XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Охранная сигнализация на базе конструктора Lego Mindstorms

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Токарев М.И. 1Шилов Р.Е. 1Жарынина В.К. 1Поляков А.В. 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни

Филинова Анна Владимировна 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни

Работа в формате PDF

0.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Системы охранной сигнализации играют решающую роль в защите домов и предприятий от потенциальных угроз. В контексте развития технологий и инноваций крайне важно изучить новые методы усиления мер безопасности. В данной исследовательской работе представлена ​​разработка демонстрационной системы охранной сигнализации с использованием универсальных возможностей конструктора Lego Mindstorms. Углубляясь в технические аспекты, типы, компоненты и принципы работы охранной сигнализации, это исследование призвано продемонстрировать, как Lego Mindstorms можно использовать для создания эффективного и образовательного решения по обеспечению безопасности.

Актуальность данного исследования заключается в объединении образовательных исследований с практическим применением в области систем охранной сигнализации.

Цель: создание демонстрационной сиcтемы охранной сигнализации на базе конструктора Lego Mindstorms

Задачи:

-Ознакомиться с техническими средствами охранной сигнализации

-Изучить виды охранной сигнализации

-Подробно исследовать составляющие

-Изучить принцип работы

-Создать проект используя набор Lego Mindsorms

-Запрограммировать проект в ПО Lego Mindstorms

-Провести презентацию проекта, основываясь на знаниях охранной стгнализации

Глава 1.Охранная сигнализация.

1. 1. Знакомство

Охранная сигнализация — это совокупность технических средств для обнаружения проникновения и подачи сигналов оповещения и извещения. Сигналы делятся на тревожные и служебные. Тревожный сигнал содержит информацию о проникновении, служебные — о "взятии" под охрану, "снятии" с охраны и другую.

Основная задача охранной сигнализации состоит в быстром оповещении владельцев имущества или специальной службы о возникновении чрезвычайного происшествия, с целью оперативного реагирования, чтобы предотвратить проникновение и обеспечить личную безопасность и защиту имущества. [1]

В современных условиях, когда элементы криминальной среды присутствуют во всех сферах деятельности, достаточно высок риск противоправных действий со стороны третьих лиц, когда техническая оснащенность злодеев зачастую шагает уже вперед, в 22 век, крайне важно идти в ногу со временем и использовать системы охранной сигнализации. Их несомненная польза была доказана множеством случаев, когда только благодаря им удалось сохранить имущество, и задержать нарушителя. Любой объект с расположенными на нём материальными ценностями нуждается в охране.

Преимущества, которыми отличается современная система сигнализации, следующие:

- Простота и удобство в управлении;

- Быстрая реакция программы на несанкционированное проникновение на охраняемый объект;

- Возможность оповещения о проникновении посредством SMS на мобильный телефон;

- Незаметность – в отличие от живой охраны, датчики могут быть расположены так, чтобы контролировать определенную зону, не бросаясь в глаза;

- Возможность работы 24 часа в сутки, без отключений;

- Низкая стоимость при многолетнем сроке эксплуатации;

- Беспристрастность – систему невозможно подкупить, или обмануть. Она всегда будет работать на благо своего владельца. [2]

1.2. Виды

Разберем какие виды сигнализаций существуют:

Индивидуальная охранная система

Такие охранные системы обладают возможностью передачи сигнала владельцу помещения на расстоянии: с помощью сообщения, вызова на телефон, отправки фото или видео. Данные охранные системы часто используются небольшими компаниями, а также для охраны квартиры, дачи и гаража.

Большая часть таких охранных систем оснащено GSM-модулем и работает с беспроводными устройствами. В случае срабатывания, устройство с GSM-сигнализацией включает звуковые и световые индикаторы и одновременно передает оповещение на номер владельца.

Среди плюсов средств можно выделить:

• оптимальную стоимость;

• возможность самостоятельной установки;

• возможность гибкой настройки системы;

• получение сигнала оповещения в случае;

• персональный доступ к системе охраны.

К недостаткам группы относятся:

• возможные сбои и выход из строя сигнализации в помещениях с минусовой температурой;

• возможные материальные риски;

• ложные тревоги;

• злоумышленники могут заглушить сигнал GSM системы или даже перерезать телефонные провода.

Автономная охранная система

Автономная охранная сигнализация пользуется большой популярностью за счет своей доступности и простому монтажу на объекте. Подходящий и готовый комплект оборудования можно найти в любом интернет-магазине и самостоятельно разместить датчики в помещении. Сигнал тревоги реагирует на:

• движение рядом с охраняемой территории;

• открывание двери и замков;

• вскрытие и повреждение окон и стекла.

При срабатывании сигнал тревоги не передается ни на какие-устройства, а работает наоборот локально, благодаря чему привлекает внимание за счет звуковых сирен и световых оповещателей.

Такие охранные сигнализации подходят для помещений с круглосуточной работой, например, магазины, гостиницы, рестораны и бизнес-центры.

Автономная охрана обладает следующими преимуществами:

• достаточно низкая стоимость;

• возможность самостоятельного монтажа;

• отсутствие платежа по абонентской плате за передачу сигнала охранной компании и экипажа быстрого реагирования.

