Özel Şifreli, Telefon Uyarımlı ve Android Uygulamalı Araç Güvenlik Sistemi

Transkript

1 Özel Şifreli, Telefon Uyarımlı ve Android Uygulamalı Araç Güvenlik Sistemi Erdal Ağyol 1, Melih Kuncan 2, H. Metin Ertunç 3 1 Makine / Mekatronik Mühendisliği Bölümleri Kocaeli Üniversitesi, İzmit/Kocaeli erdalagyol@gmail.com 2 Mekatronik Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, İzmit/Kocaeli melih.kuncan@kocaeli.edu.tr 3 Mekatronik Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi, İzmit/Kocaeli hmertunc@kocaeli.edu.tr Özetçe Günümüzde hızla gelişen teknoloji ile birlikte otomobil elektronik sistemlerinin gelişmesiyle beraber bu sistemlerin güvenliğinin sağlanması da bu gelişmelere paralel olarak büyük ölçüde artmaktadır. Bu çalışmada, araç güvenlik sistemi şifre korumalı olarak tasarlanmış ve sistemin kontrolü cep telefonu ile sağlanarak, sistem kullanımı Android yazılım tabanlı bir tablet bilgisayar ile entegre bir araç güvenlik kiti tasarlanmıştır. Tablet bilgisayar üzerinden aracın güvenlik sistemi devreye alınmaktadır. Aracın çalınma teşebbüsü esnasında, kite bağlı kontrol devreleri sayesinde aracın yakıt sistemi pasif konuma alınırken, alarm sistemi aktive edilerek aracın hareketi engellenmektedir. Aynı zamanda araç sahibi cep telefonundan aranmaktadır. Böylelikle otomobilin çalıştırılarak çalınması ihtimali imkânsız hale getirilmektedir. 1. Giriş Günümüzde modern ve lüks otomobil üretimi çoğalmasıyla, bu otomobillere ödenen fiyatlarda oldukça artmaktadır. Bu sebeple insanlarda otomobillerine daha çok değer vermekte ve hırsızlıktan korumanın çeşitli yollarına başvurmaktadır. Hırsızlardan korunmak için kullanılan sistemler alarm, baston kilit, direksiyon kilidi ve gizli kontak başlıkları gibi sistemlerdir. Bu sistemler içerisinde en çok tercih edilen, güvenilir, caydırıcı ve başarılı yöntem otomobil alarm sistemleridir. Bu sistemlerin diğer bir adı da Taşıt Hırsız Alarmı (VTA Vehicle Theft Alarm) dır. Bu sistemler genelde uzaktan kumanda ünitesi ile devreye alınıp çıkarılmaktadır. Otomobil alarm sistemleri yayılmadan önce Immobilizer sistemi otomobil hırsızlığı için çok büyük bir atılımdı. Bu sistem ile aracın kontak anahtarı olmadan çalışması, birkaç noktadaki elektriksel devreler kesilerek önlenebiliyordu. Fakat araca çalıştırılmadan da zarar verilebilir, Immobilizer bu konuda yetersiz kaldığından alarm sistemlerine gereksinim doğmuştur. Günümüzde otomobiller de standart olarak Immobilizer bulunması alarm sistemlerinin gerek kalmıyor gibi kanaat uyandırsa da aslında Immobilizer, araç sahibini alarm sistemi kullanmaya itmekte ve alarm sistemi montajını oldukça kolaylaştırmaktadır. Kısacası tamamen güvenli bir araç isteniyorsa, Immobilizer sisteminin yanında alarm sistemi mutlaka bulunmalıdır [1]. Kristian ve ark. Android uygulamalarında GPS modülü ve SMS işlemlerinin diğer sistemlerle bağlantı kurmasını sağlamışlar [2]. Wang ve ark. bir aracın Android tabanlı telefon kullanarak 3G bağlantısıyla izlenmesini gerçekleştirmişler [3]. Diğer taraftan Tawani ve ark. araç içi güvenliği bir bilgisayar kullanarak sağlamışlar [4]. Shemigon ve