Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- pm:prj2026:cezar.zlatea:ana_maria.delureanu [2026/05/09 13:41]
ana_maria.delureanu [Descriere generală]
+++ pm:prj2026:cezar.zlatea:ana_maria.delureanu [2026/05/25 00:33] (current)
ana_maria.delureanu [Bibliografie/Resurse]
@@ Line 2: / Line 2: @@
 Delureanu Ana-Maria 333CB
-===== Introducere =====
+===== 1. Introducere =====
   * Odată cu extinderea utilizării energiei regenerabile, panourile fotovoltaice au devenit o componentă esențială atât în sectorul rezidențial, cât și în cel industrial. Deși eficiente din punct de vedere energetic, acestea rămân vulnerabile la fenomene meteorologice severe, precum grindina, furtunile sau precipitațiile abundente, care pot produce deteriorări semnificative și costuri ridicate de întreținere sau înlocuire.
@@ Line 14: / Line 14: @@
 ===== Descriere generală =====
 {{:pm:prj2026:cezar.zlatea:diagrama_bloc_anadelureanu.png.png?800|}}
-O schemă bloc cu toate modulele proiectului vostru, atât software cât şi hardware însoţită de o descriere a acestora precum şi a modului în care interacţionează.
 Sistemul este alcătuit dintr-o placă Arduino UNO, un modul WiFi ESP8266, un servomotor MG90S, un display OLED și module LED pentru semnalizarea stării sistemului. Scopul proiectului este protejarea unui panou fotovoltaic prin acționarea automată a unei prelate rulante atunci când sunt detectate condiții meteorologice nefavorabile.
@@ Line 28: / Line 26: @@
-===== Hardware Design =====
+===== 2. Hardware Design =====
-<note tip>
+^ Nr. ^ Componenta ^ Cantitate ^ Link ^
-Aici puneţi tot ce ţine de hardware design:
+| 1 | Arduino UNO R3 (ATmega328P) | 1 | https://sigmanortec.ro/Placa-dezvoltare-UNO-R3-Arduino-Compatibil-ATmega328p-CH340G-cu-bara-pini-p170362384 |
-  * listă de piese
+| 2 | Modul WiFi ESP8266 ESP-01 | 1 | https://sigmanortec.ro/Modul-adaptor-ESP-01-ESP8266-p192538782 |
-  * scheme electrice (se pot lua şi de pe Internet şi din datasheet-uri, e.g. http://www.captain.at/electronic-atmega16-mmc-schematic.png)
+| 3 | Adaptor ESP-01 pentru ESP8266 | 1 | https://sigmanortec.ro/Modul-adaptor-ESP-01-ESP8266-p192538782 |
-  * diagrame de semnal
+| 4 | Servomotor MG90S (180°) | 1 | https://sigmanortec.ro/Servomotor-MG90S-angrenaje-metal-p209610310 |
-  * rezultatele simulării
+| 5 | Modul buzzer activ 5V | 1 | https://sigmanortec.ro/Modul-buzzer-activ-p136261325 |
-</note>
+| 6 | Modul LED semafor 3.3–5V | 4 | https://sigmanortec.ro/modul-led-semafor-56mm-33-5v |
+| 7 | Breadboard MB-102 (830 puncte) | 1 | https://sigmanortec.ro/Breadboard-830-puncte-MB-102-p125923983 |
+| 8 | Fire Dupont Mama-Mama | 1 set | https://sigmanortec.ro/40-fire-Dupont-10cm-Mama-Mama-p129872525 |
+| 9 | Fire Dupont Tata-Mama | 1 set | https://sigmanortec.ro/40-fire-Dupont-10cm-Tata-Mama-p210855157 |
+| 10 | Display OLED 0.96” I2C | 1 | https://sigmanortec.ro/Display-OLED-096-I2C-IIC-Albastru |
+| 11 | Cablu USB Type-C | 1 | — |
+| 12 | Sursă alimentare 5V / 3A | 1 | — |
+| 13 | Mini panou solar / machetă panou solar | 1 | — |
+| 14 | Capac rigid / mini prelată pentru protecție | 1 | — |
+| 15 | Suport mecanic pentru panou și servomotor | 1 | — |
+| 16 | Bandă dublu adezivă / șuruburi / coliere | - | — |
-===== Software Design =====
+==== Stadiul actual al implementării hardware ====
+În această etapă au fost stabilite componentele principale ale sistemului și modul în care acestea vor interacționa. Proiectul este format dintr-o unitate de control Arduino UNO, un modul WiFi ESP8266 pentru preluarea datelor meteo online, un display OLED pentru afișarea stării sistemului, un modul LED pentru semnalizare vizuală și un mecanism motorizat pentru acționarea prelatei rulante.
