Elektrikli Cihazlar ve Güvenlik Sistemlerinin Cep Telefonu ile Uzaktan Denetlenmesi

Transkript

1 Politeknik Dergisi Journal of Polytechnic Cilt: 10 Say: 1 s. -19, 2007 Vol: 10 No: 1 pp. -19, 2007 Elektrikli Cihazlar ve Güvenlik Sistemlerinin Cep Telefonu ile Uzaktan Denetlenmesi Ylmaz KORKMAZ*, Fatih KORKMAZ** *Gazi Üniversitesi Teknik E7itim Fakültesi Elektrik E7itimi Bölümü Teknikokullar, ANKARA **Kzlcahamam Endüstri Meslek Lisesi Elektrik Bölümü Kzlcahamam, ANKARA ÖZET Hücresel a7lar ve uydu sistemleri gibi kablosuz ileti?im teknolojilerinin kullanmnn yaygnla?mas ile ev otomasyon ve güvenlik sistemlerinin çe?itlili7inde ve kullanmda son yllarda hzl bir art? meydana gelmi?tir. Özellikle hücresel a7 teknolojisinin kullanld7 GSM ile mobil ileti?im alannda her geçen gün yeni geli?meler meydana gelmektedir. Bu çal?mada elektrikli cihazlar ve güvenlik sistemlerinin cep telefonu ile uzaktan denetlenmesi uygulamas gerçekle?tirilmi? ve ileti?im hatt olarak GSM kullanlm?tr. Gerçekle?tirilen uygulama ile sisteme ba7lanacak dört adet cihazn aç/kapa denetimi gerçekle?tirilmekte, denetim i?lemlerinin ardndan, cihazlarn durumu kullanclara sesli mesajlar ile iletilerek geri besleme sa7lanmaktadr. Bununla birlikte alglanan alarm durumlar kullanclara sesli mesajlar ile iletilmektedir. Ayrca sistemin ta?nabilir olmas nedeniyle kurulumu kolaylkla gerçekle?tirilmektedir. Anahtar Kelimeler: Mikrodenetleyici, Sesli yant, Uzaktan kumanda, GSM Remote Control of Electrical Equipments and Security Systems by Using a Mobile Phone ABSRACT A variety and usage of house automation and security systems are being increased in recent years with wide spreading the using of wireless communication technology as Cellular Networks and satellite systems. Every last day, many inventions are being appeared, especially in the field of GSM mobile communication using Cellular Network technology. In this research, remote control of electrical instruments and security systems has been implemented by mobile phone and GSM has been used as a communication line. With the developed application, open/close control of four equipments have been implemented. Then, feedback has been provided by transmitting to users with a sound message about the equipment condition after the control operation. In addition this it was given information with sound messages to users about the alarm situations. Also the system was installed very easily because of the mobility. Key word: Microcontroller, Voice answer, Remote control, GSM 1. GR Hnsanlar daima ya?am standartlarn yükseltebilmenin aray? içerisinde olmu?lardr. Bunun neticesinde ev veya i?yeri gibi ortamlarda kullanlan elektrikli cihazlarn uzaktan denetimini sa7layan ev otomasyon sistemleri insan hayatna girmi?tir. Ev otomasyon sistemlerinin dizaynnda çe?itli ileti?im kanallar kullanlmaktadr. Bunlardan bazlar, kablosuz yerel a7 teknolojileri, dial-up modemler, radio dalgalar, uydu sistemleri ve hücresel a7lardr (1). Son yllarda bu tür sistemlerde kullanlan ileti?im kanallarndan hücresel a7larn kullanmndaki art? dikkat çekicidir. Özellikle 1990 l yllarla birlikte mobil ileti?imde hücresel a7 teknolojisini kullanan GSM (Global System for Mobile communication) ve GPRS (General Packed Radio Service) uygulamalar hzla yaygnla?maya ba?