СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ДОМА

АННОТАЦИЯ

Современные системы умного дома как правило работают через одно главное устройство, это устройство является слабым местом в этой системе. Предлагается новый подход к решению этой проблемы, не использовать одно устройство и распределить работу системы, что увеличит уровень безопасности дома.

Ключевые слова: дом, безопасность, автоматизация.

Системы умных домов завязаны на одном главном процессоре, все датчики и все устройства подключены к нему. Главный процессор или микроконтроллер связывается с владельцем дома через одну беспроводную связь. Вся система управления домом сконцентрирована в одном месте, если отключится питание в этом месте или единственный главный контроллер выйдет из строя, весь дом остается без защиты и владелец теряет связь со своим домом. Если злоумышленник получит доступ к центральному процессору, то может вывести из строя всю систему безопасности дома и даже взять дом под свой контроль.

При проектировании системы безопасности дома предлагается использовать другой принцип работы системы, децентрализованную систему, где не будет главного процессора или одной точки для связи с владельцем. Новая система безопасности дома не должна иметь одной точки, от которого зависит весь дом.  Система должна иметь резервные каналы связи с владельцем дома. Если одна часть системы выйдет из строя, оставшаяся часть будет работать.

Если выйдет из строя беспроводная связь с владельцем дома, будет задействована резервная часть.

При попытке взлома одного узла, остальные части системы смогут обнаружить попытку взлома и заблокировав узел сообщить владельцу дома о нарушениях.

Каждый узел будет постоянно общаться с остальными и проверять, не потеряла ли связь с остальными узлами, нет ли подмены. Описание реализации работы децентрализованной системы безопасности дома:

Узлом в децентрализованной системе будет называться электронное устройство, к которому подключены все датчики и другие устройства, которыми будет управлять система. Децентрализованная система безопасности дома представляет собой множество взаимосвязанных узлов. Система должна состоять как минимум из 3-х узлов. На каждую комнату один узел, количество узлов не ограничено.

Основные компоненты узла.

Литий-ионный аккумулятор цилиндрический, типоразмера 18650; Пластиковый корпус батареи на 2 аккумулятора 18650 с пружинными контактами и соединительными проводами; Блок питания для зарядки литий-ионных аккумуляторов; Блок питания для микроконтроллеров;

Контроллеры питания на 5в и 3.3в; Первый микроконтроллер: ATMEL Atmega328; Второй микроконтроллер: ESP32-D2WD; Датчик открывания корпуса; Пластиковый ударостойкий корпус;

Принцип взаимосвязи узлов.

К первому и второму микроконтроллеру будут подключены датчики в этой комнате. С датчиков микроконтроллеры будут считывать данные независимо друг от друга. Управление разными электронными устройствами, (к примеру, включение лампочки) в доме будет второй микроконтроллер ESP32-D2WD. Также связь с владельцем дома будет осуществлять микроконтроллер ESP32-D2WD.

Первый микроконтроллер Atmega328 будет считывать показания с датчиков, собирать все данные в один пакет, шифровать и отправлять по проводной связи через USART в остальные узлы. Первый микроконтроллер Atmega328 будет получать обратно показания с других узлов по проводной связи. Полученные обратно данные первый микроконтроллер будет расшифровывать с помощью ключа шифрования. Расшифрованные данные с других узлов Atmega328 перешлет на второй микроконтроллер ESP32-D2WD в зашифрованном виде, с помощью другого ключа шифрования. Второй микроконтроллер ESP32-D2WD не может связываться с первым микроконтроллером Atmega328, только лишь получать данные с первого микроконтроллера.

Привилегии связи микроконтроллеров внутри узла.

Каждый узел в сети связан друг с другим по проводной связи и каждый узел получает показания с каждого датчика во всей системе. Каждый узел будет иметь два микроконтроллера, первый микроконтроллер будет отвечать за связь с остальными узлами в системе и не будет иметь доступ к разным электронным устройствам, которые будет регулировать система. Второй микроконтроллер ESP32-D2WD не может воздействовать на работу первого микроконтроллера, но может управлять всеми электронными устройствами, связанными непосредственно с этим узлом (в этой комнате).

Питание узлов.

Внутри корпуса узлов установлены литий-ионные аккумуляторы, которые смогут обеспечить питанием микроконтроллеры и датчики до 24 часов. Конструкция предусматривает легкую возможность замены аккумуляторов.

Также микроконтроллеры в каждом узле будут анализировать состояние аккумуляторов, сообщать владельцу о низком уровне батареи, о потере питания и следует ли заменить аккумуляторы. Предусмотрено два независимых блока питания и дополнительные контроллеры для регулирования тока, для обеспечения надежности системы.

Вскрытие корпуса узла.

В корпусе будет предусмотрен датчик открытия крышки, как только крышка будет открыта, это действие будет мгновенно зафиксировано и отправлено в другие узлы системы, также о вскрытии узла получит уведомление и владелец дома. Если вскрытие производится владельцем дома, к примеру для замены батареи, надо будет отключить самозащиту на время в этом узле. Если предварительно система самозащиты узла не будет отключена и произойдет вскрытие корпуса, этот узел будет заблокирован для других узлов и больше не будет получать данные от узлов в системе. Чтобы сбросить блокировку узла, необходимо будет произвести полную авторизацию и перезапуск системы.

Принцип связи системы безопасности с человеком.

Связь будет производится по протоколу передачи данных Wi-Fi и Bluetooth с помощью второго микроконтроллера ESP32-D2WD. Каждый узел самостоятельно может связываться с домашним роутером. Также есть возможность прямого подключения к телефону и прямое управление домом минуя роутер. Если связь с роутером пропадает и в зоне действия нет авторизованных устройств владельца дома, система переходит в режим повышенной безопасности, который проявляется в запрете на авторизацию новых пользователей через сеть Wi-Fi.

При сценарии, когда дом на охране и сработал датчик движения в комнате, об этом сообщается владельцу дома через Wi-Fi или протокол Bluetooth.

Список литературы:

1. Прокопенко В.С. Программирование микроконтроллеров ATMEL на языке C – СПб.: «КОРОНА-ВЕК», 2018. – 308 с.
2. Шустов М.А. ЦИФРОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА. Основы построения. СПб.: Наука и Техника, 2018. – 320 с.
3. Белов А.В. Разработка устройств на микроконтроллерах AVR – СПб.: Наука и Техника, 2014. – 528с.
4. Бабин С.А. Лаборатория хакера. – СПб.: БХВ-Петербург, 2016. – 240 с.: ил.
5. Толкачев С. Ф. Нейронное программирование: диалоговых систем – СПб.: Издательство «Корона.Век», 2016. – с: ил.
6. Neil Kolban Texas, USA [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://www.handsontec.com/pdf_learn/ESP8266_ESP32-oct2016.pdf