Show page

Differences

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

--- pm:prj2025:vstoica:aila.zeitouni [2025/05/14 00:28]
aila.zeitouni [Hardware Design]
+++ pm:prj2025:vstoica:aila.zeitouni [2025/05/26 16:59] (current)
aila.zeitouni [Milestone 3 - Raport asupra implementării software]
@@ Line 39: / Line 39: @@
 buzzer Used when sensor detects something
 fire mama-tata	Connects components to Arduino + breadboard
 ===== Hardware Design =====
-<note tip>
-Aici puneţi tot ce ţine de hardware design:
-  * listă de piese
-  * scheme electrice (se pot lua şi de pe Internet şi din datasheet-uri, e.g. http://www.captain.at/electronic-atmega16-mmc-schematic.png)
-  * diagrame de semnal
-  * rezultatele simulării
-</note>
 == diagramă bloc ==
 {{:pm:prj2025:vstoica:cool_fulffy.png?900|}}
@@ Line 78: / Line 74: @@
 | Servo       | PWM       | D10                  |
 | LCD I2C     | I2C       | A4 (SDA), A5 (SCL)   |
+== hardware ==
+{{:pm:prj2025:vstoica:hw.jpg?200|}}
+== Rolul fiecărei componente ==
+  * **Arduino Uno** – Acționează ca unitate centrală de control. Primește informații de la senzori, procesează datele și trimite comenzi către afișaj și actuatori.
+  * **Senzor HC-SR04** – Măsoară distanța până la un obiect aflat în fața sistemului folosind unde ultrasonice. Poate fi utilizat pentru declanșarea buzzer-ului sau pentru activarea servo-motorului când un obiect este detectat la o distanță prestabilită.
+  * **Buzzer pasiv** – Emite sunete ca semnal de alertă atunci când o condiție este îndeplinită (ex: distanță mai mică de 10 cm). Este controlat digital de Arduino prin funcția `tone()`.
+  * **Servo motor SG90** – Se rotește într-un anumit unghi (0°–180°) în funcție de comanda primită de la Arduino. Util în aplicații precum deschiderea unei uși automate, ridicarea unei bariere etc.
+  * **LCD 16x2 cu interfață I2C** – Afișează valori precum distanța măsurată sau starea senzorilor. Conectarea prin I2C permite economisirea pinilor digitali și oferă comunicare eficientă pe doar două fire (SDA și SCL).
+== Estimare consum energie ==
+^ Componentă     ^ Curent estimat ^
+| Arduino Uno    | ~50 mA         |
+| HC-SR04        | ~15 mA         |
+| Buzzer         | ~30–50 mA      |
+| Servo SG90     | ~100–250 mA    |
+| LCD I2C        | ~20 mA         |
+| **Total estimat** | **~300–400 mA** |
+Arduino poate alimenta toate componentele prin portul USB. Dacă servo-ul va fi utilizat intens, este recomandată o sursă externă de 5V pentru siguranță.
+== Stadiul actual și pașii următori ==
+Montajul hardware a fost realizat și testat în mediul virtual (Tinkercad), cu rezultate funcționale. Conexiunile au fost validate, iar codul de control este pregătit. Urmează achiziționarea componentelor fizice, montarea pe breadboard real și testarea sistemului complet.
