Smart Home Systems

Gheorghe Marius Razvan - 334CA

Smart Home Systems este un proiect integrat de tip casă inteligentă, care automatizează și monitorizează o serie de funcții esențiale dintr-o locuință, precum controlul luminilor, detecția de flacără sau zgomote anormale, ventilația, închiderea automată a geamurilor în caz de ploaie și controlul accesului în garaj. Sistemul este construit pe o platformă Arduino și folosește o varietate de senzori și actuatori pentru a răspunde în timp real la condițiile din mediul înconjurător.

Scopul principal al proiectului este de a demonstra cum tehnologia embedded poate fi utilizată pentru a îmbunătăți confortul, siguranța și eficiența energetică într-o locuință. Am pornit de la ideea de a crea un sistem accesibil, modular și extensibil, care poate funcționa atât autonom, cât și controlat de la distanță prin Bluetooth.

Cred că proiectul este util deoarece replică situații reale din viața de zi cu zi — controlul luminilor în funcție de lumina naturală, reacția rapidă în caz de flacără sau sunet puternic, sau închiderea automată a geamurilor când plouă. Aceste funcții pot aduce un plus de siguranță și confort atât pentru utilizatorii casnici, cât și pentru medii educaționale sau demonstrative. În plus, proiectul oferă un cadru concret pentru a pune în practică cunoștințele din laborator.

Descrierea modulelor și interacțiunii:

1. Arduino Uno + Sensor Shield V5

Reprezintă centrul de control. Primește date de la senzori, le procesează și decide acțiuni asupra componentelor de output.

Conectat la toate perifericele prin: GPIO, PWM, I2C, UART.

2. Senzori (Input)

Colectează date despre mediu:

LDR – verifică lumina ambientală.

Senzor apă – detectează ploaia pentru a închide automat geamul.

Senzor sunet și flacără – semnalează pericole.

Senzor IR barieră – detectează prezența în zona garajului.

Senzor sol – poate fi folosit pentru irigare automată.

3. Module de Output

Acționează în funcție de datele senzorilor:

Servo-uri pentru deschiderea/inchiderea geamului, porții sau trapei.

LED-urile semnalizează stări (alarmă, noapte etc.).

LCD-ul arată informații în timp real (stare senzor, alertă).

Buzzer-ul avertizează sonor la alarmă.

 4. Comunicare (Bluetooth HC-05)

Permite controlul de la distanță prin telefon (via aplicație Android).

Poți comuta moduri manuale / automate sau trimite comenzi pentru testare.

5.Flux de lucru (logică software)

Senzorii trimit date în buclă → Arduino verifică dacă există un eveniment.

Dacă apare un eveniment critic (ploaie, foc, sunet mare) → se activează imediat outputul (ex: închidere geam, buzzer, LED roșu).

Datele sunt afișate pe LCD și pot fi transmise prin Bluetooth.

Utilizatorul poate interveni din aplicație sau buton → controlează manual unele funcții.

Funcționalități implementate

1. Închidere automată a geamului în caz de ploaie Senzorul de nivel al apei, montat pe acoperiș , detectează acumularea de apă . Atunci când este atins un prag presetat, Arduino comandă automat un servomotor care închide geamul pentru a proteja interiorul locuinței. Acest sistem contribuie la automatizarea siguranței unei locuințe inteligente.

2. Iluminare automată în funcție de lumină și sunet Prin combinarea senzorului fotorezistiv (LDR) și a senzorului de sunet, se creează un sistem inteligent de iluminare care aprinde LED-ul alb atunci când este întuneric sau se detectează activitate într-o încăpere. Astfel, lumina se aprinde doar când este nevoie, economisind energie.

3. Deschidere inteligentă a ușii pe bază de parolă, cu afișare pe LCD Accesul prin ușă se face prin introducerea unei parole formate din apăsări pe butonul roșu. Starea sistemului (acces permis/refuzat) este afișată în timp real pe ecranul LCD1602 conectat prin I2C.

