Da bodo dom in poslovni prostori varni

Poletne počitnice so priložnost za vlomilce, da si postrežejo z našim premoženjem. Kako to preprečimo in koliko stane? Preverili smo tudi možnosti za samogradnjo alarmno-nadzornega sistema z vgrajeno umetno inteligenco, ki ga ne moremo kupiti v redni prodaji.

Mnogi si sistem za varovanje in upravljanje poslopja predstavljajo kot škatlo, s katero so povezana številna bolj ali manj zapletena tipala za zaznavanje različnih nevarnosti (vlom, požar, poplava … ) in ena ali več tipkovnic, prek katerih lahko sistem z vtipkanjem ustrezne kode vključimo ali izključimo. Potem so tu še razni releji in krmilna vezja brez gibljivih delov, s katerimi upravljamo dele zgradbe (okna, zastori, klimatska naprava, ogrevalne naprave, električna vrata … ) in gospodinjske aparate (pomivalni stroj, štedilnik, pomivalni stroj ...). Za večino sistemov to še vedno drži, a v zadnjih letih se vrstijo »tektonski« premiki.

Alarmni sistemi
Relejska tehnika

Elektromehanske alarmne centrale, ki temeljijo na enem ali več relejih, so vedno redkejše, a zdajšnje še vedno s pridom uporabljamo. Rele ob dovolj dolgem trajanju signala na določenem varnostnem območju sproži alarm. Za vsako varnostno cono potrebujemo vsaj en časovni rele z nastavljivim časom vklopa. Alarm traja, dokler ga ročno ne izklopimo. Toda releji ne odločajo o smiselnosti sprejetih signalov s tipal. Rabijo zgolj za to, da alarm ne preneha, ko signali ugasnejo. Denimo, ob nasilnem vstopu v poslopje tipalo prisotnosti odda kratek impulz, ki ga s tekom po avli sproži vlomilec. Toda alarm ne preneha tudi, ko vlomilec zapusti prostor.

Pomemben del alarmnega sistema je tudi avtomatski javljalnik za samodejno obveščanje upravnika in/ali varnostne službe in/ali policije po telefonskem omrežju ali internetu. Včasih je upravnik stavbe na magnetofonski trak s svojim glasom posnel alarmni klic, nato pa ga je ob sprožitvi katerega od tipal alarmna centrala predvajala varnostni službi. Danes prevladujejo javljalniki z mikrokrmilniki, ki posnetek shranijo v električno zbrisljivi pomnilnik (EEPROM, angl. electrically erasable programmable read-only memory). To zagotavlja zanesljivejše delovanje, saj ni mehanskih delov.

Satelova alarmna centrala, Versa 5

Pametno varovanje

Računalniški alarmno-nadzorni sistemi signale s tipal obravnavajo ob pomoči različnih hevristik, pri čemer upoštevajo moč posameznega »dražljaja« in logične povezave med različnimi tipali. Upravljati znajo več varnostnih območij in glede na potencialne nevarnosti tudi ustrezno prilagoditi odziv. Tako se alarm ne bo sprožil, če bo eno od tipal za zaznavanje navzočnosti zmotilo gibanje manjše živali (ptič, glodavec … ). Se bo pa zagotovo sprožil, če bo enak signal zaznalo tipalo v varnostnem območju, kamor je dostop živalim nemogoč, ali če se bo zapored sprožilo več tipal na različnih varnostnih območjih.

Zmogljivejši modeli alarmno-nadzornih central so pravi mikroračunalniki z internetnimi, telefonskimi (fiksna telefonija ali GSM) in drugimi brezžičnimi povezavami, s protokoli, kot so WiFi in drugi lastniški komunikacijski protokoli. Upravljavce poslopij in varnostno službo in/ali policijo lahko o izrednih dogodkih obveščajo različno: prek sporočil SMS, glasovnega klica, internetne povezave ali prek nadzornega računalnika v stavbi.

