ALARMA ARDUINO CON SENSOR DE MOVIMIENTO, SIRENA Y AVISO AL TLF. MÓVIL: 9 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

Aquest projecte consisteix en una alarma bàsica que detecta presència, activa una sirena de 108dB i avisa a l’usuari mitjançant un SMS (opcional). Permet també el control remot bàsic per part de l’usuari a través d’SMS (encendit, apagat, reinici). El sistema NO NECESITA CONEXIÓ A INTERNET, és autònom i està pensat per a la instal·lació en llocs remots com a finques o cases de camp que no tingui aquests serveis.

Funcionament del sistema

- El sistema es activa mitjançant un interruptor principal senzill que pot estar ocult en qualsevol lloc, o simplement al costat dels mòduls de l’alarma. Aquest interruptor pot sustituir-se per un panell numèric amb pantalla d'encendit i apagat mitjançant clau, encara que és més difícil que un intrús s'enfronti a un interruptor petit escondit que un panell amb pantalla, per lo que he optat per la primera opció.

- Una vegada activat el sistema, l’usuari tendrà un temps determinat per salir de l’estància. Durant aquest temps, per indicar que l’alarma està en procés d’activació, un buzzer actiu (zumbador) emetrà un pitit d’avís cada segon, dos pitits per segon durant els darrers 10 segons, i una sèrie de 10 pitits corts l’últim segon. A partir d’aquest moment el sistema començarà la detecció.

- Per a la detecció de presència he utilitzat un sistema combinat de dos sensors (infrarrojos i microondas). ¿Per què dos sensors? El motiu és el següent: el sensor d’infrarrojos és molt efectiu, però és sensible a falses deteccions puntuals per punts calents com pot ser, per exemple, una ventana calentada pel sol. El sensor de microondes no té aquest problema, sense embargament, la seva detecció no queda limitada a una estància, funciona en totes les direccions i a través de les parades. Això pot causar falses deteccions per presència d’animals o persones fora de l’espai que volem controlar. Utilitzant els dos sensors combinats ens assegurem d'obtenir una detecció sense falles en l'espai que volem (una habitació, un pas, etc.)

- Quan el sistema detecta un intrús, la detecció es deté i comença una compte enrere de 15 segons. Una vegada transcurrit aquest temps, s’activarà la sirena, que sonarà de manera ininterrumpida durant un període de 30 minuts, a menys que es desactivi manualment. El motiu del retraso abans de l’activació de la sirena és permetre a l’usuari apagar el sistema mitjançant l’interruptor principal sense que suene la alarma (per exemple, quan torni a casa).

- Al mateix temps que s’activa la sirena el sistema envia un SMS a l’usuari indicant que s’ha activat l’alarma. El usuario entonces podrá deixar que suene, o enviar un SMS de vuelta para APAGAR la alarma o REINICIARLA. Si decidiu apagarla, podreu també ENCENDERLA de nou amb un altre SMS.

Subministraments:

S'han afegit els enllaços de forma orientativa, tots els elements es poden aconseguir en qualsevol tienda d'electrònica local o en diversos llocs web:

Alimentador 12VDC - 2A (Conversor 220VAC a 12VDC, 2000 mA)

Módulo Arduino Nano

Mòdul SIM800L amb antena

(2x) Mòdul MP1584 de regulació de tensió

Buzzer activo (zumbador)

Sensor detector de moviment per infrarrojos HC-SR501

Sensor de radar de microones RCWL-0516

Placa de muntatge PCB

Sirena Resistente para Exteriores 12 Vcc - 20 W

Cables de connexió electrònica variada

Rollo per cable telefònic

Soldador i aquest any per a connexions

Per al circuit d’activació de la sirena:

OPCIÓ A) Mòdul RELÉ 5V amb optoacoplador per a Arduino (aquest mòdul és suficient per activar la sirena sense necessitat de més elements).

OPCIÓ B) Construir el mòdul (si es vol construir el circuit per peces):

1. Relé 5V SPDT (model G5V-1) - (es pot utilitzar qualsevol altre tipus similar)
2. Transistor NPN 2N2222
3. Optoacoplador PC817
4. Diodo 1N5400
5. Resistències 68, 220, 2k, 10k

Pas 1: Estructura del Sistema

El conjunt consta de tres mòduls bàsics:

1. Mòdul de control: mòdul principal que inclou un microcontrolador Arduino Nano (pot utilitzar qualsevol altre model) que serà el cervell del sistema, i un mòdul SIM800L per a la connexió al vermell de telefonia mòbil.

