DAS SMS-ALARMSYSTEM
"UNIALARM"
Stand: 12. Januar 2007
   
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 Abb.1

Ziel war die Entwicklung eines einfachen, universellen und dennoch leicht nachbaubaren Alarmsystems. Dabei wurde von der Grundidee ausgegangen, daß ein vorher festgelegter SMS-Text durch Schliessen oder Öffnen eines elektrischen Kontaktes an eine vorgegebene Zielrufnummer versandt werden sollte. Als Ergebnis entstand die Alarmeinheit  UNIALARM, die unzählige Anwendungsmöglichkeiten z.B. im Bereich der Objektsicherung gestattet. Denkbar ist aber auch eine Verarbeitung externer Schaltsignale, wie sie beispielsweise von Temperatursensoren bei Erreichen bestimmter Mindest- oder Maximalwerte abgegeben werden.
Die Einheit ist zur Verwendung mit Siemens-Handys der 55er-, 60er-, 62er-, und 65er-Serien ausgelegt ( ohne ST-Versionen  ), sollte aber ggf. auch mit anderen Geräten zusammenarbeiten. Auch die aktuellen Modelltypen des genannten Herstellers sollten verwendbar sein.
Im Alarmfall sendet das System automatisch eine SMS mit einem vorher dazu gespeichertem Text. Darüberhinaus ist aber jederzeit auch eine Fern-Zustandsabfrage möglich. Dazu ist lediglich ein kurzer Ruf in Richtung Alarm-Handy zu schicken. Da hierbei keine Verbindung zustandekommt, entstehen Kosten nur für die anschliessend ausgesandte Antwort-SMS.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, bei Bedarf auch in den Alarmraum hineinzuhören zu können . Dazu muß ein Ruf etwa 15 Sekunden andauern.  Erst danach wird eine Spachverbindung zwischen beiden Teilnehmern hergestellt. Diese Verbindung kann vom Anrufer danach jederzeit wieder beendet werden. Wer diese Funktion nicht nutzen und nur eine Zustands-SMS abrufen möchte, der muß seinen Ruf nur rechtzeitig vor dem erfolgenden Verbindungsaufbau abbrechen.
Der im Falle eines Alarmes ausgesandte SMS-Text wird im Handyspeicher abgelegt. Dazu kommt der Wortlaut einer zweiten Message. Sie kommt zur Aussendung, wenn zum Zeitpunkt einer Fern-Zustandsabfrage KEIN aktueller Alarmzustand besteht.
Die SMS-Texte lassen sich mit maximal 160 Zeichen entsprechend eigener Wünsche frei gestalten und können bei Bedarf auch jederzeit wieder geändert werden. Die Vorgehensweise zur ihrer Ablage einschliesslich der zu benutzenden Zielrufnummer wird weiter unten noch näher beschrieben.
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Beispiele für Messagetexte:
Speicher 1 ( Alarmfall ):           ALARM VON EINHEIT 1
 Speicher 2 ( Nicht-Alarmfall ):  KEIN ALARM VON EINHEIT 1
Die Funktionsweise

 
Abb.2

Zum Verstehen der Funktionsweise des Alarmsystems ist das Schaltbild Abb.2 heranzuziehen. Dabei ist auch die Beschaltung der zum Anschluß des Siemens-Handys benutzten 12pol. Anschlussleiste des Typs "Slim-Lumberg" erkennbar. Die Verbindung mit dem Alarmboard wird über nur vier Leitungen hergestellt. Es sind im Einzelnen: "A" ( ca. 4V  vom Handy abgehende Versorgungsspannung für das Zusatzboard ); "B" ( serielle Daten abgehend vom Handy ); "C" ( serielle Daten ankommend am Handy ) und "D" ( Masse ). Zu den Zeitpuntken, zu denen keine der LED's aktiv ist, liegt die Stromaufnahme des Boards bei knapp 4mA. Damit wird der Akku des Handys nur in sehr geringem Umfang zusätzlich belastet. Die Stand-By-Zeit des Gerätes verkürzt sich somit auch nur in geringem Umfang.
Der serielle Datenaustausch über die Anschlüsse "B" und "C" erfolgt mit einer Datenrate von 19200bps bei einem TTL-Pegel von etwa 3Vss.
Die Alarmauslösung kann entweder über einen Ruhekontakt ( Öffner ) oder mithilfe eines Arbeitskontaktes ( Schliesser ) erfolgen. Ein Ruhekontakt ( z.B. eine Alarmschleife ) ist zwischen den Punkten "I" und "G" anzuschliessen ( Brücke "H-I" nicht installiert ). Hierbei erfolgt die Alarmauslösung im Falle einer Leitungsunterbrechung. Soll diese Funktion dagegen durch Schliessen eines Kontaktes ( Arbeitskontakt ) initiiert werden, so sind die Anschlüsse "F" und "G" zu verwenden. Hierbei muss die Brücke "H-I" geschlossen sein. Der aktuelle Alarmzustand wird durch die ALARM-LED ( Leuchtdiode ) signalisiert.

