Telecomanda Universala Hibrida (IR & RF)

Proiectul consta in realizarea unei telecomenzi universale hibride, capabila sa invete, sa stocheze si sa reproduca semnale de control atat in Infrarosu (IR), cat si in Radiofrecventa (RF 433 MHz). Dispozitivul este construit in jurul microcontrollerului ATmega328P (Arduino Nano), beneficiind de un ecran OLED pentru interfata grafica si un encoder rotativ pentru navigare.

• Scop: Consolidarea tuturor telecomenzilor din casa (TV, benzi LED, lustre, prize inteligente cu cod fix) intr-un singur dispozitiv portabil si usor de utilizat.
• Motivatie: Nevoia practica de a elimina multitudinea de telecomenzi fizice care folosesc tehnologii de comunicare diferite si incompatibile intre ele (IR vs. RF).
• Relevanta academica: Proiectul reprezinta un exercitiu complet de programare bare-metal pe ATmega328P, acoperind: gestionarea intreruperilor externe si PCINT, configurarea timerelor hardware (Timer 0 si Timer 1), implementarea protocolului I2C (TWI) nativ si utilizarea memoriei EEPROM pentru persistenta datelor.

Sistemul este impartit in patru module functionale principale care interactioneaza cu unitatea centrala de procesare (ATmega328P):

Flux de functionare:

1. La pornire, se afiseaza un ecran de start, apoi se intra in Meniul Principal.
2. Utilizatorul navigheaza cu encoderul rotativ (sus/jos) si confirma cu butonul PUSH.
3. Butonul KEY (al doilea buton) serveste drept “Inapoi” in orice meniu.
4. Sistemul trece printr-o masina de stari finita (FSM) cu 8 stari distincte: MENU_MAIN, MENU_LEARN, MENU_LEARN_SLOT, LEARN_WAITING, LEARN_SUCCESS, MENU_SEND_SLOT, SENDING_CMD, MENU_DELETE_SLOT.

Note de proiectare:

• Receptorul RF (SYN480R) este conectat pe D2 (INT0) - singura intrerupere externa hardware rapida disponibila, pentru maximizarea fiabilitatii la receptie RF.
• Encoderul si butoanele folosesc PCINT (Pin Change Interrupts) cu debouncing software de 50 ms (encoder) si 250 ms (butoane).
• Emitatorul IR foloseste biblioteca IRremote care configureaza intern Timer 1 pentru purtatoarea de 38 kHz (mod Fast PWM).
• Alimentarea este complet autonoma: acumulatorul Li-ion este gestionat de TP4056 (protectie la suprasincarcare/supradescalcare), iar MT3608 furnizeaza un 5V stabil pentru intregul circuit.

Firmware-ul este scris in C++ pentru Arduino (bare-metal ATmega328P) si structurat ca o masina de stari finita (FSM) cu 8 stari. Bucla principala ``loop()`` citeste starea curenta si executa logica aferenta, inclusiv actualizarea afisajului OLED.

enum AppState {
    MENU_MAIN,        // Meniu principal (Emite / Invata / Sterge)
    MENU_LEARN,       // Sub-meniu: alege IR sau RF
    MENU_LEARN_SLOT,  // Alege slotul EEPROM de salvat (0-9)
    LEARN_WAITING,    // Asteapta semnal IR/RF de la telecomanda originala
    LEARN_SUCCESS,    // Confirmare vizuala (stare tranzitorie)
    MENU_SEND_SLOT,   // Alege slotul de emis (0-9)
    SENDING_CMD,      // Control activ: encoderul modifica comanda IR
    MENU_DELETE_SLOT  // Sterge un slot din EEPROM
};

Toate intrarile utilizatorului sunt gestionate exclusiv prin intreruperi, fara polling in ``loop()``:

• PCINT0_vect (D8 - Encoder click + directie): Detecteaza frontul descendent pe pinul A al encoderului. Directia este determinata citind starea pinului B (D6) in momentul ISR-ului. Debouncing hardware de 50 ms prin ``millis()``.
• PCINT2_vect (D4, D5 - Butoane PUSH si KEY): Detecteaza apasarile cu debouncing de 250 ms. Seteaza flag-uri volatile (``btnPushPressed``, ``btnKeyPressed``) consumate in ``loop()``.
• INT0 (D2 - Receptor RF): Gestionat intern de biblioteca RCSwitch pentru decodificarea semnalelor RF 433 MHz.

// Configurare PCINT (fara librarii externe)
void setupPCINT() {
    cli();
    PCICR  |= (1 << PCIE0) | (1 << PCIE2);     // Activare grupuri PCINT0 si PCINT2
    PCMSK0 |= (1 << PCINT0);                    // D8 = PB0 (Encoder A)
    PCMSK2 |= (1 << PCINT20) | (1 << PCINT21) | (1 << PCINT22); // D4, D5, D6
    lastPortB = PINB;
    lastPortD = PIND;
    sei();
}

• Timer 1 (16-bit): Folosit de biblioteca IRremote pentru generarea purtatoarei IR de 38 kHz in mod Fast PWM pe pinul D3 (OC2B conform librariei). Rezolutia inalta a Timer 1 asigura o frecventa precisa, critica pentru receptoarele IR (care au banda de trecere ingusta).
• Timer 0 (8-bit): Utilizat de ``millis()`` / ``micros()`` pentru baza de timp globala - esential pentru debouncing si masurarea duratei pulsurilor.

