Author: Voicu Teodora-Andreea, 333CA

• Generează doua număr aleatoare între 1 și 6, le afișează pe un display LCD și redă sunetul de aruncare a zarului.

• Ofera un exemplu practic de integrare a senzorilor și a modulelor audio/video cu un microcontroller Arduino, într-un proiect interactiv și educațional.

• Am vrut să creez un zar digital, care folosește un accelerometru pentru detectarea „shake”-ului și un LCD pentru afișarea rezultatului, completat de un efect sonor autentic.

• Demonstrează concepte de hardware și software embedded, este distractiv și poate fi extins la alte aplicații care folosesc detecția de mișcare și redarea de conținut multimedia.

• Hardware:
  • Arduino Uno – unitatea centrală care primeşte date de la accelerometru, generează numărul şi controlează LCD-ul şi modulul audio.
  • Modul accelerometru – detectează gestul de „shake” pentru a declanşa aruncarea zarului.
  • Display LCD – afișează rezultatul numeric al aruncării zarului.
  • Modul SD card + difuzor – stochează şi redă fişierul audio WAV cu efectul sonor de aruncare a zarului.
  • Breadboard şi cabluri de conexiune – realizează legăturile electrice între toate modulele.

• Software:
  • Citire accelerometru şi detectare „shake”.
  • Generare numere aleatorii 1–6.
  • Afişare mesaje şi rezultate pe OLED.
  • Iniţializare SD şi redare WAV pe buzzer

• Interacţiuni:

  1. Dispozitivul e zguduit → accelerometrul detecteaza miscare peste SHAKE_THRESHOLD
  2. Stare SHAKING → afiseaza “Shake!” si porneste redarea DICE.WAV pe buzzer
  3. Dupa SHAKE_TIMEOUT fara miscare → opreste WAV, genereaza doua valori random (1–6) și le afiseaza pe OLED
  4. Dupa RESULT_HOLD → revine la “READY!” și asteapta urmatorul shake
  

Lista Componente:

• Arduino:https://www.optimusdigital.ro/ro/placi-avr/2563-placa-de-dezvoltare-compatibila-cu-arduino-uno-atmega328p-i-ch340-si-cablu-50-cm.html?search_query=arduino+uno&results=129
• Breadboard:https://www.optimusdigital.ro/ro/prototipare-breadboard-uri/13245-breadboard-750-puncte.html?search_query=breadboard&results=126
• Accelerometer:https://www.optimusdigital.ro/ro/senzori-senzori-inertiali/4407-modul-cu-accelerometru-triaxial-lis2dh12tr.html?search_query=accelerometru&results=68
• Display:https://www.emag.ro/afisaj-oled-0-96-i2c-iic-ssd1306-128x64px-3-5v-e498/pd/DX0LYDYBM/
• MicroSDSlot:https://www.optimusdigital.ro/ro/memorii/1516-modul-slot-card-microsd.html?search_query=microsd&results=67
• PassiveBuzzer:https://www.optimusdigital.ro/ro/componente-electronice/12598-modul-buzzer-pasiv.html?search_query=buzzer+pasiv&results=14
• Wires:https://www.optimusdigital.ro/ro/fire-fire-mufate/890-set-fire-tata-tata-40p-30-cm.html?search_query=fire&results=428

Functional Overview:

• Când este zguduit accelerometrul LIS2DH12, acesta detectează mișcarea și declanșează Arduino-ul să genereze doua numere aleatoare de la 1 la 6. Aceste numere sunt afisate pe ecranul OLED SSD1306, în timp ce, simultan, Arduino-ul redă un fișier WAV cu sunet de zaruri de pe cardul microSD prin buzzerul pasiv.

* OLED SSD1306 (I²C)

• 3.3 V → VCC

Sursa de alimentare a circuitului intern şi a driver-ului display-ului.

• GND → GND

Reţeaua de masă comună.

• A4 → SDA

Linia de date I²C: aici circulă octeţi de la Arduino către pixelii OLED-ului.

• A5 → SCL

Linia de ceas I²C: sincronizează transferul de date pe SDA.

De ce OLED? – Afișează mesaje şi rezultatul zarurilor într-un format grafic compact, cu consum redus de energie.

* Modul SD-card (SPI)

• 5 V → VCC

Alimentează convertorul de nivel şi interfaţa SPI.

• GND → GND

Referinţa de masă pentru comunicaţia SPI.

• D10 → CS (Chip Select)

Selectează modulul SD pe magistrala SPI (când e LOW, modulul răspunde).

• D11 → MOSI (Master Out Slave In)

Trimite datele din Arduino spre SD (de exemplu, comenzi de citire).

• D12 → MISO (Master In Slave Out)

Primeşte datele de la SD spre Arduino (conţinutul fişierului WAV).

• D13 → SCK (Serial Clock)

Ceasul pentru sincronizarea transferului de biţi MOSI/MISO.

De ce SD-card? – Permite stocarea fişierului WAV de sunet de zaruri, fără să încarce memoria internă a plăcii.

* Buzzer pasiv

• D6 (PWM) → S

Pinul PWM generează semnalul audio propriu-zis (tonuri variabile conform valorilor citite din WAV).

• 5 V → +

Redă amplitudinea semnalului PWM către buzzer.

• GND → –

Întoarcerea curentului şi referinţa de masă.

Ce face PWM? – Pulse Width Modulation modulează lăţimea impulsurilor pentru a crea frecvenţe audio perceptibile ca sunet.

* Modul LIS2DH12 (I²C)

• 3.3 V → VCC

Alimentează senzorul cu tensiune stabilă de 3.3 V.

• GND → GND

Stabilirea referinţei zero pentru măsurări.

• A4 → SDA

Linia de date I²C: transmite valorile brute de acceleraţie.