 ===== Software Design =====
@@ Line 83: / Line 110: @@
 <note tip>
-Descrierea codului aplicaţiei (firmware):
+#include <avr/io.h>
-  * mediu de dezvoltare (if any) (e.g. AVR Studio, CodeVisionAVR)
+#include <util/delay.h>
-  * librării şi surse 3rd-party (e.g. Procyon AVRlib)
+#include <stdint.h>
-  * algoritmi şi structuri pe care plănuiţi să le implementaţi
+#include <stdbool.h>
-  * (etapa 3) surse şi funcţii implementate
+#include "lcd_i2c.h"
+#include "twi.h"
+// Pin defines matching your Arduino sketch
+#define TRIG_PIN PD6  // D6
+#define ECHO_PIN PD7  // D7
+#define SERVO_PIN PB1 // D9 (OC1A)
+#define BUZZER_PIN PB0 // D8
+#define DISTANCE_OPEN_THRESHOLD 15
+#define DISTANCE_TRASH_THRESHOLD 8
+#define TRASH_DETECT_DELAY_MS 3000
+#define SERVO_OPEN_ANGLE 0
+#define SERVO_CLOSE_ANGLE 180
+void setup_servo_pwm() {
+    DDRB |= (1 << SERVO_PIN); // PB1 as output
+    TCCR1A |= (1 << COM1A1) | (1 << WGM11);
+    TCCR1B |= (1 << WGM12) | (1 << WGM13) | (1 << CS11); // prescaler 8
+    ICR1 = 19999; // 20 ms PWM
+}
+void set_servo_angle(uint8_t angle) {
+    OCR1A = (ICR1 * (1000 + ((uint32_t)angle * 1000 / 180))) / 20000;
+}
+uint16_t measure_distance_cm() {
+    // Send trigger pulse
+    PORTD &= ~(1 << TRIG_PIN);
+    _delay_us(2);
+    PORTD |= (1 << TRIG_PIN);
+    _delay_us(10);
+    PORTD &= ~(1 << TRIG_PIN);
+    // Wait for echo to go high
+    uint16_t timeout = 30000;
+    while (!(PIND & (1 << ECHO_PIN)) && timeout--) _delay_us(1);
+    if (timeout == 0) return 0;
+    // Measure how long echo is high
+    uint32_t count = 0;
+    while ((PIND & (1 << ECHO_PIN)) && count < 30000) {
+        _delay_us(1);
+        count++;
+    }
+    // Convert to cm
+    return (uint16_t)((count * 0.0343) / 2);
+}
+void buzz(uint8_t times) {
+    for (uint8_t i = 0; i < times; i++) {
+        PORTB |= (1 << BUZZER_PIN);
+        _delay_ms(300);
+        PORTB &= ~(1 << BUZZER_PIN);
+        _delay_ms(200);
+    }
+}
+#include "lcd_i2c.h"
+#include "twi.h"
+int main(void) {
+    // Setup TRIG as output, ECHO as input
+    DDRD |= (1 << TRIG_PIN);
+    DDRD &= ~(1 << ECHO_PIN);
+    // Setup buzzer
+    DDRB |= (1 << BUZZER_PIN);
+    PORTB &= ~(1 << BUZZER_PIN);
+    // Init I2C and LCD
+    twi_init();
+    lcd_init();
+    lcd_clear();
+    lcd_set_cursor(0, 0);
+    lcd_print("Smart Stash Can");
+    lcd_set_cursor(0, 1);
+    lcd_print("   Initializing ");
+    _delay_ms(2000);
+    lcd_clear();
+    // Init servo
+    setup_servo_pwm();
+    set_servo_angle(SERVO_CLOSE_ANGLE);
+    uint32_t last_thank_time = 0;
+    while (1) {
+        uint16_t distance = measure_distance_cm();
+        if (distance > 0 && distance < DISTANCE_OPEN_THRESHOLD) {
+            set_servo_angle(SERVO_OPEN_ANGLE);
+            lcd_set_cursor(0, 0);
+            lcd_print("Opening lid     ");
+            buzz(1);
+        } else {
+            set_servo_angle(SERVO_CLOSE_ANGLE);
+            lcd_set_cursor(0, 0);
+            lcd_print("Lid closed      ");
+        }
+        if (distance > 0 && distance < DISTANCE_TRASH_THRESHOLD) {
+            if ((last_thank_time + TRASH_DETECT_DELAY_MS) < 60000) {
+                lcd_set_cursor(0, 1);
+                lcd_print("  Thank you!    ");
+                buzz(2);
+                last_thank_time = 0;
+            }
+        } else {
+            lcd_set_cursor(0, 1);
+            lcd_print("Scanning area   ");
+            last_thank_time += 300;
+        }
+        _delay_ms(300);
+    }
+}
 </note>
+====== Milestone 3 - Raport asupra implementării software ======
+=== Stadiul actual al implementării ===
+Software-ul pentru proiectul Smart Stash Can este funcțional și a fost testat cu succes pe hardware-ul final. Funcționalitățile implementate includ:
+  * Detectarea distanței utilizând senzorul ultrasonic HC-SR04 (TRIG pe PD6, ECHO pe PD7)
+  * Controlul capacului prin servomotor acționat PWM (OC1A - PB1)
+  * Feedback sonor cu ajutorul unui buzzer (PB0)
+  * Afișaj LCD I2C (cu PCF8574, adresă 0x27) pentru interfața cu utilizatorul
+  * Cod modular scris în C bare-metal cu acces direct la registrele perifericelor
+  * Demonstrație completă validată experimental în laborator
+---
+=== Biblioteci și drivere utilizate ===
+^ Componentă ^ Bibliotecă / Driver ^ Justificare ^
+| Afișaj LCD | lcd_i2c.c / lcd_i2c.h (scris de noi) | Implementare ușoară și eficientă pentru PCF8574, fără dependențe de Arduino |
+| Magistrală I2C | twi.c / twi.h (din laborator) | Permite control complet asupra comunicației TWI |
+| UART (debug) | usart.c / usart.h | Folosit pentru mesaje de test și jurnalizare serială |
+| Control servomotor | PWM cu Timer1 | Precizie ridicată folosind OCR1A și ICR1 fără delay-uri software |
+Fiecare bibliotecă a fost selectată pentru simplitate, eficiență și integrare directă cu perifericele platformei ATmega328P.
