Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- pm:prj2025:cmoarcas:radu.marin0508:motionsentry [2025/05/04 19:02]
radu.marin0508 [Descriere generală]
+++ pm:prj2025:cmoarcas:radu.marin0508:motionsentry [2025/05/16 23:18] (current)
radu.marin0508 [Download]
@@ Line 2: / Line 2: @@
 === Marin Radu - 333CA ===
 ===== Introducere =====
+<hidden>
+<note tip>
+Prezentarea pe scurt a proiectului vostru:
+  * ce face
+  * care este scopul lui
+  * care a fost ideea de la care aţi pornit
+  * de ce credeţi că este util pentru alţii şi pentru voi
+</note>
+</hidden>
 ==== MotionSentry ====
@@ Line 13: / Line 23: @@
 **Utilitatea** sistemului derivă din simplitatea și versatilitatea sa, putând fi folosit într-o varietate de contexte. Proiectul în sine este relativ ușor de realizat din punct de vedere al resurselor și conceptelor utilizate, fiind o soluție de tip //DIY// pentru problema propusă. Exemplele prezentate sunt doar o parte din scenariile în care acest dispozitiv își poate dovedi valoarea.
-<hidden>
-<note tip>
-Prezentarea pe scurt a proiectului vostru:
-  * ce face
-  * care este scopul lui
-  * care a fost ideea de la care aţi pornit
-  * de ce credeţi că este util pentru alţii şi pentru voi
-</note>
-</hidden>
 ===== Descriere generală =====
-{{ pm:prj2025:cmoarcas:radu.marin0508:a.png?500x500 | Schema Bloc }}
+{{ pm:prj2025:cmoarcas:radu.marin0508:schema_bloc.png?600x500 | Schema Bloc }}
 <hidden>
@@ Line 33: / Line 34: @@
 </note>
 </hidden>
+Sistemul este compus din următoarele componente hardware și software:
+**Componente hardware principale:**
+  * ESP32-WROOM - microcontroller central
+  * HC-SR501 PIR Sensor - senzor de detectare a mișcării
+  * 2x Servomotoare SG90 - pentru scanare și urmărire
+  * Buzzer pasiv 5V - pentru alarmă la detectarea mișcării
+  * 2 surse de alimentare separate (3xAA și 4xAA)
+**Module software:**
+  * Scanner - controlează mișcarea de scanare a senzorului PIR
+  * Sentry - responsabil pentru urmărirea mișcării detectate
+  * PIR - gestionează detectarea mișcării prin senzorul infraroșu
+  * Buzzer - controlează semnalele audio
+  * WiFi - creează și menține serverul web pentru monitorizare
+**Interacțiunea componentelor:**
+  * Senzorul PIR este montat pe primul servomotor și scanează zona
+  * La detectarea mișcării, al doilea servomotor orientează dispozitivul către sursa mișcării
+  * ESP32 gestionează comunicația între module și expune datele prin serverul web
+  * Buzzer-ul emite semnale sonore la detectarea mișcării
+**Element de noutate:** implementarea unui design //lightweight//, usor de folosit si integrat in alte circuite sau proiecte hardware, functionalitatea fiind similara unui //framework// sau API din contexte orientate-software.
 ===== Hardware Design =====
+<hidden>
 <note tip>
 Aici puneţi tot ce ţine de hardware design:
@@ Line 43: / Line 70: @@
   * rezultatele simulării
 </note>
+</hidden>
+{{ pm:prj2025:cmoarcas:radu.marin0508:schema_electrica.png?700x500 | Schema Electrica }}
+{{ pm:prj2025:cmoarcas:radu.marin0508:diagrama_semnal.png?700x500 | Diagrama de Semnal }}
+==== Componente și alimentare ====
+Sistemul folosește două surse separate de alimentare pentru o funcționare optimă:
+  * 3xAA + regulator step-up 5V pentru alimentarea ESP32 și a buzzer-ului
+  * 4xAA direct pentru alimentarea servomotoarelor și a senzorului PIR
+Această separare este esențială pentru a evita interferențele și căderile de tensiune cauzate de consumul variabil al servomotoarelor, care ar putea afecta funcționarea stabilă a microcontroller-ului.
