GSM Kontrollü Akıllı Ev Otomasyonu

Transkript

1 6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), May 2011, Elazığ, Turkey GSM Kontrollü Akıllı Ev Otomasyonu B. Cincirop 1, F. Vatansever 2 1 Düzce Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi, Düzce/Türkiye, bariscincirop@hotmail.com 2 Uludağ Üniversitesi, Bursa/Türkiye, fahriv@uludag.edu.tr GSM Controlled Intelligent Home Automation Abstract Parallel to the technological developments, the structure of the industrial practices have been changing and developing. In this study; as an intelligent home automation practice, central heating boiler, oven, irrigation and lightening system in a house shall be worked and terminated by an SMS being sent to the mobile phone connected to the control system in an definite format. Through gas sensor in a house, gas leakage shall be detected and a warning message shall be sent to the number asked by the control system. Similarly, in the case that the door and windows of the house are opened without permission, this shall be detected by the control system and warning message shall be sent to the given number. In this way, the remote control of a house shall be carried out by sending short messages via GSM network. Key words GSM, SMS, home automation I. GİRİŞ GSM şebekelerinin kurulması ve cep telefonu kullanımının hızla yaygınlaşması, ev otomasyonu sistemlerinin de bu şebekeye dahil edilmesi fikrini gündeme getirmiştir. GSM sistemi üzerinden kontrol iki şekilde yapılabilmektedir. Bunlardan birincisi, cep telefonuyla evdeki GSM uyumlu bir sistemin aranıp istenilen işlemlerin telefon üzerindeki tuşlara basılarak yaptırılması; ikincisi de GSM şebekesinden kısa mesaj göndererek evdeki cihazların kontrol edilmesidir[1-2]. Ev otomasyon sistemlerinin hızla gelişmesi ve sisteme bağlanacak cihazların fonksiyonlarının çeşitliliğinin artması, kontrol sistemlerini de buna uygun hale getirilmesini gerektirmektedir. Bunun sonucunda da denetleyici kontrollü sistemler geliştirilmiştir. Bu sistemler, temel olarak iki yönteme dayanarak çalışmaktadırlar. Birincisi, denetleyici olarak evlerde kullanılan kişisel bilgisayarlardır [3-5]. İkincisi de sistemlerin bilgisayardan ayrı, mikrodenetleyici kontrollü olmalarıdır[6-11]. Bu çalışmada GSM şebekesi üzerinden kısa mesaj gönderilerek kontrol edilen akıllı ev otomasyonu sistemi tasarlanmıştır. İlk olarak çalışmanın teknolojik altyapısını oluşturan SMS, PDU, AT komutları, CCS C programı ve PIC16F877 mikrodenetleyicisi hakkında özet bilgiler verilmiş, daha sonra da GSM kontrollü akıllı ev uygulamasının tasarım aşamaları sunulmuştur. II. UYGULAMANIN TEKNOLOJİK ALT YAPISI Gerçekleştirilen akıllı ev otomasyonu sisteminin alt yapısını oluşturan temel teknolojiler ve teknik bilgiler aşağıda özetlenmektedir. a) SMS SMS (Short Message Service - Kısa Mesaj Servisi), GSM abonelerine karakterlerden oluşan, metin tabanlı mesajların gönderilip alınabilmesine imkân veren, kullanımı oldukça kolay bir servistir. Cep telefonunda metinsel olarak yazılan mesajlar, genellikle PDU (Protocol Description Unit) adı verilen bir formata dönüştürülür, göndericinin ve alıcı kişinin numaraları ile kısa mesaj