Pobierz
najnowszy numer

Newsletter

Zapisz się do naszego Newslettera, aby otrzymywać informacje o nowościach z branży!

Jesteś tutaj

Systemy sygnalizacji włamania (cz. 3). Magistrale transmisyjne i metody transmisji danych

Printer Friendly and PDF

lead.jpg1. Wprowadzenie

Sygnał alarmu powstaje w wyniku naruszenia określonej czujki bądź czujnika współpracującego z linią dozorową (ich typy zostały przedstawione w części 2. niniejszego cyklu artykułów). Konfiguracje systemów alarmowych, określające zasady współpracy między modułami a płytą główną centrali alarmowej, były przez autorów opisywane wielokrotnie, ale warto wspomnieć, że szczególne znaczenie mają one przy konfiguracjach mieszanych bądź rozproszonych. Spotykane są jeszcze centrale o charakterze skupionym, łączące się w duże systemy alarmowe o konfiguracjach mieszanych.

W takich rozwiązaniach magistrale transmisyjne, wykorzystujące zmodyfikowany interfejs RS232, łączą między sobą kilka central alarmowych (pracujących w tzw. pierścieniu), przez co tworzy się jeden zintegrowany system alarmowy z możliwością centralnego nadzoru, zarządzania i administrowania. Transmisja odbywa się za pomocą czterech przewodów. Ciekawostką była w czasach popularności tego typu systemów izolacja galwaniczna pomiędzy centralami tworzącymi duży system alarmowy uzyskiwana za pomocą transoptorów. Prędkość transmisji (z możliwością programowej regulacji) była niezbyt duża. Współczesne systemy alarmowe o charakterze mieszanym lub rozproszonym mogą posiadać od jednej do kilku magistral transmisyjnych integrujących moduły z jednostką centralną. Spotyka się również systemy z tzw. separatorem magistral transmisyjnych. Poprzez moduły magistrale transmisyjne mogą również integrować urządzenia przyłączone do linii wyjściowych, np. sygnalizatory), lub przekazywać alarm zarówno drogami radiowymi bądź komutowanymi, jak również łączami bezpośrednimi. W praktyce spotykane są także systemy mieszane, a więc takie, gdzie transmisja sygnałów odbywa się zarówno przewodowo, jak i drogą radiową. Często stosowane są również konwertery sygnałów z jednego formatu transmisji na inny (np. RS232/ RS485 lub RS485/RS232). Należy nadmienić, że bardzo wiele central alarmowych posiada specjalne złącza do nadzoru, programowania, diagnostyki oraz monitorowania, gdzie wykorzystuje się szeregowy format transmisyjny typu RS232. Niestety, nie wszystkie komputery stacjonarne oraz przenośne producent wyposaża w złącze przeznaczone do transmisji szeregowej. Wejścia USB w komputerach (stacjonarnych lub przenośnych) nawet z zastosowaniem konwerterów USB/ RS232 sprawiają wiele niespodzianek i kłopotów w trakcie programowania kompletnych systemów alarmowych. W tej części artykułu autorzy przybliżą czytelnikom zagadnienia transmisji informacji dwukierunkowej powszechnie stosowanej w systemach alarmowych. Wiedza ta jest niezbędna do zrozumienia, w jakim celu stosuje się wynalezione już dosyć dawno, bo w 1969 roku, szeregowe formaty transmisyjne (np. standard szeregowy RS232C).

2. Transmisja sygnałów cyfrowych za pośrednictwem kabli

Nie da się przesłać sygnałów cyfrowych z jednego modułu do drugiego za pomocą łączenia tych bloków zwykłymi przewodami. Taki przewód „zbiera” wszelkie zakłócenia z otoczenia (a także sam emituje sygnały zakłócające). Sygnały cyfrowe niosące informacje zwykle przesyła się przewodami współosiowymi (koncentrycznymi), skrętkami dwuprzewodowymi, płaskimi przewodami taśmowymi, wiązkami wieloprzewodowymi oraz obecnie (coraz powszechniej) światłowodami. W niniejszym artykule pokazano sposoby sprzęgania modułów i central alarmowych za pomocą różnych technik. W większości z nich transmisję ułatwiają specjalne układy typu „nadajnik/ odbiornik linii”.

