Show page

Differences

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

--- pm:prj2025:vstoica:stefania.manea [2025/05/14 12:01]
stefania.manea
+++ pm:prj2025:vstoica:stefania.manea [2025/05/22 12:14] (current)
stefania.manea
@@ Line 4: / Line 4: @@
 ===Introducere===
-Proiectul propune realizarea unui stetoscop digital, capabil să capteze sunetele corpului uman prin intermediul unui microfon de înaltă sensibilitate. Utilizatorul va putea începe sau opri înregistrarea prin intermediul unui buton, iar starea va fi indicată de un led aprins verde dacă este pornită sau roșu altfel. Cât timp înregistrarea este pornită, pe ecranul OLED va fi afișată reprezentarea grafică a semnalului captat de microfon.
+Proiectul propune realizarea unui stetoscop digital, capabil să capteze sunetele corpului uman prin intermediul unui microfon de înaltă sensibilitate. Utilizatorul va putea începe sau opri înregistrarea prin intermediul unui buton, iar starea va fi indicată de un led RGB. Cât timp înregistrarea este pornită, pe ecranul OLED va fi afișată reprezentarea grafică a semnalului captat de microfon.
 Semnalul audio va fi amplificat și filtrat utilizând configurații specifice de filtre, în scopul îmbunătățirii clarității și calității sunetelor percepute. Redarea sunetului se va realiza printr-un difuzor conectat la un amplificator audio, iar volumul va putea fi ajustat cu ajutorul unui potențiometru rotativ.
@@ Line 26: / Line 26: @@
 ===Hardware Design===
+==Funcționalitatea generală HW==
+Sistemul hardware este format dintr-un microfon **MAX4466** care captează sunetul din mediu și trimite semnalul analogic rezultat către **Arduino Nano pe pinul A0** pentru analiză și afișare. Microfonul este alimentat la 5V și GND. Afișajul OLED afișează în timp real forma de undă a semnalului audio, fiind conectat la pinii **A4 (SDA) și A5 (SCL)** ai Arduino-ului prin protocol **I²C**. Arduino Nano funcționează ca unitate centrală de control, citind semnalul de la microfon, gestionând afișajul, LED-urile, difuzorul și stările logice ale sistemului. **Două butoane** conectate la pinii **D2 și D3** sunt utilizate pentru a iniția și opri înregistrarea, fiecare fiind conectat la GND prin rezistențe de pull-down. Feedback-ul vizual este oferit de un **LED RGB** cu anod comun, al cărui segment verde (pe **D5**) indică starea de repaus, iar segmentul roșu (pe **D4**) pâlpâie în timpul înregistrării. Controlul volumului este realizat printr-un potențiometru montat între ieșirea de semnal și **amplificatorul audio PAM8403**, care reglează tensiunea de intrare și permite ajustarea sunetului perceput în difuzor. Amplificatorul este alimentat la 5V și transmite semnalul audio amplificat către difuzor pentru redare clară.