Das Betriebsprogramm ( Firmware ) der Alarmeinheit UNIALARM ist im Flashspeicher des Processors "U1" abgelegt. Über diesen Baustein werden alle erforderlichen Abläufe gesteuert. Das Programm wird beim Einschalten des Handys oder bei späterem Anstecken des Zusatzboards gestartet. Danach wird zuerst die serielle Schnittstelle initiiert. Anschliessend wird der Befehl "AT" vom Zusatzboard in Richtung Handy geschickt. Der weitere Programmablauf wird nur fortgesetzt, wenn von dort ein  "OK" als Antwort  zurückkommt. Dieser Datendialog dient zur Kontrolle der Kommunikation zwischen beiden Geräten. Wenn die CALL-LED kurz nach der Inbetriebnahme des Zusatzboards für einige Sekunden blinkt, so verlief der genannte Test erfolgreich und das Board ist betriebsbereit.

Die weitere Programmausführung kann auf zweierlei Weise erfolgen:

1. Unmittelbar nach Auftreten eines Alarms wird über den Porteingang  P3.3 ( U1, Pin 7 ) ein Processor-Interrupt ausgelöst. Daraufhin wird der handyinterne ME-Speicherbereiches ( siehe auch weiter unten ) angewählt. Anschliessend wird der Befehl zum Handy geschickt, der bewirkt, daß die Aussendung der für den Alarmfall gespeicherten SMS-Message erfolgt ( AT+CMSS=1 ). Der Abschluss dieses Vorgangs wird durch kurzzeitige Akivierung der CALL-LED signalisiert.

2. In Ruhestellung läuft das Programm in einer Suchschleife und wartet auf ankommende Rufe. Ihr Eintreffen führt zu mehrfacher Ausgabe der Zeichenfolge "RING" über die serielle Handyschnittstelle. Der Processor "U1" erkennt dieses Wort und signalisiert es durch mehrsekündiges Blinken der CALL-LED. In Abhängigkeit vom logischen Pegels an P1.2 ( U1, Pin 14 ) wird anschließend entweder der AT-Befehl zur Aussendung der Alarm-Message ( AT+CMSS=1 ) oder derjenige zum Aufruf  des für den im Nicht-Alarmfall vorab gespeicherten Text gesendet. ( AT+CMSS=2 ). Der erfolgreiche Abschluss einer SMS-Aussendung wird wiederum durch ein Leuchten der CALL-LED für einige Sekunden signalisiert.
Wird ein ankommender Ruf vom Anrufer nicht innerhalb von etwa 15 Sekunden abgebrochen, so schickt UNIALARM den  Rufannahmebefehl "ATA" in Richtung Handy. Daraufhin wird eine Sprachverbindung zwischen beiden Teilnehmern hergestellt.
Nachdem entweder die erstellte Verbindung oder auch schon ein vorher erfolgender Ruf vom Anrufer abgebrochen wurden, kehrt das Programm wieder in die Ruhezustand zurück und ist damit bereit, wieder neue Rufe entgegenzunehmen.
Die Portanschlüsse P1.3 bis P1.6 ( Pins 15-18 ) des Processors "U1" besitzen interne Pull-Up-Widerstände und sind somit im unbeschalteten Zustand auf "H-Pegel". Sie sind herausgeführt und können im Bedarfsfall mithilfe einer einfachen Drahtbrücke auf Massepotential gelegt werden. Auf diese Weise sind eventuell später noch dazukommende zusätzliche Betriebseinstellungen einfach realisierbar. Mit Ausnahme des Ports P1.3 sind die Anschlüsse aber bisher noch ohne Funktion. Auch dieser Port kann aber im  Normalfall unbeschaltet bleiben. Seine Funktion wird in Verbindung mit der möglichen Verwendbarkeit sonstiger Handytypen weiter unten noch näher beschrieben.
Die Speicherung der zur Aussendung kommenden SMS-Messagetexte

