Autor: Maholea Elena-Alexia
Grupa: 333CD
Github: https://github.com/alexia-maholea/Smart-Vacuum

Proiectul intitulat „Vacuum Cleaner” reprezintă realizarea unui robot autonom de curățenie, construit cu ajutorul unui microcontroler Arduino Uno și mai mulți senzori. Robotul este capabil să se deplaseze pe o suprafață plană, să evite obstacolele cu ajutorul unui senzor ultrasonic și să aspire particule mici de pe jos printr-un ventilator alimentat separat.

Scopul principal al proiectului este dezvoltarea unui sistem funcțional, accesibil ca preț și ușor de reprodus, care să automatizeze procesul de curățenie pentru spații mici sau greu accesibile. Alegerea acestui proiect a fost motivată de dorința de a crea un dispozitiv util, care să combine mai multe concepte și tehnologii pentru a rezolva o problemă reală.

Ideea a pornit de la observația că majoritatea proiectelor cu roboți mobili se limitează la evitarea obstacolelor sau la linii de urmărire, fără o funcționalitate concretă care să simuleze o sarcină reală. Prin adăugarea unui ventilator și a unui senzor de vibrații, proiectul devine mai mult decât un simplu robot de test – devine un prototip de dispozitiv util, care simulează un aspirator portabil și inteligent.

Acest robot poate fi util pentru oricine vrea să înțeleagă cum funcționează dispozitivele care fac viața mai ușoară, cum ar fi aspiratoarele robotizate sau alte gadgeturi inteligente. Pentru mine, proiectul a fost o oportunitate de a pune în practică ce am învățat la curs, să înțeleg mai bine cum se integrează diverse piese și cum pot să creez un dispozitiv care să îndeplinească o sarcină reală. Cred că experiența aceasta mă va ajuta în viitor, mai ales dacă voi dori să lucrez la proiecte care îmbunătățesc viața de zi cu zi sau în domeniul tehnologiilor inovative.

Acest sistem permite construirea unui robot de curățat autonom, care utilizează un Arduino UNO pentru a controla mai multe componente, inclusiv motoare, senzori și un ventilator pentru a aspira particulele de pe suprafețe. Robotul este echipat cu senzori de distanță pentru a detecta obstacolele și a naviga eficient prin încăpere, iar un senzor de vibrații și un LED sunt folosite pentru a semnaliza atunci când robotul trage obiecte mai mari sau mai solide de pe podea.

• Arduino UNO reprezintă unitatea centrală de control, gestionând interacțiunea între senzorii de distanță, motorul pentru mișcare, ventilatorul pentru aspirație și senzorul de vibrații. Senzorul ultrasonic măsoară distanța până la obiecte și ajută robotul să evite coliziunile, în timp ce motorul DC cu ajutorul driverului L298N permite mișcarea acestuia în toate direcțiile.

• Ventilatorul acționează pentru a colecta praful și resturile de mici dimensiuni, iar senzorul de vibrații, în combinație cu un LED de semnalizare, indică atunci când robotul a început să aspire un obiect mai mare sau mai greu, precum un obiect solid sau o piesă de mobilier mică.

Acest robot de curățat autonom este util pentru a explora concepte de automatizare și control al motoarelor, interacțiunea cu senzori și gestionarea unui sistem de operare autonom, fiind o metodă practică și interesantă de a învăța cum funcționează aceste tehnologii.

Placa Arduino UNO este centrul de control al întregului sistem. Ea gestionează senzorii, motoarele și activarea ventilatorului și LED-ului.

Ventilatorul este alimentat la 12V și este activat printr-un MOSFET conectat la un pin digital al Arduino-ului.

Conectarea pinilor:

Folosit pentru detecția obstacolelor din față.

Conectarea pinilor:

Controlează două motoare DC pentru deplasarea robotului.

Conectarea pinilor:

Detectează obiecte solide aspirate de ventilator. Ieșirea este analogică.

Conectarea pinilor:

Se aprinde când senzorul detectează vibrații puternice (ex: hârtie sau obiect).

Conectarea pinilor:

Pornește/oprește robotul printr-un pin analogic configurat cu INPUT_PULLUP.

Conectarea pinilor:

• Se configurează toți pinii: direcție și viteză pentru motoare (IN1–IN4 și ENA/ENB), senzor ultrasonic (Trig/Echo), ventilator (MOSFET), LED de semnalizare, senzor de vibrații și comutatorul (switch).

• Se afișează un mesaj în consola serială că robotul așteaptă pornirea.

Când comutatorul este apăsat (valoare LOW deoarece este configurat cu INPUT_PULLUP), robotul intră în modul activ:

• Pornește ventilatorul (pin D10)

• Se citește senzorul de vibrații (A2)

• Dacă se detectează o valoare peste prag, LED-ul (A1) se aprinde pentru 1.5 secunde

Se trimite un impuls cu Trig (D12) și se citește ecoul cu Echo (D13). Dacă distanța detectată este mai mare de 20 cm:

• Robotul merge înainte.