rys1.gif
Rys. 1. Transmisja sygnałów TTL metodą różnicową z wykorzystaniem magistrali transmisyjnej (skrętka dwuprzewodowa)

Dla względnie powolnej transmisji, wynoszącej kilka tysięcy bitów na sekundę, gdy realizowana jest ona za pomocą zwykłych przewodów (np. wielożyłowych), bardzo przydatny jest nadal popularny standard typu RS232C lub jego nowsza wersja typu RS232D. Standardy te wymagają stosowania napięć o dwóch polaryzacjach: od ±5 V do ±15 V (dla układów nadawczych potrzebne są dwa napięcia zasilające: dodatnie i ujemne). Tego typu wymagania nie obowiązują zazwyczaj dla odbiornika. Po stronie odbiorczej pozwoli to dobierać szerokość pętli histerezy oraz czas odpowiedzi, które to parametry są zależne od poziomu zakłóceń w torach transmisyjnych. Dla przesyłania sygnałów w standardzie RS232 można stosować zwykłe przewody wielożyłowe pozbawione ekranu. Taka opcja jest możliwa, ponieważ linie praktycznie nie sprzęgają się ze sobą ze względu na celowo zmniejszoną prędkość zmian napięcia w liniach do wartości nie większej niż 30 V/μs. Łącza transmisyjne (zwane magistralami transmisyjnymi) pracujące zgodnie ze standardem RS232 są powszechnie stosowane nie tylko w urządzeniach peryferyjnych komputerów, ale również w systemach alarmowych pomiędzy np. płytą główną centrali alarmowej a modułami (dla systemów w wersji rozproszonej lub mieszanej), a także pomiędzy centralami w wersji skupionej (np. w centrali Rankor) pracującymi w pierścieniu. Tego typu magistrale umożliwiają przesyłanie danych (zdarzeń) z kilkoma standardowymi prędkościami w zakresie: od 110 bitów/s do 38,4 kilobitów/s. Istnieją również metody tzw. różnicowego sterowania liniami transmisyjnymi. Przykładem ich wykorzystania jest standard typu RS422, który ma znaczną odporność na zakłócenia (tak bardzo niepożądane w systemach alarmowych i wywołujące fałszywe alarmy). Transmisja w tym standardzie odbywa się za pomocą skrętki dwuprzewodowej przesyłającej tzw. sygnały komplementarne. Przykład takiego rozwiązania ilustruje rys. 1. Przedstawiono na nim prosty układ dość szybkiej transmisji sygnału TTL (ang. Transistor Transistor Logic – technika tranzystorowo-tranzystorowa) metodą różnicową, z wykorzystaniem skrętki dwuprzewodowej jako magistrali transmisyjnej. Taki typ RS422 zesterowaniem różnicowym pozwala na znaczne wydłużenie magistrali transmisyjnej – nawet do 1200 m. Zależność prędkości transmisji za pomocą łącza szeregowego od długości magistrali transmisyjnej dla RS232, RS423, RS422 i RS485 przedstawiono na rys. 2.

rys2.gif
Rys. 2. Zależność prędkości transmisji od długości magistrali transmisyjnej (LMAG.= f(v), gdzie: LMAG.[m], v[bit/s])

Warto nadmienić, że jako nadajniki linii transmisyjnej wybrano układy TTL, a nie CMOS (ang. Complementary Metal Oxide Semiconductor czyli – komplementarne układy MOS), ze względu na znacznie większą odporność na zakłócenia powodowane ładunkami statycznymi oraz ze względu na niewystępowanie zjawiska „zatrzaskiwania się”, które może pojawić się w układach CMOS jako skutek „odbić” w magistrali transmisyjnej. Układ zapewnia bardzo dobre tłumienie zakłóceń tak niebezpiecznych w systemach alarmowych. Istnieje jeszcze wiele rozwiązań dotyczących transmisji sygnałów pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem, m.in. różnicowy układ prądowy z tzw. dopasowaniem na wejściach odbiornika. Z doświadczeń autorów wynika, że różnicowe nadajniki prądowe zapewniają dużą szybkość transmisji sygnałów. Badania autorów dowodzą, że taki układ transmisyjny jest w stanie przekazywać informacje (zdarzenia) nawet z szybkością 1 Mb/s liniami transmisyjnymi o długości 600 m i szybkością ok. 10 Mb/s na odległość mniejszą, ale przekraczającą znacznie 100 m. Nie jest to tak bardzo istotne przy przekazie informacji pomiędzy centralą alarmową a modułami. Ważna jest natomiast pewność przekazu informacji, a więc występujących zdarzeń dotyczących bezpieczeństwa. Standardy typu RS422/423 zostały opracowane głównie z myślą o przesyłaniu danych, czyli informacji o zdarzeniach, za pomocą skrętek dwuprzewodowych lub przewodów taśmowych (płaskich), które w perspektywie mają wyeliminować nadal bardzo popularny (choć leciwy) standard RS232. Zalecenia tego standardu dotyczą transmisji zarówno magistralami asymetrycznymi (RS423) z maksymalną prędkością 100 kb/s, jak i symetrycznymi (RS422) z maksymalną prędkością 10 Mb/s.

