ALARMA ARDUINO CON SENSOR DE MOVIMIENTO, SIRENA Y AVISO AL TLF. MÓVIL: 9 Pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Este proyecto consiste en una alarma básica que detecta presencia, activa una sirena de 108dB y avisa al usuario mediante un SMS (opcional). Permite también el control remoto básico por parte del usuario a través de SMS (encendido, apagado, reinicio). El sistema NO NECESITA CONEXIÓN A INTERNET, es autónomo y está pensado para la instalación en lugares remotos como fincas o casas de campo que no cuentan con estos servicios.

Funcionamiento del sistema

- El sistema se activa mediante un interruptor principal sencillo que puede estar oculto en cualquier lugar, o simplemente al lado de los módulos de la alarma. Este interruptor se puede sustituir por un panel numérico con pantalla de encendido y apagado mediante clave, aunque es más difícil que un intruso encuentre un interruptor pequeño escondido que un panel con pantalla, por lo que yo he optado por la primera opción.

- Una vez activado el sistema, el usuario tendrá un tiempo determinado para salir de la estancia. Durante este tiempo, para indicar que la alarma está en proceso de activación, un buzzer activo (zumbador) emitirá un pitido de aviso cada segundo, dos pitidos por segundo durante los últimos 10 segundos, y una serie de 10 pitidos cortos el último segundo. A partir de este momento el sistema comenzará la detección.

- Para la detección de presencia se utilizó un sistema combinado de dos sensores (infrarrojos y microondas). ¿Por qué dos sensores? El motivo es el siguiente: el sensor de infrarrojos es muy efectivo, pero es sensible a falsas detecciones puntuales por puntos calientes como puede ser, por ejemplo, una ventana calentada por el sol. El sensor de microondas no tiene ese problema, sin embargo, su detección no queda limitada a una estancia, funciona en todas direcciones y a través de las paredes. Esto puede causar falsas detecciones por presencia de animales o personas fuera del espacio que queremos controlar. Utilizando los dos sensores combinados nos aseguramos de obtener una detección sin fallos en el espacio que queremos (una habitación, un pasillo, etc.)

- Cuando el sistema detecta un intruso, la detección se detiene y comienza una cuenta atrás de 15 segundos. Una vez transcurrido este tiempo, se activará la sirena, que sonará de manera ininterrumpida durante un periodo de 30 minutos, a menos que se desactive manualmente. El motivo del retraso antes de la activación de la sirena es permitir al usuario apagar el sistema el interruptor principal sin que suene la alarma (por ejemplo, cuando vuelve a casa).

- Al mismo tiempo que se activa la sirena el sistema envía un SMS al usuario indicándole que se ha activado la alarma. El usuario entonces podrá dejar que suene, o enviar un SMS de vuelta para APAGAR la alarma o REINICIARLA. Si decide apagarla, también podrá ENCENDERLA de nuevo con otro SMS.

Suministros:

Se han añadido los enlaces de forma orientativa, todos los elementos se pueden conseguir en cualquier tienda de electrónica local o en diversos sitios web:

Alimentador 12VDC - 2A (Conversor 220VAC a 12VDC, 2000 mA)

Módulo Arduino Nano

Módulo SIM800L con antena

(2x) Módulo MP1584 de regulación de tensión

Buzzer activo (zumbador)

Sensor detector de movimiento por infrarrojos HC-SR501

Sensor radar de microondas RCWL-0516

Placas montaje PCB

Sirena Resistente para Exteriores 12 Vcc - 20 W

Cables de conexión de electrónica variados

Rollo cable telefónico

Soldador y estaño para conexiones

Para el circuito de activación de la sirena:

OPCIÓN A) Módulo RELÉ 5V con optoacoplador para Arduino (este módulo es suficiente para activar la sirena sin necesidad de más elementos).

OPCIÓN B) Construir el módulo (si se quiere construir el circuito por piezas):

1. Relé 5V SPDT (modelo G5V-1) - (se puede utilizar cualquier otro relé similar)
2. Transistor NPN 2N2222
3. Optoacoplador PC817
4. Diodo 1N5400
5. Resistencias 68, 220, 2k, 10k

Paso 1: Estructura del Sistema

El conjunto consta de tres módulos básicos:

1. Módulo de control: módulo principal que incluye un microcontrolador Arduino Nano (puede utilizar cualquier otro modelo) que será el cerebro del sistema, y un módulo SIM800L para la conexión a la red de telefonía móvil.