- lam?tr (2). Bunun sebepleri; GSM kapsama alannn geni? bölgelere yaylmasyla birlikte hemen hemen her yerde kullanlabilir olmas, Uydu sistemleri gibi ileti?im a7lar ile kar?la?trld7nda maliyetinin oldukça dü?ük olmas, GSM a7 ileti?im güvenli7inin oldukça yüksek olmas. Hücresel a7 ileti?im tekni7i otomasyonu ve güvenlik sistemleri dizayn edenlere; DTMF, SMS ve GPRS gibi birkaç farkl data transfer yöntemi sunmaktadr. Sistem dizayn edecek ki?inin, dizayn edece7i sistem için en iyi ve en verimli yöntemi seçebilme?ans vardr. Bu çal?mada, ev otomasyon ve güvenlik sistem tasarm gerçekle?tirilmi?tir. Günümüzde bir çok çe?it uzaktan kontrol ve güvenlik sistemi uygulamalar mev- Digital Object Identifier /

2 Ylmaz KORKMAZ, Fatih KORKMAZ / POLHTEKNHK DERGHSH, CHLT 10, SAYI 1, 2007 cuttur. Ali Gülba7 tarafndan yaplan Telefon hattn kullanarak bina otomasyonu adl yüksek lisans tez çal?masnda ve Hamid Ardam tarafndan yaplan Ev veya i?yeri otomasyonunun uzaktan telefon aracl7yla sa7lanmas adl yüksek lisans tez çal?masnda ileti?im kanal olarak sabit telefon hatlarn kullanlm?tr. (3-4) Demirdöküm firmasnn gerçekle?tirdi7i interaktif telekontrol adl sisteminde demirdöküm kullanclarnn cihazlarn yine sabit telefonlar aracl7yla kontrol etmelerini mümkün klmaktadr (5). Bu uygulamay di7er uygulamalardan ayran özelliklerin ba?nda kullanlan ileti?im kanalnn GSM olmas gelmektedir. Yaplan kontrol i?lemlerinin geri bildiriminin sesli mesajlar ile sa7lanmas; kontrol ve güvenlik sistemi fonksiyonlarnn ayn sistem üzerinde barndrmas uygulamann di- 7er ayrc özellikleridir. Hkinci bölümde tasarlanan sistem ile ilgili teknik bilgiler verilmi?tir. Üçüncü bölümde uygulama gerçekle?tirilmi? ve sistem test edilmi?tir. Bununla birlikte sistem kullanm izah edilerek gerçekle?tirilen uygulama hakknda açklamalar yer almaktadr. 2. SSTEM MMARS Gerçekle?tirilen kontrol ve güvenlik sistemi üç temel ksmda incelenebilir. Birinci ksm GSM modül, ikinci ksm anakart ve son olarak çevresel birimlerin (cihazlar ve alglayclar) yer ald7 ksmdr. Qekil 1 de tasarlanan sistem blok diyagram görülmektedir. Qekil 1. Sistem blok diyagram 2.1. GSM Modül GSM, dijital hücresel ileti?im için dünyaca kabul edilmi? standart haline gelmi?tir. Günümüzde mobil telefon sistemlerinin de7i?ik uygulamalarda kullanm yeni bir trend halini alm?tr (6). GSM entegre dijital a7 sistemleri (ISDN) uyumlu olacak?ekilde dizayn edilmi?tir. Böylece kullanlmakta olan dijital telefon sistemlerinin parças haline gelmi?tir. Her mobil telefonda çe?itli yapda pin ba7lant uçlar vardr. Bu pin ba7lantlar mobil telefondan mobil telefona farkllk gösterse de yap olarak ayndr. Qekil 2 de sistemde kullanlan ERICSSON marka mobil telefona ait pin ba7lant yaplar görülmektedir Qekil 2. Ericsson A10 model mobil telefona ait pinlerin görünü?