конструктивно данные извещатели исполняются в минимальных размерах. Датчик предоставляет собой два блока магнитных реле в пластиковом корпусе. Датчик открывания двери покрывается двойным слоем изоляции – это помогает исключить ложные срабатывания.
Внутренняя работа датчика открытия двери
Хотя существует несколько различных типов охранных датчиков открытия, большинство из них используют геркон и магнит, чтобы определить, когда дверь открыта или закрыта.
Герконы используются в бесчисленных устройствах, от дверных звонков до ноутбуков, и полагаются на набор электрических элементов. Переключатель замыкается, когда две части расположены близко друг к другу, а когда, две части разделяются, то происходит к разрыву электрического цепи.
Когда вы добавите датчик открытия двери в вашу домашнюю охранную систему, устройство будет поставляться с обеими частями: геркон и магнит. Один элемент крепится к дверной коробке, а другой – параллельно первому элементу на самом дверном полотне. Две части создают замкнутый контур, когда дверь закрыта. Когда дверь открывается, магнит и переключатель разъединяются, разрывая цепь. Когда цепь разрывается, центральная панель управления фиксирует этот факт и действует по заданному сценарию.
Установка датчиков открытия двери
Извещатель открытия двери просты в установке. С помощью хорошего сильного клея (или двухсторонней клейкой ленты), прикрепите одну часть датчика к двери, а другую – к коробке. При этом магнит крепится на дверном полотне, а геркон с подключаемыми проводами (если извещатель проводной) на раме, при этом провода можно спрятать за дверными откосами.
Датчик лучше располагать ближе к краю двери (на противоположной стороне от петель) и желательно в самом верху, чтобы исключить случайное сбитие.
Правильный монтаж датчика открытия двери
Две части должны монтироваться прямо рядом друг с другом, с небольшим промежутком между ними. Если они расположены слишком далеко или не параллельны друг другу, части не смогут взаимодействовать, что приведет к не взаимодействию геркона и магнита.
Датчик открытия гаражных ворот
Хотя они не так распространены, как обычные охранные магнитоконтактные извещатели, датчики гаражных ворот могут многое сделать для системы домашней безопасности. Есть два способа обнаружить открытие двери гаража: со стандартным датчиком открытия двери или с датчиком рулонных или подъемных ворот.
Стандартный датчик работает так же, как и на любой другой двери. Две части установлены рядом друг с другом, одна на воротине и другая на стене рядом с воротами. Когда ворота гаража подняты или распахнуты, цепь размыкает и включает сигнализацию
Датчик угла немного отличается. Вместо того, чтобы работать с использованием двух частей, такой датчик является автономным устройством. Они предназначены для обнаружения изменения угла. Когда дверь гаража закрыта, датчик находится вертикально, когда ворота открываются, датчик перемещается вверх вместе с дверью, и это изменение угла приведет к срабатыванию датчика для включения тревоги.
Применение и особенности установки
Датчик двери в рабочем состоянии
Датчики типа геркон устанавливаются на подвижные или неподвижные части контролируемых объектов (дверей, в частности), предоставляющих доступ в помещение. Они гарантируют надежное срабатывание охранного оборудования при попытке проникновения в строения. Для нормального функционирования системы потребуется подать на нее электрическое питание от местной проводной линии.
За счет установки разветвленной сети герконовых датчиков удается организовать надежную охранную систему по всему дому, обойдясь минимумом затрат. Устанавливать эти элементы можно где угодно – на стеклах витрин, на дверцах сейфов, а также внутри квартир на входных дверях. К особенностям их монтажа относят обязательность размещения на внутренних поверхностях объектов. В продвинутых моделях датчиков предусмотрено их срабатывание с одновременным оповещением по мобильному телефону.
Популярные производители
Прибор фирмы REDMOND – высокотехнологичное устройство для охраны помещений
Среди известных моделей герконовых датчиков, используемых для контроля состояния дверей выделяются следующие образцы:
К той же серии относится “умный” герконовый датчик SkyGuard RG-G31S. Этот миниатюрный, но технологичный прибор фирмы REDMOND гарантирует невозможность бесконтрольного взлома и сохранность находящегося в доме имущества. Датчики используются для дистанционного контроля состояния дверей и окон на следующих объектах:
Кроме того, они применяются для контроля состояния секретных шкафов, тайных ящиков и сейфов.
