SentinelGuard - Sistem de Alarmă Inteligent Multi-Senzor

Autor: Daniel Brinza
Grupa: 334CB
Asistent proiect: Cezar Zlatea

SentinelGuard este un sistem de alarmă inteligent pe care l-am construit în jurul plăcii Arduino Uno. Sistemul monitorizează mai multe tipuri de evenimente relevante pentru securitatea unei camere: mișcare în zona protejată, fum sau gaze inflamabile, zgomote puternice și apropierea unei persoane de panoul alarmei. La detectarea unui eveniment suspect, sistemul reacționează local printr-un buzzer, afișează starea curentă pe un ecran TFT color și transmite mesaje de stare/debug prin UART către calculator.

Scopul proiectului meu este integrarea mai multor periferice și protocoale de comunicație într-o aplicație embedded practică. Alarma nu este doar o demonstrație simplă cu un senzor, ci un sistem cu mai multe stări de funcționare, interfață grafică, evenimente marcate temporal și mai multe surse de intrare.

Ideea proiectului a pornit de la un scenariu real: protejarea unei camere, a unui birou sau a unei zone restrânse cu un dispozitiv compact care poate detecta rapid mișcare, fum/gaz sau activitate neobișnuită. Din punct de vedere didactic, am urmărit să folosesc GPIO, întreruperi externe, timere/PWM, ADC, UART, SPI și I2C în același firmware.

Am organizat sistemul în jurul microcontrolerului, care citește senzorii, actualizează starea alarmei și controlează interfața cu utilizatorul.

Principalele stări de funcționare sunt:

• DEZARMAT - senzorii pot fi monitorizați, dar sirena nu pornește la evenimente normale.
• ARMAT - alarma urmărește activ mișcarea, fumul/gazul, zgomotele puternice și apropierea de panou.
• PRE_ALARMA - a fost detectat un eveniment suspect, iar sistemul așteaptă confirmarea sau expirarea unui timp scurt.
• ALARMA - buzzerul este activ, ecranul TFT afișează cauza declanșării, iar evenimentul este transmis prin UART.
• MENIU/SETARI - ecran pentru praguri, mod de armare și starea senzorilor.

Am folosit ecranul TFT ca interfață principală de afișare. Acesta afișează starea curentă a alarmei, ora curentă citită de la modulul RTC, ultimele evenimente și valorile senzorilor.

În schema bloc se vede fluxul principal al sistemului: senzorii trimit evenimente și valori către placa Arduino Uno, iar microcontrolerul actualizează interfața TFT, controlează buzzerul și transmite log-uri prin UART. Ecranul TFT este conectat prin adaptare de nivel logic, deoarece placa lucrează la logică de 5V, iar ecranul este tratat ca dispozitiv de 3.3V.

• Sistemul afișează un dashboard cu ora curentă, starea alarmei și starea senzorilor.
• Când un senzor este declanșat, ecranul evidențiază sursa evenimentului.
• Buzzerul generează semnalizare sonoră la depășirea pragurilor.
• UART prin USB este folosit pentru log-uri, debug și comenzi în timpul dezvoltării și demonstrației.

În implementarea actuală am folosit placa Arduino Uno. Am ales-o deoarece este compatibilă cu modulele din kit, oferă suficienți pini pentru etapa curentă a prototipului și permite dezvoltare rapidă în PlatformIO.

Funcționalități ale plăcii folosite în proiect:

• interfață USB pentru alimentare și upload firmware;
• UART serial pentru debug;
• SPI hardware pentru ecranul TFT;
• I2C pentru modulul RTC;
• ADC pentru MQ-2 și senzorul de sunet;
• GPIO pentru PIR, HC-SR04, buzzer și buton.

În stadiul actual, am realizat și am testat incremental prototipul hardware SentinelGuard pe placa Arduino Uno. Scopul acestei etape a fost să validez individual componentele și apoi să le integrez treptat într-un montaj unic.