+==== Conectarea pinilor ====
+| **Componenta** | **Pin ESP32** | **Motivație** |
+| Buzzer | D18 | Pin cu capacitate PWM pentru control precis al tonurilor |
+| Servomotor Scanner | D19 | Pin cu capacitate PWM, necesar pentru controlul servomotorului |
+| Servomotor Sentry | D22 | Pin dedicat controlului mișcărilor de urmărire |
+| Senzor PIR | D23 | Pin cu suport pentru întreruperi externe, esențial pentru detectarea promptă a mișcării |
+Alegerea acestor pini a fost făcută ținând cont de cerințele specifice ale fiecărei componente:
+  * Pinii D18 și D19 sunt utilizați pentru componente care necesită semnale PWM
+  * Pinul D23 pentru PIR suportă întreruperi, ceea ce permite reacții rapide la mișcare
+  * Pinii sunt grupați pentru o organizare mai bună a cablajului
+==== Date consum de energie ====
+| **Componentă** | **Consum în standby (mA)** | **Consum în funcționare (mA)** |
+| ESP32 (WiFi activ) | 80 | 120-150 |
+| Servomotor Scanner (în mișcare) | 5 | 100-120 |
+| Servomotor Sentry (în mișcare) | 5 | 100-120 |
+| Senzor PIR | 50 | 65 |
+| Buzzer | 0 | 30 |
+| **Total** | **140 mA** | **415-485 mA** |
+**Autonomie estimată:**
+  * Cu bateriile 3xAA (2000mAh) pentru ESP32: ~16 ore
+  * Cu bateriile 4xAA (2000mAh) pentru servomotoare și PIR: ~8 ore în utilizare intensivă
 ===== Software Design =====
+Codul, împreună cu toate resursele folosite, se pot găsi pe pagina de [[https://github.com/radum157/uC_motion_tracker | GitHub]].
+<hidden>
 <note tip>
 Descrierea codului aplicaţiei (firmware):
@@ Line 54: / Line 123: @@
   * (etapa 3) surse şi funcţii implementate
 </note>
+</hidden>
-===== Rezultate Obţinute =====
+**Mediu de dezvoltare:** Visual Studio Code, folosind extensia oficială PlatformIO
+**Dependențe externe:**
+  * framework-ul Arduino din PlatformIO
+  * madhephaestus/ESP32Servo - pentru controlul servomotoarelor prin PWM
+**Structura codului:**
+  * main: punctul de pornire, inițializare și legătură între toate componentele
+  * buzzer/: funcții legate de acțiunea buzzer-ului
+  * PIR/: logica din spatele detecției mișcării
+  * scanner/: configurează mișcarea treptată a PIR-ului (și a servomotorului aferent)
+  * sentry/: implementarea urmăririi mișcării efective detectate de senzor
+  * wifi/: parte pseudo-izolată de restul sistemului, în care se pornește wifi-ul și se creează serverul web
+  * firmware_compress.py: script de compresie gzip a fișierelor firmware
+**Arhitectura software:**
+  * Conform diagramei de semnal, proiectul conține 3 componente majore care activează simultan:
+    * Primul servo, cel care mișcă PIR-ul
+    * Al doilea servo, care urmărește mișcarea efectivă
+    * Serverul web
+  * Toate componentele rulează pe același core FreeRTOS, fiind utilizată noțiunea de //"concurrency"// (+ sincronizările asociate)
+  * Ele interacționează prin intermediul unor variabile volatile de tip bool, care marchează schimbarea stării sistemului și determină un feedback din partea componentei afectate (pe serial și fizic)
+**Concepte folosite:**
+  - GPIO - pentru controlul componentelor conectate
+  - UART - pentru afisare de mesaje pe serial
+  - Întreruperi - detectarea mișcării generează o întrerupere
+  - Timere - mișcarea PIR-ului se face pe baza unui timer la intervale și unghiuri predefinite
+  - PWM - necesar în mișcarea servomotoarelor și în acționarea asupra buzzer-ului
+  - Wi-Fi - ESP32 creează un server web unde afișează momentul de timp al ultimei mișcări detectate
+  - FreeRTOS - folosit pentru a separa cele 3 procese descrise anterior
+**Calibrarea senzorului PIR:**
+  * Aceasta a fost realizată luând în considerare delay-ul dintre detecții
+  * Valoarea acestui delay a fost aleasă astfel încât să fie minimală, dar să evite totuși fals-pozitive (de exemplu, detectarea aceleiași mișcări de 2 ori, sau pornirea alarmei atunci când senzorul în sine se mișcă)
+  * Această calibrare se poate observa și în partea software, prin noțiunea de **debounce**
+**Optimizări:**
+Au fost realizate 3 tipuri de optimizări: ale dimensiunii firmware-ului, ale eficienței de execuție a codului și optimizări legate de //power management//.