ü Çizelge 1 de mobil telefon pin no ve pin görevi açklanm?tr. Belirtilmeyen pinler kullanlmamaktadr. 12 nolu pin harici besleme giri?idir. Bu giri?ten batarya gerilimi kadar bir gerilim uygulanp, akm snrlanrsa mobil telefon?arj olmaya ba?lar. 9. ve 11. pinler RX- TX seri haberle?me pinleridir. 4., 5. ve 10. pinler GND (?ase) pinleridir. Bu pinler bütün sistemin?asesine ba7lanmaktadr. 2 nolu pin harici speaker giri?idir. GSM hatt açkken bu pinden ses bilgisi harici olarak verilirse, kar? tarafa aynen iletilir. 1 nolu pin harici ses çk?dr. Kar? taraftan gelen ses ve DTMF tu? bilgileri bu uçtan alnr. Çizelge 1. Ericsson mobil telefon pinleri Pin Pin smi Pin Tan$mlamalar$ 1 A.OUT Harici Ses Çk? 2 SPK.IN Harici Speaker Giri?i 4 GND Qase 5 GND Qase 9 TX Seri Data Alma 10 GND Qase 11 RX Seri Data Gönderme 12 DC?arj+Harici Besleme Giri?i Mobil telefonlar standart komutlara sahiptir. Bu komutlar ile harici olarak kontrol edilebilirler. Mobil telefon RX ve TX pinlerinden seri haberle?me yaplr. Mobil telefon RX pinine istenen komut gönderilir. Mobil telefon bu komutu de7erlendirerek gerekli sonucu TX ucundan verir (7) Anakart Anakart olarak adlandrlan ikinci ksm di7er birimlerden gelen verilerin i?lenerek de7erlendirildi7i ksmdr. Bu ksmda mikrodenetleyici ile birlikte, ses mesajlarnn kaydedildi7i devreler, mobil telefon tu? bilgisini okuyan tu? kod çözücü ve cihaz sürücüleri yer almaktadr ailesi, Intel firmas tarafndan, 1980 lerin ba?nda piyasaya sunulan, dünyann en popüler 8-bit mikrodenetleyicisidir. Bu mikrodenetleyici için, ba?ta Intel olmak üzere, pek çok üretici firma (Philips, Dallas, Siemens, Oki, Atmel gibi) geni? bir donanm ve yazlm deste7i sunmu? ve bunun neticesi 8051, 1980 lerden bugüne, bir endüstri standard olmu?tur (8). Mikrodenetleyici sistemin beyni olarak nitelendirilebilir. Sisteme gönderilen komutlar mikrodenetleyiciye iletilir ve mikrodenetleyici program yürüterek gerekli i?lemleri gerçekle?tirir.

3 ELEKTRHKLH CHHAZLAR VE GÜVENLHK SHSTEMLERHNHN CEP TELEFONU HLE / POLHTEKNHK DERGHSH, CHLT 10, SAYI 1, 2007 Mikrodenetleyici ile mobil telefon arasnda seri haberle?me gerçekle?tirilir. Bu haberle?me için mobil telefon Rx-Tx portlar ile mikrodenetleyicinin Rx-Tx pinleri do7rudan birbirlerine ba7lanm?tr. Mikrodenetleyicinin programlanmas esnasnda seri haberle?me port baud hzlar mobil telefon baud hz olan 9600 bps olarak ayarlanm? ve bu sayede seri haberle?me sa7lanm?tr. Sistem, ATMEL firmas ürünü olan AT89C51 mikrodenetleyici ile gerçekle?tirilmi?tir. AT89C51 Atmel firmas tarafndan üretilen 8051 ailesinin temel çekirde7idir mikrodenetleyici ailesinin ürünleri, hafza kapasitesinin sistem programn gerçekle?tirmek için yeterli oldu7u bir kontrol sistemi için ek bir donanma ihtiyaç duymazlar. Bu nedenle mikrodenetleyiciler, kontrol sistemlerinde yaygn olarak kullanlmaktadr(8). Qekil 3 de mikro denetleyicinin ba7lantlar verilmi?tir. K O N TR O L ÇIK I' LA R I GÜV. S"S. DURUM LED" TO N E D E CO D E R D E V RE S " ÇIK I'LA RI G S M SENS1 C"HAZ 2 C"HAZ 1 C"HAZ 3 C"HAZ 4 SENS2 SENS4 SENS U1 P3.7/RD P3.6/WR