This is an old revision of the document!
ADAPTIVE INSECT TRAP
Introducere
Acest proiect consta in realizarea unei capcane adaptive pentru insecte bazata pe microcontrollerul ATmega328P, capabila sa isi modifice automat modul de functionare in functie de conditiile de mediu.
- Scopul principal al proiectului este aplicarea practica a conceptelor studiate in cadrul laboratoarelor de Embedded Systems, utilizand periferice precum ADC, PWM, timere, intreruperi si comunicatie Bluetooth.
- Ideea proiectului a pornit de la o problema reala de zi cu zi. Odata cu venirea vremii mai calde, apar din ce in ce mai multe insecte deranjante, in special tantarii. Personal, consider tantarii foarte enervanti, mai ales atunci cand stai seara afara cu prietenii sau in curte. Din acest motiv m-am gandit sa realizez o capcana embedded pentru insecte care sa functioneze automat si eficient.
- Conceptul initial a fost inspirat din capcanele clasice pentru insecte, insa nu am dorit sa folosesc metode bazate pe electrosocuri sau tensiuni ridicate. Astfel, am ales o varianta mai sigura si mai simpla, bazata pe un LED UV pentru atragerea insectelor si un ventilator pentru capturarea acestora.
- Sistemul detecteaza nivelul de lumina ambientala si comuta automat intre modul de zi si modul de noapte. In timpul noptii activeaza LED-ul UV si ventilatorul pentru capturare intensiva, iar in timpul zilei foloseste un mod economic cu ventilatie periodica. Intensitatea ventilatorului poate fi reglata atat prin PWM, cat si prin intermediul unei aplicatii mobile conectate prin Bluetooth.
- Proiectul este util atat din punct de vedere educational, cat si practic. Din punct de vedere educational, ajuta la intelegerea interactiunii dintre senzori, actuatori si comunicatia wireless intr-un sistem embedded real. Din punct de vedere practic, dispozitivul poate fi folosit in timpul serilor de vara, pe terasa sau in curte, pentru a reduce numarul insectelor intr-un mod sigur, eficient si usor de controlat.
Descriere generala
Schema bloc este structurata in mai multe module principale: alimentare, procesare, senzori, actuatori si comunicatie wireless.
- Microcontrollerul ATmega328P reprezinta unitatea centrala de control a sistemului. Acesta citeste valorile analogice provenite de la senzorul de lumina si potentiometru utilizand ADC-ul intern, proceseaza datele si controleaza functionarea intregii capcane.
- Sistemul de alimentare este bazat pe o baterie Li-Ion 18650, impreuna cu modulul TP4056 pentru incarcarea si protectia bateriei. Energia este stabilizata printr-un convertor DC-DC care furnizeaza tensiunea necesara componentelor sistemului.
- Senzorul de lumina (LDR) este utilizat pentru detectarea nivelului de lumina ambientala. In functie de valoarea citita, microcontrollerul comuta automat intre modul de zi si modul de noapte.
- Potentiometrul de 10K permite reglarea manuala a intensitatii capcanei. Valoarea analogica citita este transformata de microcontroller intr-un semnal PWM utilizat pentru controlul vitezei ventilatorului.
- Ventilatorul DC reprezinta principalul mecanism de capturare al insectelor. Acesta este controlat prin PWM pentru a permite ajustarea vitezei si reducerea consumului energetic.
- LED-ul UV este activat in timpul modului de noapte pentru atragerea insectelor in apropierea ventilatorului.
- Modulul Bluetooth HC-05 realizeaza comunicatia wireless dintre sistem si aplicatia mobila folosind interfata UART. Comenzile receptionate pot fi tratate folosind intreruperi USART RX pentru actualizarea rapida a parametrilor sistemului.
- Aplicatia mobila permite monitorizarea si controlul capcanei in timp real. Utilizatorul poate modifica viteza ventilatorului, modul de functionare sau intensitatea sistemului direct de pe telefon prin Bluetooth.
- Butonul onboard al placii ATmega328P Xplained Mini este utilizat pentru control manual si schimbarea modului de functionare. Acesta foloseste intreruperi hardware externe pentru detectarea apasarilor.
- Modul de functionare: in timpul zilei sistemul utilizeaza un mod economic bazat pe ventilatie periodica, iar pe timpul noptii activeaza LED-ul UV si ventilatorul pentru capturare intensiva. Insectele sunt atrase de lumina UV, iar ventilatorul creeaza un flux de aer care le aspira intr-un compartiment de colectare.
Diagrama Schemei Bloc
Adaptive Insect Trap
Introducere
Adaptive Insect Trap este un sistem embedded inteligent bazat pe microcontrollerul ATmega328P, proiectat pentru detectarea si capturarea automata a insectelor folosind senzori de lumina, senzori de distanta si control PWM al ventilatorului. Sistemul utilizeaza un LED UV pentru atragerea insectelor pe timpul noptii si un ventilator controlat automat pentru capturarea acestora.
Ideea proiectului a pornit de la dorinta de a realiza o capcana inteligenta pentru insecte care sa consume putina energie, sa functioneze autonom si sa poata fi controlata de la distanta prin Bluetooth. Proiectul combina concepte de sisteme embedded, comunicatie UART, senzori analogici si digitali, PWM si interfete software desktop.