În acest moment, am conectat fizic și am testat următoarele module:

• ecranul TFT SPI 2.8 inch ST7789V;
• senzorul ultrasonic HC-SR04;
• buzzerul pasiv;
• senzorul PIR;
• senzorul MQ-2;
• senzorul de sunet;
• modulul RTC DS3231 / DS1307 compatibil I2C;
• butonul de tip silence / acknowledge.

Am realizat integrarea etapizat, deoarece proiectul conține multe periferice și există constrângeri reale legate de numărul de pini disponibili, nivelele logice și stabilitatea alimentării. În mod special, ecranul TFT a necesitat o atenție suplimentară, deoarece panoul funcționează pe logică de 3.3V, în timp ce microcontrolerul lucrează la 5V.

În urma testelor, am observat că convertorul de nivel logic cu 8 canale disponibil în kit nu a oferit un comportament stabil pentru semnalele SPI ale display-ului. Din acest motiv, în montajul hardware real utilizat în prezentare am adoptat o soluție alternativă: divizoare rezistive pentru liniile SPI de ieșire ale microcontrolerului către TFT. Această soluție s-a dovedit stabilă și a permis funcționarea corectă a ecranului.

Maparea de mai jos reflectă stadiul curent al montajului fizic pe care l-am realizat și al testelor efectuate:

• Pinii D10-D13 au fost rezervați pentru interfața SPI hardware a ecranului TFT, deoarece aceștia oferă cea mai bună compatibilitate și cel mai bun debit pentru actualizarea ecranului.
• HC-SR04 folosește doi pini digitali separați: unul pentru impulsul de trigger și unul pentru măsurarea duratei ecoului.
• Buzzerul a fost conectat la D3, pin potrivit pentru generarea de semnal periodic.
• Senzorii analogici MQ-2 și modulul de sunet au fost conectați pe A0 și A1 pentru a permite citirea unor valori variabile și compararea lor cu praguri software.
• RTC-ul a fost conectat la A4/A5, deoarece aceștia reprezintă magistrala I2C standard pe Arduino Uno.
• Butonul de silence a fost conectat la D5 și configurat software cu rezistență internă de tip INPUT_PULLUP, astfel încât apăsarea butonului produce o tranziție la nivel LOW.

Am validat schema de principiu atât în simulator, cât și prin montaj fizic. În simulare am verificat traseele, interacțiunea dintre module și maparea pinilor, iar în montajul real am confirmat funcționalitatea și constrângerile practice.

Un aspect important al implementării a fost conectarea ecranului TFT ST7789V. Deoarece acesta folosește logică de 3.3V, iar placa de control operează la 5V, am coborât liniile SPI de ieșire către ecran de la 5V la aproximativ 3V folosind divizoare rezistive. Pentru fiecare linie SPI critică am folosit următoarea structură:

• rezistență de 330 ohmi între pinul Arduino și nodul de semnal;
• rezistență de 510 ohmi între nodul de semnal și GND;
• nodul intermediar a fost conectat la pinul TFT corespunzător.

Această soluție a fost aplicată pentru:

• SCK;
• MOSI / SDI;
• CS;
• DC.

Pinii de alimentare ai ecranului au fost conectați astfel:

• VCC al modulului TFT la 5V, deoarece placa adaptor a display-ului include regulator onboard;
• GND la masa comună;
• LED și RESET la 3.3V, conform testelor hardware realizate.

Toate modulele folosesc masă comună, iar alimentarea este distribuită prin breadboard.

Figura de mai sus prezintă schema de conectare pe care am validat-o în simulator. Am folosit simularea pentru verificarea mapării pinilor și pentru testarea logicii de integrare înaintea realizării montajului fizic.

Figura de mai sus prezintă stadiul actual al montajului fizic. Se observă placa de dezvoltare, breadboard-ul central, ecranul TFT conectat prin divizoare rezistive și senzorii principali pe care i-am integrat în jurul sistemului.