4. Deschidere garaj prin detectare fotoelectrică și simulare de plată Garajul este automatizat folosind un senzor fotoelectric care detectează prezența unui vehicul. După detectare, un servomotor comandă deschiderea porții. Se simulează și un sistem de „plată” prin introducerea unei monede.

5. Sistem de detecție incendiu cu alarmă sonoră și vizuală Senzorul de flacără IR detectează prezența unei surse de foc. În caz de detecție, sistemul activează un buzzer pentru semnal sonor de alarmă și aprinde LED-ul roșu ca semnal vizual. Această funcționalitate adaugă un nivel de siguranță împotriva incendiilor.

6. Monitorizarea umidității solului și avertizare de irigare Senzorul de umiditate a solului este folosit pentru a determina dacă plantele au nevoie de apă. Atunci când umiditatea scade sub un prag, Arduino activeaza o alertă sonora si vizuala pentru a anunța utilizatorul că este necesară irigarea.

Bill of Materials:

Electrical Diagram:

https://drive.google.com/file/d/1WndulhV4e91Ebt2AAUqDOazZ33Y1SvD5/view?usp=sharing

Proiectul este funcțional și include următoarele componente software:

• Control acces pe bază de parolă Morse

• Afișare informații pe ecran LCD (I2C)

• Control servo-motoare (Timer1 și PWM manual)

• Control LED automat în funcție de sunet și lumină

Detectare:

• Flacără (digital)

• Lumină (fotorezistor digital)

• Ploaie

• Umiditate sol

Interfață Bluetooth HC-05 prin UART + control cu aplicație MIT App Inventor

Utilizarea funcționalităților din laborator:

Calibrarea senzorilor:

• Fotorezistor (lumină): prag = 500 (empiric în cameră întunecată/luminată)

• Umiditate sol: prag = 1000 (umiditate maximă simulată)

• Pluviometru (ploaie): prag = 100 (test cu apă picurată)

• Calibrarea s-a făcut prin afișarea valorilor ADC și stabilirea pragurilor.

Motivația alegerii bibliotecilor:

• Am evitat biblioteci externe și am folosit direct registre AVR pentru:

• Control precis

• Reducerea memoriei consumate

• Învățarea arhitecturii hardware

• Totuși, folosesc Arduino.h pentru compatibilitate cu PlatformIO și pentru String.

Optimizări:

• Separare cod în fișiere pentru claritate și mentenanță

• Eliminare biblioteci externe

• Utilizarea Timer1 direct în loc de Servo.h

• Folosirea String doar când e necesar, evitând alocări dinamice costisitoare

Detalii tehnice firmware:

• Mediu dezvoltare: PlatformIO + VSCode

• Compilator: avr-g++

• Board: Arduino UNO (ATmega328P)

• Frecvență: 16 MHz (F_CPU)

• Interfață Bluetooth: UART (registri UBRR0, UCSR0X)

• LCD: I2C pe TWI (registri TWCR, TWDR, TWBR)

• Senzori analogici: ADC cu prescaler 64

Funcții și module implementate:

• ParolaMorse() – citire Morse din butoane

• servo_set_angle_timer1() – PWM pe Timer1

• pulse_servo_d11() – PWM manual

• generate_tone() – buzzer

• lcd_write_raw() – trimitere comenzi I2C

• read_adc() – citire valori analogice

• control_bluetooth() – interpretare comenzi BT

• control_led() – logica sunet/lumină

link github:https://github.com/razvang05/Smart_Home

Link youtube:

https://youtube.com/shorts/M6zA6UMoJTA?feature=share

link github: https://github.com/razvang05/Smart_Home

• Arduino UNO - https://docs.arduino.cc/resources/datasheets/A000066-datasheet.pdf
• LCD 1602/I2C - https://www.waveshare.com/w/upload/4/4d/LCD1602_I2C_Module.pdf
• Modul Bluetoot hHC-05-https://components101.com/sites/default/files/component_datasheet/HC-05%20Datasheet.pdf

Export to PDF