2. Módulo de sensores: combina un sensor de infrarrojos y un sensor de microondas para mayor precisión de la detección de presencia.

3. Módulo de activación de la sirena: un sencillo circuito que permite activar la sirena de alarma cuando se recibe la orden del módulo de control.

Las conexiones son las que me han parecido más adecuadas, aunque podrán elegirse configuraciones más optimizadas. Igualmente, en la parte del código probablemente se encuentren muchas partes mejorables o redundantes. En cualquier caso, el sistema funciona perfectamente y está probado en la práctica durante algún tiempo ya.

Paso 2: Formato De Conexiones

Los tipos de cable utilizados para las conexiones del sistema son:

- Cable de alimentación 0,75 mm (cable de uso doméstico común):

• Alimentación del módulo de control.
• Alimentación de los módulos Arduino y SIM800L.
• Alimentación del módulo de activación de la sirena.
• Parte del circuito de activación de la sirena que soporta mayor intensidad (aprox. 1.2A).
• Conexión desde el módulo de activación de la sirena hacia la sirena.

- Cable Dupont (cable de uso común para electrónica):

• Conexiones dentro del módulo de control que no son de alimentación.
• Parte del circuito de activación de la sirena que soporta baja intensidad.

- Cable telefónico:

• Conexión a distancia entre el módulo de control y el módulo de sensores.
• Conexión entre el módulo de control y el módulo de activación de la sirena.

Paso 3: Alimentación Del Sistema

En primer lugar, se necesita una alimentación adecuada: corriente continua (DC) con potencia suficiente tanto para el consumo del sistema en modo vigilancia, como para cuando se active la alarma, lo cual supondrá un consumo mucho mayor debido a la carga puntual del módulo GSM (pico de potencia al enviar SMS) y, por supuesto, a la sirena, que será la carga más importante.

Para el sistema se ha elegido una sirena de 108 dB, tensión de alimentación de 12VDC, y consumo de 1200 mA. Como este consumo es el mayor que tendrá que soportar el sistema necesitaremos como mínimo una fuente de 12VDC y 1.2A. Esto se obtiene utilizando un simple adaptador de corriente o "alimentador" (como los que se usan normalmente para cargar el teléfono móvil); en este caso se ha utilizado un adaptador de 12VDC y 2A (ver lista de materiales), cuya salida se corta obteniendo los dos cables de alimentación principal del sistema. Estos alimentarán al módulo de control y al módulo de activación de la sirena.

Paso 4: Estructura del módulo de control

El módulo de control, como ya se ha comentado, consta de un Arduino Nano que regirá el funcionamiento general, y un módulo SIM800L con su antena para la comunicación con el usuario mediante SMS. Cada uno de estos elementos funciona con un rango de voltaje específico por lo que se requiere reducir los 12V de alimentación general al valor requerido por cada uno (7-12V para el Arduino, y 3.7-4.2V para el SIM800L). Para ello, se ha utilizado dos módulos MP1584 de regulación de voltaje DC-DC que permiten ajustar el voltaje de salida mediante un sencillo potenciómetro controlado por un tornillo.

Paso 5: Funciones Y Diagrama De Conexiones Del Módulo De Control

La placa programable Arduino Nano gestiona el funcionamiento del sistema, siendo la encargada de las siguientes funciones:

• Cuenta atrás de encendido y señal asociada hacia el zumbador.
• Activación y monitoreo del módulo de sensores.
• Gestión de la conexión a la red de telefonía móvil y envío y adquisición de datos SMS.
• Señal de activación y desactivación de la sirena.

El diagrama de conexiones de este sub-sistema se muestra en la imagen (el código de programación del utilizado se detalla más adelante).

Se agrega también el detalle de conexiones entre la placa Arduino y el módulo SIM800L, completando con esto el esquema del módulo de control. Este módulo requiere de una tarjeta SIM para funcionar, que se introduce por la parte posterior. En este proyecto se ha utilizado una tarjeta prepago que se consigue fácilmente con muchas compañías y es muy económica (en torno a unos 10 euros con 10 euros de saldo, 0 euros recargable):

Tarjeta prepago Symio

Tarjeta prepago Pepephone

Tarjeta prepago Things Mobile

En cualquier caso, si prefiere omitir este elemento de conexión a la red móvil, basta con añadir el módulo SIM800L y sus conexiones. El sistema funcionará igualmente usando el resto de elementos y el mismo código.