Przebiegi podane na rys. 2. są przebiegami praktycznymi, które poza formatem: RS232, RS423, RS422 uwzględniają standard szeregowy RS485. Będzie o nim mowa nieco później.
Niezmiernie ważnym problemem jest transmisja sygnałów na duże odległości (m.in. w obiektach o charakterze specjalnym). Spotykane są przypadki, gdy chroniony elektronicznie teren jest rozległy. Wtedy klasyczne metody mogą zawodzić. Dodatkowo może dojść do dużych zakłóceń elektromagnetycznych (spowodowanych przez nadajniki radiowe lub stacje radiolokacyjne) lub radioelektrycznych (których przyczyną mogą być źle odkłócone systemy sterowania tyrystorów bądź triaków lub inne mocno iskrzące urządzenia elektryczne, trakcja elektryczna i iskrzący zimą pantograf). Wtedy jedynym ratunkiem jest sprzęganie linii transmisyjnych pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem, do czego stosuje się specjalne transformatory z rdzeniami (np. ferrytowymi) o określonym AL, czyli współczynniku przenikalności magnetycznej. Należy jednak pamiętać, że sprzężenie transformatorowe uniemożliwia przesyłanie stałych napięć mających charakter poziomów logicznych. W takiej sytuacji transmitowany sygnał musi być kodowany, np. może być nałożony na tzw. „falę nośną”. Jest to problem dosyć złożony, zwłaszcza gdy w grę wchodzą wymagania dużej prędkości transmisji sygnału.

3. Transmisja sygnałów cyfrowych za pośrednictwem kabli koncentrycznych

Kable współosiowe (koncentryczne) zapewniają doskonałą odporność na szkodliwe zakłócenia ze względu na to, że przewody sygnałowe są w pełni ekranowane. Należy również nadmienić, że jednolitość ich średnic i odstępu między przewodem (lub przewodami) sygnałowym a ekranem (często wielowarstwowym) zapewni dużą powtarzalność wartości impedancji falowej Z (Z = 50 Ω, gdy chodzi o sygnały radiowe, i Z = 75 Ω, gdy chodzi o sygnały telewizyjne). Niesie to za sobą doskonałe parametry i właściwości transmisyjne. Z powyższych powodów przewody koncentryczne (jako jedyne) są wykorzystywane do przesyłania sygnałów analogowych w zakresie częstotliwości radiowych. Są one stosowane w radioliniach, które mogą przenosić różne informacje, np. o alarmie. Były i są nadal stosowane w systemach telewizji przemysłowej. Magistrala zawierająca przewody ekranowane była dawniej stosowana w systemach alarmowych mieszanych typu DSC 4000 (gdzie ekran musiał być uziemiany) oraz na przykład w centralach Galaxy (gdzie ekran nie był uziemiany). We współczesnych centralach alarmowych magistralami są inne typy przewodów, które nie są kablami współosiowymi. Kable koncentryczne są powszechnie stosowane jako linie przesyłowe pomiędzy na przykład nadajnikami radiowymi a antenami w systemach monitoringu.

