Alarma de Proximitate cu Jurnal Serial
Introducere
Proiectul constă într-un sistem de securitate inteligent, capabil să monitorizeze distanța și să declanșeze o alertă complexă (vizuală, sonoră și digitală) atunci când este încălcat un perimetru de siguranță configurabil.
- Ce face: Măsoară distanța cu HC-SR04, citește pragul dintr-un slide-pot și afișează valori pe OLED SSD1306; la risc, activează LED + buzzer și trimite loguri pe Serial (USART).
- Scop: Integrarea interfețelor ADC, TWI/I2C, Timere/PWM și USART pe ATmega328P.
- Element de noutate: Alarmă în doi pași: prealarmă pe distanță, iar alarma sonoră pornește doar la confirmarea mișcării (PIR), cu frecvența buzzer-ului dependentă de distanță.
Descriere generală
Arhitectura proiectului este centrată pe microcontrolerul ATmega328P. Sistemul este organizat în trei piloni funcționali:
Modulul de Achiziție și Control (Intrare)
- Senzorul HC-SR04: Emite ultrasunete și măsoară timpul de întoarcere a ecoului pentru a calcula distanța.
- Senzor Motion (PIR): Confirmă mișcarea; activează alarma sonoră doar când există intrus real.
- Slide-pot (ADC0): Setează pragul de distanță (interval util 5-80 cm).
Modulul de Procesare
Microcontrolerul compară distanța cu pragul setat și verifică PIR. În funcție de stare, actualizează LED-ul, buzzer-ul și mesajele trimise pe Serial.
Modulele de Ieșire (Feedback)
- Feedback Vizual (I2C): OLED SSD1306 afișează distanța, pragul și starea alarmei.
- Feedback Sonor și Luminos (PWM): Buzzer pasiv + LED status; frecvența și ritmul depind de distanță.
- Jurnal Serial (USART): Mesaje de stare și alertă către PC (57600 baud).
Flux de utilizare (pe scurt)
- Conectează modulele conform tabelului de pini și alimentează placa.
- Deschide monitorul serial la 57600 baud.
- OLED-ul afișează distanța și pragul setat de potențiometru.
- Reglează pragul (5-80 cm) din slide-pot.
- În mod OK, LED-ul “respiră” (1s urcare, 1s coborâre).
- La distanță sub prag: prealarmă (LED constant, log 1/s).
- La distanță sub prag + PIR activ: alarmă (blink rapid + buzzer, mesaj ”!!! INTRUS !!!”).
Hardware Design
Lista componentelor hardware utilizate:
| Nr. Crt. | Componentă | Cantitate | Rol în proiect | Modul / Interfață folosită |
|---|---|---|---|---|
| 1. | ATmega328P-Xplained Mini | 1 buc. | Unitatea centrală de procesare. | Toate |
| 2. | OLED SSD1306 128×64 | 1 buc. | Afișare distanță, prag, stare alarmă. | I2C (SDA, SCL) |
| 3. | Senzor Ultrasonic HC-SR04 | 1 buc. | Măsurarea distanței prin ultrasunete. | Timere / Input Capture |
| 4. | Senzor Motion (PIR) | 1 buc. | Detectarea mișcării. | GPIO |
| 5. | Slide-pot (HW-233) | 1 buc. | Reglarea pragului de alarmă. | ADC |
| 6. | Buzzer Pasiv | 1 buc. | Alarmă sonoră cu ton variabil. | PWM / Timere |
| 7. | LED status | 1 buc. | Alarmă vizuală. | PWM |
| 8. | Rezistență 220Ω | 1 buc. | Protecția LED-ului. | N/A |
Pini folosiți și motivație
| Componentă | Pin ATmega328P | Rol | Motivație tehnică |
|---|---|---|---|
| OLED SDA | PC4 (SDA) | I2C data | SDA hardware (TWI) pentru I2C stabil |
| OLED SCL | PC5 (SCL) | I2C clock | SCL hardware (TWI) pentru I2C stabil |
| Ultrasonic Trig | PD3 | output digital | pin simplu pentru impuls 10 us |
| Ultrasonic Echo | PB0 (ICP1) | input capture | ICP1 măsoară lățimea impulsului precis |
| Motion (PIR) | PC1 | input digital | ieșire digitală comparată intern |
| Potențiometru | PC0 (ADC0) | intrare analogică | ADC0 este canal dedicat ADC |
| Buzzer | PD6 (OC0A) | PWM output | OC0A oferă PWM hardware |
| LED status | PB3 (OC2A) | PWM output | PWM hardware pentru efecte |
Schema electrică (ASCII)
ATmega328P OLED SSD1306 PC4 (SDA) ----------- SDA PC5 (SCL) ----------- SCL VCC ----------- VCC GND ----------- GND ATmega328P HC-SR04 PD3 (TRIG) ----------- TRIG PB0 (ECHO) ----------- ECHO VCC ----------- VCC GND ----------- GND ATmega328P MOTION PC1 ------------------ OUT VCC ----------- VCC GND ----------- GND ATmega328P Slide-pot HW-233 PC0 (ADC0) ----------- OUT VCC ----------- VCC GND ----------- GND ATmega328P Buzzer pasiv PD6 (OC0A) ----------- S VCC ----------- VCC GND ----------- GND ATmega328P LED status PB3 (OC2A) ----------- ANOD (+) GND ------------------ CATOD (-) (cu rezistență serie)
Software Design
Descrierea codului aplicației (firmware)
Codul este conceput pentru ATmega328P și folosește o arhitectură modulară (driver per periferic). Nu sunt folosite biblioteci Arduino; totul este scris cu acces direct la registre.
