Intelligens épületfelügyeleti rendszer tervezése mikrokontrollerrel BME-AAIT Informatikai technológiák szakirány Szoftverfejlesztés ágazat Szedenik Ádám
A központi modul ATmega644PA nrf24l01+ vezeték nélküli modul Grafikus monokróm 128x64-es LCD 4x4-es billentyűzet 3xAA akkumulátor 2
Tápkiválasztó áramkör Két feszültségforrás: Vcc: 5V hálózatról Vbat: 3-4,5V akkumulátorról MOSFET-tel minimalizálható a feszültségesés akkumulátoros üzemmód alatt. Az AVR-hez 100nF és 1uF-os kondenzátorok illesztésével elérhető a transzparens átkapcsolás. 3
A központi modul funkciói Folyamatos működés. Várja a többi egység üzeneteit és kiszolgálja azokat: Ethernet modul státuszlekérdezései. PIR modul állapotjelentései. A felhasználó számára megjeleníti a rendszer állapotát. Lehetőséget biztosít ennek a módosítására. 4
MSP430G2553 nrf24l01+ vezeték nélküli modul PIR szenzor Zümmer LED Nyomógomb 2xAA akku A PIR modul 5 5
A PIR modul feladatai Periodikusan vagy mozgásdetektálás hatására jelentést küld a központ felé. Az erre kapott válasz alapján vezérli a LED-et / sípolót. Amennyiben nem rendelkezik címmel, akkor központ felderítő módba lép. Az időzítést alacsony frekvenciás órajelforrásról meghajtott Timerrel végzi, ezalatt alvó módban van. Figyeli a vezeték nélküli modult, gyanús működés esetén reset-et vált ki. 6 6
Az Ethernet modul Tiva C Connected Launchpad-on alapul. TM4C1294 ARM-M4 mikrovezérlővel rendelkezik (1MB Flash, 256KB RAM, integrált Ethernet periféria). Vezeték nélküli interfészen keresztül kapcsolódik a központhoz. Elsődleges feladata a rendszer felületének weben történő publikálása. Time protokollal időszinkronizációt is végez. 7 7
A webszerver TivaWare mintaprojektek között található lwip webszerver került továbbfejlesztésre. Hozzáadott funkciók: Dinamikus tartalomgenerálás. HMAC alapú hitelesítés. Mérések: 5MB/s nettó adatátviteli sebesség 2 párhuzamos kapcsolattal, 4 egyidejű kapcsolat fölött nagy mértékben lelassul. 8 8
A weboldal hitelesítése HMAC SHA-256 9 9
Az nrf24l01+ vezeték nélküli modul Tápfeszültség: 1,9-3,6V (5V-os bemeneteknél 2,7-3,3V) Fogyasztás: 11,3mA TX@0dBm; 13,5mA RX; 900nA Power Down 2,4GHz, 126 csatorna, GFSK Keretképzés, címzés, nyugtázás(+adatküldés) Furatszerelt kivezetések Ebay-en 1$/db 10 http://www.techmake.com/wrl-00030.html
A vezeték nélküli modul szoftvere nrf24l01+_communication nrf24l01+_linklayer nrf24l01+_hardware Külső megszakítások típusai: Az egység által használt csomagok definíciói A csomagokat előállító és értelmező függvények Értelmezi a beérkező megszakítást Csomag küldés/fogadás Hibakezelés Hardverfüggő részek (láb definíciók, SPI periféria, külső interrupt kezelés) Egyszerűbb parancsok TX_DS RX_DR MAX_RT Sikeres csomagküldés történt (ACK). Csomag érkezett. Sikertelen csomagküldés*. Mivel nem lehetett a kapott csomagra adott nyugtával adatot küldeni, a hardveres nyugtázás ki lett kapcsolva (szoftveres timeout szükséges a csomagvesztés detektálására). 11
Vezeték nélküli kommunikáció Az adatforgalom jelenleg titkosítatlan. Egy megbízható rendszerhez garantálni kell: A bizalmasságot (titkosítással). A sértetlenséget (tanúsítvánnyal). A rendelkezésre állást (több frekvenciatartomány használatával). 12
MITM támadás kivédése Elég biztosítani az információ sértetlenségét a forrás azonosításával. A webes hitelesítés során előkerült HMAC alkalmas erre a feladatra. Címkéréskor a PIR modul kap egy kulcsot. Az üzenetváltások során a központtól véletlen számot kap, amire a kulcs alapján hash-t kell számolnia, így hitelesíthető a PIR modul. A központi modul megszemélyesítése ellen ugyanezt fordítva is el kell játszani. 13
Árösszehasonlítás HomeMatic Security Center (conrad.hu) (központi modul, kijelző+billentyűzet, tartalék áramforrás, Ethernet email küldésre és időszinkronizációra) 74000 Ft Központi modul: 17000 Ft Ethernet modul: 5900 Ft HomeMatic mozgásjelző (conrad.hu) (szabotázsvédelem, elemes működés) 23000 Ft PIR modul: 8500 Ft 14
Köszönöm a figyelmet! 15