servis merkezi (SMSC) numaraları eklendikten sonra mesaj gönderilmeye hazır hale gelir. Cep telefonundan gönderilen mesaj, önce numaranın bağlı olduğu kısa mesaj servis merkezine (SMSC) gider. Kısa mesaj ağ geçidi (SMS- Gateaway), SMSC den mesajı alır, mesajın yönlendirilmesi için gerekli bilgileri Merkezi Konum Kaydı (HLR) dan edinerek mesajı, alıcının o anda bağlantıda olduğu Mobil anahtarlama merkezi (MSC) ye gönderir. MSC; mesajı, alıcının bağlı olduğu baz istasyonuna yönlendirir. Baz istasyonundan da mesaj alıcıya ulaştırılır (Şekil 1)[12]. SMSC b) PDU G/IWMSC HLR SS7 VLR MSC Şekil 1: SMS ağ elemanları ve mimarisi. BSS Cep telefonu ile gönderilen kısa mesajlar genellikle PDU formatındadırlar. Örneğin MERHABA metni PDU formatına dönüştürülürken; öncelikle mesajın her harfinin ASCII kodu 7 bit olarak iki tabanında yazılır. İlk 7 bitin başına, bir sonraki 7 bitin en anlamsız biti (LSB) eklenerek 8 bit haline getirilir ( = ). Daha sonra ikinci 7 bit de kendisinden sonraki bit dizisinin en anlamsız iki biti alınarak 8 bit lik hale getirilir. İşleme bu şekilde devam edilerek Tablo 1 deki gibi mesaj metninin PDU formatındaki hali elde edilir. Eğer mesajın uzunluğu tüm harfler için 8 bitlik diziler oluşturacak şekilde değilse, bu işlem en son kalan bitlerin başına 1 veya 0 eklenerek yapılır[13]. Gönderilecek SMS veri paketinde metnin yanında, SMS numarası, mesaj gönderilecek telefon numarası ve mesajın uzunluğu gibi ek bilgiler de bulunmaktadır (Tablo 2). 129

2 Yer değişimi sonucu 8 bitlik değer Yer değiştirecek bitler bitlik ikili değer B. Cincirop, F. Vatansever Tablo 1: PDU dönüşüm örneği. Mesaj M E R H A B A ASCII kodu On altılı değeri CD A Tablo 2: PDU formatı. PDU bilgisi Tanımı Formatı Açıklaması 07 SMSC bilgisi Hex-octet 7 bit uzunluğu 91 SMSC nin Hex-octet Uluslararası kod adresleme tipi SMSC numarası Decimal-semi octets B Gönderen/Alıcı Hexadecimal 11 numara uzunluğu Gönderen/Alıcı Desimal AA Mesaj uzunluğu Hexadecimal 7 CDA Mesaj bilgisi PDU kodlanmış MERHABA c) AT Modem Komutları AT komutları, modemleri konfigüre ve kontrol etmek için kullanılan asenkron seri haberleşme komutlarıdır. AT komutları, mikrodenetleyici veya klavyeden doğrudan girilerek #use rs232 (baud=19200, xmit=pin_c6, rcv=pin_c7, parity=n, stop=1,bits=8, stream=gsm,errors) void main() { fprintf(gsm,"at+cmgs=20"); delay_ms(200); fputc(0x0d,gsm); delay_ms(1000); fprintf(gsm," c aa07edb21c1d "); fputc(0x1a,gsm); } modeme gönderilmektedir. Komutlar; modemin onları tanıyabileceği şekilde yazılmalı, her zaman AT veya at ile başlamalı ve bittiğinde de enter bilgisi gönderilmelidir. d) Siemens At Komut Seti Siemens AT komutları; genellikle her Siemens modeminde kullanılabildiği gibi bazı modellerde farklılık gösterebilmektedir. Bazı Siemens AT komutları ve açıklamaları Tablo 3 te verilmektedir. Tablo 3: Siemens modellerinde en sık kullanılan AT komutları. Komut Açıklaması AT+CSMS AT+CPMS AT+CMGL AT+CMGR AT+CMGS AT+CMSS AT+CMGW AT+CMGD AT+IPR AT+CMGF AT+CSCA Mesaj servisi seçimi SMS hafıza seçimi SMS leri listeler Bir SMS okur Bir SMS gönderir Hafızada kayıtlı bir SMS yi gönderir Hafızaya bir SMS yazar Hafızdaki bir SMS yi siler Modem seri