Punctul de plecare a fost observatia ca lumina albastra seara afecteaza calitatea somnului. Majoritatea oamenilor stau la birou sau in camera cu aceeasi lumina alba tot timpul, indiferent de ora din zi. O lampa care isi adapteaza singura temperatura de culoare rezolva aceasta problema fara nicio interventie din partea utilizatorului.

Proiectul consta intr-o lampa RGB controlata de un microcontroler ATmega328P-XMINI. Lampa trece automat de la lumina rece (albastru-alb) ziua la lumina calda (galben-portocaliu) seara, in functie de luminozitatea ambientala citita de un fotorezistor si de ora curenta furnizata de un modul RTC. Pe langa modul automat, lampa poate fi controlata manual printr-un buton fizic sau de pe telefon prin Bluetooth. Un display OLED afiseaza in timp real modul activ, culoarea setata si ora curenta.

Proiectul este util pentru confortul vizual zilnic si pentru prevenirea durerilor de ochi cauzate de expunerea prelungita la lumina albastra seara. In acelasi timp, acopera practic toate periferalele studiate in laboratoarele PM: GPIO, UART, intreruperi externe, PWM, ADC, SPI si I2C.

Sistemul are urmatoarele module principale:

• ATmega328P-XMINI : microcontrolerul central, compatibil Arduino Uno, arhitectura AVR 8-bit la 5V. Coordoneaza toata logica sistemului: citeste senzorii, calculeaza temperatura de culoare, genereaza semnalele PWM si gestioneaza comunicatia cu toate perifericele.
• Modul Bluetooth HC-06 : permite controlul wireless al lampii de pe telefon prin UART. Microcontrolerul primeste comenzi text (“WARM”, “COOL”, “OFF”) si le aplica imediat. TX-ul modulului este conectat direct la D0 (RX), iar RX-ul este protejat printr-un divizor de tensiune 1kΩ+2kΩ deoarece modulul lucreaza la 3.3V logic.
• Fotorezistor LDR GL5528 : conectat intr-un divizor de tensiune cu o rezistenta de 10kΩ la GND. Punctul de mijloc este citit pe pinul A0 prin ADC-ul intern pe 10 biti. Valoarea citita determina cat de multa componenta calda se adauga in culoarea finala.
• Modul RTC DS3231 : tine ora exacta inclusiv la oprirea alimentarii, datorita bateriei CR2032. Comunicatia se face prin I2C: SDA pe A4, SCL pe A5. Ora citita determina automat profilul de culoare al momentului din zi.
• Display OLED SH1106 1.3” : afiseaza modul activ, culoarea curenta si ora. Comunicatia se face prin SPI hardware: SCK pe D13, MOSI pe D11, CS pe D10, DC pe D7, RST pe D4. Actualizat o data pe secunda.
• 3x MOSFET IRLZ44N : tranzistori N-Channel Logic Level care controleaza independent cele trei canale RGB prin PWM. Gate-urile sunt conectate la D3 (rosu), D5 (verde) si D6 (albastru). Se deschid complet la 5V pe gate.
• 3x LED discret (Rosu, Verde, Albastru) - elementele de iluminat. Fiecare LED are un rezistor de 220Ω in serie pe anod conectat la 5V, iar catodul conectat la Drain-ul MOSFET-ului corespunzator.
• Buton tactil : conectat la D2 cu pull-up de 10kΩ la 5V. Genereaza intrerupere externa pe INT0 la apasare. Cicleza intre modurile de functionare si are prioritate maxima in logica sistemului.
• Regulator L7805 - converteste tensiunea sursei externe de 24V la 5V stabili pentru microcontroler si toate modulele.

• Handler intrerupere buton (INT0) - la apasarea butonului pe D2 se genereaza intrerupere pe front descrescator. Cicleza intre modurile: AUTO, WARM, COOL, OFF. Are prioritate maxima.
• Receptor UART Bluetooth : citeste comenzile primite de la HC-06 si actualizeaza modul activ. Comenzi suportate: “WARM”, “COOL”, “OFF”, “AUTO”.
• Citire ADC (LDR) : ADC-ul intern citeste tensiunea de pe A0 si returneaza o valoare 0–1023 proportionala cu luminozitatea ambientala.
• Citire RTC prin I2C : microcontrolerul citeste ora curenta de la DS3231 o data pe secunda prin TWI/I2C si selecteaza profilul de culoare corespunzator.
• Calcul temperatura culoare : combina valorile LDR si RTC pentru a calcula tripletul RGB final. Trece lin de la (255, 200, 100) seara la (200, 220, 255) dimineata.
• Control PWM canale RGB : aplica valorile RGB calculate pe D3, D5, D6, controlând duty cycle-ul pentru fiecare MOSFET.
• Driver OLED SPI : actualizeaza display-ul SH1106 o data pe secunda cu modul activ, valorile RGB curente si ora.
• Logica de prioritizare : buton fizic > comanda Bluetooth > mod automat (LDR + RTC).