-<note tip>
+Partea mecanică a proiectului este în curs de realizare și include un suport fizic pentru panoul fotovoltaic, două ghidaje laterale din profil U și un ax pe care se va rula materialul de protecție. Mecanismul are rolul de a simula extinderea și retragerea automată a unei prelate în funcție de condițiile meteorologice primite de la serverul meteo simulat.
-Descrierea codului aplicaţiei (firmware):
-  * mediu de dezvoltare (if any) (e.g. AVR Studio, CodeVisionAVR)
-  * librării şi surse 3rd-party (e.g. Procyon AVRlib)
+==== Conexiuni și pini utilizați ====
-  * algoritmi şi structuri pe care plănuiţi să le implementaţi
-  * (etapa 3) surse şi funcţii implementate
+^ Componentă ^ Pin componentă ^ Pin Arduino UNO ^ Explicație ^
-</note>
+| ESP8266 ESP-01 | TX | D2 | Linie de recepție software serial pentru datele trimise de modulul WiFi. |
+| ESP8266 ESP-01 | RX | D3 | Linie de transmitere software serial către modulul WiFi. |
+| ESP8266 ESP-01 | VCC | 3.3V | Modulul ESP8266 funcționează la 3.3V. |
+| ESP8266 ESP-01 | GND | GND | Masă comună cu Arduino. |
+| OLED I2C | SDA | A4 | Linie de date pentru comunicația I2C. |
+| OLED I2C | SCL | A5 | Linie de ceas pentru comunicația I2C. |
+| OLED I2C | VCC | 5V / 3.3V | Alimentarea display-ului, în funcție de specificațiile modulului. |
+| OLED I2C | GND | GND | Masă comună. |
+| LED verde | IN/G | D8 | Indică funcționarea normală. |
+| LED galben | IN/Y | D9 | Indică stare de avertizare. |
+| LED roșu | IN/R | D10 | Indică protecție activată. |
+| Motor rulare prelată | IN1 | D4 | Control motor / driver. |
+| Motor rulare prelată | IN2 | D5 | Control motor / driver. |
+| Motor rulare prelată | IN3 | D6 | Control motor / driver. |
+| Motor rulare prelată | IN4 | D7 | Control motor / driver. |
+| Driver motor | VCC | 5V | Alimentare motor/driver. |
+| Driver motor | GND | GND | Masă comună cu Arduino. |
+{{:pm:prj2026:cezar.zlatea:schema_electrica_v1_anadlr.png?800|}}
+===== 3. Software Design =====
+==== 3.1 STADIUL ACTUAL AL IMPLEMENTARII SOFTWARE ====
+În cadrul proiectului a fost realizată implementarea completă a unui sistem embedded inteligent destinat protecției automate a panourilor fotovoltaice (și a culturilor agricole) împotriva fenomenelor meteorologice severe, precum grindina.
+Sistemul este format din două componente software principale:
+  * firmware-ul embedded care rulează pe placa Arduino UNO / ATmega328P;
+  * serverul software care simulează un serviciu meteorologic de tip ANM și transmite alerte către sistem.
+Firmware-ul embedded are rolul de:
+  * a realiza conexiunea la rețeaua WiFi prin intermediul modulului ESP8266;
+  * a interoga periodic serverul pentru obținerea stării meteorologice;
+  * a interpreta comenzile primite;
+  * a controla elementele hardware ale sistemului:
+    * servomotorul;
+    * display-ul OLED;
+    * LED-urile de stare;
+    * buzzer-ul de avertizare.
+Serverul software are rolul de:
+  * a simula un serviciu de tip nowcasting;
+  * a furniza starea meteorologică curentă;
+  * a permite modificarea manuală a stării sistemului pentru demonstrarea funcționării proiectului.