4. Transmisja sygnałów cyfrowych za pomocą światłowodów

Współczesne światłowody znajdują zastosowanie we wszystkich rodzajach sieci telekomunikacyjnych i informatycznych, poczynając od sieci lokalnych LAN (ang. Local Area Network), poprzez światłowodowe sieci dostępowe FITL (ang. Fiber In The Loop), a na sieciach transmisyjnych dalekiego zasięgu kończąc. Tego typu sieci dostępowe są również stosowane w elektronicznych systemach bezpieczeństwa, gdzie w grę wchodzą problemy pewności transmisji oraz bezpieczeństwo transmisji (chodzi o niebezpieczeństwo podsłuchu tam, gdzie coraz częściej systemy alarmowe współpracują z sieciami informatycznymi). Technikę światłowodową zaczęto na szerszą skalę wykorzystywać w sieciach transmisyjnych w latach osiemdziesiątych, zastępując w urządzeniach typu PDH (ang. Plesiochronous Digital Hierarchy, czyli plezjochroniczna hierarchia cyfrowa) interfejsy elektryczne interfejsami optycznymi. Burzliwy rozwój (oraz ekspansja) techniki światłowodowej rozpoczął się wraz z budową sieci transmisyjnych opartych na standardach SONET (ang. Synchronous Optical NETwork – amerykański standard synchronicznej hierarchii optycznej) oraz SDH (ang. Synchronous Digital Hierarchy – synchroniczna hierarchia cyfrowa) i trwa on do dziś. Kable światłowodowe w porównaniu z kablami posiadającymi żyły metalowe mają wiele zalet. Bez wątpienia najważniejsze z nich to szerokie pasmo przenoszenia, małe tłumienie przesyłanego sygnału i duża odporność na zakłócenia zewnętrzne. Ponadto kable światłowodowe cechują się niewielkimi wymiarami i ciężarem, a podsłuch sygnałów w nich przesyłanych jest bardzo trudny. To wszystko spowodowało, że mimo pewnych wad, takich jak na przykład wpływ naprężeń mechanicznych na parametry światłowodu, dominują one we współczesnych sieciach transmisyjnych, a więc i w elektronicznych systemach bezpieczeństwa. Spotyka się je w peryferyjnych elektronicznych systemach alarmowych oraz w budynkach inteligentnych z okablowaniem strukturalnym. Stosowane są w administrowaniu i zarządzaniu wielkimi systemami alarmowymi. Warto nadmienić, że przesyłaniu sygnałów optycznych poprzez światłowody towarzyszą dwa najważniejsze zjawiska, a mianowicie: tłumienie i dyspersja. Od tłumienia światłowodu zależy zasięg transmisji (bez wzmacniania sygnału). Drugim zjawiskiem jest dyspersja światła, od której zależy pojemność kanału transmisyjnego. Emitowane impulsy światła nie są monochromatyczne. Najczęściej światłowody są dostępne w postaci kabli z zewnętrzną warstwą tworzywa sztucznego. Kable wyposażone są w specjalne złącze pozwalające na dołączenie do nich elementów promieniujących światło oraz detektorów światła, które produkowane są specjalnie z przeznaczeniem do współpracy ze światłowodami. Za pomocą światłowodów wyższej klasy można transmitować sygnały zajmujące pasmo o szerokości kilku GHz na odległość dziesiątków, a nawet setek kilometrów, ze stratami nie przekraczającymi ułamka dB/km. Kable światłowodowe można tak zaprojektować, aby ich dyspersja była znikomo mała. W przypadku kabli koncentrycznych nie jest to możliwe. W kablach dyspersyjnych sygnały o różnych częstotliwościach rozchodzą się z różnymi prędkościami i są różnie tłumione. Z tego powodu kształt sygnału na wyjściu jest inny niż kształt sygnału doprowadzony do jego wejścia. Na rys. 3 przedstawiono przykładowe bardzo proste łącze światłowodowe.

rys3.gif
Rys. 3. Proste łącze światłowodowe przeznaczone do transmisji sygnałów na niewielką odległość

Nadajnikiem współpracującym ze światłowodem jest zwykle dioda elektroluminescencyjna promieniująca w zakresie podczerwieni (a nie dioda laserowa), odbiornikiem zaś może być na przykład fototranzystor (element optoelektroniczny) lub dioda p-i-n.