Handys können nur eine begrenzte Anzahl von Short-Messages in ihren internen Speichern ablegen. Während die Ablage für eingehende SMS automatisch erfolgt, lassen sich ausgehende Messages nur durch entsprechenden Menüaufruf speichern ( siehe dazu die Handy-Bedienungsanleitung ).
Zur Konfiguration von UNIALARM müssen die gewünschten Alarm-Messages in den Speicherplätzen 1 ( ALARM ) und 2 ( KEIN ALARM ) abgelegt werden. Dieser Vorgang muss nur wiederholt werden, wenn die Änderung eines SMS-Textes oder der Zielrufnummer gewünscht wird. Da die Zuordnung eines bestimmten Speicherplatzes aber nicht per Handy-Menü möglich ist, muß folgender Weg zur korrekten Ablage beschritten werden:
1. In Vorbereitung der Message-Eingaben müssen ALLE in den Ein- und Ausgangsspeichern evtl. noch gespeicherten Nachrichten gelöscht werden. Erst jetzt kann davon ausgegangen werden, dass neu gespeicherte Texte wieder beginnend ab Speicherplatz 1 abgelegt werden. 
2. Danach ist zuerst der Text für die im ALARMFALL zu sendende Message einzugeben und im Ausgangsspeicher abzulegen.
3. Anschliessend wird dieser Speicher wieder aufgerufen und es wird noch die gewünschte Zielrufnummer eingegeben.
4. Durch einmalige Aussendung des gespeicherten Textes wird bewirkt, dass die Zielrufnummer gemeinsam mit dem zugehörigem Text für eine spätere Nutzung durch UNIALARM gespeichert bleibt.
5. Nach der damit erfolgten Sicherung des ersten Textes, ist die gleiche Prozedur auch für die NICHTALARM-Message durchzuführen.
Die notwendige Eingabeprozedur kann je nach Handytyp ggf. aber auch von der hier beschriebenen etwas abweichen. Auf jeden Fall sind die beiden gewünschten Messagetexte in der genannten Reihenfolge im sogenannten Sende- oder Ausgangsspeicher des vorher gelöschten SMS-Speichers abzulegen.
Nach Abschluss beider Eingaben sollte das Ergebnis noch einmal kontrolliert werden. In den SMS-Speicherplätzen dürfen sich nur die beiden gerade eingegebenen Messages finden lassen ( siehe Abb.3 ).
Nach Abschluss dieser Eingaben lassen sich die weiteren Speicherplätze wieder beliebig für weitere Ein- und Ausgangsmessages nutzen.
 
Abb.3

In Abb.3 sehen wir ein Beispiel für gespeicherte Ausgangsmeldungen. Richtigerweise sind hier auch nur unsere Alarm- und die Nicht-Alarmmessage vorhanden ( In der Übersicht werden auf dem Display nur jeweils die Textanfänge dargestellt ). Die dabei GESCHLOSSENEN dargestellten Briefumschläge signalisieren, dass die Message schon einmal gesendet wurde und damit auch eine Verknüpfung zwischen Text und Ziel-Rufnummer stattgefunden hat.
Werden stattdessen GEÖFFNETE Briefumschläge angezeigt, so ist diese Verknüpfung noch nicht erfolgt und es ist erst noch die oben unter Punkt 4 beschriebene Prozedur durchzuführen.
Die Verwendung sonstiger Handy-Typen

Der Vorteil der am Anfang dieses Artikels genannten Siemens-Handytypen liegt darin, daß sie mit einem vollwertigen integrierten Modem, sowie einer seriellen Datenschnittstelle ausgestattet sind und eine Steuerung über AT-Befehle zulassen. Es dürften aber auch andere entsprechend ausgestattete Handys verwendbar sein. Leider ist aber die Vorab-Ermittlung der technischen Parameter,  die zum Treffen einer Handy-Auswahl benötigt werden würden, nicht ganz einfach. Ein wichtiges Indiz für die Verwendbarkeit in Verbindung mit UNIALARM könnte aber z.B. sein, ob für ein vorgesehenes Modell auch serielle Datenkabel mit RS232-Anschluss angeboten werden. 
Bei Einsatz der am Anfang des Beitrags genannten Siemens-Modelltypen kann unser Alarmboard mit Energie aus dem Handyakku versorgt werden. Sollte diese Möglichkeit bei Verwendung anderer Handytypen ( z.B. auch mancher älterer Siemens-Modelle * ) nicht bestehen, so könnte das UNIALARM-Board aber auch separat z.B. mithilfe von drei in Serie geschalteten 1.2V-Akkus versorgt werden. Da bei der Datenschnittstelle in der Regel aber nur mit etwa 3V-TTL-Pegeln  gearbeitet wird, sollte man zum Schutz des Handys allerdings darauf achten, daß das Board bei Fremdversorgung nicht mit Spannungen über 4V betrieben wird.