2. Mòdul de sensors: combina un sensor de infrarrojos y un sensor de microondas para mayor precisión de la detección de presencia.

3. Mòdul d'activació de la sirena: un circuit senzill que permet activar la sirena d'alarma quan es rep l'ordre del mòdul de control.

Les connexions son les que em han decidit més adequades, encara que segurament es podran elegir configuracions més optimitzades. Igualment, en la part del codi probablement es troben moltes parts millorables o redundants. En qualsevol cas, el sistema funciona perfectament i està probat en la pràctica durant algun temps ja.

Pas 2: format de connexions

Els tipus de cable utilitzats per a les connexions del sistema son:

- Cable d'alimentació 0,75 mm (cable d'ús domèstic comú):

• Alimentació del mòdul de control.
• Alimentació dels mòduls Arduino i SIM800L.
• Alimentació del mòdul d’activació de la sirena.
• Parte del circuito de activación de la sirena que soporta mayor intensidad (aprox. 1.2A).
• Connexió des del mòdul d’activació de la sirena cap a la sirena.

- Cable Dupont (cable d’ús comú per a electrònica):

• Connexions dins del mòdul de control que no son d’alimentació.
• Part del circuit d’activació de la sirena que suporta baixa intensitat.

- Cable telefònic:

• Connexió a distància entre el mòdul de control i el mòdul de sensors.
• Connexió entre el mòdul de control i el mòdul d’activació de la sirena.

Pas 3: Alimentació del Sistema

En primer lloc, es necessita una alimentació adequada: corrent continu (DC) amb potència suficient tant per al consum del sistema en mode vigilància, com per quan s’activa l’alarma, el que suposa un consum molt major degut a la càrrega puntual del mòdul GSM (pic de potencia al enviar SMS) i, per suposat, a la sirena, que serà la càrrega més important.

Per al sistema se ha elegit una sirena de 108 dB, tensió d'alimentació de 12VDC, i consum de 1200 mA. Com aquest consum és el major que tindrà que suportar el sistema necessari com a mínim una font de 12VDC i 1.2A. Això es consiga utilitzant un senzill adaptador de corrent o “alimentador” (com els que es fan servir habitualment per cargar el telèfon mòbil); en aquest cas es fa servir un adaptador de 12VDC i 2A (ver llista de materials), amb la sortida es corta obtenint els dos cables d’alimentació principal del sistema. Aquests alimentaran al mòdul de control i al mòdul d’activació de la sirena.

Pas 4: Estructura Del Mòdul De Control

El mòdul de control, com ja s’ha comentat, consta d’un Arduino Nano que regirà el funcionament general, i un mòdul SIM800L amb la seva antena per a la comunicació amb l’usuari mitjançant SMS. Cada un d’aquests elements funciona amb un rang de voltatge específic pel que es requereix reduir els 12V d’alimentació general al valor requerit per cada un (7-12V per a l’Arduino, i 3.7-4.2V per al SIM800L). Per a ello, se han utilitzat utilitzat dos mòduls MP1584 de regulació de voltatge DC-DC que permeten ajustar el voltatge de sortida mitjançant un senzill potenciómetre controlat per un tornillo.

Step 5: Funciones Y Diagrama De Conexiones Del Módulo De Control

La placa programable Arduino Nano gestiona el funcionament del sistema, siendo la encargada de les següents funcions:

• Compte enrere d'encendit i senyal associat al buzzer.
• Activació i monitoreo de módulo de sensores.
• Gestió de la connexió a la vermella de telefonia mòbil i enviament i adquisició de dades SMS.
• Senyal d’activació i desactivació de la sirena.

El diagrama de connexions d’aquest sub-sistema es mostra en la imatge (el codi de programació de l’utilització es detalla més adelant).

Se añade también el detalle de conexiones entre la placa Arduino y el módulo SIM800L, completant amb això l’esquema del mòdul de control. Aquest mòdul requereix d’una targeta SIM per funcionar, que s’introdueix per la part posterior. En aquest projecte s’ha utilitzat una targeta preparant-se que es consigui fàcilment amb moltes companyies i és molt econòmica (en torn a uns 10 euros amb 10 euros de saldo, 0 euros recargable):

Targeta prepago Symio

Tarja prepago Pepephone

Tarjeta prepago Things Mobile

En qualsevol cas, si prefereix omitar aquest element de connexió al mòbil vermell, basta amb no afegir el mòdul SIM800L i les seves connexions. El sistema funcionarà de manera habitual utilitzant els altres elements i el mateix codi.

