Show page

Differences

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

--- pm:prj2026:theodor_ioan.buliga:ioan.sabou [2026/05/11 01:08]
ioan.sabou [Schema bloc]
+++ pm:prj2026:theodor_ioan.buliga:ioan.sabou [2026/05/27 01:12] (current)
ioan.sabou [Scheme electrice]
@@ Line 1: / Line 1: @@
 ====== Tamagotchi Circuits ======
 ===== Introducere =====
-Tamagotchi Circuits este un proiect individual care combină embedded cu o interfață web servită de ESP32.
+Tamagotchi Circuits este un proiect individual care combină embedded cu o interfață hardware interactivă pe ESP32.
-Ideea principală: o fantomă (Ghost Boo) afișată pe un ecran OLED devine tristă în timp. Pentru a o menține fericită, utilizatorul trebuie să joace minigame-uri — unele dintre ele implică construirea unor circuite electronice reale pe breadboard, pe care ESP32 le validează și le grafică.
+Ideea principală: o fantomă (Ghost Boo) afișată pe un ecran OLED devine tristă în timp. Pentru a o menține fericită, utilizatorul trebuie să joace minigame-uri — unele dintre ele implică construirea unor circuite electronice reale pe breadboard, pe care ESP32 le validează și le face graficul pe un al doilea ecran OLED dedicat minigame-urilor.
-Scopul proiectului este de a oferi un sistem de recompensă concret (menținem fantoma fericită) prin construirea și înțelegerea unor circuite electronice, învățând astfel concepte de bază din electronică și fizică:
+Scopul proiectului este de a oferi un sistem de recompensă concret (menținem fantoma fericită) prin construirea și înțelegerea unor circuite electronice, învățând astfel concepte de bază din electronică și fizică.
-  - Voltage divider
+Proiectul este finalizat cu 9 minigame-uri funcționale: potentiometer, RC circuit (6 configurații), voltage divider, diode rectifier, transistor switch, NPN amplifier, deadbeet rhythm, și metronome.
-  - RC circuit — utilizatorul primește un τ țintă, fantoma grafică curba de descărcare
-  - RC high-pass / low-pass filter — fantoma devine fericită dacă filtrul funcționează corect
+Abstractizarea generală a conceptului de „circuit minigame" ca struct `minigame_t` este implementată: fiecare minigame expune `init`, `deinit`, `run` și un `mood_reward`, toate înregistrate într-un registry cu progresie liniară.
-  - Diode half-wave rectifier
-  - Capacitor as power buffer — ESP taie GPIO-ul, ADC-ul măsoară cât timp condensatorul menține tensiunea
-  - LDR light sensor — divizor de tensiune cu fotorezistență
-  - Transistor switch — ESP conduce baza, măsoară colectorul
-**TODO:** Abstractizare generală a conceptului de „circuit minigame" ca struct/clasă — similar cu perechea GPIO25/GPIO34 din circuitul RC, fiecare minigame expune un GPIO de ieșire, unul de intrare (ADC), o funcție de măsurare și un criteriu de validare.
-Am pornit de la ideea de a face un personaj tip Tamagotchi care devine fericit când este încălzit (senzor de temperatură extern) și am ajuns la un sistem complet de minigame-uri de electronică.
 Proiectul este util pentru că stimulează dorința de a învăța electronică și de a construi circuite corecte, într-un mod interactiv și vizual.
 ===== Descriere Generală =====
-==== Tipuri de minigame-uri ====
+==== Minigame-uri ====
-^ # ^ Minigame ^ Descriere ^ Reward ^
+^ # ^ Minigame ^ Descriere ^ GPIO-uri ^ Status ^
-| 1 | Circuit minigame | Construiești un circuit real pe breadboard; ESP32 îl măsoară și validează | Fantoma animează o secvență de bucurie |
+| 0 | Potentiometer | Wiperul unui potențiometru; menții zona țintă random 3s | GPIO32 (ADC1 CH4) | ✓ Implementat |
-| 2 | Temperature minigame | Încălzești senzorul LM-35 cu mâna sau o sursă de căldură | Fantoma „se încălzește" vizual pe OLED |
+| 1 | RC circuit (6 config.) | Construiești R+C pe breadboard; ESP măsoară τ prin least-squares pe ln(V) | GPIO25 out, GPIO34 ADC | ✓ Implementat |
-| 3 | Metronome minigame | Reglezi două potențiometre pentru a seta frecvența și duty cycle-ul unui buzzer pasiv | Fantoma dansează pe ritmul setat |
+| 2 | Voltage divider | Doi rezistori în serie; ESP validează raportul de tensiune | GPIO25 out, GPIO34 ADC | ✓ Implementat |
-| 4 | Deadbeet rhythm game | ESP32 redă o secvență de LED-uri; utilizatorul o repetă folosind butoane tactile | Fantoma aplaudă dacă secvența e corectă |