Comunicarea cu ecranul OLED SSD1306 se realizeaza prin magistrala I2C hardware a ATmega328P (TWI), via biblioteca U8g2 in modul 1-page buffer (``_1_``), pentru a minimiza consumul de RAM:

// Mod 1-page: foloseste ~128 bytes RAM in loc de ~1 KB (full-frame buffer)
U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_1_HW_I2C display(U8G2_R0, U8X8_PIN_NONE);

Desenarea se face cu pattern-ul ``firstPage()`` / ``nextPage()``, care itereaza prin paginile ecranului una cate una, economisind memorie SRAM.

Sistemul poate stoca 10 profiluri de dispozitiv (sloturi 0-9) direct in EEPROM-ul intern al ATmega328P (1 KB disponibil). Fiecare profil este o structura de 12 bytes:

struct DeviceProfile {
    bool     isUsed;    // Slot ocupat?
    bool     isIR;      // true = IR, false = RF
    uint16_t protocol;  // Protocol IR (NEC, SAMSUNG, etc.) sau RF
    uint32_t address;   // Adresa dispozitivului IR / Codul RF
    uint16_t command;   // Comanda IR (valoarea butonului)
    uint16_t bitLength; // Lungimea codului RF in biti
};
// 10 sloturi x 12 bytes = 120 bytes din 1024 bytes EEPROM

La pornire, daca un slot contine valori de ``0xFF`` (EEPROM proaspat/sters), este marcat automat ca ``isUsed = false``.

Biblioteca IRremote este configurata sa decodifice si sa emita 9 protocoale:

• NEC, Samsung, Sony, Panasonic, JVC, LG, RC5, RC6, Distance-Width (generic)

Comanda IR este emisa cu ``IrSender.write(&irData, 0)`` unde ``irData`` contine protocolul, adresa si comanda decodificate la receptie si salvate in EEPROM.

Gestionat de biblioteca RCSwitch, care suporta prize inteligente, intrerupatoare wireless si alte dispozitive cu cod fix OOK (On-Off Keying). La receptie, se salveaza: valoarea codului (32-bit), lungimea in biti si protocolul RF. La emisie, se reproduce identic cu ``mySwitch.send()``.

• Receptie IR functionala: Dispozitivul receptioneaza si decodifica corect semnale de la telecomenzi reale (testat cu telecomenzi TV Samsung, benzi LED NEC, lustre cu protocol RC5). Semnalele necunoscute sau zgomotul sunt filtrate (se afiseaza “EROARE IR - Semnal Necunoscut” si se reia ascultarea).
• Emisie IR functionala: Semnalele salvate sunt retrimise fidel cu aceeasi adresa si protocol. Encoderul permite modificarea interactiva a valorii comenzii (0-255) in timp real, direct din meniul de control - utila pentru controllere de intensitate LED.
• Receptie si emisie RF functionale: Codurile RF de la prize inteligente cu cod fix (433 MHz OOK) sunt capturate si retrimise corect, inclusiv cu protocolul si lungimea de biti corecte.
• Interfata OLED fluida: Meniurile se actualizeaza imediat la rotirea encoderului, cu evidentiierea elementului selectat prin “rounded box” inversat. Sloturile goale sunt marcate clar ca ”[ GOL ]”.
• Persistenta EEPROM verificata: Profilurile supravietuiesc resetarilor si deconectarilor de la alimentare. Functia de stergere curata complet un slot (scrie ``0xFF``).
• Consum de memorie eficient: Prin alegerea modului 1-page buffer al U8g2 si a string-urilor in ``F()`` (Flash), firmware-ul functioneaza stabil in limita a 2 KB SRAM disponibili pe ATmega328P.

Proiectul demonstreaza cu succes integrarea mai multor tehnologii de comunicatie fara fir si a tehnicilor de programare bare-metal pe un microcontroller de 8 biti cu resurse limitate:

• Intreruperile (PCINT si INT0) s-au dovedit esentiale pentru un input utilizator responsiv, fara a bloca bucla principala. Debouncing-ul implementat in ISR elimina zgomotul mecanic al butoanelor si encoderului.
• Timer-ele hardware (Timer 0 pentru baza de timp, Timer 1 pentru purtatoarea IR de 38 kHz) permit operare precisa a protocolului IR fara a solicita CPU-ul in polling.
• I2C hardware (TWI) si modul 1-page buffer al U8g2 permit o interfata grafica functionala pe un ecran OLED, consumand minimal din SRAM-ul restrictionat.
• EEPROM ofera persistenta datelor necesara unui dispozitiv practic, permitand utilizatorului sa “programeze” telecomanda o singura data si sa o foloseasca nelimitat.
• O dificultate intalnita a fost conflictul de pini intre IRremote, RCSwitch si PCINT - rezolvat prin alocare manuala atenta a pinilor si dezactivarea selectiva a receptiei RF cand nu este necesara (``mySwitch.disableReceive()``), pentru a evita interferenta cu INT0.
• Proiectul poate fi extins cu: suport pentru mai multe protocoale RF (rolling code), macro-uri (secvente de comenzi), conectivitate Bluetooth sau control prin aplicatie mobila.

Descarcare: pm_telecomanda.rar

• OCW PM - Cursuri si laboratoare
• ATmega328P Datasheet (Microchip)
• Biblioteca IRremote (GitHub)
• Biblioteca RCSwitch (GitHub)
• Biblioteca U8g2 (GitHub)
• Protocolul IR NEC - Referinta
• SSD1306 Datasheet (Solomon Systech) - Specificatii controller OLED
• SYN115 / SYN480R Datasheets - Specificatii module RF 433 MHz