Prav velika razširjenost naprav z brezžičnim ethernetom oziroma WiFi je omogočila ponudnikom alarmnih sistemov vgradnjo sodobnih načinov komunikacije. Alarmne centrale z WiFi lahko uporabljamo skoraj iz vsake naprave WiFi, pogoj je le, da smo prej naložili nanjo programski paket in da imamo ustrezne poverilnice.

Računalniški alarmno-nadzorni sistemi poleg alarmiranja pogosto upravljajo tudi naprave v poslopju, kot so: luči, okna, zastori, ogrevalne naprave, klimatske naprave itn. S tem zmanjšamo porabo energije. Na primer, s pravilnim prezračevanjem in uporabo zastorov se zmanjša potreba po uporabi klimatskih naprav. Obenem lahko z upravljanjem zastorov in luči v nočnem času učinkovito simulirajo navzočnost ljudi v zgradbi.

Z razvojem brezžičnih tehnologij za prenos podatkov se uveljavljajo tudi poceni »instantni« alarmni sistemi z brezžičnimi povezavami med tipali in alarmno centralo. V vsako tipalo je vgrajen baterijsko podprt oddajnik, ki zaznavo incidenta sporoči alarmni centrali prek kodiranega radijskega kanala. Tak sistem varovanja je še posebej primeren za tiste, ki se pogosto selijo, saj ne zahteva montaže signalnih kablov. Dovolj je, da tipala razpostavimo po prostoru (npr. po omarah).

DSCjev alarmno-nadzorni sistem Alexor

Kako delujejo?

Sodoben alarmno-nadzorni sistem je omrežje mikrokrmilnikov. Po načinu delovanja ločimo tri vrste sistemov: ožičene, brezžične in hibridne. Pri ožičenih sistemih so vsa tipala povezana z alarmno-nadzorno centralo s kabli. Najenostavnejše izvedbe imajo zvezdno topologijo, kar pomeni, da je vsako tipalo s centralo povezano po svojem kablu (navadno dvožičnem). Alarmno-nadzorna centrala mora imeti za vsako tipalo svoj vhod. Tako topologijo imajo tudi starejši alarmni sistemi z releji.

Srce sodobnih alarmno-nadzornih sistemov je mikroračunalniška nadzorna enota z vgrajenimi algoritmi za varovanje in upravljanje poslopja ter upravljavsko konzolo in/ali z naprednim, spletnim uporabniškim vmesnikom. Prenos podatkov med tipali in mikroračunalniško nadzorno enoto poteka po zaporednih vodilih, kot sta I2C (povezava med integriranimi vezji, angl. inter integrated circuit connection) in SPI (zaporedni zunanji vmesnik, angl. serial peripheral interface). Vsako tipalo ima vgrajen mikrokrmilnik z unikatnim digitalnim naslovom, prek katerega je dosegljivo alarmno-nadzorni centrali. Slednja občasno preverja stanje vsakega tipala, ob zaznavi nevarnosti pa ima tipalo tudi možnost, da samo prek vodila takoj opozori nadzorno alarmno-nadzorno centralo.

Mikrokrmilnik vsakega tipala spremlja enega ali več parametrov iz različnih merilnikov. Vpliv merilnikov na sproženje alarma lahko nastavljamo prek alarmno-nadzorne centrale, ki ji zato ni treba podrobno spremljati delovanja posameznih tipal. Dovolj so ustrezne nastavitve tipal.

Securitexov brezžični alarmno-nadzorni sistem

Brezžični sistemi

Brezžični alarmno-nadzorni sistemi delujejo podobno kot ožičeni, le da so vsa tipala z alarmno centralo povezana prek brezžičnih komunikacijskih povezav. Po stavbi ni treba napeljevati kablov, sistem pa lahko ob (pogostih) selitvah vsakokrat odnesemo s sabo.

Toda večina strokovnjakov za varnost meni, da zagotavljajo ožičeni alarmno-nadzorni sistemi višjo stopnjo varovanja. Bistvena razloga sta: vsakemu tipalu moramo zagotavljati nemoteno napajanje. To ob pogosto iztrošenih baterijah ni mogoče. Radijske komunikacijske kanale med brezžičnimi tipali in alarmno-nadzorno centralo je mogoče onemogočiti z oddajanjem močnega motilnega signala zunaj poslopja.

