Show page

Differences

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

--- pm:prj2025:vstoica:aila.zeitouni [2025/05/25 23:17]
aila.zeitouni [Software Design]
+++ pm:prj2025:vstoica:aila.zeitouni [2025/05/26 16:59] (current)
aila.zeitouni [Milestone 3 - Raport asupra implementării software]
@@ Line 110: / Line 110: @@
 <note tip>
-#include <Arduino.h>
+#include <avr/io.h>
-#include <Servo.h>
+#include <util/delay.h>
-#include <Wire.h>
+#include <stdint.h>
-#include <LiquidCrystal_PCF8574.h>  // Installed manually in lib/
+#include <stdbool.h>
+#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
-// Pin Definitions
+#define DISTANCE_OPEN_THRESHOLD 15
-const int TRIG_PIN = 6;
+#define DISTANCE_TRASH_THRESHOLD 8
-const int ECHO_PIN = 7;
+#define TRASH_DETECT_DELAY_MS 3000
-const int SERVO_PIN = 9;
-const int BUZZER_PIN = 8;
-// Constants
+#define SERVO_OPEN_ANGLE 0
-const int DISTANCE_OPEN_THRESHOLD = 15;  // in cm
+#define SERVO_CLOSE_ANGLE 180
-const int DISTANCE_TRASH_THRESHOLD = 8;  // for thanking
-const int SERVO_OPEN_ANGLE = 0;
-const int SERVO_CLOSE_ANGLE = 90;
-const int TRASH_DETECT_DELAY = 3000;     // 3 seconds before next "thank you"
-// Components
+void setup_servo_pwm() {
-Servo lidServo;
+    DDRB |= (1 << SERVO_PIN); // PB1 as output
-LiquidCrystal_PCF8574 lcd(0x27);
+    TCCR1A |= (1 << COM1A1) | (1 << WGM11);
-float distance_cm;
+    TCCR1B |= (1 << WGM12) | (1 << WGM13) | (1 << CS11); // prescaler 8
-unsigned long lastTrashDetectTime = 0;
+    ICR1 = 19999; // 20 ms PWM
-float measureDistance();
+}
-void buzz(int times);
-void setup() {
-  Serial.begin(9600);
-  tone(8, 1000);
-  // Sensor setup
-  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
-  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
-  // Buzzer
+void set_servo_angle(uint8_t angle) {
-  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
+    OCR1A = (ICR1 * (1000 + ((uint32_t)angle * 1000 / 180))) / 20000;
-  digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);
+}
-  // Servo setup
+uint16_t measure_distance_cm() {
-  lidServo.attach(SERVO_PIN);
+    // Send trigger pulse
-  lidServo.write(SERVO_CLOSE_ANGLE);
+    PORTD &= ~(1 << TRIG_PIN);
+    _delay_us(2);
+    PORTD |= (1 << TRIG_PIN);
+    _delay_us(10);
+    PORTD &= ~(1 << TRIG_PIN);
-  // LCD setup
+    // Wait for echo to go high
-  lcd.begin(16, 2);
+    uint16_t timeout = 30000;
-  lcd.setBacklight(255);
+    while (!(PIND & (1 << ECHO_PIN)) && timeout--) _delay_us(1);
-  lcd.setCursor(0, 0);
+    if (timeout == 0) return 0;
-  lcd.print(" Smart Stash Can ");
-  lcd.setCursor(0, 1);
+    // Measure how long echo is high
-  lcd.print("   Initializing   ");
+    uint32_t count = 0;
-  delay(2000);
+    while ((PIND & (1 << ECHO_PIN)) && count < 30000) {
-  lcd.clear();
+        _delay_us(1);
+        count++;
+    }
+    // Convert to cm
+    return (uint16_t)((count * 0.0343) / 2);
 }
-void loop() {
+void buzz(uint8_t times) {
-  distance_cm = measureDistance();
+    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"
-  Serial.print("Distance: ");
+int main(void) {
-  Serial.print(distance_cm);
+    // Setup TRIG as output, ECHO as input
-  Serial.println(" cm");
+    DDRD |= (1 << TRIG_PIN);
+    DDRD &= ~(1 << ECHO_PIN);
-  if (distance_cm > 0 && distance_cm < DISTANCE_OPEN_THRESHOLD) {
+    // Setup buzzer
-    // Open lid
+    DDRB |= (1 << BUZZER_PIN);
-    lcd.setCursor(0, 0);
+    PORTB &= ~(1 << BUZZER_PIN);
-    lcd.print("Opening lid     ");
-    lidServo.write(SERVO_OPEN_ANGLE);
-    // 🔊 Buzzer beep on open
+    // Init I2C and LCD
-    buzz(1);
+    twi_init();
-  } else {
+    lcd_init();
-    // Close lid
-    lcd.setCursor(0, 0);
-    //lcd.print("Waiting...      ");
-    lidServo.write(SERVO_CLOSE_ANGLE);
-  }
-  // Trash detection and second thank-you buzzer
+    lcd_clear();
-  if (distance_cm > 0 && distance_cm < DISTANCE_TRASH_THRESHOLD) {
+    lcd_set_cursor(0, 0);
-    if (millis() - lastTrashDetectTime > TRASH_DETECT_DELAY) {
+    lcd_print("Smart Stash Can");
-      lcd.setCursor(0, 1);
+    lcd_set_cursor(0, 1);
-      lcd.print("  Thank you!     ");
+    lcd_print("   Initializing ");
-      buzz(2);  // 2 short beeps
+    _delay_ms(2000);
-      lastTrashDetectTime = millis();
+    lcd_clear();
-    }
-  } else {
-    lcd.setCursor(0, 1);
-    lcd.print("Scanning area   ");
-  }
-  delay(300);
+    // Init servo
-}
+    setup_servo_pwm();
+    set_servo_angle(SERVO_CLOSE_ANGLE);
-float measureDistance() {
+    uint32_t last_thank_time = 0;
-  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
-  delayMicroseconds(2);
-  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
-  delayMicroseconds(10);
-  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
-  float duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);
-  return 0.017 * duration;
-}
-void buzz(int times) {
+    while (1) {
-  for (int i = 0; i < times; i++) {
+        uint16_t distance = measure_distance_cm();
-    digitalWrite(BUZZER_PIN, HIGH);
-    delay(300);  // increase duration
+        if (distance > 0 && distance < DISTANCE_OPEN_THRESHOLD) {
-    digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);
+            set_servo_angle(SERVO_OPEN_ANGLE);
-    delay(200);
+            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 =====