+  - Dimensiune Firmware
+    * Optimizări de genul opțiunii //-Os// la compilare
+    * Fișierul rezultat se trece printr-un script Python de compresare //gzip//
+    * Aceste optimizări s-au realizat după sesizarea utilizării excesive ale memoriei flash de pe ESP32
+  - Eficiență cod:
+    * API-ul FreeRTOS pentru crearea de task-uri pe același core împarte codul în funcție de partea implementată
+    * Evitarea oricăror algoritmi / structuri de date care ar putea încetini execuția (analiză tradeoff funcționalitate-overhead)
+  - Power management:
+    * Orice componente ESP32 care nu sunt folosite au fost dezactivate (ex: bluetooth, partiții de fișiere //SPIFFS//)
+    * WiFi **nu** poate fi pus pe sleep, deoarece ar contrazice funcționalitatea proiectului în sine (trebuie să fie mereu activ log-ul)
+===== Rezultate Obținute =====
+<hidden>
 <note tip>
 Care au fost rezultatele obţinute în urma realizării proiectului vostru.
 </note>
+</hidden>
+**Funcționalitate principală:**
+  * Detectarea fiabilă a mișcării pe un unghi de 180° prin scanare continuă
+  * Orientarea precisă spre sursa mișcării în mai puțin de 300ms
+  * Interfață web accesibilă pentru monitorizarea evenimentelor de mișcare în timp real
+  * Autonomie satisfăcătoare pentru un dispozitiv portabil
+**Performanță:**
+  * Raza de detecție: până la 7 metri (conform specificațiilor senzorului PIR)
+  * Timp de reacție: 200-300ms de la detectarea mișcării până la orientarea completă
+  * Consum mediu: sub 200mA în funcționare normală (fără alarme frecvente)
+  * Fiabilitate crescută prin separarea surselor de alimentare
+**Limitări identificate:**
+  * Sensibilitatea senzorului PIR variază în funcție de condițiile de mediu
+  * Servomotoarele consumă energie semnificativă în timpul operațiilor de scanare continuă
+  * Autonomia poate fi îmbunătățită prin optimizări suplimentare de energie
+  * Impulsurile primite de la senzor sunt ignorate pe perioada schimbarii unghiului de orientare
 ===== Concluzii =====
+Proiectul **MotionSentry** demonstrează posibilitatea implementării unui sistem de urmărire a mișcării eficient și accesibil utilizând componente comune și un microcontroller ESP32. Principalele realizări includ:
+  * Implementarea unui algoritm de scanare și urmărire cu un singur senzor PIR
+  * Utilizarea eficientă a resurselor microcontroller-ului prin separarea task-urilor
+  * Optimizarea consumului de energie prin separarea surselor de alimentare
+  * Crearea unei interfețe web pentru monitorizare și control
+Direcții de dezvoltare ulterioară:
+  * Adăugarea unui modul de cameră pentru înregistrarea mișcării detectate
+  * Implementarea unui sistem de notificări push pe telefonul utilizatorului
+  * Optimizarea suplimentară a consumului de energie pentru autonomie extinsă
+  * Integrarea cu alte sisteme de automatizare pentru casa inteligentă
 ===== Download =====
+<hidden>
 <note warning>
 O arhivă (sau mai multe dacă este cazul) cu fişierele obţinute în urma realizării proiectului: surse, scheme, etc. Un fişier README, un ChangeLog, un script de compilare şi copiere automată pe uC crează întotdeauna o impresie bună ;-).
@@ Line 70: / Line 228: @@
 Fişierele se încarcă pe wiki folosind facilitatea **Add Images or other files**. Namespace-ul în care se încarcă fişierele este de tipul **:pm:prj20??:c?** sau **:pm:prj20??:c?:nume_student** (dacă este cazul). **Exemplu:** Dumitru Alin, 331CC -> **:pm:prj2009:cc:dumitru_alin**.
 </note>
+</hidden>
+Codul sursă și toate fișierele proiectului sunt disponibile pe pagina de GitHub: [[https://github.com/radum157/uC_motion_tracker | GitHub Repository]].