 ==Listă de piese==
@@ Line 31: / Line 34: @@
   * [[https://sigmanortec.ro/modul-microfon-max4466-cu-amplificare-castig-reglabil-23-5vdc?SubmitCurrency=1&id_currency=2&gad_source=1&gad_campaignid=22174019478&gbraid=0AAAAAC3W72Mtzy7jY3q2IvRJJL2399kKi&gclid=CjwKCAjw_pDBBhBMEiwAmY02NjoiHoMMp2m7MvMgD5IMIKWO3YSxMbl3gWkBP3i0PlqeKFrk4SYHbhoCJd4QAvD_BwE|Modul microfon MAX4466 cu amplificare si castig reglabil]]
   * [[https://sigmanortec.ro/modul-amplificator-miniatura-pam8403-22-5v?SubmitCurrency=1&id_currency=2&gad_source=1&gad_campaignid=22174019478&gbraid=0AAAAAC3W72Mtzy7jY3q2IvRJJL2399kKi&gclid=CjwKCAjw_pDBBhBMEiwAmY02Nv4Kh82h7hM4exmOleI9l1nKFCEOkJXp0H4xaOj1xKOyClULKjlmchoCRUEQAvD_BwE|Modul Mini Amplificator in Clasa D Stereo PAM8403 de 3 W]]
-  * [[https://www.emag.ro/difuzor-mini-3-wati-8-ohmi-pentru-arduino-diy-gd-0135/pd/DSSX18YBM/#opensearch|Difuzor Mini]]
+  * [[https://www.emag.ro/difuzor-mini-3-wati-8-ohmi-pentru-arduino-diy-gd-0135/pd/DSSX18YBM/|Difuzor Mini]]
   * [[https://sigmanortec.ro/display-oled-096-i2c-iic-alb?SubmitCurrency=1&id_currency=2&gad_source=1&gad_campaignid=22174019478&gbraid=0AAAAAC3W72Mtzy7jY3q2IvRJJL2399kKi&gclid=CjwKCAjw_pDBBhBMEiwAmY02Nkg1IQK_EUcACBMSpldrDa0FIDTmlGddDwTUg6q6EU_xLhcgTZfY4RoCxKYQAvD_BwE|Ecran OLED 0.96”]]
   * [[https://www.optimusdigital.ro/en/potentiometers/1887-100k-mono-potentiometer.html?gad_source=1&gad_campaignid=19615979487&gbraid=0AAAAADv-p3BfEEZZl7O_k8PCbMoE1d4yA&gclid=CjwKCAjw_pDBBhBMEiwAmY02Np0TkkPLCOFwRPMUOY6n5pKcIBN2whddkB2a2r2Mub2G8ekJFebs3BoCaBEQAvD_BwE|Potențiometru rotativ]]
@@ Line 46: / Line 49: @@
 |Display OLED |A4(SDA), A5(SCL)| Comunicare I2C Arduino-Display |
 |Potențiometru | A0 | Reglează semnalul primit de la microfon și îl trimite la amplificator |
-|Amplificator | Semnal de la potențiometru | Trimite semnal audio amplificat către difuzor |
+|Amplificator |Semnal potențiometru| Trimite semnal audio amplificat către difuzor |
-|Difuzor (via amplificator) | A1 | Controlează alimentarea pozitivă a amplificatorului |
+|Difuzor| A1 | Controlează alimentarea pozitivă a amplificatorului |
 |LED RGB | D4 (Red), D5 (Green) | Feedback de stare vizual |
 |Buton 1 | D2 | Start înregistrare |
 |Buton 2 | D3 | Oprire și revenire la starea inițială |
+{{ :pm:prj2025:vstoica:sch.png?600 | | center }}
@@ Line 56: / Line 62: @@
 {{ :pm:prj2025:vstoica:schema_stetoscop.png?600 | | center }}
+===Software Design===
+==Flow-ul programului==
+Programul funcționează pe o mașină de stări (`State currentState = BEGIN/RECORD`), în care logica principală este împărțită în două stări esențiale: **BEGIN** și **RECORD**.
+  * Starea **BEGIN** – Așteptare
+Această stare este activă imediat după pornirea sistemului. În acest moment, dispozitivul se află în repaus și așteaptă interacțiunea utilizatorului. LED-ul roșu este aprins pentru a semnala starea pasivă, iar LED-ul verde este stins. Speaker-ul este dezactivat. Pe ecranul OLED este afișat un mesaj care îi spune utilizatorului cum să înceapă înregistrarea: //Apasă B1 pentru înregistrare//.
+La apăsarea butonului 1, sistemul inițiază tranziția către starea de înregistrare (RECORD). În acest moment sunt resetate variabilele relevante: //beatCount// este setat la 0, iar //beatDetected// este resetat pentru a permite o detecție corectă a următoarelor bătăi. Se pornește cronometrul intern (recordStartTime = time_millies()), iar ecranul este curățat pentru a începe afișarea semnalului cardiac.
