Autor: Enciu Cezar-Andrei, grupa 332CA
Asistent: Bianca Popa

Reflex Analyzer este un sistem embedded pentru masurarea precisa a timpului de reactie uman. Placa ATmega324P primeste o comanda de start dintr-o aplicatie desktop, genereaza un interval de asteptare pseudo-aleator intre 1 si 4 secunde, dupa care emite simultan un semnal sonor (buzzer) si unul luminos (LED). La apasarea butonului de catre utilizator, cronometrul hardware se opreste, iar rezultatul — exprimat in milisecunde — este trimis aplicatiei prin USART. Display-ul OLED I2C afiseaza starea sistemului in timp real. Aplicatia centralizeaza rezultatele si prezinta statistici: medie, minim, maxim si un grafic al evolutiei pe sesiune.

Crearea unui instrument simplu, precis si portabil care sa masoare obiectiv reflexele unui utilizator si sa permita urmarirea progresului in timp, cu o precizie superioara aplicatiilor software pure.

Microcontrollerul ATmega324P cronometreaza timpul de reactie folosind Timer1 pe 16 biti (rezolutie ~4μs), activat in momentul emiterii semnalului si oprit prin intreruperea externa INT0 la apasarea butonului. Rezultatul este trimis prin USART catre o aplicatie desktop Python + PyQt5. Un display OLED I2C (SSD1306) ofera feedback local.

• Sportivi care vor sa isi masoare si imbunateasca reflexele in antrenament
• Utilizatori generali curiosi sa isi testeze timpul de reactie cu precizie reala
• Demonstratii educationale — ilustreaza concret timere hardware, intreruperi si comunicatie seriala

• Precizie hardware reala (~4μs rezolutie) vs. aplicatii web/mobile cu latenta de zeci de ms
• Detectie false start — apasare buton inainte de semnal, tratata si raportata separat
• Delay pseudo-aleator (LFSR) — nu se poate anticipa momentul semnalului
• Display local (OLED I2C) — feedback instant fara a privi spre ecranul PC-ului
• Export CSV din aplicatie pentru analiza ulterioara

Schema bloc a sistemului:

Fluxul de date pe scurt:

1. Aplicatia desktop trimite comanda S (start) prin portul serial catre ATmega324P.
2. Microcontrollerul genereaza un delay aleator (1-4s) cu LFSR, dupa care activeaza LED-ul si buzzer-ul simultan.
3. Display-ul OLED trece de la “Gata…” la “GO!” la momentul semnalului.
4. Utilizatorul apasa butonul — intreruperea externa INT0 opreste Timer1 si calculeaza diferenta de timp.
5. Rezultatul in milisecunde este trimis prin USART aplicatiei si afisat pe OLED.
6. Daca butonul e apasat inainte de semnal, sistemul semnalizeaza false start si se reseteaza.

• avr-gcc + avrdude — compilare si incarcare firmware in limbaj C
• VS Code — editare cod firmware
• Python 3.11 + PyQt5 — aplicatie desktop
• Monitor Serial — debugging USART in timp real

Sistemul functioneaza pe baza unui automat cu 5 stari. La primirea comenzii S pe USART, se genereaza un delay aleator (LFSR 1-4s). Dupa expirarea delay-ului, LED-ul si buzzer-ul sunt activate simultan, Timer1 porneste cronometrarea. Intreruperea externa INT0 (buton) opreste timer-ul si calculeaza timpul de reactie. Daca butonul e apasat inainte de semnal, se detecteaza false start.

Sistemul are 5 stari:

• IDLE — asteapta comanda S de la aplicatie prin USART
• WAITING — genereaza delay aleator cu LFSR, Timer1 numara; INT0 activ pentru detectie false start
• SIGNAL — emite LED + buzzer, Timer1 restartat pentru masurare; asteapta apasare buton INT0
• RESULT — calculeaza si trimite timpul prin USART, afiseaza pe OLED
• FALSE_START — buton apasat inainte de semnal; avertisment sonor + USART + revenire la IDLE

• usart_init() — configurare registre UBRR, activare TX/RX
• usart_send_int() — trimite numarul ca sir de caractere prin USART
• timer1_start() / timer1_get_ms() — control cronometru hardware
• pwm_buzzer_beep() — ton PWM pe buzzer la frecventa data
• i2c_init() / oled_print() — driver display I2C
• lfsr_rand() — generator pseudo-aleator pe 16 biti
• ISR(INT0_vect) — intrerupere buton: oprire timer sau detectare false start

Interfata grafica ofera butoanele Start proba, Stop sesiune si Export CSV. Comunicarea seriala ruleaza pe un thread separat pentru a nu bloca UI-ul. La fiecare proba finalizata, aplicatia adauga rezultatul in tabel, actualizeaza statisticile (medie, minim, maxim) si graficul matplotlib.

• Sistem functional end-to-end: buton ATmega324P USART aplicatie desktop
• Precizie masurare timp de reactie: 4 microsecunde (limitata de rezolutia Timer1 la 16MHz/64)
• Latenta USART sub 5ms intre apasare buton si afisarea rezultatului in aplicatie
• Detectie false start functionala in toate scenariile testate
• Display OLED afiseaza stari stabil, fara artefacte vizuale

• Utilizarea Timer1 pe 16 biti cu prescaler 1/64 ofera o rezolutie de ~4 microsecunde, suficienta pentru masurarea timpului de reactie uman.
• Arhitectura FSM (automat de stari) s-a dovedit esentiala — o implementare liniara ar fi ratat evenimentele de intrerupere sau ar fi blocat comunicatia USART.
• Generatorul LFSR produce o distributie uniform imprevizibila a delay-ului de start, simplu de implementat in C pur.
• Provocarea principala: variabilele partajate intre main loop si ISR necesita declarare volatile.

1. Datasheet ATmega324P
2. Datasheet SSD1306 OLED Controller
3. pyserial documentatie
4. PyQt5 documentatie
5. Linear-feedback shift register Wikipedia
6. Cursurile PM - Lab 1 USART, Lab 2 Intreruperi Timere, Lab 3 PWM, Lab 6 I2C