• A5 → SCL

Linia de ceas I²C pentru sincronizarea transferului de date.

• 5 V → SDO/SA0

Configurează adresa I²C la 0x19 (pull-up intern), astfel evitând conflicte pe bus.

• (neconectat) → CS

CS rămâne HIGH; senzorul rămâne mereu activ pe I²C.

De ce accelerometru LIS2DH12? – Detectează gestul de „shake” cu precizie, fără butoane suplimentare, şi are consum redus.

• ‘‘Wire.h’’

comunicare I²C cu accelerometrul şi OLED

• ‘‘SparkFun_LIS2DH12.h’’

driver pentru citirea acceleraţiilor de la senzorul ‘‘LIS2DH12’’

• ‘‘SPI.h’’

suport hardware ‘‘SPI’’ pentru modulul SD

• ‘‘SD.h’’

acces la sistemul de fişiere ‘‘FAT’’ de pe cardul micro-SD

• ‘‘TMRpcm.h’’

redare fişiere ‘‘WAV’’ mono prin ‘‘PWM’’ (Timer1) pe buzzerul pasiv

• ‘‘U8g2lib.h’’

comandă şi desen pe ‘‘OLED SSD1306’’ 128×64

Codul este împărţit în mai multe componente:

• interfaţare cu hardware-ul, acoperind:

iniţializare şi citire continuă a accelerometrului ‘‘LIS2DH12’’

• control ‘‘SPI/SD’’ pentru verificarea şi deschiderea fişierului ‘‘DICE.WAV’’
• generare ‘‘PWM’’ audio pe pinul buzzer-ului
• control ‘‘I²C’’ pentru desenul pe OLED
• State machine, ce include:

	‘‘GATA’’ – aşteaptă un shake şi afişează “READY!”
	‘‘SHAKING’’ – redă sunetul şi afişează “Shake!” cât timp mişcarea continuă
	‘‘REZULTAT’’ – generează două valori aleatorii, le afişează pe OLED, apoi revine la ‘‘GATA’’

• funcţii auxiliare:

	‘‘randomSeed(analogRead(A0))’’ pentru entropie la pornire
	‘‘random(1,7)’’ pentru fiecare zar
	‘‘drawCentered(text, y, font)’’ – calculează lăţimea textului şi îl plasează centrat

→ La pornire, ‘‘setup()’’ iniţializează senzorul, OLED-ul, SD-ul, audio şi RNG-ul, apoi pe ecran apare “READY!”.

→ În ‘‘loop()’’ se citesc acceleraţiile şi se calculează delta faţă de ultima citire. Dacă ‘‘delta > SHAKE_THRESHOLD’’, starea trece în ‘‘SHAKING’’.

→ În ‘‘SHAKING’’ se porneşte ‘‘audio.play(“DICE.WAV”)’’ şi se afişează “Shake!”. La fiecare citire de mişcare, timer-ul este resetat.

→ După ‘‘SHAKE_TIMEOUT’’ ms fără mişcare, ‘‘audio.stopPlayback()’’. Se generează două numere (1–6) şi se afişează cu font mare; starea devine ‘‘REZULTAT’’.

→ După ‘‘RESULT_HOLD’’ ms, ecranul revine la “READY!” iar starea revine în ‘‘GATA’’, aşteptând un nou shake.

→ Praguri configurabile:

• ‘‘SHAKE_THRESHOLD = 2000’’ – sensibilitate la mişcare
• ‘‘SHAKE_TIMEOUT = 300 ms’’ – interval fără mişcare înainte de oprire
• ‘‘RESULT_HOLD = 1500 ms’’ – cât timp rămâne afişat rezultatul

→ Audio:

• ‘‘audio.setVolume(5)’’ – volum optim fără distorsiuni
• ‘‘audio.quality(1)’’ – oversampling 2× pentru claritate

→ Desen pe OLED:

• re-desenările sunt minimizate – textul este redesenat doar la tranziţii de stare

→ Random seed:

• folosirea unui pin analog “flotant” pentru a evita secvenţe pseudo-aleatoare repetitive

• Maşina de stări izolează logica de desen şi audio pe blocuri distincte, eliminând ‘‘redraw’’-uri inutile
• Actualizare ‘‘I²C’’ minimală – apeluri ‘‘drawCentered()’’ doar la tranziţii de stare
• Sincronizare audio–I²C – ‘‘audio.stopPlayback()’’ este apelat înainte de ‘‘drawCentered()’’ pentru a evita blocaje pe magistrala comună
• Delay mic – ‘‘delay(5)’’ menţine CPU-ul liber pentru ISR-ul audio şi reduce consumul inutil

Lab0: GPIO

• controlul pinilor digitali:
• D9 – ieșire PWM către buzzer
• D10 – Chip Select pentru modulul SD
• LED-uri/Serial (opțional) pentru depanare

Lab3: Timere & PWM

• biblioteca TMRpcm folosește Timer1 în modul PWM pentru a genera semnalul audio necesar redării fișierului WAV pe buzzerul pasiv.

Lab5: SPI

• protocolul SPI asigură comunicația cu cardul micro-SD:
• D11 → MOSI, D12 → MISO, D13 → SCK, D10 → CS
• biblioteca SD.h gestionează sistemul de fișiere FAT și citirea fișierului DICE.WAV.

Lab6: I²C (TWI)

• magistrala I²C este partajată de:
• LIS2DH12 – trimite datele brute de accelerație (detectarea shake-ului)
• SSD1306 OLED – primește comenzile de desen (mesajele și rezultatul zarurilor)
• linii comune: A4 → SDA, A5 → SCL.

Lab1: USART

• Serial.begin(9600) este prezent pentru diagnostic; când este decommentat, permite trimiterea de mesaje de debug în Serial Monitor.

Export to PDF