RU56034U1 - SYSTEM OF CONTROL AND MANAGEMENT OF OBJECTS AT DISTANCE - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к системам контроля и управления объектами, распределенными в пространстве, и может быть использована в системах охранно-пожарной сигнализации, в системах охраны помещений от несанкционированного доступа и т.д. Целью осуществления полезной модели является повышение надежности системы и обеспечение возможности подключения большего количества внешних датчиков. Поставленная цель достигается тем, что система, включающая сетевой контроллер, получив информацию от внешних датчиков и обработав ее по определенным программам, передает ее через сеть на сервер. Система состоит их отдельных стандартных модулей в соответствии с блок-схемами фиг.1 и фиг.2. Так сетевой контроллер представлен базовой платой, на которой размещена плата расширения. Базовая плата состоит из микроконтроллера, обрабатывающего информацию, полученную от внешних датчиков через преобразователи уровня платы расширения, светодиодного индикатора, контроллера физического уровня Ethernet. Плата расширения выполнена с возможностью изменения конфигурации в зависимости от количества подключаемых внешних датчиков. При этом в качестве сети, передающей обработанную информацию с сетевого контроллера на сервер, использована сеть Ethernet. Внешними датчиками являются пожарные датчики, датчики вскрытия, датчики тревожной кнопки, считыватель электронного ключа «Touch Memory» и др.The utility model relates to systems for monitoring and controlling objects distributed in space, and can be used in security and fire alarm systems, in systems for protecting premises from unauthorized access, etc. The purpose of the utility model is to increase the reliability of the system and provide the ability to connect more external sensors. This goal is achieved by the fact that the system, including the network controller, after receiving information from external sensors and processing it according to certain programs, transmits it through the network to the server. The system consists of separate standard modules in accordance with the block diagrams of figure 1 and figure 2. So the network controller is represented by the base board on which the expansion card is located. The base board consists of a microcontroller that processes information received from external sensors through the level converters of the expansion board, LED indicator, physical Ethernet controller. The expansion board is configured to change configuration depending on the number of external sensors connected. At the same time, an Ethernet network was used as a network transferring processed information from a network controller to a server. External sensors are fire detectors, tamper detectors, panic button sensors, “Touch Memory” electronic key reader, etc.

Description

Полезная модель относится к системам контроля и управления объектами, распределенными в пространстве, и может быть использована в системах охранно-пожарной сигнализации, в системах охраны помещений от несанкционированного доступа, в системах оповещения об опасных ситуациях, о протечках воды, в системах мониторинга и управления потреблением ресурсов, а также в других системах контроля и управления.The utility model relates to systems for monitoring and controlling objects distributed in space, and can be used in fire alarm systems, in systems for protecting premises from unauthorized access, in warning systems about dangerous situations, about water leaks, in monitoring and consumption management systems resources, as well as in other control and management systems.

Известна система передачи и обработки сигналов о состоянии объекта, которая содержит датчики, связанные с объектами контроля, станцию, включающую блок подключения датчиков, выходом связанный со входом блока обработки данных, по меньшей мере один пульт оператора, подключенный через приемник и передатчик стыкового сигнала к блоку обработки данных станции. Кроме того, в систему введены дополнительные станции, каждая из которых содержит передатчик и приемник основного сигнала и передатчик и приемник дополнительного сигнала, подключенные к блоку обработки данных, коммутаторы, дифференциальные системы. Станции подключены таким образом, что обеспечивается передача сигнала в обратном основному сигналу направлении, что уменьшает потери информации при выходе из строя отдельных участков (см. описание к патенту №2087036, МПК 6 G 08 C 19/00, 1994 г.).A known system for transmitting and processing signals about the state of the object, which contains sensors associated with the objects of control, a station including a sensor connection unit, output connected to the input of the data processing unit, at least one operator console connected via a receiver and transmitter of the butt signal to the unit processing station data. In addition, additional stations have been introduced into the system, each of which contains a transmitter and a receiver of the main signal and a transmitter and receiver of an additional signal connected to the data processing unit, switches, and differential systems. The stations are connected in such a way that the signal is transmitted in the direction opposite to the main signal, which reduces the loss of information in the event of failure of individual sections (see the description of patent No. 2087036, IPC 6 G 08 C 19/00, 1994).