Alarm.comova spletna aplikacija za upravljanje alarmno-nadzornega sistema za iPad

Hibridni sistemi

Hibridni alarmno-nadzorni sistemi združujejo dobre lastnosti ožičenih in brezžičnih sistemov. Tipala, do katerih imamo enostaven dostop prek kleti ali podstrešja ali prek v zid vgrajenih cevi s komunikacijskimi kabli, lahko žično povežemo z alarmno centralo, druge pa povežemo brezžično. Pri tem je smiselno brezžičnim tipalom z visoko porabo energije zagotoviti napajanje iz električnega omrežja, akumulatorsko napajanje pa le kot alternativo ob morebitnem izpadu električnega omrežja.

Načrt in namestitev

Pred nakupom alarmno-nadzornega sistema moramo narediti dober načrt. Za enostavnejše varovanje upravljanega poslopja ga lahko naredimo sami, za večje in bolj izpostavljene lokacije pa je bolje, če najamemo strokovnjaka. Ni pomembna le količina tipal, temveč tudi to, da so pravilno razporejena, postavljena in nastavljena. Slaba razporeditev tipal pomeni, da določeni načini vstopa na varovana območja ne bodo zaznani. Prav tako bi lahko imel potencialni vlomilec možnost, da se z določenim gibanjem izogne zaznavi.

Po drugi strani pa si ne želimo intervencij zaradi lažnih alarmov. Pogosti lažni alarmi nam bodo zagotovili mesto na črnem seznamu tistih, ki jih policija in varnostne službe ne obravnavajo resno. V nasprotnem si lahko »prislužimo« tudi visok račun za povzročene stroške nepotrebnih intervencij.

Večje objekte je treba razdeliti na varnostna območja. Gotovo je, da lahko na vrtu kdaj pa kdaj pričakujemo kako manjšo žival; prav tako na podstrešju, če ni zaprto. Po drugi strani želimo, da alarmno-nadzorni sistem zazna lomljenje stekel in/ali prebijanje zidu (npr. vlom skozi podstrešje). Nočemo pa, da bi alarm sprožil že manjši potres.

V alarmno-nadzorni sistem lahko vgradimo tudi redundanco, tako da imamo vedno v pripravi rezervno nadzorno enoto, lahko pa uporabljamo celo podvojen sistem ali dva sistema z raznovrstnimi tipali, ki opravljajo enakovredne zaznave. S podvojeno zaznavo lahko zelo učinkovito preprečujemo lažne alarme, tako da alarm sprožimo šele, ko se varnostni dogodek zgodi na več tipalih.

Nekoliko zmogljivejši serijski alarmno-nadzorni sistem

Kako kupiti?

Posamezne komponente za alarmno-nadzorni sistem, od tipal do alarmno-nadzornih central in kompletov ter »instantnih«  alarmnih sistemov, najdemo v številnih spletnih trgovinah, nekaj jih je tudi v Sloveniji. Dovolj je, da v spletni brskalnik vtipkamo geslo »alarmni sistemi«. Ne kupujmo pa komponent, ne da bi prej naredili načrt alarmno-nadzornega sistema in ne da bi se prej prepričali o njihovi medsebojni združljivosti.

Enostavna kontaktna tipala z relejskim kontaktom ali impulzni-širinsko ali impulzno-frekvenčno moduliranimi signali z digitalnimi napetostnimi nivoji so najpreprostejša za priključitev, saj ne zahtevajo združljivosti s kakim komunikacijskim protokolom. Po drugi strani smo pri nakupu veliko zmogljivejših tipal z vgrajenimi lastnimi mikrokrmilniki pogosto omejeni na izdelovalca nadzorne enote. Splača se kupiti vse komponente alarmno-nadzornega sistema hkrati, zraven pa še kako rezervno tipalo. Slednje velja predvsem za manj uveljavljene izdelovalce, ki bodo morda čez čas nehali izdelovati združljive komponente.