P3.5/T1 P3.4/T0 P3.3/INT1 P3.2/INT0 P3.1/TXD P3.0/RXD P2.7/A P2.6/A14 P2.5/A13 P2.4/A12 P2.3/A11 P2.2/A10 P2.1/A9 P2.0/A8 P0.7/AD7 P0.6/AD6 P0.5/AD5 P0.4/AD4 P0.3/AD3 P0.2/AD2 P0.1/AD1 P0.0/AD0 AT89C51 8 P1.7 7 P1.6 6 P1.5 5 P1.4 4 P1.3 3 P1.2 2 P1.1 1 P EA 30 ALE 29 PSEN RST XTAL2 XTAL uF S2MSJ S4MSJ KPMSJ S1MSJ S3MSJ ACMSJ + 5V 47K 12nF Qekil 3. Mikrodenetleyici ba7lantlar ISD1212 ses kay$t devresi Cihaz durumunun gözlenmesi ve alarm durumlarnn iletiminde kullanlan ses kayt birimleridir. Devrede giri? ses bilgisi dijital ortama aktarlarak ISD1212 entegresine kayt edilmektedir. ISD mesaj kayt ünitesi ISD1212 entegresi ile yaplm? 12s süreli ses kayd yapabilen bir ünitedir. Hstenirse herhangi bir donanm de7i?ikli7i yapmadan 60s ses kayd yapabilen ISD2560 entegresi kullanlabilir. ISD ses kayt devresinin çk? hat trafosuna ba7lanm?tr. Ses hat trafosunun çk?ndan telefonun kulaklk giri?ine verilmektedir (9). Qekil 4 de ISD ses kayt devresi verilmi?tir. 12nF MESAJ OKUTMA 0 V Qekil 4. ISD ses kayt devresi DTMF ( Dual Tone Multi Frequency) kod çözücü devre MT8870C/MT8870C-1 hem bir dijital kod çözücünün, hem de bant bölücü bir filtrenin fonksiyonlarn yerine getiren tek parça bir DTMF alcdr. Az enerji harcamas, küçük hacimli olmas ve yüksek performans göstermesi önemli özelliklerindendir. Giri?indeki kapasite tekni7i ile olu?turulan frekanslarla kod çözücü bölümü dört bitlik kodla de7i?ik DTMF tonunu çözecek?ekilde imal edilmi?tir (10). DTMF GIRISI 8K2 100K 56K 12N 12N 8K2 39K 3.579MHZ IN1 IN2 R1 R2 GND1 GND2 OSC OSC N Qekil 5. DTMF kod çözücü devresi Qekil 5 de MT8870 tone decoder entegresi ile yaplan devre?emas görülmektedir. Qekilden de görüldü7ü gibi kod çözücü devrenin CLK-D0-D1-D2- D3 olmak üzere be? çk? bulunmaktadr. Devreye girilen DTMF sinyalleri çözüldükten sonra D0-D3 çk?larndan dört haneli dijital kodlar halinde mikrodenetleyiciye gönderilmektedir. CLK çk? ise devre yeni bir tu?lama i?lemi alglad7nda lojik 1 de7erini almaktadr. Bu sayede mikrodenetleyici yeni tu? bilgisi geldi7ini belirlemektedir. GND 9 C 680K R CLK D3 D2 D1 D CLK D3 D2 D1 D0

4 Ylmaz KORKMAZ, Fatih KORKMAZ / POLHTEKNHK DERGHSH, CHLT 10, SAYI 1, ELEKTRKL CHAZLAR VE ALGILAYICILAR Uzaktan kontrol i?lemi cihazlara enerji verilip/kesilmesi ile gerçekle?tirilmektedir. Bu nedenle, enerji verilerek yada enerji kesilerek kontrol edilemeyecek olan cihazlarn bu sistemle uzaktan kontrolü mümkün olmamaktadr. (televizyon, bilgisayar, müzik sistemleri vb) Bu sistemle aydnlatma gereçleri, elektrikli stclar, klima, elektrikli kombi gibi ev/ofis cihazlarnn kontrolü mümkündür. Bir alarm sisteminde kontrol paneliyle ayn önemi ta?yan, alarma sebebiyet verecek i?aretleri üreten yaplara alglayc yaplar denir. Alglaycnn olu?- turdu7u i?aret, panele kablolama sistemleriyle ta?nmaktadr (11). Ev yada i?yerlerinde olu?abilecek ola7anüstü durumlarn veya tehditlerin tespitinde kullanlan de7i?ik tipte alglayclar mevcuttur. Bu alglayclardan bazlar; ses alglayclar, nem alglayclar, cam krlma alglayclar, hareket alglayclar, basnç alglayclar gibi alglayclardr. Sisteme kullanclarn ihtiyaçlarna göre de7i?ik tipte alglayclarn ba7lanabilmesi mümkündür. 