Недостатком упомянутой системы являются ее большие габариты, которые обусловлены использованием устаревшей элементной базы, недостаточная надежность, обусловленная использованием большого количества элементов.The disadvantage of this system is its large dimensions, which are due to the use of an outdated element base, insufficient reliability due to the use of a large number of elements.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является система дистанционного доступа к электронным счетчикам, которая относится к поддержке электронных счетчиков по протоколу TCP/IP для The closest analogue to the proposed utility model is a system of remote access to electronic meters, which relates to the support of electronic meters using the TCP / IP protocol for

двухстороннего дистанционного доступа к счетчикам по локальным и глобальным сетям.two-way remote access to meters over local and global networks.

Упомянутая система содержит локальную сеть не по протоколу TCP/IP, через которую соединены счетчики. К локальной сети также подключен шлюз, который соединен с глобальной сетью ТСР/IР.The mentioned system does not contain a local network via TCP / IP protocol, through which the meters are connected. A gateway is also connected to the local network, which is connected to the global TCP / IP network.

В одном из вариантов системы шлюз получает пакеты от других устройств глобальной сети. Шлюз включает интерфейс ТСР/IР и интерфейс локальной сети. Интерфейс локальной сети включает программное обеспечение для преобразования пакетов данных в формат, требуемый для передачи через локальную сеть. В этом случае шлюз передает эти преобразованные пакеты по локальной сети к счетчикам (см. описание к патенту №2227326, МПК 7 G 08 C 19/00, H 04 L 12/64, 1998 г.).In one embodiment of the system, the gateway receives packets from other devices in the global network. The gateway includes a TCP / IP interface and a LAN interface. The local area network interface includes software for converting data packets into the format required for transmission over the local area network. In this case, the gateway sends these converted packets over the local network to the counters (see the description of patent No. 2227326, IPC 7 G 08 C 19/00, H 04 L 12/64, 1998).

Необходимость поддерживать в рабочем состоянии две разнородные сети (WAN по протоколу ТСР/IР и локальную сеть LAN не по протоколу ТСР/IР между счетчиками и интерфейсом) приводит к снижению надежности системы, что является недостатком ближайшего аналога.The need to maintain two heterogeneous networks (WAN via TCP / IP protocol and a local area network LAN not via TCP / IP protocol between meters and interface) reduces the reliability of the system, which is a drawback of the closest analogue.

Целью осуществления предлагаемой полезной модели является повышение надежности системы за счет упрощения ее построения и обслуживания, а также обеспечение возможности подключения большего количества датчиков.The purpose of the proposed utility model is to increase the reliability of the system by simplifying its construction and maintenance, as well as providing the ability to connect more sensors.

Поставленная цель достигается тем, что система, включающая сетевой контроллер, получающий информацию от внешних датчиков, и, обработанную, передающий через сеть на сервер, состоит из отдельных стандартных модулей в соответствии с блок-схемами фиг.1 и фиг.2.This goal is achieved in that the system, including the network controller, receiving information from external sensors, and processed, transmitting through the network to the server, consists of separate standard modules in accordance with the block diagrams of figure 1 and figure 2.

Так сетевой контроллер представлен базовой платой, на которой размещена плата расширения. Базовая плата состоит из микроконтроллера, обрабатывающего информацию, полученную от внешних датчиков через преобразователи уровня платы расширения, светодиодного индикатора, контроллера физического уровня Ethernet. Плата расширения выполнена с возможностью изменения конфигурации в зависимости от количества подключаемых внешних датчиков. При этом в качестве сети, передающей So the network controller is represented by the base board on which the expansion card is located. The base board consists of a microcontroller that processes information received from external sensors through the level converters of the expansion board, LED indicator, physical Ethernet controller. The expansion board is configured to change configuration depending on the number of external sensors connected. Moreover, as a network transmitting

обработанную информацию с сетевого контроллера на сервер, использована сеть Ethernet.processed information from the network controller to the server, the Ethernet network is used.

Внешними датчиками являются пожарные датчики, датчики вскрытия, датчики тревожной кнопки, считыватель электронного ключа «Touch Memory» и др.External sensors are fire detectors, tamper detectors, panic button sensors, “Touch Memory” electronic key reader, etc.