Paso 6: Detalle De Conexiones Del Módulo De Sensores

El módulo de sensores, como ya se ha descrito, consta de dos sensores de movimiento (infrarrojo y microondas). El módulo de control estará programado para interpretar que se ha detectado movimiento solamente cuando ambos sensores generen señal de detección a la vez, es decir, cuando las salidas de ambos sean positivos. Ante esta situación, el módulo de control enviará la señal de activación de la sirena correspondiente.

Paso 7: Descripción del Código

El código de programación de la placa Arduino consta de 4 archivos:

• Principal: “ALARM_SYSTEM.ino” (funciones estándar de control Arduino (setup y loop) para el funcionamiento del sistema de alarma).
• Cabecera: “alarm.h” (incluye la declaración de las clases de alarma y sensor).
• Definiciones: “alarm.cpp” (incluye la definición de métodos de las clases de alarma y sensor).
• Cabecera: “config.h” (incluye la definición de los parámetros de operación del sistema, algunos de los cuales son modificables por el usuario).

Todos los archivos están incluidos en este apartado.

Por razones obvias, se ha eliminado el número de teléfono real de la línea de código 117 del archivo de definición de funciones "alarm.cpp", donde se ha de sustituir el teléfono genérico + PPxxxxxxxxx por el número de teléfono donde se deseen recibir los avisos, incluido el código de país (+ PP = código de país, +34 para España), (xxxxxxxxx = número de teléfono del usuario que quiere recibir el aviso).

Paso 8: Módulo De Activación De La Sirena

Por último, queda hablar del módulo de activación de la sirena. Este módulo surge de la necesidad de activar de forma electrónica el dispositivo de alerta (sirena), haciéndolo a su vez funcionar con una alimentación adecuada para el mismo.

Con fines autodidácticos, he optado por construir este módulo por partes usando componentes básicos, no obstante, se puede obtener el módulo completo a un precio muy reducido, sin necesidad de montar el circuito (ver Suministros en el paso 1). [ver imagen Relé 5V Arduino].

Construcción del circuito:

Cuando el módulo de sensores detecta movimiento, el módulo de control envía una señal de activación para hacer sonar la sirena. Esta señal, proveniente de la placa Arduino, es de 5V (salida estándar de la placa) y del orden de los 20mA. Para hacer funcionar la sirena a su nivel de trabajo nominal es necesario alimentarla con 12V y 1200mA. Se requiere, por tanto, un circuito que permite alimentar la sirena directamente desde el alimentador de 12V cuando se recibe la señal de activación desde el módulo de control. Para este fin se ha utilizado un relé, dispositivo electromagnético que permite abrir o cerrar el paso de corriente hacia una carga (en este caso, la sirena) dependiendo de otra señal de control mucho más débil (señal de activación). [Esquema 1].

Lamentablemente, la salida de Arduino no proporciona corriente suficiente para activar el relé, por lo que esta configuración es aún insuficiente para activar la sirena, y se ha de añadir un segundo elemento. Se utiliza, en este caso, un transistor NPN que aumentará la corriente de activación permitiendo así el funcionamiento del relé, y la entrega de corriente a la sirena. Se añade además, como protección, un diodo en paralelo a la bobina del relé para evitar picos de corriente. [Esquema 2].

Finalmente, para aislar el módulo de control y protegerlo de posibles picos o retornos provenientes del módulo de activación, que maneja potencias muy superiores, se utiliza un optoacoplador. Este dispositivo utiliza luz para conectar dos circuitos, manteniéndolos separados físicamente y, por tanto, protegidos de transferencias de carga no deseadas. La configuración definitiva del módulo de activación de la sirena se muestra en el Esquema 3.

Pueden consultarse explicaciones detalladas y muy claras e información bastante completa sobre las conexiones y elementos utilizados en este módulo en los siguientes enlaces:

Introducción a los relés (inventable.eu)

Control de relé mediante transistor (inventable.eu)

Optoacopladores (luisllamas.es)

Paso 9: Algunas Imágenes De Los Módulos

Concluye aquí la descripción del proyecto de ALARMA ARDUINO.

Espero que sea de utilidad e interés.