* Ältere Siemens-Modelle der Serien 25-45 sind mit einer mechanisch und belegungsmäßig abweichenden Anschlussleiste ausgestattet. Siehe dazu auch: http://www.nobbi.com/phones.htm   ( Rubrik: S/C25, S/C/M35, S/SL/ME45 usw. )
Achtung !

Ein Problem könnte sich in Hinblick auf die Speicherablage der auszusendenden Alarm- und Nicht-Alarm-Messages ergeben. Während die meisten vorgeschlagenen Handys diese Nachrichten im handyinternen ME-Speicher ablegen, kann es aber auch sein, daß andere ( ältere ) Modelle dazu den SM-Speicher auf der SIM-Karte verwenden. In diesen Fällen kann durch eine Brücke an P1.3 ( Pin 15 von "U1" ) bewirkt werden, daß die defaultmäßig erfolgende Umschaltung auf den ME-Speicher unterbleibt. 
Zum Nachbau

Ein Nachbau ist einfach durchführbar. Die benötigte Firmware ist im HEX-Format verfügbar .
Zur Erleichterung des Nachbaus sind auf privater Basis aber auch kleinere Mengen von Spezialbauteilen, wie bereits programmierte Processoren, Quarze, Platinen und ggf. auch komplett bestückte und getestete Boards erhältlich. Interessenten sollten mir eine E-Mail schicken.
ANHANG:
Bauteileliste
R1
 Widerstand 1/4W 100KOhm
 U1 *
 IC ATMEL AT89C2051 20pin DIP
Processor progr. mit Firmware
R2
 Widerstand 1/4W 100KOhm
U2 *
 IC SN74HC14 14pin DIP
R3
 Widerstand 1/4W 10KOhm
 X1 *
 Quarz 11.0592 MHz   Halter: HC-49/U
R4
 Widerstand 1/4W 1KOhm
 LED
 zur CALL-Anzeige
R5
 Widerstand 1/4W 100KOhm
 LED
 zur ALARM-Anzeige
R6
 Widerstand 1/4W 100KOhm
7 pol. aneinanderreihbare Anschlussklemme bestehend aus:
2x AKL 057-02 ( 2-pol. ) und
1x AKL 057-03 ( 3 pol. ) Bez. gemäß
Fa. Reichelt ( http://www.reichelt.de )
R7
 Widerstand 1/4W 100KOhm
 *
 Platine ( gebohrt und verzinnt )
R8
 Widerstand 1/4W 1KOhm
IC-Fassung DIL-8pol. ( für U3 )
C1
 Kondensator 33pF
IC-Fassung DIL-14pol. ( für U2 )
C2
 Kondensator 33pF
IC-Fassung DIL-20pol. ( für U1 )
C3
 Kondensator 0.1uF
  (*)
 12pol. Stecker für Siemens-Handys
Typ: Slim-Lumberg
C4 Elko 10uF/16V

C5
 Elko 10uF/16V

C6
 Kondensator 0.1uF

* vom Verfasser verfügbar

Platinenlayout ( gesehen von Bestückungsseite )

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Abb. 4

Der Slim-Lumbergstecker
Beschaltung und Beschaffung

Zur Verbindung des Zusatzboards mit dem ( SIEMENS- ) Handy ist ein 12 poliger sogenannter Slim-Lumbergstecker erforderlich. Die für die Alarmeinheit notwendige Beschaltung des Steckers geht aus Abb.5 hervor.  Eine mögliche Bezugsquelle ist z.B. http://www.handy-stecker.de  .
Meistens lassen sich über Auktionshäuser wie z.B. EBAY auch sehr günstig komplette Datenkabel für die obengenannten Handytypen erwerben. Ihnen können dann die benötigten Stecker und ggf. auch die Kabelverbindungen entnommen werden. Die Angebote für derartige Komplettkabel liegen dabei oft sogar noch unter denen für separate Stecker.