Sistemul poate functiona in mod automat sau manual si permite controlul parametrilor folosind o aplicatie desktop dezvoltata in Python. Consideram ca proiectul este util deoarece poate fi utilizat pentru reducerea insectelor in spatii inchise intr-un mod automatizat si eficient energetic.
Descriere generală
Sistemul este format dintr-un microcontroller ATmega328P care coordoneaza toate perifericele hardware. Un senzor LDR este utilizat pentru detectarea nivelului de lumina ambientala si determinarea modului zi/noapte. Un senzor VL53L0X masoara distanta fata de insecte sau obiecte aflate in apropiere, iar in functie de aceasta distanta sistemul modifica viteza ventilatorului folosind PWM.
Comunicatia cu utilizatorul se realizeaza prin intermediul modulului Bluetooth HC-05, conectat prin UART. Utilizatorul poate controla sistemul folosind o aplicatie desktop dezvoltata in Python si Tkinter.
Principalele module hardware si software sunt:
- Modul de detectie lumina ambientala (LDR + ADC)
- Modul de masurare distanta (VL53L0X + I2C)
- Modul PWM pentru control ventilator
- Modul Bluetooth HC-05 pentru comunicatie UART
- Aplicatie desktop pentru control si monitorizare
- Sistem de control automat/manual
Hardware Design
Lista componentelor folosite pentru proiect:
- ATmega328P Xplained Mini (placa de dezvoltare bazata pe microcontroller AVR pe 8 biti)
- Modul Bluetooth HC-05 (comunicatie wireless UART cu aplicatia desktop)
- Ventilator DC 5V (mecanism principal de capturare a insectelor)
- LED UV (pentru atragerea insectelor in timpul noptii)
- Senzor de lumina LDR (detectarea nivelului de lumina ambientala)
- VL53L0X Time-of-Flight Sensor (detectarea distantei fata de insecte)
- Potentiometru liniar 10K (control manual al vitezei ventilatorului)
- MOSFET N-Channel (controlul ventilatorului prin PWM)
- Rezistente 10KΩ, 1KΩ si 220Ω (control si limitare curent)
- Breadboard (asamblarea circuitului fara lipire)
- Set fire Dupont (conectarea componentelor hardware)
Schema electrica:
Software Design
Development Environment
- PlatformIO IDE integrated with Visual Studio Code
- Programming language: C/C++
- Target platform: ATmega328P Xplained Mini
- Framework used: Arduino Framework
- Desktop application: Python + Tkinter GUI
- Communication protocol: UART over Bluetooth (HC-05)
Libraries and Sources
- Arduino Core Libraries
- used for GPIO control, ADC reading, PWM generation and UART communication
- Wire Library
- used for I2C communication with the VL53L0X sensor
- Adafruit VL53L0X Library
- used for reading distance measurements from the Time-of-Flight sensor
- Custom USART Driver
- used for UART communication and command parsing
- Python Tkinter
- used for the desktop graphical interface
- PySerial
- used for serial communication between the desktop application and the embedded system
Implemented Functionalities
| Function | Description |
|---|---|
| setup() | Initializes GPIO, UART, PWM, timers and sensors |
| loop() | Main execution loop of the embedded application |
| USART0_exec() | Executes UART/Bluetooth commands |
| timer1_init() | Configures periodic interrupts using Timer1 |
| analogRead() | Reads LDR and potentiometer values |
| analogWrite() | Generates PWM signal for fan control |
| lox.rangingTest() | Reads distance data from the VL53L0X sensor |
Embedded Algorithms
The system continuously monitors ambient light and distance measurements. During night mode, the UV LED is activated and the fan speed is automatically adjusted depending on the measured distance to insects:
- distance ⇐ 125 mm → maximum PWM speed
- distance ⇐ 200 mm → medium PWM speed
- distance > 200 mm → fan stopped
The firmware also supports automatic and manual operating modes controlled through Bluetooth commands.
Rezultate Obţinute
Proiectul a functionat cu succes in toate modurile implementate. Sistemul detecteaza automat conditiile de lumina ambientala si activeaza LED-ul UV in timpul noptii. Ventilatorul isi modifica viteza folosind PWM in functie de distanta detectata de senzorul VL53L0X.
Comunicatia Bluetooth prin HC-05 a permis controlul sistemului folosind aplicatia desktop dezvoltata in Python. Toate comenzile au fost interpretate corect prin UART, iar sistemul a raspuns in timp real.
Rezultatele obtinute demonstreaza integrarea cu succes a conceptelor de embedded systems, senzori digitali si analogici, PWM, UART si interfete software desktop.
Download
Codul sursa si fisierele proiectului sunt disponibile pe GitHub:
Adaptive Insect Trap Repository
Arhiva proiectului contine:
- firmware-ul embedded
- aplicatia desktop Python
- fisiere PlatformIO
- scheme electrice
- imagini si documentatie
Bibliografie/Resurse
Resurse Hardware
Resurse Software
- PlatformIO IDE
- Visual Studio Code
- Arduino Framework
- Python 3
- Tkinter Documentation
- PySerial Documentation
- Git and GitHub