5. Kody alfanumeryczne i transmisja szeregowa

Przy wymianie danych alfanumerycznych pomiędzy średnio szybkimi urządzeniami, a więc np. pomiędzy płytą główną centrali alarmowej a modułami lub pomiędzy komputerem a centralą alarmową, najczęściej używa się 7-bitowego kodu ASCII oraz stosuje się transmisję szeregową bitów po jednej linii. Urządzenia nadawcze przesyłające dane w postaci kodów ASCII zwykle przesyłają jeszcze dodatkowy, ósmy bit, lecz nie jest on częścią kodu ASCII. Zwykle jest to sprzętowy bit parzystości (może oznaczać parzystość lub nieparzystość; najczęściej jego wartość jest zerowana i jest on ignorowany). Jednak czasami stosuje się go jako wskaźnik drugiej połowy rozszerzonego zbioru znaków (dalszych 128 znaków), w którym mogą być umieszczone litery greckie i inne znaki. Znaki te nie są objęte standardem. Szeregowe łącza są tak projektowane, że eliminują ósmy bit (nawet gdy jest on transmitowany), aby odtworzyć na wyjściu tylko kody ASCII, uniemożliwiając tym samym wykorzystanie go do przesyłania całego bajta informacji. Kody ASCII mają i inne wady, np. nie uwzględniają indeksów dolnych i górnych, wykładników i znaków greckich. To kłopotliwa sprawa, zważywszy, że symbole: Ω, μ, Π itp. często są używane. Można oczywiście kodem sterującym lub ciągiem takich kodów wskazać zmianę „kroju” czcionki lub alfabetu. Jest to typowy sposób stosowany w programach służących do redagowania tekstów technicznych, gdzie podprogram formatujący odpowiednio interpretuje kody ASCII następujące za kodami sterującymi. Biorąc pod uwagę rozmaitość znaków potrzebnych przy realizacji tekstów technicznych, nawet bardzo liczne, stałe uzupełnienie zbioru kodów ASCII po pewnym czasie okazałoby się niewystarczające. Kody ASCII (jak i inne kody alfanumeryczne) mogą być przesyłane równolegle w postaci grup 8-bitowych, czyli ośmioma oddzielnymi przewodami. Transmisję o średniej lub małej prędkości można zrealizować jako transmisję szeregową, gdyż wymaga ona najprostszego okablowania. Najbardziej popularne prędkości transmisji szeregowej to: 300, 1200, 2400, 4800, 9600 i 19200 Bd. Na rys. 4 przedstawiono zasadę transmisji szeregowej.

rys4.gif
Rys. 4. Przebiegi napięć w magistrali transmisyjnej przy przesyłaniu jednego bajta danych łączem szeregowym typu RS232

Szeregową transmisję kodów ASCII można zrealizować na kilka różnych sposobów. Oryginalna metoda, która powstała wiele dziesiątków lat temu, polegała na przełączeniu prądu o wartości 20 mA (czasem większym) z częstotliwością odpowiadającą wybranej prędkości transmisji. Takie były początki. Obecnie dla średnich prędkości transmisji miejsce poprzedniczki zajął inny sposób transmisji określany jako RS232C (wprowadzony w 1969 r.), a nieco później (wprowadzony w 1986 r.) standard typu RS232D, w którym sygnałami są poziomy napięć o obu polaryzacjach. Standard RS232 definiuje wymagania stawiane zarówno nadajnikowi, jak i odbiornikowi. Nadajnik musi wytwarzać napięcie o wartości od +5 V do +15 V dla niskiego stanu logicznego oraz napięcie o wartości od –5 V do –15 V dla wysokiego stanu logicznego. Prędkość zmian napięcia nie może być jednak większa niż 30 V/μs, a stopień wyjściowy nadajnika musi być odporny na zwarcia z wyjściami innych nadajników. Odbiornik musi być widziany jako obciążenie o rezystancji od 3 kΩ do 7 kΩ. Muszą być również przetwarzane na stan niski napięcia wyjściowe w zakresach od +3 V do +25 V, natomiast napięcie wejściowe o wartości od –3 V do –25 V – na stan wysoki. Przedstawione dane liczbowe dotyczą urządzeń testowych zasilanych napięciem znacznie wyższym niż centrale alarmowe, które jak wiadomo zasilane są napięciem 12 V. Wtedy poziomy napięć będą wyglądały nieco inaczej, ale proporcjonalnie. W standardzie RS232 logiczna „1” reprezentowana jest przez napięcie ujemne (jest to „znak”), a logiczne „0” reprezentowane jest przez napięcie dodatnie (tzw. „odstęp”).