Abb.5
Die Problematik des Dauerbetriebes von ( Siemens- ) Handys
Für viele Anwendungen wird ein Dauerbetrieb von Handy und Zusatzboard gewünscht. Während es für das Board genügt, eine Energiequelle mit geeigneter Spannung und ausreichender Kapazität bereitzustellen, wurde zumindest bei den von mir ansonsten favorisierten Siemens-Handys festgestellt, daß sich der geräteinterne Akku nach einiger Betriebszeit auch dann entleerte, wenn das Ladegerät ständig angeschlossen blieb. Bei "normaler" Handynutzung mit unterbrochenen Betriebszeiten ist dieser Effekt in der Regel ohne Nachteil, aber sobald Dauerbetrieb gewünscht wird, stellt das natürlich ein Problem dar. Ein zeitweiliges Unterbrechen des Ladevorganges bringt jedoch Abhilfe. So sollte z.B. eine Unterbrechung von ca. 1 - 5 Minuten pro Tag schon ausreichen, damit der Ladevorgang danach wieder fortgesetzt wird. Bei Ladung aus dem Netz kann das z.B. durch Zwischenschalten einer preiswert erhältlichen ( mechanischen )  Schaltuhr erreicht werden. Schwieriger wird es dagegen, wenn die Gesamtanordnung nur aus Batterien versorgt wird.
Die nachfolgend beschriebene Lösung ist nur als Anregung gedacht und sollte auch nur von versierten Elektronikern realisiert werden. Auch kann dafür keinerlei Haftung übernommen werden. Sie bietet sich aber besonders in Verbindung mit der Nutzung älterer Handymodelle an ( wie z.B. 35er, 42er und 45er-Modelle * ). Diese lassen sich oft schon für ein paar Euros bei Auktionen ersteigern. Die Lösung sieht vor, daß sowohl Handy als auch Zusatzboard aus einer gemeinsamen Quelle mit üblicherweise 3.6V versorgt werden und der normalerweise dafür vorgesehene Handyakku nicht mehr benutzt wird. Als Energiequelle kommen stattdessen z.B. drei in Reihe geschaltete 1.2V-Zellen oder auch eine 12V-Batterie mit dazwischengefügtem Spannungsregler infrage ( Abb.7 ). Dieser muss allerdings in der Lage sein, Spitzenströme von bis zu etwa 2A liefern zu können.
Wer sich für die angesprochene Verwendung seines Handys entschieden hat, der muss zuverlässige Verbindungen zu dessen Versorgungskontakten  herstellen. Dazu gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten:
1.  Ein alter Geräteakku wird vorsichtig geöffnet, ausgeräumt und danach mit den benötigten Zuführungsleitungen ausgestattet.
2.  Die benötigten  Versorgungsleitungen werden direkt an die entsprechenden Gerätepins gelötet. In der Regel werden deren Federkontakte dadurch allerdings unbrauchbar werden, so daß eine nochmalige Verwendung interner Akkus anschliessend nicht mehr möglich sein düfte. Man sollte sich diesen Schritt also vorher sehr gut überlegen.
In jedem Fall sollten die Zuführungsleitungen aufgrund des hier zeitweise fliessenden realtiv hohen Spitzenstromes nicht zu dünn bemessen werden. Anschliessend wird man feststellen, daß sich das Gerät trotz angelegter Fremdspannung  nicht einschalten lässt. Ursache dafür ist die fehlende Verbindung zum mittleren Versorgungspin. Dieser führt zu einer geräteinternen Sensorelektronik, die aus Sicherheitsgründen bewirkt, daß sich ein im Ladebetrieb befindliches Handy bei unzulässiger Erwärmung des eingesetzten Akkus ausschaltet. Ein im Akku integrierter Themistor verändert dabei seine ohmschen Werte und liefert dadurch das Abschaltkriterium. Bei externer Handyversorgung, so wie in unserem Fall, reicht es aber, wenn seine Funktion durch einen Festwiderstand von etwa 10-15 KOhm nachgebildet wird. Der Widerstand ist zwischen dem mittleren ( Sensor- ) Pin und dem Minuspol anzuordnen.
Abb.6 zeigt die Lage der Federkontakte am Beispiel eines Siemens S45i.  Bei anderen Modellen kann das etwas anders aussehen, aber nachdem zumindest auf dem Geräteakku Polaritätsangaben zu finden sind, sollte eine Zuordnung der drei benötigten Pins immer ohne Probleme möglich sein. Darüberhinaus sollte den Angaben auf dem Akku auch entnehmen sein, mit welcher Versorgungsspannung das Handy betrieben werden muss.


Abb.6

* Dabei ist wieder zu beachten, daß die Belegung des von den älteren Modellen benutzten 12pol. Handy-Gerätesteckers nicht mit derjenigen von Abb.2 übereinstimmt. Daher noch einmal der Hinweis auf die über http://www.nobbi.com/phones.htm  ( Rubrik: S/C25, S/C/M35, S/SL/ME45 usw. ) zugängliche  Beschreibung der Steckerbelegungen.
 

Abb.7