+---
+=== Element de noutate al proiectului ===
+Acest proiect se diferențiază prin abordarea complet bare-metal, fără utilizarea bibliotecilor Arduino. Interacțiunea între senzor, servomotor, buzzer și afișaj este realizată exclusiv prin programare directă a registrelor. Se obține astfel un control total asupra funcționalității, temporizării și performanței sistemului, într-un format educativ și extensibil.
+---
+=== Justificarea utilizării funcționalităților din laborator ===
+^ Laborator ^ Funcționalitate utilizată ^ Aplicare în proiect ^
+| Lab 0 | GPIO | TRIG și ECHO pentru senzor, ieșire pentru buzzer |
+| Lab 1 | UART | Trimiterea mesajelor debug către terminal serial |
+| Lab 3 | Timere și PWM | Control precis al servomotorului cu Timer1, canal OC1A |
+| Lab 6 | I2C (TWI) | Comunicație cu afișajul LCD prin interfața I2C (PCF8574) |
+Fiecare funcționalitate din laborator a fost integrată într-un mod practic pentru a forma un sistem embedded complet funcțional.
+---
+=== Structura proiectului și validare ===
+**Fișiere principale:**
+  * `main.c` – logica principală, secvența de control
+  * `servo.c/h` – control PWM pentru servomotor
+  * `twi.c/h` – comunicație I2C (TWI)
+  * `lcd_i2c.c/h` – afișare pe LCD prin PCF8574
+  * `usart.c/h` – trimiterea mesajelor seriale
+**Validare:**
+  * Testare modulară: fiecare componentă a fost verificată individual
+  * Testare integrată: comportamentul întregului sistem a fost observat în timp real
+  * Compararea distanțelor măsurate cu o riglă fizică
+  * Verificarea reacției servo în funcție de distanță
+  * Confirmarea clarității mesajelor LCD și a actualizării cursorului
+---
+=== Calibrarea senzorului de distanță ===
+Senzorul ultrasonic HC-SR04 a fost calibrat folosind măsurători directe:
+  * Formula de conversie: `(durata în µs × 0.0343) / 2`
+  * Pulsurile TRIG și ECHO au fost gestionate cu `_delay_us()` pentru precizie
+  * Praguri stabilite experimental:
+    * Deschiderea capacului la < 15 cm
+    * Mesaj de mulțumire la < 8 cm
+  * Zgomotul de măsurare a fost redus prin cicluri scurte și perioade de eșantionare stabile (300 ms)
+---
+=== Optimizări realizate ===
+  * PWM hardware în loc de temporizări software pentru controlul servomotorului
+  * I2C implementat low-level fără librării externe, pentru control precis
+  * Suprimarea “ghosting”-ului pe LCD prin scriere completă a liniilor cu spații
+  * Utilizarea exclusivă a variabilelor statice, fără alocare dinamică
+  * Funcția de măsurare a distanței optimizată pentru precizie și timeout sigur
+  * Structura buclei principale minimizează întârzierile și optimizează reacția sistemului
+---
+=== Video demonstrativ ===
+O demonstrație video a întregului proiect, cu explicații și comportament funcțional, poate fi vizualizată la:
+---
 ===== Rezultate Obţinute =====