Są także inne standardy łącz szeregowych, o których wspominano wcześniej, a mianowicie: RS422, RS423, RS485. Kompatybilnym następcą standardu RS232 jest standard RS423, w którym zdefiniowano sposób transmisji za pomocą magistral transmisyjnych asymetrycznych o długościach do 1200 m z użyciem sygnałów bipolarnych przesyłanych z prędkością do 100 kBd. Transmisje magistralami transmisyjnymi symetrycznymi (również o długości 1200 m) pozwalają osiągnąć prędkości sięgające 10 MBd, tak jak i w standardzie typu RS422. Podobny do standardu RS422 jest standard RS485. Zostały w nim zdefiniowane dodatkowe wymagania umożliwiające korzystanie z jednego kabla transmitującego sygnały, z kilku nadajników i kilku odbiorników. Prędkości transmisji dla podanych typów RS podano wcześniej na rys. 2. W systemach alarmowych w różnych konfiguracjach zostały zastosowane różne typy transmisji szeregowej pomiędzy centralą alarmową a modułami. Producenci takich systemów podają zwykle stosowane przez siebie typy magistral transmisyjnych oraz ich długości zależnie od zastosowanego standardu RS. Często spotyka się jeden typ transmisji szeregowej. Bywają systemy, w których stosuje się i dwa standardy: RS232 i RS485. Obecnie produkowane komputery (zarówno stacjonarne, jak i przenośne laptopy) zwykle nie są niestety wyposażane w szeregowe złącza typu RS, a przejściówki z USB na RS nie zawsze pracują poprawnie. Trzeba o tym pamiętać.

rys5.gif
Rys. 5. Widok złącza (tzw. męskiego) DB-9 od strony wtyczki (stosowanego po stronie komputera) dla RS232

Na zakończenie tego rozdziału artykułu przedstawiamy typowe złącze RS232 kabla do współpracy pomiędzy komputerem a centralą alarmową, gdzie stosowane jest złącze typu RJ. Taka konwencja współpracy komputera z płytą główną centrali została przyjęta przez firmę Satel z Gdańska.

W tabeli nr 1 podano oznaczenie poszczególnych wyprowadzeń (zwanych potocznie „pinami” złącza typu DB-9. Nazwa sygnału DSR bywa mylnie tłumaczona jako „wypełniony bufor (gotowość transmisji)”, a DTR – jako „przetworzone dane (gotowość odbioru)”. W rzeczywistości oznaczają one gotowość urządzeń do pracy (czyli, że mają włączone zasilanie i wykonały reset po włączeniu) – angielskie nazwy „Data Set” i „Data Terminal” oznaczają urządzenia, a nie ich stany. Istnieje wiele innych typów kabli łącza szeregowego typu RS232. Jednak najczęściej stosowany jest kabel z gniazdem przedstawionym na rys. 5. Oznaczenie poszczególnych wyprowadzeń przedstawiono w tabeli 1.

tab1.gif
Tab. 1. Linie sygnałowe złącza DB-9

W tabeli nr 1 przedstawiono wszystkie ważne linie sygnałowe. TD i RD to linie transmisji i odbioru danych, RTS i CTS to linie sygnalizujące odpowiednio: gotowość do wysłania danych i gotowość do odebrania danych. DTR, DSR i DCD sygnalizują odpowiednio: gotowość modułu (terminalu), gotowość zbioru danych oraz gotowość łącza do transmisji. Poza tym jest masa sygnałowa (wyprowadzenie 5). Urządzenie typu DTE (ang. Data Terminal Equipment, czyli urządzenie końcowe) uaktywnia linie RTS i DTR, gdy jest gotowe do przyjęcia danych. Podobnie urządzenie typu DCE (ang. Data Communications Equipment, czyli urządzenie komunikacyjne transmisji danych) w chwili gotowości do przyjęcia danych uaktywnia linie CTS i DSR. Niektóre moduły typu DTE, zanim podejmą jakąkolwiek akcję, również oczekują na uaktywnienie linii DCD. Do przesyłania informacji (danych) liniami sygnałowymi używa się napięć bipolarnych o wartościach zgodnych ze standardem RS232, przy czym linie danych (TD, RD) są aktywne dla napięć ujemnych, natomiast linie sterujące (RTS, CTS, DSR, DTR, DCD) są aktywne dla napięć dodatnich.