ark. hareketli sistemlerin birbiri ile haberleşme protokolleri üzerine çalışmalar da bulunmuşlar [5]. Bhatia ve ark. genel olarak kullanılan güvenlik sistemlerinin yazılımsal eksiklerini belirlemişler [6]. Zelinka ve ark. güvenlik sistemlerinde veri saklanması üzerine çalışmalarda bulunmuşken [7], Ramachandran ve ark. bu alanda verileri yönetmek ve tasarlamak için kullanılan SQL (Structured Query Language) veritabanı yönetim sistemi üzerine çalışmalar da bulunmuşlar [8]. Mevcut otomobil güvenlik sistemleri, üstün nitelikler taşımasına ve günden güne araç güvenliği üzerine daha yeni teknolojiler uygulanmasına rağmen, bu gelişmeler profesyonel hırsızları durduramamaktadır. Emniyet Genel Müdürlüğü Asayiş Daire Başkanlığı'nın verilerine göre ülkemizde her gün ortalama 33 otomobil hırsızlık vakası yaşanmaktadır [9]. Bu çalışmada sunulan bireysel şifreleme tekniği sayesinde sistemin telefon ile kontrol edilmesi ve bir tablet bilgisayar ile kullanıcıya basit bir ara yüz sunarak mevcut güvenlik sistemlerinin dezavantajları ortadan kaldırılarak bu sayının daha da aşağılara çekilmesi hedeflenmiştir. 1205

2 2. Sistem Çalışması Çalışma kapsamında geliştirilen araç güvenlik sistemi, Android yazılım sistemine uygun Arduino Mega ADK, Android yazılım tabanlı tablet bilgisayar ve yakıt sistemine yerleştirilen mikrodenetleyici içerikli kontrol devreleriyle tümleşik bir kit olarak tasarlanmıştır. İstenilen algoritmanın gerçekleşmesi için kontrol devrelerinde mikrodenetleyici ve Arduino dan yararlanılarak güvenlik sistemi programlanmış ve çalışması düzenlenmiştir. Birden fazla yazılım dili, veri tabanı, ara yüz oluşturma programı ile sistem yazılım ağırlıklı olup hack lenmesi zor olan bir güvenlik sistemi olarak tasarlanmıştır. Mikroişlemcilerin programlanması için CCSC C tabanlı PIC programlama programı kullanılmıştır. Arduino Mega ADK nın programlanması Arduino kitine ait Arduino Wiring yazılım programıyla ve tablet bilgisayar için Android uygulamasını yapmak için de Java tabanlı Eclipse programının Juno serisi kullanılarak sistem programlanması sağlanmıştır [10]. Özel şifreyi içeren ve kullanıcının muhatap olduğu Android uygulamasının ara yüzünü gerçekleştirmek için de Droid Draw programı kullanılmıştır. Sistemin araçta kullanılmaya başlanmasından itibaren tüm işlemlerin bir veri tabanında saklanması için SQL veri tabanı kullanılmıştır. Şekil 1 de güvenlik sistemi akış diyagramında da görüldüğü gibi araç sahibinin aracına binip kontağa anahtarını sokmasıyla, güvenlik sistemindeki tablet bilgisayar devreye girerek Android uygulaması başlatılarak şifre ekranı gelir. Her araca uygun olarak sistem ilk kurulum şifresini barındıran Android uygulaması yapılabilir. Böylece güvenlik sistemi reset edilse de kalıcı hafızadaki (EPROM) ilk bireysel şifre korunarak sistemin daimiliği sağlanır. Kalıcı hafızada yer alan bu ilk şifre değiştirilmemek üzere bunun üzerinden günlük kullanım şifresi oluşturulabilir. Kullanıcı tarafından şifrenin girilmesiyle eğer şifre doğruysa, Arduino dan iki adet çıktı vermesi beklenir. Bu çıktılarda kontrol devresi üzerinden uygun noktaların aktif ve