Nizka cena nikakor ne sme biti poglavitni razlog za nakup. Če se odločamo za »instantni« alarmno-nadzorni sistem v vrednosti do 100 evrov, ki ga nimamo namena nadgrajevati ali popravljati, morda ne bi bilo slabo, ko bi ga pred nakupom pri prodajalcu tudi praktično preizkusili. Pri tem je pomembno, da samo preverimo način delovanja tipal, predvsem tistih, ki zaznavajo gibanje. Pomemben je tako domet tipala kot tudi kota zaznave, po višini in širini. Preveriti je treba tudi kakovost alarmiranja.

Večje alarmno-nadzorne sisteme teže praktično preizkusimo, zato pa mora biti za vse komponente na voljo priročnik s podrobnim opisom priklopa in delovnih značilnosti. Cena kompleta z alarmno-nadzorno centralo in tipali za varovanje stanovanja ali hiše je od 150 do 700 evrov. Cena se zviša tudi glede na to, koliko tipal je priloženih. Po potrebi lahko doplačamo še za dodatna. Le prej moramo preveriti, ali ima nadzorna enota dovolj ustreznih priključkov.

Zmogljivejše sisteme za večje poslovne prostore ali hiše moramo praviloma naročiti in stanejo nekajkrat več, odvisno od zahtevnosti postavitve ter števila in cene vgrajenih komponent.

Honeywellova hišna alarmna centrala

Načini alarmiranja

Prvi alarmno-nadzorni sistemi so vse alarmne znake, kot sta vklop sirene in klic varnostne službe, izvajali hkrati ali zaporedoma. Danes je možnosti veliko več. Mogoči so tudi t. i. tihi alarmi, ko je izveden samo klic varnostne službe, pri čemer je slednja samodejno obveščena tudi o varnostnem dogodku. Ob zasedenosti klicane telefonske številke za alarmiranje je mogoča tudi večkratna ponovitev klica. Obenem je mogoče tudi obveščanje na več telefonskih številk. Računalniški alarmni sistemi omogočajo tudi ročno proženje alarma z mobilnega telefona ali posebnega obeska v obliki ročne ure ali zapestnice z oddajnikom.

Dražji alarmni sistemi za večja poslopja so imeli v preteklosti od alarmno-nadzorne naprave do varnostne službe namensko komunikacijsko povezavo, danes pa ta komunikacija poteka večinoma prek navideznih zasebnih omrežij (VPN, angl. virtual private network) v internetu ali brezžičnega telefonskega omrežja GSM, UMTS itn. Pri samodejnem spletnem alarmiranju so na voljo različne storitve, od spletne telefonije (glas prek internetnega protokola, VoIP, angl. voice over internet protocol) do pošiljanja elektronskih sporočil in klasičnih elektronskih sporočil.

Številne varnostne službe po svetu danes uveljavljajo strategijo več alarmnih obvestil po različnih komunikacijskih kanalih ali vsaj dvakrat ponovljen alarmni klic po istem komunikacijskem kanalu, preden začnejo intervencijo.

Naredi sam
Tipala in topologija

Pri ponudbi serijskih rešitev na trgu elektronskih komponent za alarmno-nadzorne sisteme najbolj pogrešamo pametno varovanje. Varovanje je lahko z uporabo nestandardnih sistemov veliko učinkovitejše, saj lahko v lastno alarmno-nadzorno centralo poljubne postopke varovanja. Mini PC kot jedro alarmno-nadzorne centrale omogoča veliko enostavnih nadzornih modulov z mikrokrmilniki. Res pa je, da moramo vsa tipala kupiti posebej in jih morda celo umeriti. A celoten sistem lahko izdelamo za precej manj denarja, kot če bi ga izdelali iz standardnih komponent.

