Pet Feeder Automat

Proiectul propune o soluție automatizată pentru hrănirea animalelor de companie, care permite distribuirea controlată a hranei la intervale regulate sau la cerere. Sistemul oferă posibilitatea de a seta frecvența și cantitatea porțiilor, asigurând astfel alimentația constantă și echilibrată a animalului, chiar și în absența proprietarului.

Scopul principal este de a automatiza procesul de hrănire, reducând astfel intervențiile manuale și timpul necesar pentru îngrijirea zilnică. Se urmărește totodată asigurarea unei alimentații corecte și prevenirea risipirii sau degradării hranei.

Inițiativa a plecat de la necesitatea de a gestiona eficient alimentația animalelor în situații în care proprietarii nu pot fi prezenți. A fost identificată oportunitatea de a dezvolta o soluție practică, cu aplicabilitate reală, care să îmbunătățească rutina zilnică a posesorilor de animale.

Proiectul este valoros prin faptul că adresează o nevoie comună și oferă beneficii clare: hrănire constantă, control al porțiilor, economie de hrană și liniște pentru proprietar. În plus, dezvoltarea unei astfel de soluții contribuie la aprofundarea cunoștințelor tehnice în domeniul sistemelor automate și al controlului digital.

• Arduino UNO - Unitatea de control principală a sistemului. Primește date de la modulul RTC și de la butoane, procesează logica de control și acționează servomotorul și afișajul LCD.

• RTC – DS3231 - Modul de ceas în timp real, care comunică prin I²C și oferă ora exactă necesară pentru programarea hrănirii automate.

• Ecran LCD 1602 - Afișează informații utile utilizatorului, precum ora următoarei hrăniri sau numărul de porții. Este conectat prin interfața I²C.

• 3 X Butoane de control - Permit setarea manuală a intervalului de hrănire, selectarea numărului de porții și declanșarea manuală a distribuției de hrană.

• Servomotor MG995 - Execută comenzile primite sub formă de semnal PWM și rotește elicea pentru a distribui hrana. Fiecare rotație eliberează o porție.

• Sursă de alimentare (USB / 5V DC) - Oferă energia necesară funcționării tuturor componentelor sistemului.

• Mecanism de distribuire - Include o elice 3D printată, o tijă M3, un tub de hârtie și o cutie cu compartimente. Acestea ghidează hrana din rezervor spre bol, prevenind blocajele.

• Pâlnie de alimentare - Direcționează hrana introdusă manual în rezervorul principal spre mecanismul de distribuție.

• Program de control - Codul scris în Arduino C/C++ implementează logica generală de funcționare a sistemului. Acesta citește valorile de la modulul RTC, gestionează butoanele, controlează motorul și actualizează afișajul LCD.

• Timer de hrănire - Modulul software compară ora curentă cu ora ultimei hrăniri și decide când să declanșeze o nouă eliberare a hranei, în funcție de intervalul setat de utilizator.

• Interfață utilizator - Componenta logică ce gestionează intrările de la butoane și afișarea informațiilor pe ecran. Asigură o interacțiune intuitivă între utilizator și sistem.

• Control porții - Modul care determină câte rotații trebuie să efectueze servomotorul, în funcție de numărul de porții selectat. Poate fi activat automat (la ora programată) sau manual (prin apăsarea unui buton dedicat).

• La pornirea sistemului, utilizatorul poate seta intervalul de hrănire și numărul de porții dorit, folosind butoanele.
• Informațiile sunt afișate pe ecranul LCD în timp real.
• Modulul RTC trimite constant ora curentă către Arduino.
• Când ora curentă coincide cu intervalul programat, microcontrolerul activează modulul de control porții.
• Servo motorul este pornit și rotește elicea, eliberând hrana în cantitatea stabilită.
• Hrana trece prin tubul din hârtie și compartimentele ghidate, ajungând la animalul de companie.
• Toate aceste acțiuni sunt gestionate și coordonate de programul software central din microcontroler.

Diagramă realizată în Cirkit– include: Arduino, servo, RTC, LCD și butoane.

Schemă electrică realizată în Tinkercad.

Proiectul este funcțional și implementat fizic pe breadboard. Sistemul include toate modulele descrise în diagrama bloc, conectate la placa de dezvoltare Arduino UNO.

Componentele esențiale includ:

• Servomotor MG995 controlat prin PWM
• Modul RTC DS3231 conectat pe magistrala I2C
• LCD 1602 cu interfață I2C pentru afișare interactivă
• 3 butoane pentru controlul porțiilor, intervalului și hrănirii manuale
• Mecanism fizic de distribuire al hranei activat de servomotor
• Breadboard, fire jumper și sursă 5V DC

Sistemul a fost testat și validat în condiții reale, conform descrierii din documentație.