+  * Starea **RECORD** – Înregistrare activă
+În această stare, dispozitivul începe efectiv procesul de monitorizare a bătăilor inimii. LED-ul verde este stins, în timp ce LED-ul roșu clipește la fiecare 500ms, indicând activitatea înregistrării.
+În bucla principală a acestei stări, sistemul citește valoarea analogică de la microfonul conectat pe pinul ADC0. Această valoare este convertită într-o poziție verticală y, utilizată pentru desenarea unui grafic asemănător unei electrocardiograme. Dacă valoarea semnalului depășește pragul //PEAK_THRESHOLD//, sistemul consideră că a fost detectată o bătaie a inimii și incrementează //beatCount//, cu condiția să nu fi fost deja detectată o bătaie în momentul anterior (evitând astfel detecțiile duble).
+Semnalul este desenat în timp real pe display, iar coloanele sunt curățate și desenate continuu.
+Înregistrarea poate fi oprită prin apăsarea butonului 2. În acest caz, dispozitivul revine în starea **BEGIN**. Speaker-ul este dezactivat, iar sistemul calculează automat durata înregistrării și valoarea ritmului cardiac exprimată în BPM, folosind formulele:
+  * duration = (time_millies() - recordStartTime) / 1000
+  * BPM = (beatCount * 60) / duration
+Datele obținute sunt transmise funcției result_screen(bpm, duration, beatCount), care se ocupă de afișarea rezultatelor și animația cu inima care pulsează.
+==Structura și rolul fiecărui fișier==
+Proiectul este structurat în mai multe fișiere sursă, fiecare având un rol specific în funcționarea generală a sistemului. În continuare voi descrie în detaliu fiecare fișier:
+==main.cpp - Fluxul programului și logica de bază==
+Acesta este punctul de intrare al programului. Are rolul de a inițializa hardware-ul și de a coordona logica programului bazată pe stări.
+Apelează funcțiile de inițializare:
+  * //gpio_init()//, //adc_init()//, //timer0_init()//
+Configurează ecranul OLED cu //display.begin()//
+Rulează o buclă //while(1)// care alternează între două stări:
+  * **BEGIN**: Așteaptă butonul 1 pentru a începe înregistrarea.
+  * **RECORD**: Citește semnalul de la microfon, detectează bătăi, desenează semnalul pe ecran și calculează BPM la oprirea înregistrării (prin butonul 2).
+Integrează controlul LED-urilor și speaker-ului în funcție de starea aplicației.
+Gestionează afișarea semnalului de puls și menține numărul de bătăi.
+== init.hpp – Inițializarea componentelor hardware ==
+Acest fișier definește funcții pentru a configura perifericele microcontroller-ului.
+**Funcții definite:**
+//gpio_init()//
+Configurează:
+    * Butoane ca intrări cu pull-up
+    * LED-uri ca ieșiri (inițial stinse)
+    * Pinul pentru speaker ca ieșire (alimentare controlată)
+  //adc_init()//
+  * Setează ADC-ul pentru citirea valorii analogice de la microfon.
+  * Selectează referința AVCC și un prescaler de 64 pentru un echilibru între viteză și precizie.
+  //timer0_init()//
+  * Inițializează Timer0 în mod CTC pentru a genera o întrerupere la fiecare 1 ms, necesară pentru măsurarea timpului în aplicație.
+== vars.hpp – Configurări globale și definiri ==
+Fișierul definește variabile și constante globale necesare în întregul proiect.
+**Include:**
+  * Dimensiunile ecranului OLED: //SCREEN_WIDTH//, //SCREEN_HEIGHT//
+  * Obiectul global //display// pentru controlul OLED-ului (Adafruit SSD1306)
+  * Maparea pinilor: pentru microfon, LED-uri, butoane și speaker.
+  * Praguri de detecție pentru sunetul pulsului: //PEAK_THRESHOLD// – prag pentru a detecta o bătaie; //MIC_THRESHOLD// – pentru a desena sau nu semnalul.
