AutoDrift - Masina RC cu Drift si Telemetrie IMU in Timp Real

AutoDrift este o masinuta RC construita pe un sasiu RWD cu roti spate din plastic dur, care permite generarea de drifturi naturale prin supravirare controlata. Masinuta este controlata wireless de pe telefon (iOS si Android) prin Bluetooth BLE, iar un senzor IMU MPU-6050 masoara in timp real unghiul de yaw si durata driftului, afisate live pe un display OLED SSD1306.

Ideea proiectului porneste de la dorinta de a crea un produs interactiv si spectaculos care sa demonstreze practic controlul PWM al motoarelor, comunicarea I2C si UART, si procesarea datelor de la un senzor inertial pe microcontrollerul ATmega324P.

Proiectul este util deoarece:

• permite controlul wireless intuitiv al unei masini RC de pe orice telefon;
• masoara si cuantifica fenomenul de drift printr-un senzor IMU in timp real;
• demonstreaza integrarea a 5 notiuni din laboratoarele PM intr-un produs fizic complet;
• produce un demo vizual impactant si reproductibil la PM Fair.

Ipoteza: Credem ca aplicarea unui impuls PWM asimetric (diferenta peste 40% intre motorul stang si cel drept) combinat cu un viraj brusc va genera un unghi de drift masurabil de minim 30 de grade fata de axa de deplasare, deoarece reducerea tractiunii rotilor posterioare provoaca supravirare controlata detectabila de giroscopul MPU-6050.

Sistemul este organizat in module functionale care comunica prin intermediul microcontrollerului ATmega324P. Acesta primeste comenzi de directie si viteza prin UART de la modulul HM-10 BLE, controleaza motoarele prin PWM via driverul L298N, citeste datele IMU prin I2C de la MPU-6050 si le afiseaza pe OLED-ul SSD1306 (tot I2C). LED-ul RGB ofera feedback vizual instant despre starea masinii.

Schema bloc a sistemului:

+-------------------------------------------------------------+
|              AutoDrift - RC Drift Car                       |
|  [Telefon iOS/Android]                                      |
|         | Bluetooth BLE                                     |
|     [HM-10 BLE] ---UART---> [ATmega324P]                    |
|                                   |                         |
|              +--------------------+------------------+      |
|          [I2C bus]             [PWM]             [GPIO]     |
|    [MPU-6050]  [SSD1306]      [L298N]           [LED RGB]   |
|    Giroscop +  OLED Display  [Motor St] [Motor Dr]          |
|                          [Servo SG90] - directie fata       |
+-------------------------------------------------------------+

Modulele principale ale proiectului sunt:

• Unitatea de control - ATmega324P: primeste comenzi UART de la HM-10, calculeaza PWM pentru motoare, citeste datele IMU prin I2C, actualizeaza display-ul OLED si controleaza LED-ul RGB.
• Modulul de control wireless - HM-10 BLE: comunica Bluetooth BLE 4.0 cu telefonul (compatibil iOS si Android), transmite comenzi de forma F/B/L/R/S prin UART catre ATmega.
• Modulul IMU - MPU-6050: furnizeaza date de acceleratie si viteza unghiulara pe 6 axe prin I2C; folosit pentru detectia si masurarea unghiului de yaw in timpul driftului.
• Modulul de afisare - OLED SSD1306 128×64: afiseaza in timp real unghiul de yaw, durata sesiunii de drift si starea conexiunii Bluetooth.
• Modulul de actionare - L298N + motoare DC: controleaza independent motorul stang si cel drept prin PWM pentru mers, viraj si generarea driftului.
• Modulul de directie - Servo SG90: controleaza unghiul rotilor fata printr-un semnal PWM generat de Timer.
• Modulul de feedback vizual - LED RGB: verde = mers normal, rosu = drift activ, albastru = Bluetooth conectat.

Interactiunea dintre module:

• Telefonul trimite comenzi BLE catre modulul HM-10.
• HM-10 transmite comenzile prin UART catre ATmega324P.
• ATmega parseaza comanda si genereaza semnale PWM catre L298N.
• L298N alimenteaza diferential motoarele DC pentru a produce driftul.
• MPU-6050 masoara unghiul de yaw prin I2C la fiecare 20ms.
• ATmega actualizeaza display-ul OLED si LED-ul RGB in functie de starea curenta.

Modulul HM-10 utilizeaza Bluetooth Low Energy 4.0, compatibil atat cu iOS cat si cu Android, spre deosebire de HC-05 care functioneaza doar cu Android. Comunicarea cu ATmega se face prin UART la 9600 baud. Pe telefon se poate folosi orice aplicatie de tip BLE joystick (ex: Bluetooth for Arduino pe App Store, Serial Bluetooth Terminal pe Play Store).