4. SSTEMN UYGULANMASI Tasarlanan kontrol ve güvenlik sisteminin test edilebilmesi için bir uygulama gerçekle?tirilmi?tir. Resim 1 de tasarlanan sistemin genel görünü?ü ; Resim 2 de sistem üzerinde bulunan mobil telefon görülmektedir. Cihazlar2 temsilen kullan2lan LED diyotlar Resim 1. Sistemin genel görünü?ü Alg2lay2c2lar2 yemsilen kullan2lan butonlar Bu uygulamada kontrol edilen cihazlar temsilen LED diyotlar kullanlm?tr. Sistemde dört adet cihaz kontrol çk? bulundu7undan uygulamada dört adet LED diyot kullanlm?tr. Sistemde alarm durumlarnn alglanabilmesi için dört grup alglayc giri?i bulunmaktadr. Yaplan bu uygulamada bu alglayclar temsilen dört adet buton kullanlm?; alarm durumlar butonlara baslmak suretiyle olu?turulmu?tur. Resim 2. Sistem üzerinde bulunan mobil telefonun görünü?ü Sisteme ba7l olan alglayc yada alglayc gruplarndan gelebilecek alarm durumlar için sistem alglayc giri?lerini sürekli taramaktadr. Alglayclarn herhangi birinden alarm durumu algland7nda AT89C51 mikrodenetleyicisi GSM ile haberle?ir, SIM kartta kaytl numaralardan belirlenen üç adet numaray arayarak olu?an alarm durumunun türüne göre belirlenen sesli mesaj aktarr. Alarm durumunun olu?mas ile ilk numarann aranmas arasndaki süre 6s olarak ölçülmü?tür. Aranan numara telefonu açt7nda olu?an alarm durumunun bilgisini 0 tu?layarak dinleyebilmektedir. Sistem kullancya ula?ld7n bu tu?lama ile belirler. Aranan ilk numaraya ula?lamamas durumunda 6s sonra ikinci numara aranmaktadr. Ayn zamanda alarm durumunda devreye sokulabilecek bir görsel ve i?itsel uyar cihaz için devre üzerine röle yerle?tirilmi?tir. Test esnasnda dört grup alglayc için ise butonlar kullanlarak alarm durumlar olu?turulmu?tur. Her bir alarm durumu için, mobil telefona kaytl numaralar aranarak, olu?an alarm durumunu bildiren ses mesaj kullancya aktarlm?tr. Kontrol i?lemi için mobil telefon arand7nda bir çalmadan sonra hat otomatik olarak açlmaktadr. Kontrol edilecek cihazn kod numaras tu?lanr. Cihazn o anki durumunu bildiren ses kayd duyulur. (Cihaz açk/cihaz kapal) Kullanc sadece sistemin durumunu ö7renip, herhangi bir kontrol i?lemi gerçekle?tirmek istemiyorsa 0 (sfr) tu?layarak kontrol menüsünden çkabilir. Kontrol i?lemi yapmak istiyorsa cihazn durum mesajn dinledikten sonra, (*) tu?una basmas halinde kapal olan cihaz açar ve cihazn açk oldu7u mesajn duyar. (#) tu?una basmas halinde ise, açk olan cihaz kapatlr ve cihazn kapal oldu7u mesaj duyulur. Böylece kontrol i?lemi gerçekle?tirilmi? olur. Bu i?lemden sonra sis-