+Implementarea software este complet funcțională și are rolul unui proof-of-concept, scopul principal fiind demonstrarea fezabilității unei soluții embedded capabile să reacționeze automat la alerte meteorologice primite prin intermediul unei infrastructuri client-server.
+Deși sistemul nu reprezintă, în forma actuală, o soluție industrială completă, dezvoltarea proiectului a urmărit valorificarea cât mai eficientă a cunoștințelor dobândite în cadrul laboratoarelor și cursurilor de microprocesoare, precum și utilizarea resurselor hardware disponibile, pentru a evidenția potențialul unei astfel de soluții în aplicații reale.
+==== 3.2 MEDIUL DE DEZVOLTARE UTILIZAT ====
+Dezvoltarea proiectului a presupus utilizarea unui mediu software atât pentru componenta embedded, cât și pentru componenta server-side. Pentru implementarea firmware-ului destinat microcontrolerului ATmega328P au fost utilizate instrumente specifice dezvoltării pe platforme AVR, iar pentru simularea serviciului meteorologic a fost utilizat un server HTTP implementat în Python.
+^ Componentă ^ Rol / Utilizare ^
+| Visual Studio Code | mediu principal de dezvoltare și organizare a proiectului |
+| PlatformIO | compilarea, configurarea și încărcarea firmware-ului pe placa Arduino UNO |
+| avr-gcc | compilator utilizat pentru generarea codului executabil destinat microcontrolerului |
+| Python 3 | dezvoltarea componentei software de tip server |
+| Flask | implementarea serverului HTTP și a interfeței web de simulare ANM |
+| Serial Monitor | debugging și monitorizarea comunicației seriale |
+Firmware-ul embedded a fost dezvoltat în limbajul C, utilizând biblioteci AVR standard și acces direct la registrele microcontrolerului pentru configurarea și controlul perifericelor hardware.
+Componenta server-side a fost implementată în limbajul Python, utilizând framework-ul Flask pentru realizarea unei infrastructuri client-server capabile să transmită periodic stările meteorologice către sistemul embedded.
+==== 3.3 LIBRARII SI SURSE THIRD-PARTY UTILIZATE ====
+În cadrul proiectului au fost utilizate atât biblioteci standard specifice platformei AVR, necesare controlului direct al perifericelor hardware, cât și biblioteci externe utilizate pentru implementarea componentei server-side și a comunicației dintre sistem și infrastructura software.
+===== Biblioteci utilizate în firmware =====
+^ Bibliotecă ^ Rol / Utilizare ^
+| avr/io.h | acces direct la registrele microcontrolerului și configurarea perifericelor hardware |
+| avr/interrupt.h | gestionarea întreruperilor hardware |
+| stdio.h | debugging și afișare mesaje prin comunicația USART |
+| string.h | prelucrarea și parsarea răspunsurilor HTTP primite de la server |
+| util/delay.h | generarea întârzierilor scurte necesare anumitor secvențe hardware |
+Utilizarea bibliotecilor AVR standard a permis dezvoltarea unei aplicații embedded eficiente, cu acces low-level la registrele microcontrolerului și control direct asupra perifericelor utilizate în cadrul proiectului.
+===== Biblioteci utilizate pentru componenta server-side =====
+^ Bibliotecă ^ Rol / Utilizare ^
+| Flask | implementarea serverului HTTP și a infrastructurii client-server |
+| jsonify | generarea și transmiterea răspunsurilor HTTP |
+| render_template | implementarea interfeței web pentru simularea stărilor meteorologice |
+Framework-ul Flask a fost ales datorită simplității și flexibilității sale, permițând dezvoltarea rapidă a unei interfețe web utilizate pentru simularea unui serviciu meteorologic de tip ANM și transmiterea alertelor către sistemul embedded.
+==== 3.4 ALGORITMI SI STRUCTURI IMPLEMENTATE ====
+===== Mașină de stări finite (FSM) =====
+Principala structură software utilizată în cadrul proiectului este o mașină de stări finite (Finite State Machine - FSM), responsabilă de gestionarea întregii logici de funcționare a sistemului.