pasif olmasını sağlar. İlk çıktı immobilizer sistemini pasif ederek devreden çıkarır ve anahtar yuvası tarafından tanınır. İkinci çıktıda yakıt sistemindeki yakıt pompasını devreye sokarak yakıt hattı üzerinden motorun yanma odasına yakıtın gelmesi sağlanır. Anahtarın çevrilmesiyle veya start/stop düğmeli araçlarda düğmeye basılmasıyla aracın güvenli olarak çalışması sağlanır. Şekil 1: Sistem Algoritmasının Akış Diyagramı Araç sahibi tarafından ya da bir başkası tarafından şifrenin yanlış girilmesiyle de Arduino dan üç adet çıktı alınır. İlk çıktı yakıt sistemini pasif hale getirir. Böylece yanma odasına yakıt gitmeyerek motorun krank milini döndürmesi engellenir ve araç hareket edemez duruma gelir. İkinci çıktı aracın sesli ikaz sistemi olan alarm sistemini aktifleştirerek devreye alır. Üçüncü çıktı da araç sahibinin bu durumundan haber edilmesini sağlar. Araç sahibinin haber edilmesi şöyle olmaktadır: Android uygulamasında şifrenin 3 kere yanlış girilmesiyle sistem bloke edildikten sonra Android programının yazılımında yer alan araç sahibinin numarası, tablet bilgisayarın içinde yer alan sim kart ile telefon operatörü sisteminden aranarak kayıtlı bir sesli mesaj dinletilir ve araç sahibi durumdan haber edilir. Eğer araç sahibi telefonunu açmazsa telefonuna ve mail adresine mesaj yollanarak durumdan haber edilir [11]. 3. Arduino Android Geliştirme Kartı Arduino açık kaynaklı bir geliştirme kartıdır. Atmel firmasının ürettiği Arduino geliştirme kartlarında kendi yazılımları olan Wiring programıyla, esasında C tabanlı, programlanır. Arduino Mega ADK, AT Mega 2560 mikrodenetliyiciye sahip Arduino ailesinin bir ürünüdür. Arduino Mega 2560 tan farklı olarak android işletim sistemine sahip akıllı telefon veya tablet bilgisayarlarla rahatlıkla haberleşmeyi sağlayan USB host ara yüzüne sahiptir. Tasarlanan kitin önemli bir donanım elemanı olan Arduino, kullanıcının tablet bilgisayar ekranından şifreyi girip ve android programındaki kullanıcı şifresiyle 1206

3 kıyaslanmasından sonra kontrol devreleri ve tablet bilgisayar arasında gerekli çıkışları kontrol ederek tüm sistem kontrolünün merkez elemanını oluşturur. Arduino Mega ADK üzerinde 14 ü PWM çıkış özelliğine sahip 54 adet dijital giriş/çıkış (I/O) vardır. 16 adet analog I/O, 4 adet donanımsal UART ara yüzüne sahip I/O pinleri mevcuttur. 16 MHz kristal osilatör, USB bağlayıcı konnektörü, 2.1mm güç girişi ile 7-12 V arası besleme yapılabilir. ICSP programlama başlığı ve sistem resetleme butonu vardır. Şekil 2 de Arduino Mega ADK Android Geliştirme Kartı görseli ve giriş/çıkış pinleri gözükmektedir [12]. Şekil 3: Kontrol Devrelerinin Yakıt Sistemine Montajı Şekil 2: Arduino Mega ADK Android Geliştirme Kartı Kullanıcının güvenlik sisteminde, gördüğü ve kullanıcının etkin olduğu tablet bilgisayar üzerinden şifrenin girilmesidir. Girilen bilginin doğru veya yanlış olmasıyla çıkan bilgiler Arduino kitine girer. Arduino kitinin çıkışları kontrol devrelerine girerek kontrol edilmek istenen sistem devreye alınır veya devreden çıkarılır. 