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
A PIR modul • MSP430G2553 • nRF24L01+ vezeték nélküli modul • PIR szenzor • Zümmer • LED • Nyomógomb • 2xAA akku 55
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. 66
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. 77
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. 88
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: TX_DS
Sikeres csomagküldés történt (ACK).
RX_DR
Csomag érkezett.
MAX_RT
Sikertelen csomagküldés*.
– 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 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