În stadiul actual am validat funcționarea fiecărui modul hardware principal din proiect. Am verificat individual și în montaj real:

• senzorul ultrasonic HC-SR04;
• senzorul PIR;
• senzorul MQ-2;
• senzorul de sunet;
• buzzerul;
• modulul RTC;
• ecranul TFT.

În imaginea montajului fizic se poate observa afișarea unei valori numerice pe ecran, ceea ce confirmă că interfața de afișare funcționează corect în hardware real. În plus, pe parcursul testelor am confirmat pentru fiecare modul următoarele:

• HC-SR04 transmite distanțe valide, iar valorile pot fi afișate live pe ecran;
• buzzerul reacționează corect la depășirea pragurilor configurate;
• senzorul PIR generează semnal la detectarea mișcării;
• MQ-2 oferă valori analogice care pot fi citite și comparate cu un prag software;
• senzorul de sunet oferă valori analogice utilizabile pentru detectarea zgomotelor puternice;
• modulul RTC poate furniza ora curentă prin magistrala I2C;
• ecranul TFT este inițializat corect și poate afișa valori și stări în timp real.

Prin aceste teste am validat că fiecare senzor și fiecare periferic important din SentinelGuard este funcțional și poate fi integrat în firmware-ul comun al sistemului.

• Placa cu microcontroler funcționează la logică de 5V, iar ecranul TFT este tratat ca dispozitiv logic de 3.3V.
• Semnalele SPI și semnalele de control ale ecranului au fost adaptate hardware cu divizoare rezistive.
• MQ-2 are nevoie de o perioadă de încălzire înainte ca valorile citite să devină stabile.
• Buzzerul este comandat de pe un pin digital; dacă în integrarea finală curentul devine insuficient, se poate adăuga un tranzistor driver.
• Toate modulele trebuie să aibă masă comună.

Firmware-ul este scris în C pentru microcontrolerul AVR. Am împărțit implementarea pe etape, astfel încât fiecare bloc hardware să poată fi testat separat înainte de integrarea completă.

• PlatformIO pentru compilarea și încărcarea firmware-ului;
• toolchain AVR pentru Arduino Uno;
• monitor serial pentru log-uri și debug;
• simulator Wokwi pentru verificarea conexiunilor și a logicii hardware.

initializare periferice
afisare ecran de pornire pe TFT
incarcare praguri implicite

while true:
    citire senzori
    actualizare stare alarma
    actualizare buzzer
    actualizare ecran TFT cand apar schimbari
    trimitere evenimente importante prin UART

Am implementat proiectul incremental, astfel încât fiecare componentă hardware să fie testată separat înainte de integrarea finală.

Rezultatul final așteptat este un prototip funcțional de alarmă multi-senzor. Dispozitivul trebuie să detecteze evenimente de securitate, să afișeze feedback clar pe ecranul TFT, să genereze alerte sonore și să ofere mesaje de debug/stare prin UART.

La finalul proiectului, prototipul trebuie să demonstreze:

• monitorizare în timp real folosind mai mulți senzori;
• interfață grafică clară pe ecranul TFT;
• evenimente marcate cu ora curentă;
• integrarea mai multor protocoale de comunicație într-un singur sistem embedded.

Prin acest proiect am urmărit să combin senzori, protocoale de comunicație și interfață grafică pe un microcontroler cu resurse limitate. Principala provocare a fost integrarea tuturor modulelor astfel încât firmware-ul să rămână responsiv, iar memoria să fie folosită eficient. Ecranul TFT și numărul mare de senzori cresc dificultatea proiectului, dar fac demonstrația finală mult mai relevantă decât o alarmă bazată pe un singur senzor.

Codul sursă, schemele electrice, pozele și materialele demo vor fi încărcate într-un repository public de GitHub.

Repository GitHub: https://github.com/dqnyb/SentinelGuard

• Pagina proiecte PM 2026
• Template documentație proiect PM
• Arduino Uno Rev3
• Datasheet DS3231
• Datasheet senzor MQ-2
• Starter kit
• Ecran TFT SPI 2.8 inch
• Modul senzor MQ-2 fum/gaz

Export to PDF