4. Kontrol Devresinin Araca Monte Edilmesi Bu çalışmada tasarlanan araç güvenlik sistemi; yazılım, tasarım, çizim, ara yüz programlarının kullanılması sonucunda meydana gelmiştir. Birçok yazılım programından yararlanılması sonucunda elde edilen devrelerin, aracın yakıt sistemine montaj edilen kısmı Şekil 3 de tüm detaylarıyla yer almaktadır. Araç üstünde montaj yapılan diğer noktalar, araca ait sesli ikaz sistemi olan alarm sistemi ünitesi ve immobilizer sisteminin kontrol kısmıdır. Şekil 4 de yer alan röle kontrol devresinin çıktı kabloları bu kısımlara bağlantı kablolarıyla iletilerek sistem araca montaj edilir. Şekil 4 deki PIC16F877 mikroişlemci bulunan röle devresi Şekil 2 de yer alan Arduino geliştirme kartının çıktılarını kullanır. Kontrol devresine gelen bu giriş değerleriyle, Şekil 1 de yer alan sistem akış diyagramındaki kullanıcının şifre girmesi sonucu doğru ve yanlış yollarının altındaki bloklar aktif ya da pasif duruma getirilir. Şekil 4: Kontrol Devresi 5. Güvenlik Sisteminin Araç Üzerine Uygulanması Sistemin Arduino ve kontrol devreleri araç içinde ön konsol boşluğuna montaj yapılarak kullanıcı ve bir başkasının görmesi engellenmiştir. Tablet bilgisayar kullanıcının rahat kullanabileceği araç ön paneline konumlandırılmıştır. Şekil 5 de güvenlik sisteminin araç içine tablet bilgisayarı ve montaj bağlantıları gözükmektedir. Araca binen kişi, güvenlik sistemine şifre girmeden çalıştırmak istemesi durumda araç marş almayacaktır. Çoğu araçta bulunan immobilizer sistemi anahtar yuvasına araç anahtarının girişinin algılanmasıyla devreden çıkarak aracın marş edilmesi prensibine dayanır. 1207

4 Şekil 5: Güvenlik Sisteminin Araç İçi Görseli Araca ait anahtar yuvasında olsa dahi şifre girilmediği sürece immobilizer devreden çıkmayacaktır. Araç güvenlik sisteminde aracı çalıştırmanın ön koşulu, doğru şifreyi girmektir. Güvenlik sistemi, tüm durum ve gelişmeler göz ününde bulundurularak tasarlanmıştır. Şekil 6 da, araç sahibinin şifre girerek aracını çalıştırmadan evvel şifre ekranı gözükmektedir. İlk gelen ekranda araç sahibinden dört haneli olan şifresini girmesi istenmektedir. Şekil 7: Güvenlik Sisteminde Şifre Girilmesiyle Kullanıcı Ara yüzü Sistemin gerekli algoritmayı taraması sonucunda, kullanıcı tarafından girilen şifrenin hafızasındaki şifreyle doğru olarak eşleşmesi durumunda Şekil 8 deki ekran görüntüsü tablet bilgisayarda gözükmektedir. Tablet bilgisayar ekranında ŞİFRENİZ ONAYLANMIŞTIR. İYİ YOLCULUKLAR yazmaktadır. Bu ekran görüntüsünün çıkması sonucunda araca montajlı devrelerimize elektroniksel sinyaller gönderilerek aracın marş etmesi ve yakıt deposundaki yakıtın yakıt pompasıyla motorun silindirlerine ulaşması sağlanır ve bu işlemler sonrasında aracımız, sahibinin şifresiyle çalışmış olur. Şekil 6: Tablet Bilgisayarın Araç Üzerinde Kullanıcı Ara Yüzü Ekranı Araç sahibi şifresini girdikten sonra, sistem hafızasındaki şifreyle algoritmasına uygun olarak tarama yaparken Şekil 7 deki ara yüz ekranı tablet bilgisayarda gözükmektedir. Tablet bilgisayar ekranında ŞİFRENİZ DOĞRULANIYOR yazmaktadır. Araç sahibinin güvenlik sisteminde kullanmak istediği şifre android tabanlı tablet bilgisayar üzerinden programın