• Se controlează ambele motoare în sens înainte.

• Se setează o viteză mică (analogWrite pe enA și enB, ex: 100).

Dacă este detectat un obstacol:

• Robotul se rotește pe loc (un motor înainte, unul înapoi).

• Viteza de rotație este setată mai mare (analogWrite ~150).

• După rotație, revine în bucla principală.

Când comutatorul este dezactivat (HIGH):

• Se opresc motoarele, LED-ul și ventilatorul

• Se afișează în consolă „Switch OFF”

• Arduino IDE

• Platforma hardware: Arduino UNO R3

• pinMode(), digitalWrite(), analogRead(), analogWrite() – pentru configurarea și controlul părților hardware: motoare, LED, senzor de vibrații, ventilator.

• pulseIn() – pentru măsurarea duratei impulsurilor de la senzorul ultrasonic HC-SR04, folosită în calculul distanței față de obstacole.

• millis() – pentru temporizarea aprinderii LED-ului fără blocarea execuției (spre deosebire de delay()).

• Serial.begin(), Serial.print(), Serial.println() – pentru inițializarea și trimiterea de mesaje în consola serială, utile pentru debugging și afișarea distanței și vibrațiilor detectate.

• delayMicroseconds() – pentru generarea impulsurilor precise necesare funcționării corecte a senzorului ultrasonic.

• delay() – folosit în timpul întoarcerii robotului pentru a permite o rotație controlată (ex: delay(1100) în cazul obstacolelor).

• Arduino IDE
• Platforma hardware: Arduino UNO R3

• `millis()`, `delay()` – funcții standard Arduino pentru temporizare fără blocaj
• `pulseIn()` – pentru măsurarea timpului de ecou de la senzorul ultrasonic HC-SR04
• `Serial.begin()`, `Serial.println()` – pentru mesaje de stare și debugging în consolă
• `pinMode()`, `digitalWrite()`, `analogRead()` – pentru configurarea și controlul părților hardware

Proiectul demonstrează cu succes integrarea mai multor componente hardware și controlul acestora într-un mod coerent și funcțional. Robotul poate fi extins cu funcționalități suplimentare precum mapare, colectare praf reală sau control prin aplicații mobile.

Pe lângă realizarea unui robot funcțional, proiectul a consolidat cunoștințele despre integrarea componentelor electronice și controlul lor logic. A reprezentat un exemplu practic de aplicare a noțiunilor teoretice studiate la curs.

Smart Vacuum Cleaner DEMO

Proiectul Smart Vacuum Cleaner a reprezentat o experiență practică valoroasă în integrarea componentelor electronice și programarea lor cu ajutorul platformei Arduino. Am reușit să construiesc un robot funcțional care poate detecta obstacole, se deplasează autonom și semnalează aspirarea obiectelor printr-un LED de avertizare.

Implementarea controlului vitezei motoarelor prin pinii PWM a îmbunătățit controlul mișcării, iar integrarea senzorului de vibrații a adăugat un plus de funcționalitate practică. Am înțeles mai bine importanța gestionării resurselor hardware și a debug-ului serial în proiecte embedded.

Proiectul poate fi extins în viitor prin adăugarea unui sistem de mapare a spațiului, control prin aplicație mobilă sau chiar utilizarea unor senzori suplimentari pentru o navigație mai inteligentă.

Pentru descărcare: alexia-maholea_333cd_smart-vacuum2.zip

• Arduino IDE – mediu de dezvoltare utilizat pentru scrierea și încărcarea codului pe placa Arduino.

• Arduino Reference (Official) – documentația completă a funcțiilor și comenzilor din Arduino C++.

• Arduino millis() Function – pentru măsurarea timpului fără a bloca execuția cu delay().

• pulseIn() – Arduino Reference – funcție utilizată pentru citirea duratei unui impuls de la senzorul ultrasonic.

• digitalWrite() – Arduino Reference – pentru comenzi logice către pinii digitali.

• Arduino UNO Rev3 Schematic – schema oficială a plăcii Arduino UNO.

• HC-SR04 Ultrasonic Sensor Datasheet – fișa tehnică a senzorului de distanță.

• L298N Motor Driver Datasheet – informații despre modulul de control pentru motoare.

• Switch Basics – Components101 – explicații despre comutatoare (DIP switch).

• IRF520 MOSFET Datasheet – pentru controlul ventilatorului de 12V.

• Piezoelectric Vibration Sensor Datasheet – documentație pentru senzorul piezoelectric de vibrații.

• Resistor – Components101 – informații despre utilizarea rezistorilor (ex: cu LED).