MPU-6050 este conectat pe magistrala I2C impreuna cu display-ul OLED, ambele pe pinii PC0 (SCL) si PC1 (SDA). Adresa I2C implicita este 0x68. Datele de viteza unghiulara de pe axa Z (GYRO_ZOUT) sunt citite la fiecare 20ms si integrate software pentru a obtine unghiul de yaw curent.

Detectia driftului activ se face cand:

• viteza unghiulara pe axa Z depaseste pragul de 50 grade/secunda;
• sau unghiul integrat depaseste 15 grade fata de directia initiala.

L298N controleaza independent cei doi motori DC. Driftul se genereaza prin aplicarea unui PWM asimetric: motorul din exteriorul virajului primeste duty cycle mai mare decat cel din interior, provocand supravirarea rotilor spate pe suprafata cu frictiune redusa.

Servo-ul primeste un semnal PWM de 50Hz generat de Timer1 al ATmega. Pozitia neutra corespunde unui duty cycle de 1.5ms, stanga la 1ms si dreapta la 2ms. Comanda de directie din aplicatia de telefon modifica proportional valoarea duty cycle-ului.

TODO - va fi completat in etapa urmatoare.

Se planifica implementarea urmatoarelor functionalitati:

• receptie comenzi UART de la HM-10 si parsarea lor (F/B/L/R/S);
• control PWM independent motoare stanga/dreapta cu Timer0;
• control servo directie cu Timer1 (semnal 50Hz, duty cycle 1-2ms);
• citire date IMU MPU-6050 prin I2C (registrii GYRO_ZOUT_H si GYRO_ZOUT_L);
• calcul unghi de drift prin integrare viteza unghiulara pe axa Z;
• detectie drift activ (prag viteza unghiulara > 50 grade/secunda);
• afisare OLED: unghi yaw, durata drift, status Bluetooth;
• control LED RGB in functie de starea curenta.

Structura principala a algoritmului:

setup:
  initializeaza UART (9600 baud) pentru HM-10
  initializeaza I2C pentru MPU-6050 si SSD1306
  initializeaza Timer0 pentru PWM motoare
  initializeaza Timer1 pentru servo (50Hz)
  initializeaza GPIO pentru L298N si LED RGB
  afiseaza ecran de start pe OLED

loop (la fiecare 20ms):
  citeste comanda UART de la HM-10
  parseaza comanda (F/B/L/R/S + intensitate)
  calculeaza PWM stanga si dreapta
  aplica PWM la L298N
  actualizeaza servo directie
  citeste GYRO_ZOUT de la MPU-6050 prin I2C
  integreaza viteza unghiulara => unghi yaw
  detecteaza drift activ (prag unghi sau viteza)
  actualizeaza OLED (unghi, durata drift, status BT)
  actualizeaza LED RGB (verde/rosu/albastru)

TODO - va fi completat dupa implementare si testare.

Metrici tinta propuse:

• unghi de drift masurabil de minim 30 de grade fata de axa de deplasare;
• latenta comanda Bluetooth → reactie motor sub 100ms;
• rata de citire IMU de minim 50Hz;
• durata drift afisata cu precizie de +/- 100ms;
• rata de succes a manevrelor de drift de minim 80% din 10 incercari consecutive.

TODO - va fi completat la finalul proiectului.

Proiectul isi propune sa demonstreze folosirea practica a comunicatiei Bluetooth BLE, a controlului PWM al motoarelor si a procesarii datelor de la un senzor IMU pe microcontrollerul ATmega324P. Prin masurarea unghiului de yaw in timp real, sistemul poate cuantifica si afisa fenomenul de drift intr-un mod interactiv si spectaculos.

TODO - se va adauga arhiva proiectului dupa implementare.

Arhiva finala va contine:

• codul sursa AVR-GCC;
• schema electrica (KiCad / Fritzing);
• README cu instructiuni de compilare si upload;
• ChangeLog.

Link repository Git: TODO

• Datasheet ATmega324P
• Datasheet MPU-6050
• Datasheet SSD1306 OLED
• Datasheet HM-10 BLE Module
• Hardware Cheatsheet ATmega324A - PM OCW

• Laboratorul 0: GPIO - PM OCW
• Laboratorul 1: UART - PM OCW
• Laboratorul 2: Intreruperi - PM OCW
• Laboratorul 3: Timere. PWM - PM OCW
• Laboratorul 6: I2C - PM OCW