Таким образом, предлагаемая полезная модель характеризуется:Thus, the proposed utility model is characterized by:

- выполнением из отдельных стандартных модулей;- execution of separate standard modules;

- наличием внешних датчиков;- the presence of external sensors;

- наличием сети, передающей информацию;- the presence of a network transmitting information;

- наличием сетевого контроллера (шлюза в ближайшем аналоге);- the presence of a network controller (gateway in the nearest equivalent);

- наличием сервера (серверов).- the presence of a server (s).

Отличается:Is different:

- использованием сети Ethernet в качестве сети, передающей информацию;- using an Ethernet network as a network transmitting information;

- выполнением сетевого контроллера из базовой платы и платы расширения;- the implementation of the network controller from the base board and expansion card;

- включением в базовую плату микроконтроллера, светодиодного индикатора, контроллера физического уровня Ethernet;- inclusion of a microcontroller, LED indicator, Ethernet physical layer controller in the base board;

- выполнением платы расширения с возможностью изменения ее конфигурации в зависимости от количества подключаемых датчиков.- the implementation of the expansion card with the ability to change its configuration depending on the number of connected sensors.

Использование в полезной модели совокупности признаков, сходных с признаками ближайшего аналога и отличительных, обеспечило достижение поставленной цели. Необходимость поддерживать в рабочем состоянии только одну сеть (Ethernet) повышает надежность системы.The use in a utility model of a combination of features similar to those of the closest analogue and distinctive ensured the achievement of the goal. The need to keep only one network (Ethernet) operational increases system reliability.

Выполнение платы расширения с возможностью изменения ее конфигурации позволяет увеличить количество подключаемых датчиков.The implementation of the expansion card with the ability to change its configuration allows you to increase the number of connected sensors.

Заявляемая полезная модель представлена следующим графическимThe inventive utility model is represented by the following graphic

материалом.material.

На фиг.1 показана схема предлагаемой системы, гдеFigure 1 shows a diagram of the proposed system, where

1 - сетевой контроллер (шлюз в ближайшем аналоге);1 - network controller (gateway in the closest analogue);

2 - сеть передачи данных по протоколу Ethernet;2 - Ethernet data transmission network;

3 - центральный сервер системы;3 - the central server of the system;

На фиг.2 показана та же схема, но более подробно, гдеFigure 2 shows the same diagram, but in more detail, where

4 - микроконтроллер;4 - microcontroller;

5 - блок питания;5 - power supply;

6 - светодиодные индикаторы;6 - LED indicators;

7 - контроллер физического уровня Ethernet;7 - Ethernet physical layer controller;

8-13 - преобразователи уровня;8-13 - level converters;

14 - звуковой излучатель;14 - sound emitter;

15 - датчик вскрытия корпуса;15 - tamper sensor;

16 - сеть Ethernet;16 - Ethernet network;

17 - сервер охраны и управления;17 - server security and management;

18 - канал выхода в Internet;18 - Internet access channel;

19 - канал отправки SMS клиентам системы;19 - channel for sending SMS to system clients;

20 - канал рассылки E-mail клиентам системы;20 - E-mail distribution channel for system clients;

21 - канал голосового оповещения на телефоны клиентов системы;21 - channel of voice notification to the phones of system clients;

22 - пожарно-охранные датчики;22 - fire and security sensors;

23 - сирена;23 - siren;

24 - считыватель электронного ключа «Touch Memory»;24 - electronic key reader “Touch Memory”;

25 - электросчетчики, водосчетчики, газосчетчики с импульсным выходом;25 - electric meters, water meters, gas meters with a pulse output;

26 - интеллектуальные теплосчетчики;26 - intelligent heat meters;

27 - Исполнительные реле;27 - Executive relays;

Система содержит сетевой контроллер 1, соединенный сетью 2 с центральным сервером 3 системы (фиг.1). Сетевой контроллер состоит из базовой платы и платы расширения (фиг.2). Базовая плата включает микроконтроллер 4, блок питания 5, светодиодный индикатор 6, который обеспечивает визуализацию режимов работы блока, контроллер физического уровня Ethernet 7. Плата расширения включает преобразователи уровня 8-13, звуковой индикатор 14, датчик вскрытия корпуса 15.The system comprises a network controller 1, connected by a network 2 to a central server 3 of the system (Fig. 1). The network controller consists of a base board and an expansion card (figure 2). The base board includes a microcontroller 4, a power supply 5, an LED indicator 6, which provides visualization of the unit's operating modes, an Ethernet 7 physical level controller. The expansion card includes level converters 8-13, an audio indicator 14, and an opening detector 15.