Vedere frontală: rezervor + bol	Ansamblu cu pâlnie și elice 3D	LCD cu informații despre hrănire	LCD în timpul FEEDING

Implementarea hardware

Sistemul software al proiectului este complet implementat și funcționează pe baza codului C scris pentru platforma Arduino IDE, varianta 2.3.6, cu acces direct la registrele microcontrolerului ATmega328P. Toate funcțiile critice (gestionare butoane, PWM pentru servo, afișare I2C, RTC, întreruperi externe) sunt testate și validate.

• <Wire.h> - Folosită pentru comunicarea I2C cu modulul RTC DS3231 și LCD-ul 1602. Biblioteca este standard în ecosistemul Arduino și oferă o interfață simplificată pentru protocoalele hardware.

• <DS3231.h> - Permite interacțiunea facilă cu modulul de ceas în timp real (RTC). Oferă metode de citire și setare a orei cu precizie ridicată.

• <LiquidCrystal_I2C.h> - Biblioteca utilizată pentru afișarea datelor pe ecranul LCD 1602 cu interfață I2C. Reduce semnificativ numărul de pini folosiți (SDA + SCL în loc de 6).

• <avr/io.h> și <avr/interrupt.h> - Permit accesul direct la registrele microcontrolerului ATmega328P. Sunt utilizate pentru configurarea întreruperilor externe (INT0, INT1), precum și pentru inițializarea porturilor, PWM și Timer1.

Proiectul combină mai multe funcționalități critice pentru un sistem embedded:

• Interacțiune cu utilizatorul prin butoane + feedback pe LCD
• Hrănire automata în funcție de ora curentă și interval programabil
• Servomotor controlat prin semnal PWM generat de Timer1
• Salvare a logicii de setare porții și intervalului prin ISR-uri (INT0, INT1)
• Structurare clară a codului în module separate

Proiectul folosește activ toate conceptele predate în laboratoarele următoare:

• Laboratorul 0 - GPIO: citirea butoanelor prin porturi, configurarea pinilor ca intrare cu rezistențe de pull-up.
• Laboratorul 2 - Întreruperi: folosirea INT0 și INT1 pentru acțiuni imediate în cod (setare porții și interval).
• Laboratorul 3 - Timer1/PWM: generarea semnalului pentru servomotor MG995 (50Hz, 1-2ms).
• Laboratorul 6 - I2C/RTC: comunicarea cu DS3231 și afișarea datelor pe LCD.

Structura proiectului este modulară:

• setup() – initializează toate perifericele: LCD, GPIO, PWM, întreruperi, RTC
• loop() – verifică ora curentă, actualizează LCD, declanșează hrănirea automat/manual
• ISR(INT0_vect) / ISR(INT1_vect) – cresc porțiile sau intervalul de timp
• feed_now() – controlează efectiv servomotorul și actualizează afișajul
• update_lcd() – arată utilizatorului informațiile curente legate de porții și interval

Validarea s-a făcut prin rulare reală pe breadboard, cu alinierea exactă a orei de hrănire cu DS3231. LCD-ul indică starea, iar servomotorul răspunde precis la comenzi.

• setup() – inițializează perifericele hardware și comunicarea I2C
• loop() – verifică ora curentă, decide dacă trebuie activată hrănirea, actualizează afișajul
• feed_now() – generează impulsuri PWM pentru servomotor în funcție de porții
• update_lcd() – afișează intervalul și porțiile pe ecran
• ISR(INT0_vect) – crește numărul de porții
• ISR(INT1_vect) – crește intervalul dintre hrăniri

Algoritmul de funcționare este bazat pe:

• Citirea în timp real a ceasului (DS3231)
• Compararea cu un orar prestabilit (next_feed_hour/minute/sec)
• Verificarea în buclă a condițiilor de hrănire și activarea secvenței de control servo
• Gestionarea întreruperilor externe pentru actualizarea parametrilor de funcționare fără delay-uri

Structura codului este modulară, cu funcții dedicate pentru:

• inițializări (setup_pwm_servo, setup_interrupts, setup_gpio)
• logică de execuție (feed_now, update_lcd)
• tratarea întreruperilor (ISR pentru INT0 și INT1)

• Servomotor:

Unghiurile au fost alese pentru a face o rotație completă (0–180°) per porție distribuită. S-a folosit următorul cod pentru generarea semnalului PWM:

  c
  void set_servo_angle(int angle) {
    uint16_t pulse_us = map(angle, 0, 180, 1000, 2000);
    OCR1A = pulse_us * 2;  
  }
  

