Show page

Differences

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

--- pm:prj2026:andrei.batasev:ciprian.munteanu04 [2026/05/03 23:20]
ciprian.munteanu04 created
+++ pm:prj2026:andrei.batasev:ciprian.munteanu04 [2026/05/18 23:33] (current)
ciprian.munteanu04
@@ Line 1: / Line 1: @@
-====== Nume proiect ======
+====== Vocal Coach ======
+Ciprian-Marian Munteanu, 332CB
 ===== Introducere =====
-<note tip>
+Vocal Coach este un dispozitiv embedded care ajuta utilizatorul
-Prezentarea pe scurt a proiectului vostru:
+sa exerseze intonatia vocala. Dispozitivul reda o nota muzicala de
-  * ce face
+referinta folosind un buzzer pasiv, capteaza vocea utilizatorului
-  * care este scopul lui
+printr-un microfon analogic cu amplificare, analizeaza semnalul audio
-  * care a fost ideea de la care aţi pornit
+folosind algoritmul Goertzel si ofera feedback in timp real: nota
-  * de ce credeţi că este util pentru alţii şi pentru voi
+cantata este prea joasa (LOW), corecta (OK) sau prea inalta (HIGH).
-</note>
-===== Descriere generală =====
-<note tip>
+Ideea a pornit de la nevoia unui instrument simplu si accesibil pentru
-O schemă bloc cu toate modulele proiectului vostru, atât software cât şi hardware însoţită de o descriere a acestora precum şi a modului în care interacţionează.
+incepatorii in muzica, care sa permita exersarea intonatiei fara a
+depinde de un smartphone sau conexiune la internet. Spre deosebire de
+aplicatiile generale de tuning, acest dispozitiv este construit special
+pentru antrenament vocal pe un set restrans de note (A2-A3), ceea ce il
+face fezabil pe hardware cu resurse limitate.
-Exemplu de schemă bloc: http://www.robs-projects.com/mp3proj/newplayer.html
+**Repository GitHub:** https://github.com/ciprianmunteanu1/vocal-coach
-</note>
+===== Descriere generala =====
+{{:pm:prj2026:andrei.batasev:diagrama_bloc.png?600|}}
+Sistemul este organizat in urmatoarele module:
+**Module hardware:**
+  * **Intrare audio** — microfon MAX4466 capteaza vocea utilizatorului, iesirea analogica conectata la ADC-ul Arduino
+  * **Iesire audio** — buzzer pasiv reda nota de referinta prin PWM
+  * **Feedback vizual** — modul LED semafor (rosu/galben/verde)
+  * **Afisaj** — OLED 128x64 I2C afiseaza starea sistemului, nota tinta si rezultatul
+  * **Intrare utilizator** — 3 butoane (START/NEXT/BACK) si potentiometru pentru selectarea notei tinta
+**Module software:**
+  * **Masina de stari** — IDLE -> PLAY_NOTE -> LISTEN_ANALYZE -> RESULT
+  * **Esantionare ADC** — citire microfon pe ADC0 si potentiometru pe ADC1
+  * **Motor Goertzel contextual** — compara nota tinta cu vecinii sai inferior si superior
+  * **Validare semnal** — detectie amplitudine prea mica si clipping
+  * **Logica feedback** — decide LOW, OK, HIGH, NO SIG sau LOUD
+**Interactiunea modulelor:**
+Utilizatorul selecteaza nota tinta cu potentiometrul. La apasarea START,
+Arduino reda nota pe buzzer, apoi intra intr-o fereastra de ascultare
+in care ADC-ul esantioneaza microfonul. Algoritmul Goertzel contextual
+proceseaza semnalul in mod streaming si compara energia pentru nota tinta,
+nota inferioara si nota superioara. Rezultatul este afisat pe OLED si prin
+modulul LED.