+  * Variabila //volatile uint32_t systicks//: Contor de milisecunde incrementat prin întrerupere (folosit pentru temporizări).
+== screen.hpp – Afișare grafică și gestionare LED-uri ==
+Acest fișier conține funcțiile de afișare și de interpretare a rezultatelor măsurării.
+**Funcții principale**
+//ISR(TIMER0_COMPA_vect)//
+  * Rutină de întrerupere la fiecare 1 ms → incrementează `systicks`.
+//time_millies()//
+  * Returnează timpul curent în milisecunde (bazat pe `systicks`)
+//begin_screen()//
+  * Afișează ecranul de start cu instrucțiuni pentru utilizator
+//result_screen(bpm, duration, beatCount)//
+Afișează rezultatele înregistrării:
+    * BPM
+    * Durata
+    * Numărul de bătăi
+  * Arată o animație cu o inimioară care pulsează
+Setează LED-urile în funcție de nivelul ritmului cardiac:
+    * Verde: normal (60–100 BPM)
+    * Portocaliu: alertă moderată (40–60 sau 100–120 BPM)
+    * Roșu: critic (sub 40 sau peste 120 BPM)
+== libs.hpp – Include-uri și biblioteci ==
+Fișier folosit pentru a centraliza toate bibliotecile necesare.
+**Include **
+//AVR standard// (pentru control hardware):
+  * //avr/io.h// – acces la registre
+  * //avr/interrupt.h// – permite lucrul cu întreruperi
+  * //util/delay.h// – întrârziere în milisecunde sau microsecunde
+  * //stdint.h//, //stdbool.h//
+//Display OLED://
+  * //Wire.h// – comunicare I2C
+  * //Adafruit_GFX.h// – interfață grafică pentru desenare (linii, text, bitmap-uri)
+  * //Adafruit_SSD1306.h// – suport specific pentru display-ul SSD1306
+== heart.hpp – Resurse grafice (bitmap-uri inimă) ==
+Conține două array-uri `PROGMEM` (plasate în memoria flash) cu bitmap-uri:
+  * //heartSmall[]// – inimă mică
+  * //heartBig[]// – inimă mare
+Acestea sunt desenate alternativ pe ecran în //result_screen()// pentru a simula o inimă care pulsează.
+===Rezultate obținute===
+[[https://www.youtube.com/watch?v=QOGykQ_T8kw|Demo proiect]]
+Rezultatele obținute în urma testării arată că proiectul simulează detectarea bătăilor inimii și le contorizează în timp real. Informațiile afișate pe ecranul OLED, mai exact BPM-ul, durata înregistrării și numărul de bătăi, sunt clare și ușor de înțeles, iar animația inimii contribuie la o experiență interactivă și intuitivă pentru utilizator.
+Aceste elemente fac ca proiectul să fie nu doar funcțional, ci și accesibil și prietenos pentru utilizatori.
+{{ :pm:prj2025:vstoica:poza1.jpg?300|}}
+{{ :pm:prj2025:vstoica:poza2.jpg?300|}}
+{{ :pm:prj2025:vstoica:poza3.jpg?300|}}
+{{ :pm:prj2025:vstoica:poza4.jpg?300|}}
+{{ :pm:prj2025:vstoica:poza5.jpg?450 || center}}
+===Concluzie===
+Proiectul **Stetoscop Digital** pune în evidență un mod practic și eficient de a construi un sistem embedded care răspunde la interacțiuni reale. Utilizarea resurselor hardware precum ADC, GPIO, timer și interfața I2C pentru display-ul OLED a permis construirea unei aplicații care combină interacțiunea fizică (butoane, LED-uri, speaker) cu o interfață grafică intuitivă. Această combinație de componente oferă un rezultat vizual și funcțional.
+Codul este clar structurat, iar funcționalitatea este împărțită logic, ceea ce face ca proiectul să fie ușor de înțeles și de testat.