• RTC (Real Time Clock):

Modulul DS3231 este conectat prin I2C (SDA/SCL) și inițializat în setup():

  c
  rtc.begin();
  

  Ora curentă este citită periodic în bucla principală:

  c
  t = rtc.getTime();
  

  Valorile orei, minutului și secundelor sunt apoi comparate cu ora programată pentru a declanșa hrănirea:

  c
  if (t.hour == next_feed_hour && t.min == next_feed_minute && t.sec == next_feed_seconds) {
    feed_active = true;
  }
  

  Calibrarea s-a făcut prin setarea manuală inițială a orei modulului, folosind funcția rtc.setTime(...) într-un sketch separat (neinclus în proiectul final), pentru a corespunde cu ora reală a sistemului.

• Debounce pentru buton manual:

Pentru a evita activări multiple din cauza zgomotului electric, s-a adăugat un delay software:

  c
  if (!(PIND & (1 << BTN_MANUAL))) {
    feed_active = true;
    _delay_ms(300);  // debounce
  }
  

• Timpul de rulare în loop este minimizat (delay de doar 250ms)
• Interacțiunea prin ISR evită polling constant și salvează energie
• Controlul servo e făcut doar la nevoie (nu în loop permanent)

Mai jos este o demonstrație completă a funcționării sistemului Pet Feeder automat:

Demonstrația video a proiectului

Videoclipul prezintă funcționarea sistemului în regim real, ilustrând:

• Afișarea pe LCD a numărului de porții și a intervalului de hrănire setat
• Modificarea acestor setări cu ajutorul butoanelor PD2 și PD3
• Declanșarea manuală a hrănirii prin apăsarea butonului PD5
• Răspunsul vizual oferit de LCD în timpul procesului de hrănire („FEEDING”)
• Controlul servomotorului prin semnal PWM generat cu Timer1 (OC1A)

Funcționalitățile de bază ale proiectului

În videolicpul de mai sus, sunt prezentate următoarele funcționalități de bază:

• Afișarea pe LCD a numărului de porții și a intervalului de hrănire setat
• Incrementarea butonului de porții PD2 până la valoarea maximă de 10
• Incrementarea butonului de porții PD3 până la valoarea maximă de 24
• Activarea modulului RTC la ora prestabilită, în funcție de numărul de porții și interval stabilite
• O surpriză la final

Proiectul “Pet Feeder Automat” a demonstrat utilitatea unui sistem de hrănire automată pentru animale de companie. Sistemul oferă o soluție practică pentru proprietarii ocupați, asigurând o alimentație regulată chiar și în absența acestora.

• Hrănirea automată contribuie la o rutină sănătoasă pentru animalul de companie.
• Flexibilitatea sistemului permite setarea porțiilor și a intervalelor de timp în funcție de nevoile fiecărui animal.
• Sistemul reduce stresul proprietarilor legat de programul de hrănire.

• Integrarea unei aplicații mobile pentru control de la distanță.
• Adăugarea de senzori pentru monitorizarea nivelului de hrană din recipient.
• Implementarea unui sistem de notificări (sunete sau mesaje) pentru avertizarea utilizatorului când recipientul este gol sau în caz de blocaj.

Codul sursă complet al proiectului este disponibil în repository-ul GitHub: GitHub Repository - Arduino Pet Feeder

• Alegerea temei: sistem automat de hrănire pentru animale.
• Componente selectate: Arduino Uno, motor servo, RTC DS3231, LCD I2C, butoane, container hrană.
• Realizarea unei schițe funcționale a sistemului.

• Testare servo: funcționare corectă în unghiuri diferite.
• Testare LCD I2C: afișare cu adresa corectă.
• Testare RTC: citirea corectă a timpului.

• Cod pentru verificarea orei curente și activarea servo-ului la ore prestabilite.
• Buton pentru hrănire manuală.
• Afișarea orei curente pe ecranul LCD.

• Construirea carcasei și montarea containerului.
• Organizarea cablajului și alimentării.
• Integrarea tuturor componentelor pe placă.

• Testare pe parcursul mai multor zile pentru validarea funcționalității automate.
• Ajustare unghi servo pentru o distribuție optimă a hranei.

• DS3231 - Real Time Clock (RTC) – Datasheet
• Micro Servo – Caracteristici și mod de utilizare
• Arduino Uno – Schemă electrică oficială
• LCD I2C 16x2 – Ghid de conectare și cod

• Adafruit RTClib – bibliotecă pentru comunicarea cu DS3231
• LiquidCrystal_I2C – bibliotecă pentru afișajul LCD I2C