 ===== Hardware Design =====
-<note tip>
+==== Lista de componente ====
-Aici puneţi tot ce ţine de hardware design:
-  * listă de piese
+^ Componenta                         ^ Cantitate ^ Rol                          ^
-  * scheme electrice (se pot lua şi de pe Internet şi din datasheet-uri, e.g. http://www.captain.at/electronic-atmega16-mmc-schematic.png)
+| Arduino Nano ATmega328P + CH340    | 1         | Microcontroller principal    |
-  * diagrame de semnal
+| Modul microfon MAX4466 ajustabil   | 1         | Intrare audio                |
-  * rezultatele simulării
+| Afisaj OLED 128x64 I2C SSD1306     | 1         | Afisare informatii           |
-</note>
+| Buzzer pasiv 5V                    | 1         | Redare nota de referinta     |
+| Modul LED semafor 3.3-5V           | 1         | Feedback vizual              |
+| Buton tactil 6x6x5mm               | 3         | Intrare utilizator           |
+| Potentiometru 10K WH148            | 1         | Selectare nota tinta         |
+| Tranzistor NPN 2N2222 / BC337      | 1         | Driver pentru buzzer         |
+| Rezistor 1K ohm                    | 1         | Limitare curent baza tranzistor |
+| Rezistor 220 ohm                   | 5         | Limitare curent LED-uri / rezerve |
+| Condensator electrolitic 10uF      | 2         | Filtrare alimentare          |
+| Condensator ceramic 100nF          | 1         | Decuplare locala microfon, optional |
+| Breadboard 830 puncte              | 1         | Platforma de prototipare     |
+| Fire Dupont tata-tata / mama-tata  | 40+40     | Interconectare               |
+| Cablu USB                          | 1         | Alimentare si programare     |
+==== Schema electrica ====
+{{:pm:prj2026:andrei.batasev:cm_electrical_schematic.png?600|}}
+Schema electrica prezinta conexiunile dintre Arduino Nano si modulele externe. Microfonul MAX4466 este conectat la intrarea analogica A0, potentiometrul la A1, OLED-ul foloseste magistrala I2C prin pinii A4/SDA si A5/SCL, iar buzzerul pasiv este controlat de pe pinul D9.
+In varianta finala, buzzerul este comandat printr-un tranzistor NPN pentru a evita solicitarea directa a pinului microcontrollerului. Pentru primele teste, buzzerul poate fi conectat temporar direct intre D9 si GND, dar varianta cu tranzistor este preferata pentru montajul final.
+Butoanele sunt conectate intre pini digitali si GND, urmand sa fie citite in software folosind rezistentele interne de pull-up ale microcontrollerului. Modulul LED semafor este controlat prin trei pini digitali separati, cate unul pentru fiecare culoare.
+==== Tabel conexiuni ====
+^ Semnal / Componenta ^ Pin componenta ^ Pin Arduino Nano ^ Observatii ^
+| MAX4466 | VCC | 5V | Alimentare modul microfon |
+| MAX4466 | GND | GND | Masa comuna |
+| MAX4466 | OUT | A0 | Semnal audio analogic catre ADC |
+| Potentiometru 10K | pin lateral 1 | 5V | Capat divizor de tensiune |
+| Potentiometru 10K | pin mijloc | A1 | Valoare analogica pentru selectarea notei |
+| Potentiometru 10K | pin lateral 2 | GND | Masa |
+| OLED SSD1306 | VCC | 5V | Alimentare display, daca modulul este compatibil 3V-5V |
+| OLED SSD1306 | GND | GND | Masa comuna |
+| OLED SSD1306 | SDA | A4 / SDA | Magistrala I2C |
+| OLED SSD1306 | SCL | A5 / SCL | Magistrala I2C |
+| Buzzer pasiv | + | 5V | Alimentare buzzer in varianta cu tranzistor |
+| Buzzer pasiv | - | Colector tranzistor NPN | Comandat prin tranzistor |
+| Tranzistor NPN | Baza | D9 prin rezistor 1K | Semnal BUZZER_DRV |
+| Tranzistor NPN | Colector | Buzzer - | Comutare buzzer catre GND |
+| Tranzistor NPN | Emitor | GND | Masa comuna |
+| LED semafor | R | D4 | LED rosu, feedback LOW |
+| LED semafor | Y | D5 | LED galben, redare nota / feedback HIGH |
+| LED semafor | G | D6 | LED verde, feedback OK |
+| LED semafor | GND | GND | Masa comuna |
+| Buton START | pin 1 | D2 | Configurat INPUT_PULLUP |
+| Buton START | pin 2 | GND | Apasat = LOW |
+| Buton NEXT | pin 1 | D3 | Configurat INPUT_PULLUP |
+| Buton NEXT | pin 2 | GND | Apasat = LOW |
+| Buton BACK | pin 1 | D7 | Configurat INPUT_PULLUP |
+| Buton BACK | pin 2 | GND | Apasat = LOW |
+| Condensator 10uF | + | 5V | Filtrare alimentare |
+| Condensator 10uF | - | GND | Atentie la polaritate |
+| Condensator 100nF | intre VCC si GND | langa MAX4466 | Optional, decuplare locala |
+==== Alimentare ====
+Dispozitivul este alimentat prin portul USB al placii Arduino Nano, de la laptop sau de la un power bank de 5V. Alimentarea prin USB este suficienta pentru versiunea curenta a proiectului, deoarece modulele folosite au consum redus: microfonul MAX4466, OLED-ul, buzzerul pasiv si modulul LED semafor.