Информация о состоянии контролируемого объекта передается с внешних датчиков 22-27 через преобразователи уровня 8-13 и, обработанная контроллером по определенной программе, передается через сеть Ethernet 16 на сервер охраны и управления 17. Сервер охраны и управления имеет канал выхода в Internet 18, канал отправки SMS клиентам системы 19, канал рассылки E-mail клиентам системы 20, канал голосового оповещения на телефоны клиентов системы 21.Information about the state of the monitored object is transmitted from external sensors 22-27 through level 8-13 converters and, processed by the controller according to a specific program, is transmitted via the Ethernet 16 network to the security and control server 17. The security and control server has an Internet connection channel 18, a channel sending SMS to system 19 clients, E-mail distribution channel to system 20 clients, voice notification channel to system 21 phones.

От количества и характеристик преобразователей уровня зависит конфигурация платы расширения, а также тип и количество подключаемых датчиков. Так появление нового датчика потребует изменения платы расширения.The configuration of the expansion board, as well as the type and number of connected sensors, depend on the number and characteristics of the level converters. So the appearance of a new sensor will require a change in the expansion card.

В качестве внешних датчиков применяются пожарные датчики, датчики вскрытия, датчики тревожной кнопки, считыватель электронного ключа «Touch Memory» и др.As external sensors, fire sensors, tamper sensors, panic button sensors, “Touch Memory” electronic key reader, etc. are used.

Сетевые контроллеры и сервер имеют индивидуальные IP-адреса и могут обмениваться информацией через любые сети, поддерживающие IP-адресацию. Первичной или единственной такой сетью может служить сеть, построенная на основе Ethernet.Network controllers and server have individual IP addresses and can exchange information through any network that supports IP addressing. The primary or only such network can be an Ethernet-based network.

Обмен данными между сетевым контроллером и сервером производится с использованием протокола UDP. Каждый пакет состоит из заголовка и содержит поле данных. Длина заголовка фиксированная, поле данных состоит из блоков по 16 байт. Заголовок и каждый блок данных шифруется по стандарту AES 128-битным ключом (высокая устойчивость к взлому). При получении пакета расшифровывается заголовок, подсчитывается контрольная сумма заголовка и сравнивается с полем «Контрольная сумма заголовка». За счет этого достигается высокая достоверность данных в принятом пакете. Чтобы исключить выход системы из строя при отказе сервера, каждый сетевой контроллер работает с двумя серверами одновременно - с основным и резервным. При выходе основного сервера из строя его функции выполняет резервный.Data exchange between the network controller and the server is performed using the UDP protocol. Each package consists of a header and contains a data field. The length of the header is fixed, the data field consists of blocks of 16 bytes. The header and each data block is encrypted according to the AES standard with a 128-bit key (high resistance to cracking). Upon receipt of the packet, the header is decrypted, the checksum of the header is calculated, and compared with the "Checksum of the header" field. Due to this, a high reliability of the data in the received packet is achieved. To exclude system failure in the event of a server failure, each network controller works with two servers at the same time - with the primary and backup. When the primary server fails, its functions are performed by the backup.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

Так при возникновении пожара, протечки воды, нажатии тревожной кнопки соответствующие датчики пошлют электрический сигнал, который после прохождения через первичные преобразователи, преобразуется в стандарт TTL 0-5B, затем попадает в микроконтроллер 4, где обрабатывается соответствующей подпрограммой. Сигнал о тревоге через контроллер физического уровня Ethernet 7 и сеть 16 попадает на сервер охраны 17. Сам же сетевой контроллер будет индицировать данный режим при помощи светодиодного индикатора 6 и звукового излучателя 14. Кроме того, будет включена сирена 23.So, in the event of a fire, water leakage, pressing the panic button, the corresponding sensors will send an electric signal, which, after passing through the primary converters, is converted to the TTL 0-5B standard, then it goes to microcontroller 4, where it is processed by the corresponding subprogram. The alarm signal is sent through the Ethernet 7 physical layer controller and network 16 to the security server 17. The network controller itself will indicate this mode using the LED 6 and the sound emitter 14. In addition, the siren 23 will be turned on.

