Uscător de mâini inteligent

Autor: Harea Teodor-Adrian, 333CA
Contact: teodor_adrian.harea@stud.acs.upb.ro

Proiectul este un sistem inteligent care utilizează trei senzori (de mișcare, distanță și infraroșu) pentru a detecta prezența și acțiunile utilizatorilor. Funcționalitățile principale includ:

• Detectarea mișcării cu ajutorul senzorului PIR HC-SR501.
• Măsurarea distanței până la obiecte folosind senzorul ultrasonic HC-SR04P.
• Controlul sistemului prin telecomandă infraroșu.
• Afișarea informațiilor pe un ecran LCD și în consola serială.
• Activarea unui LED, a unui buzzer și a unui motor DC în funcție de intrările senzorilor.

Scopul principal al proiectului este de a demonstra integrarea și utilizarea practică a mai multor senzori într-un sistem coordonat.

Ideea proiectului a pornit de la dorința de a crea un sistem simplu, dar eficient, care să poată detecta și răspunde la acțiunile utilizatorilor. Inspirația a venit din:

• Observarea sistemelor automate din viața de zi cu zi (ex: uscătoare de mâini).
• Nevoia de a combina funcționalități diferite (detecție, afișare, control) într-un singur proiect.

• Oferă un exemplu practic de integrare a senzorilor (PIR, ultrasonic, IR) într-un sistem coerent.
• Demonstrează utilizarea unui microcontroller (ATmega328P) și a unui LCD I2C într-un context real.
• A consolidat cunoștințele despre programarea microcontrolerelor și senzorilor.
• A oferit experiență practică în gestionarea dispozitivelor periferice.
• A dezvoltat abilități de depanare și optimizare a codului embedded.

◉ ATmega328P (16MHz, 32KB Flash)

◉ HC-SR501 - Senzor mișcare PIR ◉ HC-SR04P - Senzor ultrasonic ◉ VS1838 - Receptor infraroșu

◉ LCD 16×2 cu interfață I2C

◉ Motor DC 3-5V cu elice ◉ Buzzer activ 5V ◉ LED cu rezistență 220Ω

◉ Placa de dezvoltare cu regulator 5V ◉ Conexiune USB pentru alimentare

◉ LiquidCrystal_I2C (v1.1.2) ◉ IRremote (v3.6.1)

• Arduino.h – Biblioteca de bază pentru orice proiect Arduino. Oferă funcțiile esențiale pentru lucrul cu pinii plăcii, temporizări, comunicare serială și alte operații fundamentale. Fără această bibliotecă, programarea directă a plăcii Arduino ar fi mult mai dificilă.

• Wire.h – Permite comunicarea pe magistrala I2C între Arduino și alte dispozitive, cum ar fi afișajul LCD. Utilizarea acestei biblioteci reduce numărul de pini necesari pentru conectare și simplifică foarte mult transmiterea datelor către dispozitivele compatibile I2C.

• LiquidCrystal_I2C.h – Folosită pentru controlul afișajului LCD cu interfață I2C. Oferă funcții simple pentru afișarea mesajelor pe ecran, gestionarea cursorului și alte operații utile, făcând codul mai clar și mai ușor de întreținut.

• IRremote.h – Permite recepționarea și decodificarea semnalelor de la o telecomandă IR. Astfel, sistemul poate fi controlat de la distanță, fără a fi nevoie de implementarea manuală a protocoalelor IR, ceea ce ar fi mult mai complex.

• GPIO → S-au folosit intensiv funcțiile de configurare și control al pinilor digitali (pinMode, digitalWrite, digitalRead) pentru a interacționa cu senzorul PIR, LED-ul, buzzer-ul și motorul. Acest lucru a permis conectarea și controlul direct al componentelor hardware.

• UART → Prin utilizarea funcțiilor Serial.begin și Serial.print, proiectul permite monitorizarea și debugging-ul în timp real, facilitând identificarea rapidă a eventualelor probleme și afișarea valorilor primite de la telecomandă.

• Timere → Funcția millis() este folosită pentru a implementa temporizări fără blocare (non-blocking delays), esențiale pentru gestionarea stărilor și tranzițiilor între acestea, fără a opri execuția programului.

• I2C → Comunicarea cu afișajul LCD se realizează prin protocolul I2C, folosind bibliotecile Wire.h și LiquidCrystal_I2C.h. Acest lucru reduce numărul de pini utilizați și simplifică transmiterea datelor către LCD.

Inițializarea componentelor hardware (senzori, LCD, motor, LED, buzzer, telecomandă IR) se face în funcția setup(). În funcția loop(), sistemul verifică în permanență starea curentă și reacționează la evenimente (mișcare detectată, distanță măsurată, comandă IR). Fiecare stare (ex: CALIBRATING, LISTENING, MOTION_DETECTED, MOTOR_RUNNING, PAUSED etc.) are un bloc dedicat de cod, cu acțiuni specifice și condiții de tranziție către alte stări. Temporizările sunt gestionate cu ajutorul funcției millis(), evitând blocarea execuției și permițând răspuns rapid la evenimente.

Senzorul PIR detectează mișcarea și declanșează trecerea în starea de detecție. Senzorul ultrasonic măsoară distanța față de utilizator și decide dacă motorul trebuie pornit sau dacă utilizatorul este prea departe. Telecomanda IR permite controlul manual al sistemului (pauză, pornire continuă, revenire la ascultare). LCD-ul afișează mesaje relevante pentru fiecare stare, oferind feedback utilizatorului. LED-ul, buzzer-ul și motorul sunt activate/dezactivate în funcție de starea sistemului și de valorile senzorilor.

Fiecare funcționalitate a fost testată individual: s-a verificat răspunsul la mișcare, măsurarea corectă a distanței, afișarea mesajelor pe LCD, controlul cu telecomanda IR și funcționarea corectă a motorului, LED-ului și buzzer-ului. S-au folosit mesaje pe Serial Monitor pentru debugging și monitorizare în timp real. Sistemul a fost testat în ansamblu, simulând scenarii reale de utilizare (prezența unui obiect in raza de acțiune a senzorilor, distanță variabilă, comenzi telecomandă), pentru a confirma că toate componentele interacționează corect și că tranzițiile între stări se realizează conform cerințelor.

• Eliminarea codului redundant prin folosirea funcțiilor dedicate pentru fiecare stare a automatului, ceea ce crește lizibilitatea și modularitatea codului.
• Utilizarea variabilelor statice locale pentru debounce și temporizări, evitând poluarea spațiului global și asigurând corectitudinea temporizărilor.
• Tranzițiile între stări sunt clar marcate cu mesaje pe LCD și în consola serială, oferind feedback util pentru utilizator și pentru depanare.
• Acțiunile pentru senzori și actuatori sunt izolate în funcții specifice fiecărei stări, facilitând modificarea și extinderea comportamentului sistemului.
• Conversia timpului de la senzorul ultrasonic în centimetri este realizată eficient cu o formulă standard, asigurând acuratețea măsurătorilor.
• Structura codului permite extinderea facilă cu noi funcționalități sau stări, menținând în același timp claritatea și robustețea implementării.

Proiect PM pe GitHub