+Toate modulele folosesc masa comuna (GND). Alimentarea de 5V este distribuita catre microfon, OLED, potentiometru, modul LED si buzzer.
+Pentru reducerea zgomotului pe alimentare, se folosesc condensatori de filtrare intre 5V si GND. Condensatorul electrolitic de 10uF ajuta la stabilizarea alimentarii, iar un condensator ceramic de 100nF poate fi adaugat langa microfon pentru decuplare locala.
 ===== Software Design =====
+Implementarea finala este realizata in PlatformIO, in C bare-metal pentru
+Arduino Nano cu ATmega328P la 16 MHz. Proiectul nu foloseste framework-ul
+Arduino sau biblioteci externe pentru OLED/I2C, ci acceseaza direct registrele
+microcontrollerului.
-<note tip>
+Codul este impartit modular:
-Descrierea codului aplicaţiei (firmware):
-  * mediu de dezvoltare (if any) (e.g. AVR Studio, CodeVisionAVR)
-  * librării şi surse 3rd-party (e.g. Procyon AVRlib)
-  * algoritmi şi structuri pe care plănuiţi să le implementaţi
-  * (etapa 3) surse şi funcţii implementate
-</note>
-===== Rezultate Obţinute =====
+^ Fisier ^ Rol ^
+| main.c | Initializare module, masina de stari, ecrane OLED si feedback LED |
+| gpio.c/h | Configurare butoane si LED-uri |
+| adc.c/h | Citire microfon pe ADC0 si potentiometru pe ADC1 |
+| timer.c/h | Tick de 1 ms pentru temporizari si debounce |
+| buzzer.c/h | Generare nota pe buzzer folosind Timer1 si OC1A / D9 |
+| goertzel.c/h | Analiza audio si feedback LOW / OK / HIGH |
+| twi.c/h | Comunicare I2C/TWI cu OLED-ul |
+| ssd1306.c/h | Afisare text pe OLED SSD1306 |
+| uart.c/h | Debug prin USART0 |
-<note tip>
+==== Masina de stari ====
-Care au fost rezultatele obţinute în urma realizării proiectului vostru.
-</note>
+Aplicatia foloseste patru stari:
+^ Stare ^ Descriere ^
+| IDLE | Utilizatorul selecteaza nota tinta cu potentiometrul. |
+| PLAY_NOTE | Buzzerul reda nota de referinta timp de aproximativ 900 ms. |
+| LISTEN_ANALYZE | Microfonul este citit, iar semnalul este analizat. |
+| RESULT | Rezultatul este afisat pe OLED si prin LED-uri. |
+Butoanele controleaza aplicatia astfel:
+  * START porneste testul pentru nota selectata.
+  * NEXT alege o nota aleatoare diferita.
+  * BACK revine la nota redata anterior.
+==== Periferice folosite ====
+  * **GPIO:** butoane si LED-uri prin DDRD, PORTD si PIND.
+  * **ADC:** microfon pe ADC0 / A0 si potentiometru pe ADC1 / A1.
+  * **Timer0:** tick de 1 ms pentru temporizari.
+  * **Timer1:** semnal pentru buzzer pe D9 / PB1 / OC1A.
+  * **USART0:** mesaje de debug.
+  * **TWI/I2C:** comunicare cu OLED-ul SSD1306 pe A4/SDA si A5/SCL.
+==== Algoritmul Goertzel contextual ====
+Pentru analiza audio se foloseste algoritmul Goertzel contextual. Pentru fiecare
+nota tinta sunt comparate doar trei frecvente:
+  * nota inferioara — LOW
+  * nota tinta — OK
+  * nota superioara — HIGH
+Gama folosita este A2-A3, adaptata pentru bass-bariton:
+  A2, B2, C3, D3, E3, F3, G3, A3
+Aceasta abordare este mai simpla decat o detectie completa de pitch si este
+potrivita pentru resursele limitate ale ATmega328P. Semnalul este analizat pe
+mai multe ferestre, iar rezultatul final este ales prin vot.
+==== Afisare OLED ====
+OLED-ul SSD1306 este controlat printr-un driver text-only propriu. Nu se foloseste
+un framebuffer complet, pentru a economisi SRAM. OLED-ul afiseaza starea curenta,
+nota tinta si rezultatul, iar detaliile de debug sunt trimise prin USART.