Video Demo https://drive.google.com/file/d/1rH4AE9yBBfuPUU4mn2AI_eMcyocapCyA/view?usp=sharing

Github: https://github.com/CovaliuStefan/LampaRGB

Video Demo: https://drive.google.com/file/d/1rH4AE9yBBfuPUU4mn2AI_eMcyocapCyA/view?usp=sharing

• IDE: VSCode cu extensia PlatformIO
• Framework: Arduino (pentru compatibilitate rapida cu bibliotecile de periferice)
• Upload: avrdude cu protocol custom — flags: -P usb -c xplainedmini (protocolul standard xplainedmini din PlatformIO nu functioneaza cu ATmega328P-XMINI si returneaza eroare de port)
• Monitor serial: 9600 baud, folosit pentru debug si receptie comenzi Bluetooth

UART — HC-06 Bluetooth (D0/D1)

HC-06 functioneaza ca bridge serial wireless la 9600 baud. Microcontrolerul citeste caractere din Serial pana la \n, apoi parseaza comanda. Comenzile suportate sunt WARM, COOL, AUTO, WHITE, TIME, OFF si format numeric R G B (ex: 200 50 10). Pinul RX al modulului este protejat printr-un divizor 1kΩ+2kΩ deoarece HC-06 lucreaza la 3.3V logic iar ATmega transmite la 5V.

SPI — OLED SH1106 (D13/D11/D10/D7/D4)

Display-ul este controlat prin SPI hardware. Se foloseste biblioteca Adafruit_SSD1306 care este compatibila si cu controller-ul SH1106. Display-ul este actualizat o data pe secunda cu: ora curenta (HH:MM), valoarea LDR, modul activ si tripletul RGB curent. Pinii folositi: SCK=D13, MOSI=D11, CS=D10, DC=D7, RST=D4.

I2C — DS3231 RTC (A4/A5)

Comunicatia cu modulul RTC se face prin protocolul TWI la adresa implicita 0x68. Biblioteca RTClib abstractizeaza citirea registrilor BCD ai DS3231. La primul pornire (sau dupa pierderea alimentarii bateriei), RTC-ul se seteaza automat cu ora compilarii prin rtc.adjust(DateTime(F(DATE), F(TIME))).

ADC — LDR GL5528 (A0)

LDR-ul este conectat intr-un divizor de tensiune cu 10kΩ la GND. Valoarea ADC (0–1023) este mapata la intervalul 0–255 si folosita ca factor de interpolare pentru temperatura de culoare.

GPIO + Intrerupere — Buton (D2)

Butonul este conectat la D2 cu pull-up intern activat (INPUT_PULLUP). Debouncing-ul este realizat software: se valideaza apasarea doar daca pinul e LOW cel putin 30ms si au trecut cel putin 300ms de la ultima apasare valida.

PWM — MOSFETs RGB (D3/D5/D6)

Cele trei canale sunt controlate prin Timer0 (D5=OC0B, D6=OC0A) si Timer2 (D3=OC2B). PWM-ul este configurat direct prin registrii hardware TCCR0A, TCCR2A, OCR0A, OCR0B, OCR2B, fara a folosi analogWrite, pentru control precis al timerelor.

