Автономная охранная система на Arduino + GSM22.03.2020 13:33

Друзья, разрешите представить проектик GSM сигнализации на Arduino. В сети довольно много проектов по типу «Arduino + модем + датчики», однако я часто вижу в них некоторую незаконченность (в особенности, с программной точки зрения): отсутствие гибкости в настройках и конфигурировании. В представленном решении я попытался сделать устройство максимально готовое к «боевым» условиям, предусмотрев все, что может понадобится среднестатистическому пользователю (на мой взгляд).

TL; DR программно и аппаратно задуманное реализовано, тест в реальных условиях запущен, исходники и бинарники опубликованы, корпус не осилил.

Устройство и характеристики

Устройство отправляет SMS при возникновении следующих событий:

открытие двери (герконовый датчик);
резкое изменение освещения (фоторезистор);
движение (PIR датчик);
выход температуры из заданного диапазона;
низкое напряжение батареи.

Пример SMS с событием.

Также, раз в сутки можно настроить время ежедневного отчета.

Питается устройство от 3-х батареек AA. Расчетное время работы ≥6 мес.

Настройка устройства, считывание логов событий и построение месячного графика температуры происходит с помощью утилиты (Python 2.7 + Tk + pyserial + matplotli).

Основное окно утилиты настройки.

Окно лога событий.

Окно лога температуры.

Сборка устройства

Себестоимость деталей устройства на момент публикации этой статьи составляет примерно 1000–1200 рублей (без учета заказа платы).
Для удобства сборки и надежности в эксплуатации лучше заказать плату. Китайские друзья с известного сайта предлагают сделать 10 штук с доставкой за ~$7, а иногда и меньше. Но всегда можно собрать и на макетке, как я и поступил с первым прототипом:

Прототип.

Arduino и совместимые модули были заказаны с aliexpress. Понадобятся:

Arduino Pro Mini 3.3v 8MHz (5v 16MHz is also acceptable, but requires different firmware);
MH-SR602 MINI Motion Sensor;
SIM800C (L) GSM Module;
CP2102 MICRO USB to UART TTL Module;
DS3231 RTC Module For Raspberry Pi;
3 AA battery holder With ON OFF Switch;
различная рассыпуха (резисторы, конденсаторы, зуммер и поч.).

В списке специально указаны названия, дающие нужный результат при вводе в поиск.

Схема устройства.

Для снижения энергопотребления с платы Arduino нужно обязательно удалить резистор светодиода питания и регулятор напряжения. Проект платы сделан в Ki-CAD.

Использование

После сборки и прошивки устройство требует загрузки конфигурации (с помощью утилиты).
При подключении к USB нормальная работа устройства приостанавливается, очередь неотправленных сообщений очищается.
При неудачной отправке SMS, устройство произведет повторную попытку через 2 минуты, затем через 5, 10, 20, дважды через 40 и затем каждые 12 часов.
После принятого звонка, он будет завершен через 3 минуты.
Звуковая сигнализация включается на 30 секунд.
События «открытие двери», «движение» и «изменения освещения» срабатывают не чаще, чем раз в 20 мин.
Если питание устройства отсутствует более 3 часов, то записанная история измерения температуры сбрасывается.

Локализация

Поддержаны два языка для программы конфигурирования и текста SMS: английский, русский. При желании не сложно добавить поддержку других языков: все локализуемые строки вынесены в отдельный файл (принимаю issue с реквестом, если приложите переводы всех строк).

Полевые испытания

Прошу прощения за эстетику монтажа.

Установка на входную дверь. Часть конструкции справа (непосредственно на самой двери) — магнит для срабатывания геркона.

На место постоянного использования (гараж) устройство было установлено 4 месяца назад. Для целей усиленного тестирования, функция расписания не используется (по каждому событию отправляется SMS). В среднем получается 5 SMS в день: два при входе в гараж (срабатывает датчик открытия двери и датчик освещения), два при выходе и один «ежедневный отчет». На текущий момент батареи (3x AA) держат напряжение 4.1в при включенном модеме.

Проблемы

За время эксплуатации температура в помещении понизилась с +10°С до -15°С и обнаружилась две проблемы.

Используемый PIR датчик начинает давать ложные срабатывания при низких температурах. При +5°С использование стало совсем невозможным: число ложных срабатываний превысило одно в день. Попытка замены датчика на другой проблему не решило, поэтому сейчас этот датчик временно отключен. Что с этим делать пока не понятно.
Датчик температуры, встроенный в DS3231 при -10°С и ниже начал сходить с ума: периодически выдает случайные значения, например,»-84°С» или »+115°С». Интересно, что RTC работает нормально. На текущий момент не понятно, проблема ли это конкретно моего экземпляра или нет. Жду для проверки второй идентичный модуль, при повторении с ним проблемы в устройство будет добавлен DS18B20.

В остальном полет нормальный.

Что дальше

В планах (когда-нибудь):

спроектировать и напечатать корпус;
подключить ESP-01 для конфигурации и просмотра логов через браузер с телефона.

Отладка

Отладочные сообщения выводятся в виртуальный COM на 250kbod. Нужно замкнуть на землю D12, чтобы отключить детекцию подключенного USB (чтобы устройство продолжало работу в нормальном режиме). Конфигурирование через утилиту продолжит работать нормально.

Ссылки

Репозиторий проекта: github
Доступны схема и плата в Ki-CAD, прошивка и исходники для Arduino, exe и исходники утилиты конфигурации.
Аналог с aliexpress: RF-V13