+===== Rezultate Obtinute =====
+Proiectul final este functional pe Arduino Nano cu ATmega328P, fara framework-ul
+Arduino. Au fost integrate butoanele, potentiometrul, microfonul MAX4466,
+buzzerul, LED-urile si OLED-ul SSD1306.
+Dispozitivul permite selectarea unei note tinta din gama A2-A3, reda nota de
+referinta si apoi analizeaza semnalul captat de microfon. Feedback-ul este afisat
+pe OLED si prin LED-uri: LOW, OK, HIGH, NO SIG sau LOUD.
+Proiectul a fost testat treptat: GPIO, ADC, buzzer, Goertzel, OLED si integrarea
+finala. Testarea finala a fost facuta cu voce.
+Utilizarea finala de resurse raportata de PlatformIO este:
+^ Resursa ^ Utilizat ^ Total ^ Procent ^
+| Flash | 9964 bytes | 30720 bytes | 32.4% |
+| SRAM | 856 bytes | 2048 bytes | 41.8% |
 ===== Concluzii =====
-===== Download =====
+Proiectul demonstreaza realizarea unui sistem embedded de antrenament vocal pe
+Arduino Nano, folosind programare bare-metal pentru ATmega328P.
-<note warning>
+Algoritmul Goertzel contextual permite detectarea relatiei dintre nota cantata si
-O arhivă (sau mai multe dacă este cazul) cu fişierele obţinute în urma realizării proiectului: surse, scheme, etc. Un fişier README, un ChangeLog, un script de compilare şi copiere automată pe uC crează întotdeauna o impresie bună ;-).
+nota tinta: LOW, OK sau HIGH. Driverul OLED text-only si procesarea streaming au
+ajutat la mentinerea unui consum redus de memorie.
-Fişierele se încarcă pe wiki folosind facilitatea **Add Images or other files**. Namespace-ul în care se încarcă fişierele este de tipul **:pm:prj20??:c?** sau **:pm:prj20??:c?:nume_student** (dacă este cazul). **Exemplu:** Dumitru Alin, 331CC -> **:pm:prj2009:cc:dumitru_alin**.
+Sistemul nu este un tuner vocal general, ci un antrenor pentru o gama restransa
-</note>
+de note. Pentru scopul proiectului, aceasta solutie este suficienta si eficienta.
+===== Download =====
+**Repository GitHub:** https://github.com/ciprianmunteanu1/vocal-coach
 ===== Jurnal =====
-<note tip>
+^ Data ^ Activitate ^
-Puteți avea și o secțiune de jurnal în care să poată urmări asistentul de proiect progresul proiectului.
+| Etapa 1 | Documentatie initiala, lista componente, schema bloc |
-</note>
+| Etapa 2 | Realizare schema electrica in KiCad, validare conexiuni hardware pe breadboard |
+| Etapa 3 | Testare GPIO: butoane START/NEXT/BACK si LED-uri prin registre |
+| Etapa 4 | Testare ADC pentru potentiometru si microfon MAX4466 |
+| Etapa 5 | Implementare buzzer cu Timer1 pe OC1A / D9 |
+| Etapa 6 | Implementare si testare algoritm Goertzel contextual prin USART |
+| Etapa 7 | Implementare driver TWI/I2C si SSD1306 text-only |
+| Etapa 8 | Integrare finala: masina de stari, OLED, LED feedback, buzzer si analiza audio |
+| Etapa 9 | Testare finala cu voce |
 ===== Bibliografie/Resurse =====
-<note>
+**Resurse Hardware:**
-Listă cu documente, datasheet-uri, resurse Internet folosite, eventual grupate pe **Resurse Software** şi **Resurse Hardware**.
-</note>
+  * [[https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf|ATmega328P Datasheet]] — Microchip
+  * [[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/MAX4465-MAX4469.pdf|MAX4465-MAX4469 Datasheet]] — Analog Devices / Maxim Integrated
+  * [[https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/SSD1306.pdf|SSD1306 Datasheet]] — Solomon Systech
+  * [[https://docs.arduino.cc/hardware/nano/|Arduino Nano Hardware Documentation]] — Arduino
-<html><a class="media mediafile mf_pdf" href="?do=export_pdf">Export to PDF</a></html>
+**Resurse Software:**
+  * [[https://en.wikipedia.org/wiki/Goertzel_algorithm|Goertzel Algorithm]]