“Умный” герконовый датчик от производителя REDMOND работает синхронно с мобильным приложением Ready for Sky Guard. При обнаружении каких-либо перемещений в квартире, сопровождающихся открытием дверей, он немедленно посылает оповещение на смартфон.
Разновидности
Устройство работает по принципу размыкания, либо замыкания линии, передающей электричество. Напряженность магнитного потока задает замкнутое или разомкнутое положение. Примечательно, что не важно, откуда возникает магнитное поле. Оно может появляться как от электромагнита, так и постоянного магнита.
Намагничивание в устройстве начинает происходить тогда, когда под действие попадают силовые линии. После этого, сила упругости преодолевается и притягивает контакты друг к другу. В итоге цепь замыкается.
В таком состоянии датчик будет находиться до тех пор, пока будет оставаться магнитное поле. После прекращения воздействия силовых линий контакты размыкаются. Чтобы произошло следующее замыкание, необходимо, чтобы создалось поле вокруг устройства снова.
Исходя из этого, специалисты считают геркон переключателем.
Рекомендации по защите
Если подключается герконовый датчик своими руками, то нужно учесть следующие моменты:
Использование датчиков открытия двери
Сегодня уже недостаточно просто установить хорошую и надежную металлическую бронированную дверь. Современные воры находят подходы и применяют интеллектуальные решения для вскрытия любых замковых систем.
Для того, чтобы чувствовать себя в полной безопасности, дверную конструкцию оснащают дополнительными защитными системами – это могут быть и простые сигнализации с минимальным набором функций или же мощные и серьезные охранные комплексы. И в простой системе, и в сложной есть одна общая деталь – это датчик открытия двери. Данные приспособления проверены временем и могут служить своему владельцу очень долго. Это доступный способ защиты квартиры или дома от взлома и незваных гостей.
Сегодня рынок охранных систем предлагает множество подобных устройств. Это традиционные проводные решения или же беспроводные. Также популярны сегодня GSM устройства. Поговорим о том, как выбрать подходящий датчик, как они работают, узнаем их особенности монтажа.
Геркон на страже безопасности
Герконовый датчик, пожалуй, самый популярный среди всех тех, которые можно установить на входную дверь. Данные решения широко распространены практически во многих отраслях, но используют их и в охранных системах. Преимущество геркона в том, что это доступный, простой в монтаже и очень эффективный датчик, который реагирует на открытие двери, ворот, люков, окон – любых движущихся конструкций.
Раньше для этих целей применяли электромагнитные реле, однако эти устройства не справлялись с поставленными задачами – у них слишком низкая скорость переключения. Кроме этого, трущиеся детали ускоряли износ контактов, что приводило к отказам реле. Но после создания герконов о реле позабыли.
Применение
Датчик открытия двери магнитоконтактного типа или же геркон может реагировать на замыкание или размыкание подвижных частей, которые предоставляют доступ в помещение. Данные вещатели располагают внутри строений, они незаметны для глаз, работа их практически безотказна – с помощью миниатюрных датчиков обеспечивается надежная защита удаленных объектов.
При помощи таких датчиков появляется возможность практически без серьезных вложений средств организовать в квартире или коттедже эффективную охранную систему. Установить такой датчик открытия двери можно где угодно – на сейфах, витринах магазинов, внутри квартир на стальных дверях.
Принцип работы
Геркон представляет собой герметичный переключатель. Его контакты изготовлены из специального феромагнитного сплава.
Принцип действия основан на использовании сил взаимодействия, которые действуют на два феромагнитных тела в магнитном поле. Данные силы заставляют пружинные контакты деформироваться и перемещаться до их соединения – так работает датчик закрытия двери. Когда создается магнитное поле определенной силы, то концы пружин притягиваются и замыкаются. Когда сила магнитного поля снижается (две части датчика разъединяются), то пружины разжимаются и контакт будет разорван, в результате чего срабатывает сигнализация.
В цепи охранной сигнализации пропускается постоянный электрический сигнал – он проходит через датчик открывания двери. Также может использоваться и постоянное магнитное поле. По стандарту порог срабатывания геркона может настраиваться от 30 до 50 мм. Если открыть дверь на расстоянии 30 мм, то на пульт сигнализации поступит сигнал о том, что контакты магнитного датчика разорваны.
