PIR-Based Home Security System

Proiectul reprezinta un sistem simplu de securitate pentru casa, construit pe ATmega328P-Xplained Mini, folosind un senzor de miscare PIR, un keypad 4×4 si un display LCD 16×2. Sistemul poate fi armat si dezarmat prin introducerea unui cod PIN. Odata armat, monitorizeaza miscarea si ofera un interval de timp pentru dezarmare inainte de declansarea alarmei (buzzer si LED). Logica este implementata folosind o masina de stari, pentru un comportament eficient, fara blocaje.

Pe langa functionalitatea de baza, sistemul include un senzor de gaz/fum (MQ-2) si conectivitate wireless (Bluetooth prin HC-05) pentru trimiterea de notificari in timp real catre utilizator (prin aplicatia Serial Bluetooth Terminal).

Sistemul functioneaza ca o masina de stari cu 4 stari principale:

DEZARMAT → EXIT DELAY → ARMAT → ENTRY DELAY → ALARMA → DEZARMAT

• DEZARMAT — LED verde aprins, LCD afiseaza “System disarmed”. Utilizatorul armeaza sistemul apasand * si introducand PIN-ul.
• EXIT DELAY (10s) — countdown pe LCD, bip la fiecare 2 secunde, timp sa iasa din camera.
• ARMAT — PIR activ prin intrerupere externa (INT0), LED rosu aprins.
• ENTRY DELAY (15s) — miscare detectata, countdown pe LCD, bip accelerat. Utilizatorul introduce PIN-ul.
• ALARMA — buzzer continuu + LED rosu clipeste + LCD afiseaza “ALARM!”. Se dezactiveaza doar prin PIN corect.

Schema bloc:

Lista de piese:

Conexiuni:

Mediu de dezvoltare:

Masina de stari

Logica principala este implementata ca o masina de stari in functia main(), folosind switch(alarm_state). Fiecare stare are comportament propriu si tranzitii clare catre urmatoarea:

• DISARMED — LED verde aprins, LCD afiseaza “System disarmed / * to arm”. Sistemul asteapta apasarea * pentru a initia armarea.
• EXIT DELAY (10s) — countdown afisat pe LCD, bip la fiecare 2 secunde. Utilizatorul are timp sa paraseasca incaperea.
• ARMED — PIR activ prin intrerupere externa INT0, LED rosu aprins. Orice miscare detectata declanseaza tranzitia spre ENTRY DELAY.
• ENTRY DELAY (15s) — countdown pe LCD cu bip accelerat in ultimele 5 secunde. Utilizatorul introduce PIN-ul pentru dezarmare.
• ALARM — buzzer continuu, LED rosu clipeste, LCD afiseaza ”!! ALARM !!”. Dezactivare posibila doar prin PIN corect.

Timekeeping non-blocant

Pentru a evita blocarea buclei principale cu _delay_ms(), Timer1 este configurat in mod CTC cu prescaler 64 si OCR1A = 249, generand o intrerupere la fiecare 1ms. ISR-ul incrementeaza un contor global millis_count. Functia millis() returneaza valoarea acestuia cu intreruperile dezactivate temporar (cli()/sei()) pentru a evita race conditions. Toate countdown-urile sunt calculate ca diferente millis() - delay_start.

Intrerupere externa PIR

PIR-ul este conectat la PD2 (INT0) si configurat pe front crescator (ISC01=1, ISC00=1). La detectarea miscarii, ISR-ul seteaza un flag pir_flag = 1, procesat in bucla principala doar daca sistemul este in starea ARMED. Aceasta separare intre ISR si logica principala evita executia de cod complex in intrerupere.

Scan keypad matriceal

Keypad-ul 4×4 este scanat prin metoda row-by-row: pe rand, fiecare linie (output) este trasa la LOW, iar coloanele (input cu pull-up) sunt citite. O apasare este confirmata prin dubla citire cu debounce de 20ms, iar eliberarea tastei este asteptata activ inainte de a returna caracterul, prevenind inregistrarea multipla a aceleiasi apasari.

Comunicatie I2C cu LCD

LCD-ul 16×2 este controlat prin modulul PCF8574 (adresa 0x27). Intreaga comunicatie este implementata de la zero, fara biblioteci externe — functiile de initializare, trimitere de comenzi, afisare de caractere si pozitionare cursor sunt scrise manual prin manipularea directa a registrelor TWI (TWCR, TWDR, TWBR). LCD-ul primeste date in mod 4-bit: fiecare byte este trimis in doua nibble-uri, fiecare cu pulsul de Enable ridicat si coborat prin I2C pentru a fi citit de LCD.

Senzor MQ-2

Senzorul de gaz este citit pe pinul PC1 (iesire digitala DO). La pornire este implementat un warm-up de 30 de secunde pentru stabilizarea senzorului. Un contor de debounce software (gas_count) impune 10 citiri consecutive pozitive inainte de a declansa alarma, eliminand spike-urile electrice izolate.

Cod PIN si securitate

PIN-ul este stocat ca sir de caractere si comparat cu strcmp(). Cifrele sunt adaugate una cate una la fiecare apasare, afisate ca * pe LCD. Dupa 3 incercari gresite consecutive sistemul trece direct in STATE_ALARM. Tasta # reseteaza PIN-ul introdus curent. Fiecare eveniment (armare, miscare, PIN gresit, alarma, gaz) este trimis prin UART catre modulul Bluetooth HC-05, vizibil in aplicatia Serial Bluetooth Terminal.

Proiectul a fost o experienta utila care m-a ajutat sa inteleg mai bine cum functioneaza un microcontroller la nivel de registre, fara librarii de nivel inalt. Am invatat sa configurez intreruperi externe, comunicatie I2C si UART, si sa implementez o masina de stari pentru un comportament corect si predictibil.

Cea mai mare dificultate a fost maparea corecta a pinilor pentru keypad, rezolvata prin testare iterativa si debugging pe serial.

https://github.com/VladaNedelceva/PIR-Based-Home-Security-System.git

Hardware:

• Datasheet ATmega328P

Software & Tutoriale:

• Ghid proiect PM
• Arduino Home Security System - Instructables