This is an old revision of the document!
Ruletă și Nivelă Electronică
Introducere
Proiectul constă în realizarea unui instrument de măsură 2-în-1, portabil, bazat pe un microcontroller ATmega328P standalone. Dispozitivul combină funcționalitatea unei rulete digitale (măsurarea distanței fără contact) cu cea a unei nivele electronice (boloboc digital pentru determinarea gradului de înclinare), oferind date în timp real pe un afișaj LCD și feedback sonor.
Sistemul obține date de la două module senzoriale:
- Senzorul Ultrasonic HC-SR04 - folosit pentru a măsura timpul de zbor al sunetului și a calcula distanța până la un obstacol.
- Senzorul Inerțial MPU-6050 - un modul cu accelerometru și giroscop care comunică prin protocolul I2C, folosit pentru a calcula unghiul de înclinare pe axele X și Y.
Utilizatorul primește informațiile vizual, pe un ecran LCD text 16×2, și auditiv, printr-un buzzer pasiv. Sistemul sonor este dinamic: emite bip-uri a căror frecvență se modifică pe măsură ce dispozitivul se apropie de unghiul de 0 grade (orizontala perfectă), transformându-se într-un ton continuu la nivelare optimă.
Ideea a pornit de la necesitatea de a avea o unealtă de măsură multifuncțională pentru proiecte de bricolaj (DIY), demonstrând totodată capacitatea de a prelucra date brute de la senzori diferiți și de a le transforma în mărimi fizice reale (centimetri și grade).
Laboratoare folosite: GPIO, Timere, PWM, I2C.
Descriere generală
1. Flux de funcționare - Modul Ruletă:
ATmega328P trimite un impuls scurt (10µs) pe pinul Trig al HC-SR04.
Senzorul emite un tren de impulsuri ultrasonice și ridică pinul Echo.
Microcontrollerul măsoară lățimea impulsului Echo folosind un Timer/Întrerupere.
Distanța este calculată și actualizată pe ecranul LCD.
2. Flux de funcționare - Modul Nivelă:
Microcontrollerul interoghează constant senzorul MPU-6050 prin magistrala I2C.
Datele brute de accelerație pe axele X, Y, Z sunt preluate și trecute printr-o funcție trigonometrică (atan2) pentru a afla unghiul de înclinare.
Valoarea este afișată pe rândul doi al LCD-ului.
Modulul PWM controlează buzzer-ul pasiv: dacă unghiul este 0°, buzzer-ul emite un semnal continuu; altfel, generează pulsuri cu pauze proporționale cu unghiul de înclinare.
Hardware Design
Lista de componente
| Componenta | Link | Descriere |
|---|---|---|
| Placă dezvoltare ATmega328P-XMINI | - | Microcontroller principal |
| Senzor ultrasonic HC-SR04+ | din kit Plusivo | Măsurare distanță (funcția ruletă) |
| Modul MPU-6050 (Giroscop/Accel) | Magazin | Măsurare înclinare (funcția nivelă) pe I2C |
| Display LCD 16×2 cu modul I2C | Magazin | Afișaj interfață utilizator |
| Buzzer Pasiv | din kit Plusivo | Feedback sonor dinamic prin semnal PWM |
| 2x Butoane tactile | din kit Plusivo | Schimbare mod afișare și măsurare în mod ruletă |
| Sursă alimentare breadboard HW-131 | din kit Plusivo | Coboară tensiunea bateriei la 5V constanți |
| Baterie 9V + Mufă DC | din kit Plusivo | Alimentare sistem portabil |
| Breadboard 830 puncte + fire | din kit Plusivo | Montaj prototipare |
Pini folosiți
| Componentă | Pin ATmega328P | Funcție |
|---|---|---|
| LCD (SDA) | PC4 | Linie de date I2C |
| LCD (SCL) | PC5 | Linie de ceas I2C |
| MPU-6050 (SDA) | PC4 | Același bus I2C (paralel cu LCD) |
| MPU-6050 (SCL) | PC5 | Același bus I2C (paralel cu LCD) |
| HC-SR04 (Trig) | PD2 | Semnal de declanșare ultrasonic |
| HC-SR04 (Echo) | PD3 | Măsurare timp de zbor |
| Buzzer | PB1 | Semnal PWM pentru ton variabil |
| Buton 1 | PD4 | Schimbare mod afișare |
| Buton 2 | PD5 | Măsurare în mod ruletă |
LCD-ul și MPU-6050 împart același bus I2C (PC4/PC5) deoarece protocolul I2C permite mai multe dispozitive pe aceleași fire, fiecare identificat printr-o adresă unică (LCD: 0x27, MPU-6050: 0x68). Buzzer-ul este conectat la PB1 deoarece acesta suportă ieșire PWM hardware prin Timer1 (OC1A), permițând generarea de tonuri fără să blocheze procesorul. Butoanele folosesc pull-up intern activat din software, deci nu necesită rezistențe externe.
Schema electrică
Stadiul actual al implementării
La momentul actual au fost testate și confirmate funcționale următoarele componente:
- LCD 16×2 cu modul I2C - afișează text corect, adresă I2C confirmată la 0x27 (scannerul returnează 0x4E, echivalentul shiftat cu 1 bit)
- MPU-6050 - răspunde pe bus-ul I2C la adresa 0x68 (scannerul returnează 0xD0, echivalentul shiftat cu 1 bit)
- Buzzer pasiv - generează bip-uri cu frecvență controlabilă prin semnal PWM software
- Butoane (PD4, PD5) - detectate corect prin polling cu pull-up intern
- HC-SR04 - conectat pe PD2 (Trig) și PD3 (Echo), urmează testare software
Toate componentele active sunt conectate simultan și funcționează fără conflicte pe același breadboard.
Dovezi de funcționare
Se poate observa că butoanele și display-ul funcționează. Testarea a fost făcută cu un cod simplu
care afișează un mesaj pe display când unul din butoane e observat ca fiind apăsat.
Software Design
- 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
Rezultate Obţinute
Concluzii
Download
.
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.
Jurnal
- 20.04.2026 - alegerea temei și componentelor
- 30.04.2026 - finalizarea listei de componente
- 09.05.2026 - realizarea diagramei bloc și documentației inițiale
- 16.05.2026 - testarea componentelor, realizarea schemei electrice în Fusion360
Bibliografie/Resurse