+Utilizarea unui FSM permite separarea clară a comportamentelor aplicației și gestionarea predictibilă a tranzițiilor dintre diferitele stări ale sistemului.
+Stările implementate sunt:
+^ Stare ^ Rol ^
+| ST_INIT | inițializarea sistemului și configurarea perifericelor |
+| ST_CONNECTING_WIFI | conectarea la rețeaua WiFi prin intermediul ESP8266 |
+| ST_NORMAL | funcționarea normală a sistemului |
+| ST_ALERTA_GRINDINA | activarea mecanismului de protecție împotriva grindinei |
+| ST_ALERTA_SOARE | retragerea prelatei în condiții normale / însorite |
+| ST_ERROR | tratarea erorilor de comunicație sau funcționare |
+Implementarea FSM-ului oferă mai multe avantaje:
+  * control predictibil al sistemului;
+  * tranziții clare între stări;
+  * recuperare controlată în cazul erorilor;
+  * modularitate și extindere facilă a aplicației.
+===== Scheduler cooperativ bazat pe task-uri =====
+Firmware-ul utilizează un scheduler cooperativ non-blocant bazat pe execuția periodică a unor task-uri independente.
+Fiecare funcționalitate importantă a sistemului este executată periodic:
+  * actualizarea FSM-ului;
+  * controlul servomotorului;
+  * controlul LED-urilor;
+  * polling-ul serverului;
+  * actualizarea display-ului OLED;
+  * debugging și monitorizare serială.
+Execuția periodică este realizată utilizând timestamp-uri generate prin intermediul modulului ''uptime'', fără utilizarea delay-urilor blocante.
+Această abordare permite funcționarea simultană și fluidă a tuturor componentelor sistemului și îmbunătățește timpul de răspuns al aplicației.
+===== Polling HTTP periodic =====
+Comunicarea dintre sistemul embedded și serverul software este realizată prin interogări HTTP GET periodice efectuate de modulul ESP8266.
+Serverul răspunde cu una dintre următoarele stări:
+  * STARE_NORMALA
+  * ALERTA_GRINDINA
+  * ALERTA_SOARE
+Răspunsurile primite sunt analizate folosind funcția ''strstr()'', metodă aleasă pentru:
+  * reducerea consumului de memorie;
+  * simplificarea implementării;
+  * creșterea vitezei de procesare pe microcontrolerul AVR.
+===== Surse și funcții implementate =====
+Proiectul a fost modularizat în mai multe fișiere sursă independente, fiecare responsabil pentru o anumită funcționalitate a sistemului.
+^ Fișier ^ Rol ^
+| main.c | inițializarea sistemului și gestionarea scheduler-ului |
+| app_fsm.c | implementarea logicii FSM |
+| esp8266.c | comunicație HTTP și control ESP8266 |
+| esp_serial.cpp | comunicație serială cu modulul ESP8266 |
+| motor.c | controlul servomotorului |
+| led.c | controlul LED-urilor de stare |
+| buzzer.c | controlul avertizării sonore |
+| oled.c | controlul display-ului OLED |
+| twi.c | implementarea comunicației I2C/TWI |
+| usart.c | debugging și comunicație serială |
+| uptime.c | gestionarea timpului și a task-urilor periodice |
+| server.py | implementarea serverului ANM simulat |
+==== 3.5 ELEMENTUL DE NOUTATE ====
+Elementul principal de noutate al proiectului constă în integrarea unui sistem embedded cu o infrastructură software de tip client-server pentru realizarea unei soluții automate de protecție împotriva fenomenelor meteorologice severe. Sistemul combină comunicații WiFi, automatizări și control electromechanic, permițând detectarea alertelor meteorologice și reacția autonomă a mecanismului de protecție. Deși proiectul reprezintă un proof-of-concept realizat în context academic, arhitectura propusă evidențiază potențialul unei astfel de soluții pentru dezvoltări viitoare și integrarea cu servicii meteorologice reale.
+==== 3.6 JUSTIFICAREA UTILIZARII FUNCTIONALITATILOR DIN LABORATOR ====
+===== Timere și PWM =====
+Servomotorul utilizat pentru acționarea mecanismului de protecție este controlat folosind tehnici PWM studiate în cadrul laboratorului 3. Utilizarea PWM-ului permite controlul precis al sensului și duratei rotației servomotorului, fiind totodată o soluție eficientă din punct de vedere al resurselor hardware utilizate.