haberleşme hızını ayarlar SMS gönderim/alım modunu sorgular Mesaj merkez numarasını sorgular e) CCS C Programı ve Derleyicisi PIC mikrodenetleyicilerini programlamak için Assembly, Pic Basic Pro, JAL, MicroC ve CCS C gibi birçok programlama dili mevcuttur. Bu çalışmada programlama dili olarak, derleyicisi ve dili kolay anlaşılabilir olan CCS C[14] programlama dili kullanılmıştır. CCS C derleyicisi PCB, PCM ve PCH olmak üzere üç değişik derleyiciden oluşur. Bu derleyicilerden PCB 12 bit lik, PCM 14 bit lik ve PCH ise 16 ve 18 bit lik PIC denetleyiciler için kullanılmaktadır. Bu çalışmada kullanılan PIC16F877A 16 bitlik bir denetleyicidir ve dolayısıyla yazılan program PCH da kodlanmış ve derlenmiştir. f) CCS C ile AT Komutlarının Mikrodenetleyici ile Modeme Gönderilmesi Aşağıdaki örnek programda mikrodenetleyiciyle cep telefonu modemine Merhaba mesajı gönderilmektedir. Programda seri port ayarları #use rs232 fonksiyonu ile yapılmıştır. fprint fonksiyonu içine yazılan AT+CMGS=20 AT komut kümesi, mikrodenetleyicinin seri portu üzerinden modeme gönderilmiştir. Bu komut ile modeme 20 karakterlik PDU formatındaki mesajın göndereceği bildirilir. AT komutu gönderildikten sonra komutun işlerlik kazanması için Enter komutunun da gönderilmesi gerekir. Enter komutu gönderildikten sonra modemin bu işlemi yapabilmesi için bir süre beklenmelidir. Modemle AT komutları ile mesaj göndermek için mesaj yazıldıktan sonra simgesinin de modeme gönderilmesi gerekir. Bu programda simgesi fputc(0x1a,gsm) komutu ile gönderilmiştir. III. SİSTEMİN YAPISI Gerçekleştirilen çalışmada bir kontrol kartı tasarlanarak ev ortamında çeşitli cihazların kontrolü yapılmıştır. Kontrol kartı; i. Besleme katı, 130

3 GSM Kontrollü Akıllı Ev Otomasyonu ii. Mikrodenetleyici, iii. LCD ekran, iv. Gerçek zamanlı tarih ve saat, v. 3 adet röle çıkışı, vi. Seri port bağlantı noktası, vii. Giriş bağlantı noktaları, viii. Cep telefonu bağlantı noktası kısımlarından oluşmaktadır(şekil 3). Şekil 5: PIC16F877A pin konfigürasyonu[14]. a) Besleme Katı Şekil 3: Sistemin blok diyagramı. Besleme katı; mikrodenetleyicinin, LCD ekranın, RTC entegresinin ve gerekli zamanlarda cep telefonunun besleme gerilimlerini sağlamaktadır. Besleme katı devresi Şekil 4 te gösterilmiştir c) LCD Ekran Bu çalışmada HD44780 tabanlı 2*16 karakter paralel LCD ekran kullanılmıştır. Şekil 6 da tasarlanan sistemde kullanılan LCD ekranın bağlantıları görülmektedir. Şekil 6: 2x16 LCD ekran. Şekil 4: Besleme katı devre şeması. b) PIC 16F877A Mikrodenetleyici Sistemdeki PIC16F877A mikrodenetleyicinin görevi; kendisine bağlı olan sensörleri ve anahtarları denetlemek, cep telefonuna gelen mesajları okuyup yorumlamak, sistem kontrol bilgilerini cep telefonuna uygun formatta iletip bu bilgilerin mesaj olarak gönderilmesini sağlamaktır. PIC16F877; yüksek performanslı, CMOS, full-statik, 8 bit mikrodenetleyicidir. Tüm PIC 16/17 mikrodenetleyicileri gibi PIC16F877 de RISC mimarisini kullanmaktadır. Şekil 5 de PIC16F877 nin pin konfigürasyonu görülmektedir[15]. d) DS1302 RTC DS1302 entegresi, RTC ( real time clock / calender- gerçek zaman saati / takvimi) olarak adlandırılan zaman (saniye, dakika, saat, gün, ay, yıl) sayacı ve saklayıcısıdır. Entegre içinde, 31 byte lık statik RAM hafıza mevcuttur. DS yılına kadar takvim bilgilerini içermektedir[15]. DS1302 entegresine bağlanan harici bir pil ile entegrenin beslemesi kesilse dahi, entegre zaman ve takvim sayma işlemlerine devam edebilmektedir. Şekil 7: DS1302 entegresi[16]. e) Kontrol Kartı ile Cep Telefonu Bağlantısı Gerçekleştirilen çalışmada cep telefonu olarak Siemens C55 cep telefonu kullanılmıştır. Siemens yerine TX ve RX pinleri kullanılabilen diğer model cep telefonlarından da yararlanılabilir. Siemens C55 cep telefonu ve mikrodenetleyici bağlantısı, Şekil 8 de gösterilmektedir. 131

4 B. Cincirop, F. Vatansever Şekil 8: Kontrol kartı ile cep telefonu bağlantısı. f) Sistemin Çalışması Evdeki herhangi bir cihazı çalıştırmak için kontrol sistemine kayıtlı bir GSM numarasından gerekli komut SMS olarak gönderilmektedir. Sistem, sadece kayıtlı olan numaradan gelen mesajları dikkate almaktadır. Gönderilecek komut, Tablo 4 deki formata uygun şekilde gönderilmelidir. Mesaj, kayıtlı numaradan gelse bile formata uygun olmayan SMS ler dikkate alınmamakta ve işlem yapılmamaktadır. Gerekli uyarı mesajları sistem üzerindeki LCD ekrandan okunabilmektedir. Kontrol sistemi sürekli olarak gaz sensörünü, kapı ve pencere kontaklarını kontrol etmekte, herhangi bir algılama olması durumunda LCD ekranda uyarı mesajı vermekte ve istenilen kullanıcıya, Tablo 5 teki uyarı mesajlarını SMS olarak göndermektedir. Şekil 9: Birinci uygulamanın akış diyagramı. Tablo 4: Sistem komutları ve açıklamaları. Komut PDU karşılığı Açıklaması K A 4B5010 Kombiyi aç K K 4BD012 Kombiyi kapat F A Fırını aç F K 46D012 Fırını kapat S A Sulama sistemini aç S K 53D012 Sulama sistemini kapat L A 4C5010 Aydınlatmayı aç L K 4CD012 Aydınlatmayı kapat Tablo 5: Uyarı mesajları ve PDU karşılıkları. Gelen mesaj PDU karşılığı kapi acildi EB303C0D0A8FD36C721A pencere acildi F0B27B5C969741E1719A4D4E03 gaz kacagi E7B01EB40E8FC3E734 IV. UYGULAMALAR İlk uygulama olarak kombinin, sisteme mesaj atılarak çalıştırılması ve durdurulması işlemlerinin akış diyagramı Şekil 9 da gösterilmektedir. İkinci uygulama olarak da evdeki gaz sensörünün; gaz kaçağını algılaması durumunda, kontrol sistemi vasıtasıyla istenilen numaraya mesaj atılması işleminin akış diyagramı Şekil 10 da verilmektedir. Şekil 10: İkinci uygulamanın akış diyagramı. V. SONUÇLAR Bu çalışmada, GSM şebekesi üzerinden kısa mesaj atılarak kontrol edilen akıllı ev otomasyonu sistemi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, bir cep telefonunun bağlanabileceği kontrol sistemi tasarlanmıştır. Kontrol sisteminde denetleyici olarak PIC mikrodenetleyicisi kullanılmıştır. Mikrodenteleyici; cep telefonuna gelen mesajı okumakta ve ev kontrol sistemine 132