Izbor različnih tipal je velik, a bomo morali za lastno alarmno-nadzorno centralo uporabiti take, ki so jim priložena podrobna tehnična navodila za priklop, namestitev in rabo. Večinoma so to tipala, ki jih moramo na alarmno centralo priključiti neposredno. Enostavna tipala imajo relejske ali elektronske preklopne izhode, prek katerih lahko sporočijo le zaznavo predmeta ali osebe, ne dobimo pa informacije o jakosti zaznave. Alternativa so analogna tipala z digitalnim izhodom, ki izmerjene vrednosti preoblikujejo v impulzno-širinsko ali impulzno-frekvenčno moduliran signal z digitalnimi nivoji. To omogoča nastavljanje občutljivosti alarmno-nadzornega sistema in s tem kakovostnejše prepoznavanje varnostnih dogodkov, kar pomeni manj lažnih alarmov.

Toda zvezdna topologija zahteva veliko kablov. Skupine tipal je veliko enostavneje povezati z enim ali več zaporednimi digitalnimi vodili, ki jih povežemo z mikrokrmilnikom. To lahko storimo tako, da v vsako tipalo vgradimo mikrokrmilnik, ki zna komunicirati po zaporednem vodilu. Uporabimo lahko tudi mešano topologijo, kjer na en mikrokrmilnik povežemo vsa tipala v prostoru, nato pa mikrokrmilnike v vseh prostorih povežemo z mikrokrminikom alarmno-nadzorne centrale prek zaporednega vodila.

Nameščanje magnetnega tipala na vhodna vrata, ki zazna odpiranje vrat

Mini PC in mikrokrmilniki

Najkompleksnejši deli alarmnih sistemov so mikrokrminiki in mikroračunalniki v alarmno-nadzorni centrali. Preprostejše centrale imajo vgrajen le en mikrokrmilnik, na katerega neposredno povežemo do deset tipal po dvožičnih vodih.

Natančnejši pregled slik izdelkov in spletnih trgovin pokaže, da so profesionalni izdelki še vedno pogosto zasnovani na 8-bitnih mikrokrmilnikih. Eden izmed njih je tudi STM8S207R8, ki ga najdemo v nekaterih preprostejših alarmno-nadzornih centralah, ki jih prodajajo tudi kot komplete, skupaj s štirimi ali osmimi tipali za zaznavanje prisotnosti.

Mi smo se gradnje alarmno-nadzorne centrale raje lotili na zahtevnejši način in s tem pridobili več možnosti upravljanja. Srce alarmno-nadzornega sistema je mini PC. A ker ima ta samo priključke USB, smo potrebovali še zmogljive 32-bitne Microchipove mikrokrmilnike iz družine PIC32 (eden stane približno 5 evrov), za prenos podatkov po industrijskih digitalnih zaporednih vodilih SPI in I2C; pa tudi za neposreden priklop nekaterih tipal. Mikrokrmilniške module smo uporabili tudi po posameznih prostorih, da smo z njimi povezali posamezna analogna in digitalna tipala z impulzno-širinsko in impulzno-frekvenčno moduliranimi izhodi ter jih na koncu povezali na skupno vodilo I2C. Vsekakor bi lahko uporabili tudi 8-bitne mikrokrmilnike iz družine PIC18, a ne bi bilo nič ceneje. Obenem bi imeli več programerskega dela, saj ima PIC32 boljšo strojno podporo USB, pa tudi vodili SPI in I2C.

Pri programiranju PIC32 smo s pridom izkoristili Microchipovo brezplačno različico razvojnega okolja MPLAB X, v katerem smo najprej v programskem jeziki C izdelali vgrajeno programsko opremo za PIC32MX250F128B. Naslednji korak je bila izdelava aplikacije za operacijski sistem Windows Server 2008 R2, Windows 7 ali novejši. Tudi ob pomoči sistemske programske opreme smo izkoristili prav vse možnosti, ki jih ponuja mikroračunalnik ZOTAC ZBOX ID-17 (z vgrajenim SSD stane okoli 200  evrov), od ethernetne povezave z usmerjevalnikom, priključkov USB do brezžične dostopne točke WiFi. Mikroračunalnik ima skoraj vse, kar potrebujemo za inteligentni alarmno-nadzorni sistem, z vhodom za mikrofon in zvočnim izhodom vred; manjkajo mu le industrijska vodila in nekaj digitalnih vhodov in izhodov, kar dobi mikrokrmilniki.