+Timer-ele microcontrolerului sunt utilizate și pentru:
+  * generarea mecanismului de uptime;
+  * implementarea scheduler-ului periodic;
+  * controlul avertizării sonore prin buzzer.
+===== I2C / TWI =====
+Display-ul OLED utilizează comunicație I2C/TWI, conform conceptelor studiate în laboratorul 6. În cadrul proiectului au fost utilizate:
+  * magistrala SDA/SCL;
+  * adresarea dispozitivelor I2C;
+  * transmisia serială sincronă.
+Utilizarea protocolului I2C a permis conectarea eficientă a display-ului utilizând un număr redus de pini ai microcontrolerului.
+===== USART =====
+Interfața USART este utilizată pentru:
+  * debugging și monitorizare serială;
+  * afișarea stărilor FSM;
+  * analiza comunicației cu modulul ESP8266.
+Prin intermediul comunicației seriale au fost validate:
+  * comenzile AT trimise către ESP8266;
+  * răspunsurile HTTP primite de la server;
+  * tranzițiile dintre stările FSM.
+===== Programare non-blocantă =====
+Conceptele de programare non-blocantă și scheduling periodic utilizate în proiect au la bază utilizarea timerelor și a mecanismelor de temporizare studiate în cadrul laboratoarelor.
+Această abordare permite:
+  * evitarea delay-urilor blocante;
+  * funcționarea simultană a mai multor module;
+  * îmbunătățirea timpului de răspuns al sistemului;
+  * prevenirea pierderii evenimentelor importante.
+==== 3.7 SCHELETUL PROIECTULUI SI INTERACTIUNEA COMPONENTELOR ====
+Arhitectura software a proiectului este modulară, fiecare componentă având un rol bine definit în funcționarea sistemului. Această organizare a permis dezvoltarea, testarea și depanarea separată a modulelor hardware și software.
+Fluxul principal de funcționare este următorul:
+  * inițializarea perifericelor;
+  * conectarea la rețeaua WiFi;
+  * interogarea periodică a serverului;
+  * parsarea stării meteorologice primite;
+  * actualizarea mașinii de stări finite;
+  * controlul elementelor hardware.
+Firmware-ul rulează într-o buclă infinită, în care sunt executate periodic task-uri independente. Această abordare permite funcționarea simultană a modulelor sistemului fără utilizarea unor delay-uri blocante.
+Interacțiunea dintre componente este următoarea:
+  * modulul ESP8266 primește starea curentă de la server;
+  * FSM-ul interpretează starea și decide comportamentul sistemului;
+  * servomotorul acționează mecanismul de protecție;
+  * display-ul OLED afișează statusul curent;
+  * LED-urile indică vizual starea sistemului;
+  * buzzer-ul avertizează acustic în cazul alertei de grindină.
+===== Validarea funcționării =====
+Funcționarea sistemului a fost validată incremental, prin testarea separată a fiecărei componente și apoi prin integrarea acestora în aplicația finală.
+Au fost realizate următoarele teste:
+  * testarea individuală a servomotorului;
+  * testarea LED-urilor de stare;
+  * testarea display-ului OLED pe magistrala I2C;
+  * testarea buzzer-ului;
+  * verificarea comunicației WiFi prin ESP8266;
+  * verificarea polling-ului HTTP către server;
+  * testarea tranzițiilor FSM;
+  * validarea reacției sistemului pentru stările NORMAL, GRINDINĂ și SOARE.
+Serverul Flask a permis simularea rapidă a diferitelor scenarii meteorologice, ceea ce a facilitat testarea comportamentului sistemului fără dependența de un serviciu meteorologic real.
+==== 3.8 CALIBRAREA ELEMENTELOR DE SENZORISTICA ====
+În forma actuală, sistemul utilizează o „senzoristică software”, bazată pe informațiile meteorologice primite de la serverul care simulează un serviciu de tip ANM. Astfel, procesul de calibrare a constat în principal în ajustarea parametrilor software și a reacțiilor hardware ale sistemului.
