1. Arduino Master

Rol: Controlul central al sistemului, interfața cu utilizatorul.

Componente conectate:

• LCD 16×2 I2C – afișează statusul, ora, temperatura, umiditatea și nivelul de sunet.
• Keypad 4×4 – permite introducerea codului de acces.
• Servo motor – controlează mecanismul de blocare/deblocare al ușii.
• LED – se aprinde când ușa este deblocată.
• Buzzer – avertizează la acces neautorizat sau mișcări puternice.
• Ultrasonic Sensor – detectează prezența unui utilizator în apropiere.
• Conexiune I2C cu Slave – solicită date de la unitatea slave.

2. Arduino Slave

Rol: Colectarea datelor de mediu și detectarea mișcărilor neautorizate.

Componente conectate:

• DHT11 – măsoară temperatura și umiditatea.
• KY-037 – microfon analogic pentru detectarea nivelului de zgomot.
• SW-530 – senzor de înclinare (pentru detectarea mișcărilor).
• DS1302 RTC – modul de ceas în timp real pentru data și ora curente.

Masterul interoghează Slave-ul prin I2C pentru a primi un `SensorPacket` care conține:

• Ora și data
• Temperatura și umiditatea
• Nivelul de sunet
• Starea de înclinare (tilt)

Scop: Permite deblocarea dulapului doar de către utilizatori autorizați.

Flux:

• Senzorul ultrasonic detectează prezența unei persoane.
• LCD-ul afișează promptul pentru introducerea codului.
• Utilizatorul introduce codul PIN pe tastatură.
• Codul este verificat: dacă este corect: servomotorul deschide dulapul, LED-ul se aprinde, apare mesajul “Access Granted”; dacă este greșit: buzzer-ul emite un sunet scurt; după 3 încercări greșite, buzzer-ul rămâne pornit.
• Se apasă `B` pentru a reloca dulapul.

Scop: Permite configurarea sau schimbarea codului de securitate de către utilizator.

Flux:

• Seiful este deblocat.
• Utilizatorul apasă `A`.
• Se cere introducerea unui nou cod (4 cifre).
• Codul este confirmat prin reintroducere.
• Dacă cele două coduri se potrivesc, noul cod este salvat.
• Dacă nu se potrivesc, apare mesajul “Code mismatch”.

Scop: Se monitorizează parametrii de mediu și se generează alerte în caz de manipulare.

Arduino Slave măsoară periodic:

• Temperatura și umiditatea (DHT11)
• Nivelul de sunet (KY-037)
• Timpul curent (DS1302)
• Înclinarea (SW-520D)

Dacă este detectată înclinare:

• La următoarea cerere I2C, flagul `tilt` este transmis

Arduino Master cere periodic datele de la slave, chiar și fără prezență umană. Dacă `tilt = true`:

• Sistemul activează alarma (buzzer-ul pornește permanent)
• Se consideră tentativă de furt

Scop: Afișează informațiile esențiale într-un format concis.

Format LCD:

• Rând 1: Icon lacăt, temperatură, umiditate, sunet
• Rând 2: Ora curentă și zona pentru cod: `H:hh [] M:mm`

Sistemul este alcătuit din două plăci de dezvoltare Arduino Uno, care comunică între ele prin magistrala I²C în configurație Master–Slave. Partea de Master controlează afișajul LCD 1602 cu interfață I²C, un servo-motor SG90 pentru închiderea fizică a seifului, o tastatură matricială 4×4 pentru introducerea codului PIN, un buzzer pentru semnalizare acustică și un LED de stare. Placa Slave este echipată cu senzori de mediu: un DHT11 pentru temperatură și umiditate, un senzor de sunet KY-037 pentru detecția zgomotului ambiental, un modul de timp real RTC DS1302 pentru afișarea orei curente și un senzor de înclinare SW-520D, conectat la o întrerupere externă pentru semnalizarea mișcărilor neautorizate. Întregul ansamblu este alimentat prin USB, fiind gândit să funcționeze într-un sistem închis și compact, ideal pentru securizarea unui obiect fizic.

Bill of Materials:

TOTAL: 2 x 35 + 16 + 7 + 12 + 12 + 5 + 5 + 15 + 20 + 0 + 0 + 2 + 30 + 14 = ~210

Conexiuni Master

Conexiuni Slave

Software-ul utilizat:

ZIP: software_master.zip software_slave.zip

GITHUB: https://github.com/gabriel-2802/Arduino-Smart-Locker

Listă Librării Arduino Utilizate

Clase/structuri utiliazate:

/**
   Arduino Electronic Safe
 
   Copyright (C) 2020, Uri Shaked.
   Released under the MIT License.
*/
class SafeState {
  public:
    SafeState();
    void lock();
    bool unlock(String code);
    bool locked();
    bool hasCode();
    void setCode(String newCode);
 
  private:
    void setLock(bool locked);
    bool _locked;
};