Step 6: Detalle De Conexiones Del Módulo De Sensores

El mòdul de sensors, com ja es ha descrit, consta de dos sensors de moviment (infrarrojo i microondes). El mòdul de control estarà programat per interpretar que ha detectat moviment només quan tots dos sensors generen senyal de detecció a la vegada, és dir, quan les salides d’ambdós són positius. Ante esta situación, el módulo de control enviará la correspondiente señal de activación de la sirena.

Pas 7: Descripció del codi

El codi de programació de la placa Arduino consta de 4 fitxers:

• Principal: “ALARM_SYSTEM.ino” (funcions estàndard de control Arduino (setup y loop) per al funcionament del sistema d'alarma).
• Cabecera: “alarm.h” (inclou la declaració de les classes alarm i sensor).
• Definicions: “alarm.cpp” (inclou la definició de mètodes de les classes alarm i sensor).
• Cabecera: “config.h” (inclou la definició dels paràmetres d’operació del sistema, alguns dels quals són modificables per l’usuari).

Tots els arxius estan inclosos en aquest apartat.

Per raons obvies, s’ha eliminat el número de telèfon real de la línia de codi 117 de l’arxiu de definició de funcions "alarm.cpp", on es mantindrà el telèfon genèric + PPxxxxxxxxx pel número de telèfon on es desitgen rebre els avisos, inclòs el codi de país (+ PP = codi de país, +34 per a Espanya), (xxxxxxxxx = número de telèfon de l’usuari que vulgui rebre l’avís).

Step 8: Módulo De Activación De La Sirena

Per últim, queda parlar del mòdul d’activació de la sirena. Aquest mòdul augmenta de la necessitat d’activar de forma electrònica el dispositiu d’alerta (sirena), fent-lo funcionar una vegada amb una alimentació adequada per al mateix.

Amb multes autodidàctics, es va optar per construir aquest mòdul per parts utilitzant components bàsics, sense obstants, es pot obtenir el mòdul complet a un preu molt reduït, sense necessitat de muntar el circuit (veure Subministraments en el pas 1). [ver imagen Relay 5V Arduino].

Construcció del circuit:

Quan el mòdul de sensors detecta moviment, el mòdul de control envia una senyal d’activació per fer sonar la sirena. Aquesta senyal, provinent de la placa Arduino, és de 5V (sortida estàndard de la placa) i de l’ordre dels 20mA. Per fer funcionar la sirena al seu nivell de treball nominal és necessari alimentar-se amb 12V i 1200mA. Es requereix, per tant, un circuit que permet alimentar la sirena directament des de l’alimentador de 12V quan es rep la senyal d’activació des del mòdul de control. Per a això es fa servir un relé, dispositiu electromagnètic que permet obrir o tancar el pas de corrent cap a una càrrega (en aquest cas, la sirena) depenent d’una altra senyal de control molt més dèbil (senyal d’activació). [Esquema 1].

Lamentablement, la sortida d'Arduino no proporciona corrent suficient per activar el relé, per la que aquesta configuració encara no és insuficient per activar la sirena, i s'ha d'afegir un segon element. S'utilitzarà, en aquest cas, un transistor NPN que augmentarà el corrent d'activació permetent així el funcionament del relé, i la entrega de corrent a la sirena. S'afegeix a més, com a protecció, un diode en paral·lel a la bobina del relé per evitar pics de corrent. [Esquema 2].

Finalment, per aislar el mòdul de control i protegir-lo de possibles pics o retorns provinents del mòdul d’activació, que maneja potències molt superiors, s’utilitza un optoacoplador. Aquest dispositiu utilitza llum per connectar dos circuits, mantenint-se separats físicament i, per tant, protegits de transferències de càrrega no deseades. La configuració definitiva del mòdul d’activació de la sirena es mostra en l’Esquema 3.

Pueden consultar explicacions detallades i molt clares i informació bastant completa sobre les connexions i elements utilitzats en aquest mòdul en els següents enllaços:

Introducció als reles (inventable.eu)

Control de relé mitjançant transistor (inventable.eu)

Optoacopladors (luisllamas.es)

Pas 9: Algunes imatges dels mòduls

Conclusió aquí la descripció del projecte d’ALARMA ARDUINO.

Espero que sea de utilidad e interés.