5 GSM Kontrollü Akıllı Ev Otomasyonu bağlı olan kombi, fırın, sulama sistemi ve aydınlatma sistemini çalıştırıp durdurmaktadır. Evdeki gaz sensörü; gaz kaçağını algıladığında, kapı ve pencereler izinsiz açıldığında sistem otomatik olarak istenilen numaraya uyarı mesajı göndermektedir. Kontrol sistemine bağlı cihaz sayısı istenildiği takdirde artırılabilmektedir. Sistemin diğer kontrol sistemlerine göre başlıca avantajı kullanım kolaylığıdır. Telefonla arayıp tuşlara basılarak yapılan kontrol sisteminde, işlemin yapılması hem zaman almakta hem de kullanıcıya karmaşık gelmektedir. SMS kontrol yönteminde ise yaptırılmak istenen iş için sadece mesaj yazıp göndermek yeterlidir. Ayrıca tasarlanan sistem, kendi GSM hattına sahiptir. Sistemin evdeki sabit hatta veya internet hattına bağlantısı bulunmamaktadır. Bu nedenle sistem, sabit telefon hattını herhangi bir şekilde meşgul etmemektedir. Sistemin cep telefonuna bağlı olması maliyeti azaltmaktadır. Ancak cep telefonunun değiştirilmesi halinde mikrodenetleyici programının da değiştirilmesi gerekmektedir. Bu dezavantajın giderilmesi için cep telefonu yerine GSM modül kullanılabilir. Bu şekilde kontrol sisteminin programı, kullanıcının cep telefonu modelinden bağımsız olmaktadır. [15] PIC 16F87XA Data Sheet, Microchip Technology Inc., [16] DS1302 Trickle-Charge Timekeeping Chip Data Sheet, Dallas Semiconductor Maxim, DS1302.pdf KAYNAKLAR [1] M. Şanlı, F. Zengin, O. Urhan, GSM Üzerinden SMS ile Sıcaklık Ölçümü, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, Kocaeli Üniversitesi, İzmit/KOCAELİ. [2] M.S.H. Khiyal, A. Khan, E. Shehzadi, SMS Based Wireless Home Appliance Control System (HACS) for Automating Appliance and Security, Issue in Informing Science and Information Technology, Vol. 6, [3] H. Sedef, O. Kervancıoğlu, Mikrodenetleyicili, Pc Kontrollü Ev Otomasyon Sistemi, OnurKervancioglu-Ev.pdf [4] S. Ateş, Ev Otomasyon Sistemi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektrik Elektronik Fakültesi, 2006, İstanbul. [5] F.T. Aula, Using Sms in Mobile Phone For Home Appliances Controlling Through Pc Paralel Port Interfacing, University of Salahaddin, College of Engineering, Electrical Engineering Department Erbil, Iraq. [6] P. Karataş, M. Aksoy, Microcontroller Based Home Automation, Proceedings of International Conference on Intelligent Knowledge Systems (IKS-2004), August 16-20,2004. [7] P. Karataş, M. Aksoy, Mikrodenetleyici Tabanlı Ev Otomasyonu, Elektrik - Elektronik Mühendisliği Bölümü, Çukurova Üniversitesi, Adana. [8] F. Hodan, Smart Home, Cost-Effective Home Automatin System, Doctoral Degree Programme, Department of Biomedical Engineering, Feec. [9] A.R. Rozeha, A.S. Mohd, R.A.R. Mohd, Z.Y. Tan, Flood Transmission Based Protocol for Home Automation system via Power Line Communication, Faculty of Electrical Engineering, Universty of Technology Malaysia, Skudai, Johor. [10] T.T. Thomas, Application of Adaptive Modular Micro Devices (AMMD) in Home Automation, Wikon Kommunikationstechnik GmbH, Kaiserslautern, Germany. [11] Y. Erol, H. Balık, S. İnal, D. Karabulut, Safe and Secure PIC Based Remote Control Application for İntelligent Home, International Journal of Computer Science and Network Security, vol 7, no.5, May [12] Newnet Wireless Short Message Service Tutorial, ADC telecominications. [13] M. Şanlı, F. Zengin, O. Urhan, GSM Üzerinden SMS ile Sıcaklık Ölçümü, Kocaali Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü, Kocaeli. [14] S. Çiçek, CCS C ile PIC Programlama, Atlaş Yayıncılık ve Elektronik Tic. Ltd. Şti., İstanbul, Eylül