ayarlar bölümünden istenilen şifre belirlenerek bireysel sistem şifresi oluşturulur. Şekil 8: Güvenlik Sisteminde Doğru Şifre Girilmesi Sonucu Kullanıcı Ara yüzü Buraya kadar anlatılan güvenlik sisteminin çalışma aşamaları bir araç üzerinde normal olarak çalıştırılması esnasındaki izlenecek adımlardır. Bu adımların baştan sona ön şartı şifrenin doğru girilmesindir. Eğer bunlar araç sahibi tarafından yapılıyorsa hiçbir sıkıntı olmayacaktır. Ama hırsızlık girişiminde bulunmak isteyen bir kişi tarafından güvenlik sistemine şifre girilmeye çalışılınca Şekil 6 ve Şekil 7 deki ekran ara yüzleri ile karşılaşılacaktır. 1208

5 Araç sahibinin şifreyi unutması ya da şifreyi bilmeyen bir kişi tarafından şifrenin yanlış girilmesi sonucunda tablet bilgisayar ekranında Şekil 9 daki ara yüz çıkacaktır. Şekil 9 da YANLIŞ ŞİFRE GİRDİNİZ. KALAN DENEME: 2 yazmaktadır. Şekil 11: Güvenlik Sisteminde Şifrenin Üçüncü Defa Yanlış Girilmesi ve Sistemin Devre Dışı Kalması Sonrası Ekran Görüntüsü Şekil 9: Güvenlik Sistemine İlk Yanlış Şifrenin Girilmesi İlk yanlış şifrenin girilmesinden sonra kullanıcıdan doğru şifreyi girmesi ikinci defa istenir. Kullanıcı yanlış şifreyi ikinci defa yanlış girmesiyle Şekil 10 daki arayüz görüntüsü ekranda yer alacaktır. Şekil 10 da YANLIŞ ŞİFRE GİRDİNİZ. KALAN DENEME: 1 yazmaktadır. Şekil 10: Güvenlik Sistemine Şifrenin İkinci Defa Yanlış Girilmesiyle Gelen Ekran Ara Yüzü Sistem tarafından istenilen şifrenin girilmemesiyle hırsızlık teşebbüsü olduğu kabul edilip, sistem acil durum moduna geçecektir. Güvenlik sistemi kendisine yüklenilen görevleri art arda getirmeye başlayacaktır. İlk olarak aracın yakıt sistemi devre dışı bırakılır, ikinci olarak; aracın alarm sistemi devreye girmesi sağlanır ve üçüncü olarak da araç sahibi cep telefonundan aranır. Bu işlemlerin art arda gerçekleşmesiyle aracın bulunduğu yerde kalması sağlanır. Böylelikle otomobilin çalıştırılarak çalınması ihtimali imkânsız hale getirilir. Şekil 11 deki ekran ara yüzünden sonra güvenlik sistemi, hırsızlık teşebbüsü moduna geçmişken tablet bilgisayarın GPS modülü devreye girer. Sistem, her ne kadar bir güvenlik sistemi olarak tasarlanmış olsa da olabilecek tüm durumları bünyesinde barındırmalıdır. Eğer hırsız tarafından, güvenlik sistemi acil durum modundan sonra hack lenip tablet bilgisayarın gerekli çıkışlar üretmesini sağlayarak aracın çalışmasını sağlar ise, o zaman GPS modülü arka planda çalışarak araç sahibine her 20 saniye de bir aracın konum bilgisi yollamaktadır. Böylece araç yeri tespit edilebilir [10]. Güvenlik sisteminde tablet bilgisayar kullanılmasından dolayı kullanıcıya güvenlik sisteminin yanında son yıllarda popülaritesi artan ve birçok araçta kullanılan, konum bulmaya yarayan, android yazılım tabanlı navigasyon sistemi de güvenlik sistemiyle bağlantılı olarak kullanılmasına olanak sağlanmıştır. Navigasyon sisteminin devreye girmesi içinde ön şart şifrenin doğru girilmesidir. Böylece tam korumalı ve sahip dışı kullanımların önüne geçilmesi sağlanmıştır. Aracın çalışması için ön koşul olan doğru şifrenin girilmesi, kullanıcının farklı durum ve etkiler halinde olabileceği göz önüne alınarak, 3 hak tanınmıştır. Kullanıcı art arda kendi koyduğu şifresini 3 kez yanlış girerse ya da araç sahibi dışında biri girerse bu durum sistem tarafından hırsızlık durumu olarak algılanacaktır. Şekil 11 de gözüktüğü gibi SİSTEM BLOKE EDİLDİ. SERVİS SAĞLAYICISI İLE GÖRÜŞÜNÜZ yazmaktadır. 