Недостатком сигнализации является то, что вы полностью несете ответственность за работу датчиков. Если он не сработает, то вина будет лежать на вас. А также владелец помещения не получает никакого сигнала о несанкционированном проникновении в помещение и не узнает об этом, если никого не будет поблизости места преступления.

Пультовая охранная сигнализация

Пультовая охранная сигнализация является одним из популярных способов охранной сигнализации на сегодняшний день. Пультовую охрану используют для самых разных объектов: банки, бизнес-центры, офисы, магазины, социальные учреждения, ломбарды и ювелирные магазины.

В случае срабатывания сигнализации, кражи, взлома или поломки, при пожаре, ответственность несет охранная организация, а не собственник объекта.

К достоинствам пультовой охраны относятся:

• высокая надежность и эффективность сигнализации;

• отсутствие необходимости самостоятельной установки системы. На объект приедут специалисты, проведут монтаж системы и расскажут, как ей пользоваться;

• оперативный выезд службы охраны на объект при срабатывании сигнала;

• некоторые из систем включают в себя дополнительную конфигурацию: датчики пожарной охраны, утечки газа, дыма, протечки воды;

• страхование имущества при его порче;

• радиоканал почти невозможно заглушить.

Среди минусов выделяют:

• высокую цену оборудования (дороже чем предыдущие варианты);

• необходимость монтажа охранной системы специальными сотрудниками (ремонт при этом обычно не страдает);

• при неисправности системы необходимо обязательно оплатить ложный выезд экипажа охраны. [3]

1. 2. Компоненты и принцип работы

Охранная сигнализация включает в себя датчики, панель управления, сигналы тревоги и уведомления.

Датчики. Виды датчиков: (Рисунок 1.3.1, Приложения)

• Датчик движения (Рисунок 1.3.2, Приложения)

Работа датчика движения основана на анализе волн различных типов (акустических, оптических или радиоволн), поступающих на датчик из окружающей среды. В зависимости от типа используемого излучения датчики движения делятся на:

• инфракрасные,

• ультразвуковые,

• фотоэлектрические, в которых применяется видимый свет,

• микроволновые,

• томографические, где используются радиоволны.

• Датчик разбития стекла (Рисунок 1.3.3, Приложения)

Принцип работы датчика разбития стекла заключается в определении изменения давления с помощью датчика давления или микрофона. Когда стекло разбивается, возникают звуковые волны, которые микрофон или датчик давления регистрируют. Этот сигнал переводится в видимую или звуковую информацию, которая предупреждает о разрушении стекла. [4]

• Датчики открытия.

Это магнитоконтактные устройства, которые устанавливают на дверь и оконные створки. Они состоят из геркона (магнитоуправляемый контакт) и магнита. Одна из частей устанавливается на неподвижную часть оконного или дверного блока, вторая — на створке. Принцип работы датчиков охранной сигнализации этого типа предусматривает, что при нормальном положении части извещателя находятся в непосредственной близости друг от друга. При открывании двери или окна они разводятся, и геркон замыкается или размыкается, что вызывает срабатывание датчика.

Контрольная панель или контрольный прибор — важный элемент охранной сигнализации. Именно сюда поступает и обрабатывается информация с датчиков.(Рисунок 1.3.4, Приложения)

• Основные задачи прибора:

• Сбор информации.

• Анализ ситуации на объекте.

• Формирование и передача сигнала о текущем состоянии объекта на пульт (при наличии).

• Управление местными извещателями и датчиками при постановке/снятии с охраны .

От функционала контрольной панели зависит общий уровень возможностей всей ОПС.

Модуль оповещения

Модуль оповещения включает оповещатели — устройства с помощью которых сообщение или сигнал о выявленном тревожном событии. Они принимают управляющий сигнал с приемно-контрольным блоком и при срабатывании извещают охранные структуры, правоохранительные органы, владельцев, персонал охраняемого объекта.
Бывают такие типы оповещателей:

• Модули телеуправления. Обеспечивают передачу сигнала на диспетчерский пульт службы охраны или правоохранительных органов для вызова наряда.

• Модули GSM. Передают тревожные сигналы в виде смс на введенные в память сотовые телефоны.

• Световые. Обеспечивают оповещение людей на объекте о тревоге путем включения специальных фонарей или электрического освещения в охраняемых помещениях в мигающем режиме. В некоторых системах предусматривается поэтапное включение света в помещениях, что имитирует перемещение сотрудника охраны.

• Акустические. Представляют собой сирены пьезоэлектрического или динамического типа, которые включаются при срабатывании охранных датчиков.

