Alcohol-Lock

Proiectul Alcohol-Lock este un sistem de siguranță activă destinat vehiculelor, conceput pentru a condiționa pornirea motorului de starea de sobrietate a șoferului. Dispozitivul măsoară concentrația de alcool din aerul expirat, procesează datele în timp real și acționează un mecanism de blocare simulat, asigurând în același timp stocarea istoricului de testări pe un suport extern. Sistemul vizează eliminarea erorii umane în autoevaluarea capacității de condus, oferind o barieră tehnică obiectivă împotriva condusului sub influența alcoolului.

Dispozitivul integrează module de achiziție date, control și stocare pentru a îndeplini următoarele funcții:

• Monitorizare: Detectarea precisă a vaporilor de alcool folosind un senzor electrochimic.
• Control Interlock: Blocarea sau deblocarea contactului auto (simulată prin servomotor) în funcție de pragul legal setat.
• Avertizare: Semnalizarea vizuală și acustică a stării sistemului și a tentativelor de pornire neautorizate.
• Data Logging: Înregistrarea fiecărei măsurători pe un card microSD pentru trasabilitatea utilizării vehiculului.

Export to PDF

Proiectul software este complet funcțional și structurat modular pe straturi de abstractizare hardware:

• adc.c / adc.h: Inițializare și citire ADC pentru senzorul MQ-3.
• button.c / button.h: Gestionarea butonului pe pinul PD2 folosind întreruperea externă INT0.
• lcd_i2c.c / lcd_i2c.h: Driver I2C scris direct pe registre pentru ecranul LCD.
• servo.c / servo.h: Controlul servomotorului prin generare de semnal PWM la 50Hz folosind Timer1.
• sd_logger.c: Interfațarea cu sistemul de fișiere Petit FatFs pentru înregistrarea istoricului de măsurători.

Pentru a eficientiza spațiul redus de memorie al microcontrolerului ATmega328P, s-au scris drivere directe pe registre și s-a adăugat o singură bibliotecă externă compactă:

• Petit FatFs (R0.02): S-a ales varianta simplificată dezvoltată de ChaN pentru sistemul de fișiere FAT. Aceasta nu utilizează alocare dinamică în memoria RAM și scrie direct în blocul de sectoare deja existente ale fișierului LOG.TXT, economisind resurse hardware critice.

Proiectul realizează un dispozitiv de siguranță autonom bazat pe Edge Processing. Calculele matematice pentru determinarea concentrației clinice (mg/L) din rezistența brută a senzorului sunt executate local, în timp real, direct pe cip. Totodată, componenta de Data Logger securizează utilizarea vehiculului printr-o jurnalizare continuă pe card, formând o barieră tehnică ce previne pornirea neautorizată a motorului.

Sistemul pune în practică concepte fundamentale din laboratoarele de Proiectare cu Microprocesoare:

• ADC: Conversia semnalului analogic de la senzor utilizând un prescaler stabil de 128.
• Întreruperi Externe: Detecția apăsării butonului pe pinul PD2 (INT0) pe front căzător, eliminând polling-ul din bucla principală.
• Timere și PWM: Utilizarea Timerului 1 hardware în mod Phase and Frequency Correct PWM cu registrul ICR1 setat la valoarea 40000 pentru a asigura frecvența stabilă de 50Hz a servomotorului.
• Protocoale Seriale: SPI hardware în mod Master pentru scrierea pe cardul SD și TWI hardware la 100kHz pentru ecranul LCD.

Aplicația funcționează sub forma unei mașini de stări rulate într-o buclă infinită:

• 1. Așteptare: Sistemul stă în repaus până când rutina de întrerupere de la buton modifică flag-ul intern.
• 2. Citire și Procesare: Se prelevează valoarea ADC și se transformă prin calcul în alcoolemie mg/L.
• 3. Salvare: Datele finale sunt înregistrate imediat pe cardul SD în fișierul LOG.TXT.
• 4. Decizie Interlock: Dacă alcoolemia depășește pragul de 0.15 mg/L, servomotorul rămâne blocat, se aprinde LED-ul Roșu și buzzerul sună alert. Dacă șoferul este treaz, se aprinde LED-ul Verde, iar servomotorul deblochează contactul.

Validarea s-a făcut prin monitorizarea mesajelor de debug pe interfața UART și prin citirea ulterioară a cardului SD pe un PC pentru a asigura scrierea corectă a datelor text.

Demonstrația practică a funcționării sistemului în ambele cazuri de testare:

Demo Video Alcohol-Lock - YouTube

• Cazul Sobru: Se detectează o concentrație sigură (0.00 mg/L), se aprinde LED-ul Verde și servomotorul deblochează contactul.
• Cazul Alcool detectat: La apropierea vaporilor de alcool, ecranul afișează valoarea depășită și alerta “Nu poti conduce!”, fiind acompaniată de aprinderea LED-ului Roșu și sunetul de avertizare al buzzerului.

Senzorul MQ-3 își modifică rezistența internă la contactul cu alcoolul. Calibrarea s-a făcut folosind valoarea determinată experimental în aer curat R0 = 60.0 kΩ și o rezistență de sarcină RL = 10.0 kΩ:

• Tensiunea de ieșire se obține din raportul valorii brute ADC raportat la 1024 pași.
• Se determină rezistența curentă a senzorului Rs pe baza divizorului de tensiune.
• Concentrația finală în mg/L se calculează pe baza raportului dintre Rs și R0 folosind coeficienții curbei logaritmice din fișa tehnică.
• Valorile reziduale mici, sub 0.25 mg/L, sunt interpretate automat ca fiind 0.0 mg/L pentru a elimina zgomotul de fond.

• Oprirea PWM-ului la repaus: În servo.c, funcția servo_lock decuplează semnalul PWM din registre și pune pinul PB1 direct pe starea LOW. Acest lucru elimină vibrațiile parazite ale servomotorului și scade consumul de curent când nu se face mișcare.
• Eliminarea operanzilor float din sprintf: Pentru a salva spațiu prețios în memoria Flash, valoarea float a fost extrasă prin conversie directă în două variabile întregi separate (partea întreagă și partea zecimală), salvând peste 15% din spațiul de stocare al programului.
• Forțarea salvării pe card (Flush): Imediat după scrierea textului, se apelează funcția de încheiere cu parametri nuli din Petit FatFs. Acest lucru golește bufferul RAM direct în memoria nevolatilă a cardului, securizând logurile în cazul unei deconectări bruște a bateriei vehiculului.