- Mediu de dezvoltare: VS Code + PlatformIO.
- Port serial: 57600 baud pentru jurnal.
Algoritmi și logică de alarmă
- Algoritmul de măsurare a distanței:
- Se emite un puls de 10µs pe pinul de Trigger.
- Timer1 (Input Capture) măsoară durata ecoului.
- Distanța este calculată:
distanta = (timp_ecou * 0.034) / 2.
- Procesare ADC (prag):
- Valoarea brută (0-1023) este mapată în intervalul 5-80 cm.
- Stări de alarmă:
- OK: distanța > prag; LED “respiră” (PWM lent).
- Prealarmă: distanța < prag; LED constant, log 1/s.
- Alarmă: distanța < prag și PIR activ; LED blink rapid + buzzer variabil.
- USART: string-uri de status trimise periodic către PC.
Biblioteci și drivere
Header-ele standard:
<avr/io.h>,<avr/interrupt.h>,<util/delay.h>,<avr/pgmspace.h><stdint.h>,<stdbool.h>,<stdio.h>
Drivere locale:
include/usart.h+src/usart.cinclude/adc.h+src/adc.cinclude/twi.h+src/twi.cinclude/ssd1306.h+src/ssd1306.cinclude/motion.h+src/motion.cinclude/ultrasonic.h+src/ultrasonic.cinclude/buzzer.h+src/buzzer.c
Structura proiectului și interacțiunea între module
- Init: USART, ADC, TWI, OLED, motion, ultrasonic, buzzer, GPIO.
- Buclă: trigger HC-SR04, măsurare distanță, citire prag.
- Decizie: OK, prealarmă, alarmă (PIR + distanță).
- Afișare: OLED actualizează valori; serialul loghează starea.
Logica pe fișiere
src/main.cpp: inițializări, bucla principală, logică de alarmă.src/usart.c+include/usart.h: inițializare și transmitere USART.src/adc.c+include/adc.h: citire ADC și mapare prag.src/twi.c+include/twi.h: comunicație I2C.src/ssd1306.c+include/ssd1306.h: buffer OLED și randare text.src/ultrasonic.c+include/ultrasonic.h: trigger, input capture, conversie cm.src/motion.c+include/motion.h: citire PIR pe PC1.src/buzzer.c+include/buzzer.h: PWM Timer0 și mapare frecvență.
Justificarea funcționalităților din laboratoare
- L1 (USART): jurnal serial de alerte.
- L2 (Timere + întreruperi): Input Capture pe Timer1 pentru ecou.
- L3 (PWM): PWM pe OC0A (buzzer) și OC2A (LED).
- L4 (ADC): citire potențiometru și mapare prag.
- L6 (TWI/I2C): comunicație cu OLED SSD1306.
Observații
- Fontul OLED este minim (cifre, litere mari, câteva simboluri); se poate extinde în
src/ssd1306.c.
Rezultate Obţinute
Validarea s-a făcut prin:
- monitor serial (mesaje de status și loguri de alertă),
- OLED (distanță, prag, mesaj de intrus),
- LED/buzzer (respirație în OK, blink rapid la alarmă, buzzer activ),
- test practic cu obiect apropiat și mișcare PIR (alarmă confirmată).
Concluzii
Proiectul demonstrează integrarea corectă a interfețelor ADC, TWI/I2C, Timere/PWM și USART într-un sistem de alarmă funcțional. Soluția oferă feedback clar (vizual, sonor și digital) și permite configurarea pragului în timp real, fiind o bază solidă pentru extinderi viitoare.
Download
Jurnal
- Milestone 1: documentație.
- Milestone 2: implementare hardware + testare componente.
- Milestone 3: implementare software, testare finală.
Bibliografie/Resurse
- laboratoarele de pe ocw
- documentatia placii ATmega328P si pagina producatorului fiecarui senzor/componente