• Свето-звуковые. Обеспечивают оповещение посредством одновременного включения сирены со световыми сигналами.[5]

В зависимости от функционала системы это может быть общее сообщение о тревоге на объекте или сигнал с указанием конкретного места и сработавшего датчика. Благодаря полученному сообщению служба охраны или наряд правоохранителей оперативно выдвигается на задержание злоумышленников. Кроме этого, система может оповещать о тревоге людей, которые непосредственно присутствуют на охраняемой территории. Для этого включаются сирены и световые сигналы.[6]

Приемно-контрольный блок выполняет еще одну важную функцию. В нормальном состоянии охранной системы он осуществляет периодический опрос подключенных извещателей. При выявлении неисправного или отключенного датчика ПКБ формирует соответствующий сигнал. Это позволяет поддерживать всю схему в рабочем состоянии и обеспечивать оптимальную защиту охраняемого объекта.[7]

Охранная сигнализация часто интегрируется с пожарной сигнализацией. Для этого датчики, регистрирующие незаконное проникновение на объект подключаются к общему ПКБ с пожарными извещателями.

Устройство «Тревога»

Предназначено для передачи сигналов посредством разных каналов связи (стационарный или мобильный телефон, радиопередатчик и т. д.). Этот прибор можно встроить в ПКП. (Рисунок 1.2.4, Приложения)

Мониторинг охранной сигнализации

Это удаленный контроль над состоянием системы охранной сигнализации.

При этом контроль может быть:

• постоянным;

• по запросу.

Реализация такой опции достигается использованием системы передачи извещений (СПИ), причем ее компоненты (модули) устанавливаются как на объекте, так и на стороне, где этот мониторинг осуществляется.

Характерными примерами организации такого наблюдения являются:

• пультовая охрана;

Глава 2. Охранная система на базе конструктора Lego Mindstorms

2.1. Создание проекта

Мы создали охранную систему на базе конструктора Lego Mindstorms(Рисунок 2.1.1, Приложения), которая включает в себя:

• Охраняемый объект (дом) (Рисунок 2.1.2, Приложения),

• Защитная дверь с датчиком (Рисунок 2.1.2, Приложения),

• Патрульная машина (Рисунок 2.1.3, Приложения),

Охраняемый объект был создан из кубиков Duplo. Разделен на две секции. Первая секция – домашняя, вторая секция охранная. (Рисунок 2.1.4, Приложения),

Охранная секция оснащена автоматической защитной дверью, которая работает от среднего мотора. Также встроен ультразвуковой датчик, который обнаруживает преступника, посылается сигнал на программный блок Ev3, далее мотор приводит в движение ременную передачу, после угловая зубчатая передача запускает систему рычагов, тем самым закрывая дверь. (Рисунок 2.1.5, Приложения)

Патрульная машина имеет второй блок Ev3. Работает от двух больших моторов. Для быстрого перемещения мы установили повышающую зубчатую передачу на колеса. (Рисунок 2.1.6, Приложения)

2.2. Создание программы

Мы запрограммировали наш проект в ПО Lego Mindstorms. Проект включает в себя две программы:

1. Для дома

2. Для оперативной службы

В первой программе запрограммировали ультразвуковой датчик и защитную дверь. Как только датчик среагировал на преступника, то есть расстояние стало ближе 8 см, отправляется сообщение на второй программируемый блок, отвечающий за оперативную службу. Далее срабатывает средний мотор, который закрывает дверь и воспроизводится звуковой сигнал. Чтобы открыть дверь, необходимо ввести код – нажать на кнопку EV3.(Рисунок 2.2.1, Приложение)

Вторая программа отвечает за оперативную службу. Значение полученного сообщения мы через шину данных выводим в переключатель в режиме «логическое значение». Если значение истинно, то автомобиль выезжает к дому, включает звуковой сигнал. Для того чтобы поехать обратно, необходимо нажать на кнопку блока машины. Если значение ложное, то автомобиль стоит на месте. (Рисунок 2.2.2, Приложение)

Заключение

Данная исследовательская работа успешно достигла своей цели по созданию демонстрационной системы охранной сигнализации с использованием конструктора Lego Mindstorms.

Путем всестороннего изучения технических средств, типов, комплектующих и принципов работы охранной сигнализации был разработан и запрограммирован функциональный проект с использованием программного обеспечения Lego Mindstorms.

Охранная сигнализация включает в себя датчики, панель управления, сигналы тревоги и уведомления.

Работа ультразвукового датчика основана на анализе волн поступающих на датчик из окружающей среды, тем самым реагируя на преступника. Контрольным модулем, а также модулем оповещения является блок EV3— устройство с помощью которого поступает сообщение и сигнал о выявленном тревожном событии. Наш проект демонстрирует пультовой вид сигнализации, что гарантирует оперативный выезд службы охраны на объект при срабатывании сигнала. Система оснащена дополнительной защитой в виде автоматической двери, реагирующей на датчик.

Наш проект можно использовать на уроках робототехники, а также для практического обучения в области технологий безопасности.

Список используемых источников

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Охранная_сигнализация

2. https://telecomsb.ru/old/statii/vazhnost-okhrannoy-signalizatsii.html

3. https://rustelematika.ru/blog/vidy-okhrannykh-signalizatsiy/

4. https://dzen.ru/a/X3BgTd8pLREJnD4C

5. https://infotech-k.ru/poleznoe/kak-rabotaet-ohrannaya-signalizacia

6. https://scontur.ru/blog/princzip-rabotyi-oxrannoj-signalizaczii

7. https://cerbergroup.ru/news/883/

Приложения