Охрана помещения от взлома реализуется по следующей схеме. Лицо, покидающее охраняемое помещение, прикладывает электронный ключ «Touch Memory» к считывающему устройству 24. Если код данного электронного ключа записан в памяти микроконтроллера 4, то сетевой контроллер включает таймер задержки и начинает переходить в режим охраны, позволяя лицу свободно покинуть помещение и закрыть за собой дверь. Данный режим также индицируется световой 6 и звуковой индикацией 14 на устройстве. После окончания времени программного таймера, сетевой контроллер переходит из режима мониторинга в режим охраны и посылает соответствующий сигнал на сервер охраны 17. При попытке взлома, от соответствующих датчиков приходит электрический сигнал, и устройство переходит в режим ожидания снятия с охраны помещения. Снятие с охраны производиться прикладыванием к считывателю электронного ключа «Touch Memory» 24, ключа с кодом, который содержится в памяти микроконтроллера. Если в течение 1-240 сек. код необходимого ключа не был считан, то происходит срабатывание охранной системы - включается сирена 23, отправляется сообщение на сервер 17, индицируется режим на сетевом контроллере.The premises are protected from hacking as follows. The person leaving the protected room applies the “Touch Memory” electronic key to the reader 24. If the code of this electronic key is recorded in the memory of microcontroller 4, the network controller starts the delay timer and starts to enter the security mode, allowing the person to freely leave the room and close it behind a door. This mode is also indicated by light 6 and sound indication 14 on the device. After the program timer expires, the network controller switches from monitoring mode to armed mode and sends the corresponding signal to security server 17. When an attempt is made to hack, an electrical signal comes from the corresponding sensors and the device goes into standby mode for disarming the premises. Disarming is carried out by applying to the reader an electronic key “Touch Memory” 24, a key with a code that is contained in the memory of the microcontroller. If within 1-240 sec. the required key code has not been read, the alarm system is triggered - the siren 23 is turned on, a message is sent to the server 17, the mode on the network controller is displayed.

Для контроля состояния сетевого контроллера и предотвращения маскировки взлома путем повреждения линии связи, сетевой контроллер посылает зашифрованные пакеты на сервер 17 с периодом 30 сек. Если To monitor the status of the network controller and to prevent hacking by masking the communication line, the network controller sends encrypted packets to server 17 with a period of 30 seconds. If

очередной пакет не приходит в заданный промежуток времени, на сервере 17 вырабатывается сообщение о потери связи с сетевым контроллером.the next packet does not arrive in a given period of time, a message is generated on the server 17 about a loss of communication with the network controller.

Сервер 17 имеет возможность отправить тревожные сообщения по нескольким каналам:Server 17 has the ability to send alarm messages on several channels:

- через WEB-браузеры и локальные программы, подключенные к серверу через сеть 18;- through WEB browsers and local programs connected to the server via network 18;

- через канал мобильной связи отправки SMS 19;- through the mobile communication channel send SMS 19;

- через канал отправки электронной почты E-mail 20;- through the channel for sending e-mail E-mail 20;

- через телефонный канал, сообщая информацию голосом 21.- through a telephone channel, reporting information by voice 21.

Учет электропотребления происходит следующим образом.Accounting for power consumption is as follows.

В качестве первичного счетчика применяется любой электронный электросчетчик, имеющий импульсный выход телеметрии, то есть счетчик на каждый измеренный КВт/ч выдает фиксированное количество импульсов, например, 6400. Сетевой контроллер, получая данные импульсы, производит их суммирование и накопление в энергонезависимой памяти. Каждые 30 секунд сетевой контроллер отправляет накопленное значение в сформированном пакете UDP на IP адрес сервера 17. Получив пакет UDP с зашифрованными в нем данными по стандарту AES 128, сервер 17 производит первичную обработку принятых данных, вычисляет мощность потребляемую нагрузкой в Вт и потребленную энергию КВт/ч. Полученные значения заносятся в базу данных MySQL. Оператор системы при помощи WEB интерфейса 18 может в любой момент считать из базы данных необходимые параметры и графики в виде отчета.Any electronic electric meter having a pulse telemetry output is used as a primary counter, that is, a counter for each measured kW / h gives a fixed number of pulses, for example, 6400. The network controller, receiving these pulses, sums them and stores them in non-volatile memory. Every 30 seconds, the network controller sends the accumulated value in the generated UDP packet to the IP address of server 17. Having received a UDP packet with encrypted data in it according to the AES 128 standard, server 17 performs the initial processing of the received data, calculates the power consumed by the load in W and the consumed energy kW / hours The obtained values are entered into the MySQL database. The system operator using the WEB interface 18 can at any time read from the database the necessary parameters and graphs in the form of a report.