Конструктивно данные извещатели исполняются в минимальных размерах. Датчик предоставляет собой два блока магнитных реле в пластиковом корпусе. Датчик открывания двери покрывается двойным слоем изоляции – это помогает исключить ложные срабатывания.
Популярные датчики для охранных систем
Среди тех, кто занимается монтажом охранного оборудования, под герконом понимают герметичный контакт. СМК – так называются магнитоконтактные сигнализаторы.
Чаще всего применяют ИО 102-20 – это стандартное решение, где расстояние между контактами в замкнутом состоянии составляет 24 мм, а в разомкнутом 70. Данный магнитный датчик открытия комплектуется кабелем длиной 350 мм и толщиной 3,5 мм. Одна его часть устанавливается на двери.
Существуют и другие типы подобных датчиков – различия среди них сугубо конструктивные. Так, они могут различаться разным типом защиты корпуса, порогом срабатывания.
Преимущества и недостатки герконовых датчиков
Так или иначе, герконовые реле лежат в основе любых современных дверных охранных систем. У них есть некоторые недостатки и преимущества.
Так, преимуществом считают компактную конструкцию, которая позволяет установить данный элемент где угодно. Также среди плюсов выделяют высокую герметичность – это особенно важно, если в помещении повышенная влажность. Кроме этого, отмечают высокую скорость срабатывания реле, его долговечность.
Есть и недостатки. Самый значительный – это прочность. При механическом воздействии устройство просто выйдет из строя. Кроме этого, датчик закрытия двери реагирует на магнитные поля, которые расположены рядом с ним. При воздействии на геркон высокого тока цепь может непроизвольно размыкаться.
Беспроводные решения
Многие сегодня стараются использовать беспроводные технологии. В охранных системах также замечена эта тенденция. Удобство беспроводных сигнализаций заключается в отсутствии проводов. Все элементы системы соединяются по специальному протоколу с пультом системы.
Беспроводной датчик открытия двери представляет собой все тот же геркон. Конструкция состоит из модуля связи, в котором и размещается герконовое реле с разомкнутыми контактами. Вторая часть представляет собой магнит, который замыкает контакты реле.
Радиопередающий модуль рекомендуют крепить на дверной раме, а магнит – непосредственно на двери таким образом, чтобы в закрытом состоянии двери он находился напротив радиопередающей части и смог замыкать контакты магнитного реле. Принцип работы данного датчика закрытия двери основан на герконовом реле. Когда двери открываются, цепь разрывается, контакты размыкаются – на главный модуль или же центральный GSM-блок подается тревожный сигнал. Также о тревоге может предупредить световой индикатор. Он же сообщит о том, что пора заменить элементы питания устройства.
Зазор, при котором данное устройство сработает, начинается от 10 мм и может составлять до 20 мм. Прибор работает на частоте 433 МГц, а радиус его действия — до 150 м в режиме прямой видимости на открытом пространстве. Питается данный беспроводной датчик открытия двери от батарейки с напряжением 12 В. Этой батареи прибору хватит на два года беспрерывной работы.
Это типовой датчик открывания двери. Все устройства имеют примерно одинаковые технические характеристики. Подбирать их следует исходя из конкретной ситуации.
Дверная сигнализация GSM
На рынке существуют и такие устройства. Они серьезно отличаются от полноценных беспроводных охранных сигнализаций. Данное устройство чрезвычайно простое, но при этом может надежно защитить имущество.
Устройства представляют собой GSM датчик открытия двери – это специальный контроллер, оснащенный GSM-модулем. В случае, если сработает датчик, контроллер отправит SMS владельцу жилья. Этот простой прибор можно установить практически везде, где есть две створки. В основе работы лежит все то же герконовое реле.
Для управления данным охранным аппаратом производители предлагают несколько SMS команд, которые позволяют выключать или включать систему, устанавливать объект на охрану, вводить номер для отправки SMS. Некоторые модели могут иметь режим прослушивания того, что происходит, например, в квартире – этот режим также можно запустить при помощи SMS-команд.
Для того, чтобы закрепить сигнализацию, производитель предусмотрел специальную липучку. Это упрощает многократный монтаж/демонтаж прибора. При монтаже нужно внимательно выставить расстояние от контроллера до магнитного датчика – порог срабатывания сигнализации равен 10 мм.
Как видите, с помощью таких датчиков открытия двери можно надежно защитить входную дверь и квартиру, частный коттедж или любой другой объект.