Programiranje programske aplikacije za Windows v Visual C.NET ali Visual Basicu.NET je dokaj nezahtevno, saj ima operacijski sistem dobro podporo napravam USB ter zajem in predvajanje zvoka. Brez težav bi lahko priključili tudi spletno kamero ali celo infrardečo kamero in iz nje zajemali slike, ki bi jih lahko aplikacija sproti analizirala. Toda za razvoj take programske opreme je treba kar nekaj let, zato smo se omejili na standardna tipala in opcijsko snemanje videa ob varnostnih incidentih.

Želeli smo aplikacijo z enostavnimi nastavitvami, brez potrebe po dodatnem programiranju. Zato smo uporabili koncept končnega avtomata z vgrajenimi hevristikami, ki lahko sprejema signale s tipal in posnema prisotnost v stavbi; omogoča celo interaktivni govorni odziv, saj zaznava zvok. Razvili smo tudi aplikacijo, ki omogoča neposreden nadzor luči in velikih porabnikov. S tem je mogoče tudi ročno upravljanje na daljavo, prek spletne strani ali debelega odjemalca za Windows 7 ali novejšega.

Več o samogradnji alarmno-nadzornega sistema oziroma sistema za avtomatizacijo doma si lahko preberete na spletni strani sites.google.com/site/pcusbprojects/2-home-automation.

Mini PC, ZOTAC ZBOX ID-17 kot alarmno-nadzorna enota za upravljanje in varovanje doma

Nove zamisli, novi sistemi

Ker gospodarska kriza po svetu še ne jenja, se razraščajo vedno bolj drzne oblike kriminala. Alarmno-nadzorni sistemi bodo za učinkovito varovanje in upravljanje poslopij in prostorov potrebovali vse več novih tehnologij, ki jih danes uporabljamo pretežno v notesih in namiznih miniračunalnikih. Tega se zavedajo tudi številni izdelovalci  alarmno-nadzornih naprav.

Vendar je prepad med povsem brezžičnimi »instantnimi« alarmnimi sistemi in 8-bitnimi ožičenimi alarmno-nadzornimi sistemi še vedno velik. Slednji so bolj preizkušeni in bolj zanesljivi; še posebej zato, ker v tipalih ni baterij, ki bi jih morali menjavati, in ker je ožičene povezave težko motiti. Zato pa jim manjka sodobnih tehnologij. Res pa je, da lahko dokupimo posebne komunikacijske module, ki imajo enako jedro kot mobilni telefoni in omogočajo tudi obveščanje in upravljanje alarmne centrale prek sporočil SMS in govornega kanala prek GSM ali UMTS ali povezave IP, prek ožičenega etheneta ter brezžičnih WiFi, GSM ali UMTS. Toda večino teh funkcij ima tudi mini PC. Manjka mu le povezljivost prek GSM in UMTS, saj je dostopnost WiFi še vedno omejena na velika mesta. Mini PC je kljub temu v bistveni prednosti, ko razmišljamo o inteligentnih interaktivnih alarmno-nadzornih sistemih, saj brez težav opravlja zahtevne funkcije, kot sta analiza slik in govora. Veča se tudi zmogljivost sodobnih mikrokrmilnikov, ki mini PC povežejo s številnimi tipali in hkrati samodejno opravljajo manj zapletena opravila.

Brezžična upravljavska konzola Time Warner Cable hišnega alarmno-nadzornega sistema

Alarmno-nadzorni sistemi bodo iz leta v leto dobivali več funkcij. Še posebej bo izpostavljena nadzorna funkcija, ki bo omogočala vedno večji nadzor delovanja poslopij med normalnim obratovanjem, denimo zaznavo in obveščanje o okvari hladilne skrinje ter nastavljanje in preverjanje delovanja ogrevalne in/ali klimatske naprave. Vedno več bo tudi poceni brezžičnih »instantnih« alarmno-nadzornih sistemov, katerih kakovost bo zaradi tržne logike lahko precej vprašljiva. A verjetno bodo prav ti spodbudili izdelovalce »zaresnih« alarmno-nadzornih sistemov k uporabi novih tehnologij …