Na rys. 6 przedstawiono kilka wybranych systemów alarmowych o konfiguracji mieszanej, w których zastosowano różne formaty transmisji sygnałów oraz różne liczby magistral transmisyjnych. Są to systemy rzeczywiste pracujące w obiektach użyteczności publicznej (wcześniej opisywane w artykułach autorów niniejszego cyklu zamieszczonych w Zabezpieczeniach. Na tych rysunkach pokazano transmisję sygnałów w różnych formatach RS.

rys6a.gif
Rys. 6a. Przykładowe rozwiązania różnych wybranych systemów alarmowych, a w nich transmisja sygnałów za pośrednictwem magistral transmisyjnych (wybrane układy)

 

rys6b.gif
Rys. 6b. Przykładowe rozwiązania różnych wybranych systemów alarmowych, a w nich transmisja sygnałów za pośrednictwem magistral transmisyjnych (wybrane układy)

6. Linie radiowe jako medium transmisyjne

Zastosowanie linii bezprzewodowych stanowi poważny problem ze względu na coraz częstszą konstrukcję systemów alarmowych, gdzie wiele modułów systemu komunikuje się z jednostką centralną drogą radiową (częstotliwość transmisji to m.in. ok. 433 MHz). Podobnie tam, gdzie system alarmowy jest monitorowany, mogą być stosowane nadajniki (o opcjach: offl ine i online), a więc bez potwierdzenia i z potwierdzeniem. Stosowane są również systemy GSM (coraz powszechniej), gdzie częstotliwość łącza wynosi 900 lub 1800 MHz. Informacje przesyłane są zazwyczaj za pośrednictwem SMS-ów. Bardzo często z linią dozorową współpracuje radiowe łącze napadowe. Istnieje bardzo wiele takich rozwiązań, jak choćby słynny Nokton pracujący np. na częstotliwości 27 MHz (CB radio) z modulacją kodową do współpracy na przykład dwóch systemów, które trzeba ze sobą połączyć, a droga kablowa jest niemożliwa. Należy pamiętać, że jest to tzw. pasmo obywatelskie. Są i inne częstotliwości urządzeń nadawczo-odbiorczych znacznie bardziej profesjonalnych niż to podane powyżej. Urządzenia tej firmy pracują w pasmach: 40 MHz, 136 MHz do 174 MHz, 400 MHz do 470 MHz z cyfrową modulacją. Ten temat ze względu na swoją złożoność wymaga odrębnego opisu. Istnieją profesjonalne linie radiowe mikrofalowe, które mogą spełniać rolę mediów transmisyjnych. Stosuje się je w systemach alarmowych o specjalnym przeznaczeniu. Na rys. 7 przedstawiono uproszczony schemat blokowy radiolinii mikrofalowej, która umożliwia łączność i transmisję sygnałów na duże odległości (anteny muszą się „widzieć”).

rys7.gif
Rys. 7. Uproszczony schemat blokowy radiolinii mikrofalowej

Podstawowymi elementami składowymi nadajnika są odpowiednio: modulator, przemiennik w górę, oscylator, wzmacniacz i antena nadawcza, natomiast odbiornika: antena odbiorcza, wzmacniacz, przemiennik w dół, oscylator i demodulator. W przypadku zastosowania sieciowego urządzeń ich wyposażenie w dodatkowe bloki, związane z przetwarzaniem sygnałów cyfrowych, zarządzaniem i sterowaniem, jest bardzo zróżnicowane. Ze względów bezpieczeństwa transmisja sygnałów za pośrednictwem radiowych linii mikrofalowych zwykle jest kodowana. Stosowanie linii radiowych jest celowe wszędzie tam, gdzie budowa linii kablowych (w tym magistral transmisyjnych) nie jest uzasadniona ekonomicznie. Na realizację mikrofalowych linii radiowych potrzeba niewiele czasu. Należy jednak pamiętać, że istnieją ściśle określone zasady instalacji tych urządzeń. Na ich drodze nie mogą pojawiać się żadne przeszkody, takie jak budynki, drzewa itp. Wynika to z własności propagacyjnych w pasmach mikrofalowych. Stosowane są one w radiokomunikacji, w systemach telefonii komórkowej (np. w stacjach bazowych), w radiofonii, w systemach bezpieczeństwa, w bezprzewodowych systemach informatycznych: WiFi(ang. Wireless Fidelity) i WiMAX (ang. Worldwide Interoperability for Microwave Access).