// custom structs, enums
enum LockedPhase {
  PHASE_IDLE,
  PHASE_WAIT_INPUT,
  PHASE_VERIFY,
  PHASE_GRANTED,
  PHASE_DENIED
};

enum UnlockedPhase {
  PHASE_UNLOCK_IDLE,
  PHASE_UNLOCK_OPTIONS,
  PHASE_NEW_CODE_ENTER,
  PHASE_NEW_CODE_CONFIRM,
  PHASE_CODE_SUCCESS,
  PHASE_CODE_FAIL,
  PHASE_RELOCK
};

struct SensorPacket {
  uint8_t hour;
  uint8_t minute;
  uint8_t day;
  uint8_t month;
  uint16_t year;

  float temperature;
  float humidity;
  uint8_t soundPercent;
  bool tilt;
} __attribute__((packed));

 void setup()  // Inițializează LCD-ul, servo-ul, senzorii, buzzerul, LED-ul, I²C, etc. // Afișează mesajul „Welcome” și setează sistemul ca fiind blocat/deblocat în funcție de starea salvată.  

 void resetScreenState()  // Golește ecranul și resetează toți indicatorii interni și codurile introduse. // Este apelată după o perioadă lungă de inactivitate sau după eroare.  

 void requestSensorData()  // Trimite o solicitare I²C către slave (adresă definită) pentru a primi structura SensorPacket. // Aceasta include ora, temperatura, umiditatea, sunetul și detectarea de mișcare (tilt).  

 void lock()  // Mută servomotorul în poziția de blocare și oprește LED-ul intern.  

 void unlock()  // Mută servomotorul în poziția de deblocare și aprinde LED-ul pentru a semnala deschiderea.  

 bool isUserClose()  // Trimite un puls prin TRIG și măsoară timpul până la recepție cu ECHO. // Dacă distanța este sub un prag, consideră că un utilizator este în apropiere.  

 void safeLockedLogicStep()  // Selectează și apelează funcția corespunzătoare fazei active de blocare (Idle, Input, Verificare, Grant/Deny).  

 void handlePhaseIdle()  // Afișează senzorii pe LCD (temp, umiditate, sunet), simbolul de lacăt și pregătește introducerea codului. // Dacă este detectat tilt, activează alarma.  

 void handlePhaseWaitInput()  // Citește caractere de la tastatură până se introduc 4 cifre. Afișează * pe ecran pentru fiecare.  

 void handlePhaseVerify()  // Verifică codul introdus. Dacă este corect, se deblochează. Dacă nu, crește contorul de eșec. // La 3 încercări eșuate, activează buzzerul.  

 void handlePhaseGrantOrDeny()  // După succes sau eșec, așteaptă 1.5 secunde și revine la starea inițială.  

 void safeUnlockedLogicStep()  // Selectează și apelează funcția corespunzătoare fazei active de unlocked (Idle, New code, Confirmare etc).  

 void handleUnlockIdle()  // Afișează opțiunile: apăsarea „A” pentru schimbare cod, „B” pentru blocare.  

 void handleUnlockOptions()  // Primește comanda utilizatorului pentru a începe schimbarea codului sau a bloca.  

 void handleNewCodeEnter()  // Permite introducerea noului cod (4 cifre), afișând *.  

 void handleNewCodeConfirm()  // Solicită confirmarea codului introdus. Dacă se potrivește, este salvat ca noul cod.  

 void handleCodeSuccessOrFail()  // După setarea codului sau în caz de eroare, așteaptă și revine în meniul unlocked.  

 void handleRelock()  // Activează servo pentru a închide fizic și revine în starea blocată.  

 void loop()  // Verifică periodic proximitatea utilizatorului. // Cere date de la slave, verifică tilt. // Apelează logica pentru starea curentă (locked/unlocked) doar dacă utilizatorul este prezent.  

 void setup()  // Inițializează senzorul DHT11 (temperatură/umiditate) // Setează ora și data pe modulul RTC // Configurează senzorul de înclinare (tilt) și întreruperea externă // Pornește RTC-ul și inițializează comunicarea I²C ca slave  

 void onRequest()  // Este apelată automat de Arduino Master prin I²C. // Trimite structura SensorPacket către Master. // Dacă în acest moment tiltDetected este true, se trimite ca atare și apoi se resetează.  

 void onTilt()  // Funcție apelată la declanșarea întreruperii externe de la senzorul SW-520. // Setează flag-ul tiltDetected pe true.  

 void loop()  // Citește data și ora curente de la modulul RTC și actualizează packet // Citește temperatura și umiditatea de la senzorul DHT11 // Citește semnalul analogic de la microfonul KY-037 și îl transformă într-un procent // Copiază flag-ul tilt în packet și apoi îl resetează // Așteaptă 250ms înainte de următoarea lectură (pentru eficiență)  

• Sistemul de acces a fost implementat cu succes, permițând blocarea/deblocarea fizică prin introducerea unui cod PIN pe tastatura matricială.
• Informațiile despre temperatură, umiditate, sunet și înclinare sunt colectate în timp real de Arduino Slave și transmise cu succes către Arduino Master prin I²C.
• Ecranul LCD afișează datele ambientale și oferă interfață intuitivă pentru utilizator.
• În cazul unei tentative de manipulare a sistemului (detectare de tilt), sistemul reacționează prin activarea buzzerului de alarmă și blochează accesul.
• LED-ul montat indică vizual starea de blocare a seifului (ON = deblocat).

• Comunicarea Master–Slave prin I²C s-a dovedit stabilă și eficientă.
• Utilizarea întreruperilor pentru senzorul de înclinare permite reacții imediate la tentative de manipulare.
• Arhitectura modulară (separare Master–Slave) permite extinderea sistemului cu ușurință
• Proiectul oferă un exemplu funcțional de integrare între senzori digitali/analogici, module RTC și controlere multiple într-un sistem embedded.

Export to PDF