// ── Setup ──────────────────────────────────────────
void setup() {
    Serial.begin(9600);   // UART pentru HC-06 si debug
    pwmSetup();           // Configurare Timer0 si Timer2 pentru PWM RGB
    setRGB(0, 0, 0);      // Pornire cu LED-urile stinse
    pinMode(PIN_BTN, INPUT_PULLUP);
    Wire.begin();
    rtcSetup();           // Init DS3231, seteaza ora daca RTC a pierdut alimentarea
    oledSetup();          // Init OLED SSD1306/SH1106 prin SPI
}
 
// ── Loop principal ─────────────────────────────────
void loop() {
    parseBT();       // 1. Citeste comenzi UART de la HC-06
    checkButton();   // 2. Verifica buton cu debouncing software
 
    // 3. Calcul culoare in functie de mod activ
    switch (currentMode) {
        case MODE_AUTO:  // LDR determina caldura culorii
        case MODE_TIME:  // RTC determina caldura culorii
        case MODE_WARM:  // Fix CALD (R=255, G=180, B=80)
        case MODE_COOL:  // Fix RECE (R=200, G=220, B=255)
        case MODE_WHITE: // Alb pur (R=255, G=255, B=255)
        case MODE_BT:    // Culoare primita prin Bluetooth
        case MODE_OFF:   // Stins (R=0, G=0, B=0)
    }
 
    setRGB(cr, cg, cb);          // Aplica PWM pe Timer0/Timer2
    updateOLED(cr, cg, cb, ...); // Actualizeaza display SPI
}

Interpolare liniara temperatura culoare:

R = RECE_R + (CALD_R - RECE_R) * t / 255
G = RECE_G + (CALD_G - RECE_G) * t / 255
B = RECE_B + (CALD_B - RECE_B) * t / 255

unde t = 0   → culoare RECE (dimineata/zi)
      t = 255 → culoare CALD  (seara/noapte)

Factorul t in MODE_AUTO — determinat de LDR:

t = 255 - ADC_value  // lumina puternica = RECE, intuneric = CALD

Factorul t in MODE_TIME — determinat de ora RTC:

ora 06:00–18:00 → t = 0   (RECE)
ora 18:00–22:00 → t = (h - 18) * 255 / 4  (tranzitie liniara)
ora 22:00–06:00 → t = 255 (CALD)

Limitare luminozitate globala:

val_finala = val_calculata * MAX_BRIGHT / 255
MAX_BRIGHT = 160  // ~63% din maxim, protectie LED-uri si MOSFET-uri

Curentul prin LED-uri (verificare siguranta):

I_LED = (VCC - Vf) / R_serie
I_R = (5V - 2.0V) / 220Ω ≈ 13.6 mA  ✓ (sub limita de 20mA)
I_G = (5V - 2.1V) / 100Ω ≈ 29 mA    ⚠ (la limita, acceptabil)
I_B = (5V - 3.2V) / 220Ω ≈  8 mA   ✓

• PWM direct prin registri in loc de analogWrite() — evita overhead-ul Arduino si permite control independent al Timer0 si Timer2 fara conflicte
• Limita globala MAX_BRIGHT = 160 — protejeaza LED-urile de supracurent la duty cycle 100% si reduce consumul
• Update OLED o data pe secunda printr-un timer software (millis()) in loc de delay() — nu blocheaza parsarea UART sau citirea butonului
• Stingere hardware la OCR=0 — cand o valoare RGB e 0, pinul COM este dezactivat din registru si portul e fortat LOW, eliminand glitch-uri PWM
• Buffer UART de 20 caractere cu timeout pe \n — previne blocaje daca HC-06 trimite date corupte

Test 1 — Buton: Apasa butonul fizic de pe D2. Display-ul trebuie sa cicleze prin modurile: AUTO → CALD → RECE → ALB → TIME → OPRIT → AUTO. LED-urile isi schimba culoarea la fiecare apasare.

Test 2 — Bluetooth: Conecteaza telefonul la HC-06 (PIN: 1234) cu o aplicatie serial Bluetooth (ex: Serial Bluetooth Terminal). Trimite comenzile:

• WARM → LED-uri galben-portocaliu
• COOL → LED-uri alb-albastrui
• WHITE → LED-uri alb pur
• OFF → LED-uri stinse
• 200 50 10 → culoare custom RGB

Test 3 — ADC / LDR: Acopera fotorezistorul cu mana. In modul AUTO, LED-urile trebuie sa vireze spre culori calde (galben). Descopera LDR — LED-urile vireze spre rece (alb-albastru).

Test 4 — RTC: In modul TIME, ora afisata pe OLED determina culoarea. Intre 06:00–18:00 culoarea e rece, intre 18:00–22:00 face tranzitie spre cald, dupa 22:00 e culoare calda.

Test 5 — Debug serial: Deschide Serial Monitor la 9600 baud. La fiecare 2 secunde se printeaza:

HH:MM:SS | L:xxx | R:xxx G:xxx B:xxx