7. Wnioski

W artykule autorzy omówili różne często spotykane formaty transmisyjne, które są stosowane w elektronicznych systemach bezpieczeństwa (od bardzo prostych po złożone). Zdajemy sobie sprawę, że podane tu zostały tylko podstawowe informacje dotyczące sposobów transmisji sygnałów w systemach alarmowych, bez znajomości których budowa i konfiguracja systemów alarmowych byłaby niemożliwa. Nie podano szczegółów dotyczących budynków inteligentnych ani nie omówiono poważnych problemów transmisyjnych z nimi związanych i decydujących o administrowaniu oraz zarządzaniu m.in. systemami alarmowymi. Autorzy nie opisali również problematyki transmisji sygnałów alarmowych za pośrednictwem sieci informatycznych. Naturalnie to zupełnie odrębny i złożony problem, który choćby ze względu na bezpieczeństwo informacji oraz złożoność sieci warto opisać. Wieloletnie doświadczenie autorów – dotyczące problematyki elektronicznych systemów bezpieczeństwa, ich konfigurowania, programowania, diagnostyki oraz badań eksploatacyjno-niezawodnościowych – pozwoliło przybliżyć czytelnikom problemy związane z komunikowaniem się różnych układów wchodzących w skład systemów alarmowych. Informacje przesyłane za pomocą magistral transmisyjnych, a więc komunikowanie się poszczególnych bloków systemów alarmowych, to ważne zagadnienie również w aspekcie zakłóceń radioelektrycznych, bardzo szkodliwych dla poprawnej pracy systemów alarmowych szczególnie rozległych, a więc rozproszonych. Autorzy będą również chcieli w przyszłości przekazać informacje dotyczące tej tematyki, związanej z kompatybilnością elektromagnetyczną. Wiąże się to również z problematyką transmitowania sygnałów za pośrednictwem różnych formatów i mediów transmisyjnych z zachowaniem bezpieczeństwa danych. Ważnym problemem jest transmisja danych w systemach alarmowych chroniących obiekty specjalnego przeznaczenia. Jest to problem, który wymaga sporej wiedzy merytorycznej. Nasuwa się więc jeden zasadniczy wniosek, że magistrale transmisyjne, którymi odbywa się transmisja danych dotyczących systemów alarmowych, stanowią „układ nerwowy” całego systemu bezpieczeństwa.

doc. dr inż. Waldemar Szulc
WSM w Warszawie
Wydział Informatyki Stosowanej
Zakład Bezpieczeństwa Obiektów i Informacji
współpracownik WAT
Wydział Elektroniki

dr inż. Adam Rosiński
WSM w Warszawie
Wydział Informatyki Stosowanej
Zakład Bezpieczeństwa Obiektów i Informacji
Politechnika Warszawska
Wydział Transportu
Zakład Telekomunikacji w Transporcie
współpracownik WAT
Wydział Elektroniki

Bibliografia

  1. Haykin S.: Systemy telekomunikacyjne. Tom I i II, WKiŁ, Warszawa 2004.
  2. Horowitz P., Hill W.: Sztuka elektroniki. Tom I i II, WKiŁ, Warszawa 2006.
  3. Instrukcje serwisowe central DSC, Satel, Galaxy, Rankor.
  4. Kula S.: Systemy teletransmisyjne, WKiŁ, Warszawa 2004.
  5. Nawrocki W.: Komputerowe systemy pomiarowe. WKiŁ, Warszawa 2006.
  6. Norma PN-EN 50131-1:2007 Systemy alarmowe – Systemy sygnalizacji włamania i napadu – Wymagania systemowe.
  7. Szulc W., Rosiński A.: Problemy eksploatacyjno-niezawodnościowe rozproszonego systemu bezpieczeństwa, „ Zabezpieczenia” Nr 1 (47)/2006, wyd. AAT, Warszawa 2006.
  8. Szulc W., Rosiński A.: Prace własne, WSM, Warszawa 2006 do 2008.
  9. Szulc W., Rosiński A.: Wybrane zagadnienia z miernictwa i elektroniki dla informatyków (część I – analogowa), Oficyna Wydawnicza WSM, Warszawa 2008.
  10. http://pl.wikipedia.org/wiki/RS-232

Zabezpieczenia 4/2009

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie tekstów bez zgody redakcji zabronione / Zasady użytkowania strony