5 ELEKTRHKLH CHHAZLAR VE GÜVENLHK SHSTEMLERHNHN CEP TELEFONU HLE / POLHTEKNHK DERGHSH, CHLT 10, SAYI 1, 2007 tem otomatik olarak kontrol menüsü komutuna döner ve alglayclar ve tu? giri?ini taramaya devam eder. Test esnasnda yukarda anlatlan kontrol protokolü dört cihaz içinde uygulanm? ve dört cihaznda ayr ayr kontrolü sa7lanm?tr. Bununla birlikte cihazlarn tümünün ayn anda açlp kapatlmas uygulamas da gerçekle?tirilmi?tir. Sistemde bulunan alglayclarnda uzaktan denetlenmesi mümkündür. Bu sayede kullanc alarm sistemini aktive etmeyi unutup uzakla?sa bile GSM telefonu arayarak tpk di7er dört cihaz kontrol eder gibi alarm sistemini de kontrol edebilmektedir. Bununla birlikte uzaktan yaplan tüm uygulamalarn ayn tu? kombinasyonlarnn kullanm ile sistem üzerinden yaplmas da mümkündür. Sistem çal?masnda süreklili7in sa7lanabilmesi için sistemde akü kullanlm?tr. Test uygulamas esnasnda ise sistemin enerjisi kesilmi? ve sistemin çal?masna devam etti7i gözlemlenmi?tir. Sistemin akü ile, ortalama 5 saat çal?abildi7i görülmü?tür. 5. SONUÇ Bu çal?mada, ev yada i?yeri gibi ortamlarda kullanlan baz elektrikli cihazlarn cep telefonu ile uzaktan kontrolünü sa7layan, ayn zamanda bu ortamlarda olu?abilecek alarm durumlarn kullanclara annda sesli mesajlarla ileten bir kontrol ve güvenlik sistemi gerçekle?tirilmi?tir. Hleti?im kanal olarak GSM a7lar kullanlm?tr. Yaplan test uygulamasnda gerçekle?tirilen sistem performansn etkileyen en büyük etkenin GSM a7 sinyal kalitesi oldu7u sonucuna varlm?tr. GSM sinyal kalitesinin yüksek oldu7u durumlarda sistem performans tatmin edici düzeydedir. Ancak GSM sinyali kalitesi dü?ük iken özellikle ses mesajlarnn iletimi esnasnda mesajda kesinti gibi problemlerin ortaya çkabildi7i gözlemlenmi?tir. Bu çal?ma ile görülmü?tür ki gerçekle?tirilen bu tip uzaktan kontrol, on/off kontrol uygulamalar için kullan?l ve uygulanabilirli7i oldukça yüksektir. Ancak spesifik kontrol uygulamalar için çok daha karma?k ve geli?mi? kontrol sistemlerine ihtiyaç vardr. Di7er taraftan istenmeyen ki?ilerin sisteme ula?amamas için çe-?itli?ifreleme sistemlerinin kullanlabilir. 6. KAYNAKLAR 1. Alheraish, A. Design and Implementation of Home Automation System, IEE Transactions on Consumer electronics,vol. 50 No. 4, pp , July Chin E, Lin, Chih-Ching Li, An-Sang Hou, Chih-Chen Wu, A Real-Time Remote Control Architecture Using Mobile Communication IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol 52, No 4, pp , August Ardam, H., Ev veya i?yeri otomasyonunun uzaktan telefon aracl7yla sa7lanmas, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara (1996). 4. Gülba7, A., Telefon hattn kullanarak bina otomasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya, Bekiro7lu, E., Daldal, N.,Remote control of an ultrasonic motor by using a GSM mobile phone, Sensors and Actuators, A120, , Korkmaz F., Elektrikli Cihazlar ve Güvenlik Sistemlerinin Cep Telefonu ile Uzaktan Denetlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 38-39,62-63,(2004) 8. Gümü?kaya H., Mikroi?lemciler ve 8051 Ailesi 4 th ed., Alfa Yaynlar, Hstanbul, 88-94, ,(2002) 9. Daldal, N., GSM Tabanl güvenlik ve kontrol sistemi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 9-13 (2003). 10. Zhi-Ming Lin, A Remote Telephone-Controlled Home Automation System IEEE Transactions, pp 148-2, Ylmaz, C., Bilgisayarla durum izlemeli mikrodenetleyici temelli bina otomasyon uygulamas, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 25-29,(2001). 19