6.Sonuçlar ve İleriki Çalışmalar Gelişen teknoloji ve beraberinde getirdiği güvenlik zafiyetiyle birlikte bireylerin her alanda değerleri mallarını korumak için, sadece kendilerinde saklı olan şifreleri, yaşamın her noktasında yer almışken, insanların en değerli mallarından biri olan otomobillerini de korumaları için Özel Şifreli, Telefon Uyarımlı ve Android Uygulamalı Araç Güvenlik Sistemi isimli elektroniksel kitle bu alanda güvenliği maksimum düzeyde sağlanması amaçlanmıştır. 1209

6 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, Eylül 2013, Malatya Sistemin ileriki çalışmaları için; bireye özgü retina, parmak izi tanıması ya da ses ile olacak şekilde görüntü ve ses işleme sisteme eklemek. Aracın olası çalınma durumunda uzaktan kontrol ile aracın yakıt sistemini kesip araç hareketini durdurmak. Tablet bilgisayarın araç içinde kontrol edebileceği donanımsal sistemlerin sayısını artırmak işlemi de başka bir uygulama olarak yapılması düşünülmektedir. Teşekkür Bu çalışma, Kocaeli Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü Sensör Laboratuvarında yapılmıştır. Kocaeli Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Birimi tarafından 13MKN1905 no lu proje olarak desteklenmiştir. Çalışmalarımız da yardımlarını esirgemeyen Makine Mühendisi Prof. Dr. Zafer Dülger e ve Yük. Makine/Mekatronik Müh. Serap Karataş a teşekkür ederiz. Kaynakça [1] [2] Yosi Kristian, Hendrawan Armanto, Michael Frans Utilizing GPS and SMS for Tracking and Security Lock Application on Android Based Phone, Procedia Social and Behavioral Sciences 57 page: Baltimore [3] Yanle Wang, Changsong Qi, Hongjun Pan Design of Remote Monitoring System for Aquaculture Cages Based on 3G Networks and ARM-Android Embedded System Procedia Engineering [4] S. S. Tawani, Prof. U. A. Rane Intelligent Sensor Network for Vehicle Security and Maintenance System Using RISC Machines, International Journal of Research and Reviews in Computer Science (IJRRCS) Vol. 2, No. 3, June [5] Nikolai N. Shemigon, Yuri L. Davydov, Vladimir M. Chernyshev1, William J. Reich, Timothy D. Welch, William C. Brunsdon Main Aspects of the Automated Transportation Security System Development [6] Jitendra Bhatia And Bhumit Shah Review On Various Security Threats & Solutions And Network Coding Based Security Approach For Vanet, International Journal of Advances in Engineering & Technology, Mar [7] Tomas Zelınka, Miroslav Svıtek, Zdenek Lokaj, Martin Srotyr, Data Security İn Intelligent Transport Systems Systemıcs, Cybernetıcs And Informatıcs Volume 10 Number 5 - Year [8] Sumalatha Ramachandran, Uttara Sridhar, Vidhya Srinivasan, J. Jaya Jothi Data Aggregatıon And Prıvacy For Polıce Patrols International Journal of Ad hoc, Sensor & Ubiquitous Computing (IJASUC) Vol.2, No.2, June [9] [10] [11] [12]