Многократное воспроизведение системы действительно возможно, так как при реализации системы использованы стандартные узлы и модули. Например, в качестве центрального сервера применяется серийный IBM совместимый компьютер с тактовой частотой процессора не ниже 1000 МГц. Все компоненты сети Ethernet (коммутаторы, модемы) также широко выпускаются различными мировыми фирмами.Multiple reproduction of the system is really possible, since standard components and modules were used in the implementation of the system. For example, as a central server, a serial IBM compatible computer with a processor frequency of at least 1000 MHz is used. All Ethernet network components (switches, modems) are also widely produced by various global companies.

Например, при изготовлении контроллера применяются современные радиоэлементы и компоненты для поверхностного монтажа (SMD). Сборка For example, in the manufacture of the controller uses modern radio elements and components for surface mounting (SMD). Assembly

базовой платы и платы расширения может осуществляться на автоматических линиях. Основные элементы контроллера приведены в таблице:base board and expansion board can be carried out on automatic lines. The main elements of the controller are shown in the table:

НаименованиеName КорпусHousing МикросхемыMicrochips   MEGA128MEGA128 TQFP64TQFP64 ADM232ADM232 SOIC16SOIC16 МАХ485MAX485 SOIC8SOIC8 RTL8019ASRTL8019AS QFP100QFP100 КонденсаторыCapacitors SMD1206SMD1206 РезисторыResistors SMD1206SMD1206

В настоящее время изготовлено и испытано 130 образцов предлагаемой системы. Все они прошли эксплуатационные испытания в течение года на предприятии ЗАО «Жуковская электросеть», где использовались в системах охраны от взлома трансформаторных подстанций и для дистанционного управления уличным освещением. Намечен ее серийный выпуск.Currently, 130 samples of the proposed system are manufactured and tested. All of them passed operational tests during the year at the Zhukovskaya Electric Network company, where they were used in burglar alarm systems of transformer substations and for remote control of street lighting. Scheduled for its serial production.

Claims (2)

1. Система контроля и управления объектами на расстоянии, состоящая из отдельных стандартных модулей, включающая сетевой контроллер, получающий информацию от внешних датчиков и передающий обработанную информацию через сеть на сервер, выполняющий функции накопителя информации, командного терминала и оператора, отличающаяся тем, что сетевой контроллер представлен базовой платой, на которой размещена плата расширения, причем базовая плата состоит из микроконтроллера, обрабатывающего информацию, полученную от внешних датчиков через преобразователи уровня платы расширения, блока питания, светодиодного индикатора, контроллера физического уровня Ethernet, а плата расширения выполнена с возможностью изменения конфигурации в зависимости от количества подключаемых внешних датчиков, при этом в качестве сети, передающей обработанную информацию с сетевого контроллера на сервер, использована сеть Ethernet.1. A system for monitoring and managing objects at a distance, consisting of separate standard modules, including a network controller that receives information from external sensors and transfers processed information through a network to a server that acts as an information storage device, command terminal and operator, characterized in that the network controller represented by the base board on which the expansion board is located, the base board consisting of a microcontroller that processes information received from external sensors through pre Browsers of the level of the expansion board, power supply, LED indicator, physical Ethernet controller, and the expansion board is configured to change the configuration depending on the number of external sensors connected, and the Ethernet network is used as the network that transfers the processed information from the network controller to the server . 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что внешними датчиками являются пожарные датчики, датчики вскрытия, датчики тревожной кнопки, считыватель электронного ключа «Touch Memory».

2. The system according to claim 1, characterized in that the external sensors are fire detectors, tamper detectors, panic buttons, electronic key reader “Touch Memory”.