+Au fost calibrate:
+  * perioada de polling către server;
+  * timpii de reacție ai sistemului;
+  * durata mișcărilor servomotorului;
+  * durata avertizărilor sonore generate de buzzer;
+  * mesajele și timpul de actualizare al display-ului OLED.
+Perioada de polling a fost stabilită la 5 secunde, valoare considerată optimă pentru:
+  * reducerea traficului de rețea;
+  * menținerea stabilității comunicației;
+  * obținerea unui timp de reacție suficient de rapid pentru demonstrarea funcționării sistemului.
+De asemenea, au fost ajustați timpii de acționare ai servomotorului astfel încât mecanismul de protecție să execute corect operațiile de deschidere și închidere, iar semnalizarea sonoră a fost limitată la intervale scurte pentru a evita funcționarea continuă și disconfortul acustic.
 ===== Rezultate Obţinute =====
-<note tip>
+Demo video:
-Care au fost rezultatele obţinute în urma realizării proiectului vostru.
+[[https://www.youtube.com/shorts/0mEXFdJo1yw|]]
-</note>
+Repo GitHub:
+[[https://github.com/anadelureanu/Proiect_PM_Protectie_PanouriFotovoltaicee|]]
+{{:pm:prj2026:cezar.zlatea:protectiepanou_anadelureanu.jpeg?500|}}
+{{:pm:prj2026:cezar.zlatea:proectectiepanou_anadlr.jpeg?500|}}
 ===== Concluzii =====
+Realizarea acestui proiect a reprezentat o experiență foarte interesantă și valoroasă, atât din punct de vedere tehnic, cât și personal. Pe parcursul dezvoltării au existat numeroase provocări și momente de incertitudine legate de funcționarea corectă a sistemului, însă satisfacția finală a fost cu atât mai mare în momentul în care toate componentele au funcționat împreună și proiectul a devenit un produs fizic complet funcțional.
-===== Download =====
+Consider că unul dintre cele mai importante aspecte ale acestui proiect a fost posibilitatea de a aplica în practică noțiunile studiate în cadrul laboratoarelor și cursurilor de microprocesoare, observând direct modul în care conceptele teoretice se transformă într-un sistem real.
+Îmi doresc ca pe viitor să dezvolt această idee în continuare, prin integrarea unor senzori reali și a unor servicii meteorologice oficiale, deoarece consider că o astfel de soluție are potențial pentru aplicații practice reale.
+PS: multumiri speciale lui Gabiii, Stefi si Nelutu pentru prinderea cadrului cu bormasina si Ioanei pentru cele mai precise lipituri cu fludor 🫶
+{{:pm:prj2026:cezar.zlatea:ana_gabi_nelutu.jpeg?600|}}
+{{:pm:prj2026:cezar.zlatea:ioana_gabi_fludor.jpeg?500|}}
-<note warning>
-O arhivă (sau mai multe dacă este cazul) cu fişierele obţinute în urma realizării proiectului: surse, scheme, etc. Un fişier README, un ChangeLog, un script de compilare şi copiere automată pe uC crează întotdeauna o impresie bună ;-).
-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**.
-</note>
-===== Jurnal =====
-<note tip>
-Puteți avea și o secțiune de jurnal în care să poată urmări asistentul de proiect progresul proiectului.
-</note>
 ===== Bibliografie/Resurse =====
+===== Resurse hardware =====
+  * Arduino UNO R3 (ATmega328P);
+  * ESP8266 ESP-01;
+  * Display OLED 1.3" I2C;
+  * Servomotor MG996R 360°;
+  * LED-uri și buzzer activ.
+===== Resurse software =====
-<note>
+  * Visual Studio Code;
-Listă cu documente, datasheet-uri, resurse Internet folosite, eventual grupate pe **Resurse Software** şi **Resurse Hardware**.
+  * PlatformIO;
-</note>
+  * avr-gcc;
+  * Python 3;
+  * Flask Framework;
+  * Documentația oficială ATmega328P;
+  * Documentația ESP8266 AT Commands.
-<html><a class="media mediafile mf_pdf" href="?do=export_pdf">Export to PDF</a></html>
+===== Resurse financiare =====
+  * mama & tata 😀