+Proiectul include:
+  * Cod sursă complet organizat modular
+  * Fișier README cu instrucțiuni de instalare și utilizare
+  * Script de compilare și încărcare
+  * Scheme de conectare a componentelor
 ===== Changelog =====
@@ Line 77: / Line 244: @@
   * Documentație idee generală și componente: 04.05.2025
   * Schemă bloc: 04.05.2025
+  * Ridicare piese: 08.05.2025
+  * Conectare piese la breadboard + legături între ele: 10.05.2025
+  * Implementare separare surse de alimentare: 12.05.2025
+  * Optimizare consum de energie: 14.05.2025
+  * Finalizare parte software: 15.05.2025
+  * Finalizare pagina de wiki si github: 16.05.2025
 <hidden>
@@ Line 85: / Line 258: @@
 ===== Bibliografie/Resurse =====
+<hidden>
+<note>
+Listă cu documente, datasheet-uri, resurse Internet folosite, eventual grupate pe **Resurse Software** şi **Resurse Hardware**.
+</note>
+</hidden>
 ==== Componente hardware ====
@@ Line 92: / Line 271: @@
 | HC-SR501 PIR Sensor | Senzor de mișcare cu infraroșu | [[https://www.handsontec.com/dataspecs/SR501%20Motion%20Sensor.pdf | Datasheet]] |
 | SG90 Micro-Servo | Servomotor | [[https://www.friendlywire.com/projects/ne555-servo-safe/SG90-datasheet.pdf | Datasheet]] |
-| 5V Active Buzzer | Buzzer activ alimentat la 5V | [[https://www.optimusdigital.ro/ro/audio-buzzere/633-buzzer-activ-de-5-v.html?search_query=buzzer&results=63 | Site]] |
+| 5V Active Buzzer | Buzzer pasiv alimentat la 5V | [[https://www.optimusdigital.ro/ro/audio-buzzere/633-buzzer-activ-de-5-v.html?search_query=buzzer&results=63 | Site]] |
-| 3xAA Battery Support | Sursă alimentare | [[https://www.optimusdigital.ro/ro/suporturi-de-baterii/1090-suport-baterii-3-x-r6.html?search_query=battery&results=42 | Site]] |
+| 3xAA Battery Support | Sursă alimentare ESP32 | [[https://www.optimusdigital.ro/ro/suporturi-de-baterii/1090-suport-baterii-3-x-r6.html?search_query=battery&results=42 | Site]] |
+| 4xAA Battery Support | Sursă alimentare servomotoare și PIR | [[https://www.optimusdigital.ro/ro/suporturi-de-baterii/2806-suport-baterii-4-x-r6.html?search_query=suport+bateri&results=94 | Site]] |
 | 5V Step-Up | Regulator voltaj | [[https://www.optimusdigital.ro/ro/electronica-de-putere/3907-micro-sursa-de-tensiune-ridicatoare-boost-de-5-v-cu-intrare-09-5-v.html?search_query=micro+sursa+de+tensiune&results=46 | Site]] |
 | Mini Breadboard | Placă de legare cu 170 de puncte | [[https://www.optimusdigital.ro/ro/prototipare-breadboard-uri/244-mini-breadboard-colorat.html?search_query=mini+breadboard&results=39 | Site]] |
 | Other | Condensatoare, rezistențe, fire tată-tată și tată-mamă |  -  |
-<hidden>
+==== Resurse software ====
-<note>
-Listă cu documente, datasheet-uri, resurse Internet folosite, eventual grupate pe **Resurse Software** şi **Resurse Hardware**.
+^ Nume      ^ Descriere       ^ Link          ^
-</note>
+| PlatformIO | Ecosistem open-source de dezvoltare | [[https://platformio.org/ | Site oficial]] |
-</hidden>
+| ESP32Servo | Librărie pentru controlul servomotoarelor | [[https://github.com/madhephaestus/ESP32Servo | GitHub]] |
+| FreeRTOS | Sistem de operare în timp real | [[https://www.freertos.org/ | Site oficial]] |
+| ESP32 Arduino Core | Core Arduino pentru ESP32 | [[https://github.com/espressif/arduino-esp32 | GitHub]] |
 <html><a class="media mediafile mf_pdf" href="?do=export_pdf">Export to PDF</a></html>