+| 3 | RC low/high-pass filter | R+C; ESP măsoară răspunsul în frecvență la PWM | GPIO25 PWM, GPIO34 ADC | TODO |
+| 4 | Diode rectifier | Diodă + condensator pe semnal cosine 200Hz redresat; osciloscop live | GPIO25 DAC, GPIO34 ADC | ✓ Implementat |
+| 5 | Capacitor buffer | Condensatorul menține tensiunea după tăierea GPIO-ului | GPIO25 out, GPIO34 ADC | TODO |
+| 6 | Transistor switch | NPN în saturație (1kΩ bază); ESP conduce baza, măsoară Vc la colector | GPIO25 out (bază), GPIO34 ADC (colector) | ✓ Implementat |
+| 6b | NPN Amplifier | NPN în regim activ (1MΩ bază); ESP măsoară β real (Ib=2.6µA fix) | GPIO25 out (bază), GPIO34 ADC (colector) | ✓ Implementat |
+| 7 | LM-35 temperature | Senzor temperatură extern, output direct pe ADC | GPIO35 (ADC1 CH7) | TODO |
+| 8 | Deadbeet rhythm | ESP redă o secvență de LED-uri; utilizatorul o repetă pe butoane colorate | GPIO13/12/14 out (LED), GPIO19/17/16 in (R/G/B) | ✓ Implementat |
+| 9 | Metronome | Două potențiometre (BPM + duty cycle) + buzzer pasiv; ține 3s pentru pass | GPIO32, GPIO35 ADC; GPIO23 PWM | ✓ Implementat |
+Games 1–6b partajează GPIO25 și GPIO34 — circuitul de pe breadboard se schimbă între ele, nu pinii.
 ==== Schema bloc ====
-{{:pm:prj2026:theodor_ioan.buliga:tamagotchi.png?1000|}}
+{{:pm:prj2026:theodor_Ioan.buliga:tamagotchi.png?600|}}
 Modulele principale și interacțiunile dintre ele:
-  * **Interfața utilizator (WiFi 802.11 b/g/n)** — o pagină web servită direct de ESP32 prezintă minigame-ul curent și, pentru circuit minigame-uri, schema circuitului de construit
+  * **ESP-32 Devkit V1** — nucleul sistemului; orchestrează toate minigame-urile, conduce ambele OLED-uri și perifericele
-  * **ESP-32 Devkit V1** — nucleul sistemului; orchestrează toate minigame-urile, servește interfața web, conduce OLED-ul și perifericele
+  * **OLED SH1106 1.3"** — afișează fantoma permanent și starea ei (fericită / tristă / măsurând / celebrând)
-  * **OLED SH1106** — afișează fantoma și starea ei (fericită / tristă / măsurând)
+  * **OLED SSD1306 0.96"** — display dedicat minigame-urilor: instrucțiuni, bare de progres, osciloscop live
   * **Buzzer pasiv (PWM)** — folosit în metronome minigame
-  * **LED-uri (RGB)** — folosite în deadbeet rhythm game
+  * **LED-uri RGB** — folosite în deadbeet rhythm game
-  * **3 butoane tactile (GPIO)** — input pentru deadbeet rhythm game
+  * **Butoane tactile** — input pentru deadbeet rhythm game + butonul principal BTN_A (GPIO33)
-  * **ADC GPIO34** — măsurare circuit RC
+  * **ADC GPIO34** — măsurare circuite RC, voltage divider, rectifier, transistor, etc.
-  * **ADC GPIO35** — senzor temperatură LM-35
+  * **ADC GPIO35** — senzor temperatură LM-35 / duty cycle metronome
-  * **ADC GPIO32** — potențiometru minigame
+  * **ADC GPIO32** — potențiometru minigame / BPM metronome
 ===== Hardware Design =====
+==== Pinout ====
+=== Display-uri ===
+^ Display ^ Diagonală ^ Rol ^ Bus I2C ^ SDA ^ SCL ^ Adresă ^
+| SH1106  | 1.3" | Ghost — permanent activ | I2C0 (I2C_NUM_0) | GPIO18 | GPIO5 | 0x3C |
+| SSD1306 | 0.96" | Minigame support | I2C1 (I2C_NUM_1) | GPIO4 | GPIO15 | 0x3C |
+Ambele display-uri au adresa 0x3C — menținute pe bus-uri separate pentru a evita conflictul. Ambele sunt cablate pe Side 1 al DevKit-ului pentru cablaj curat.
+=== Pini minigame-uri ===
+^ # ^ Minigame ^ Circuit ^ Pini ^
+| 0 | Potentiometer | Wiper pot la ADC | GPIO32 (ADC1 CH4) |
+| 1 | RC circuit | R + C la GND | GPIO25 out, GPIO34 ADC |
+| 2 | Voltage divider | Doi rezistori în serie | GPIO25 out, GPIO34 ADC |
+| 3 | RC low/high-pass filter | R+C, măsurare răspuns frecvență | GPIO25 PWM, GPIO34 ADC |
+| 4 | Diode rectifier | Diodă + cap pe semnal cosine redresat | GPIO25 DAC, GPIO34 ADC |
+| 5 | Capacitor buffer | Cap menține tensiunea după GPIO cut | GPIO25 out, GPIO34 ADC |
+| 6 | Transistor switch | NPN saturație: 1kΩ bază, LED pe colector | GPIO25 out (bază 1kΩ), GPIO34 ADC (colector) |
+| 6b | NPN Amplifier | NPN activ: 1MΩ bază, 1kΩ colector, β real | GPIO25 out (bază 1MΩ), GPIO34 ADC (colector) |
+| 7 | Temperature LM-35 | Output LM-35 la ADC | GPIO35 (ADC1 CH7) |
+| 8 | Deadbeet rhythm | LED-uri secvență, butoane colorate repetă | GPIO13/12/14 out (R/G/B LED), GPIO19/17/16 in (R/G/B buton) |
+| 9 | Metronome | Două pot-uri + buzzer pasiv | GPIO32 ADC (BPM), GPIO35 ADC (duty), GPIO23 PWM |
+=== Pini ficși ===
+^ Pin ^ Rol ^
+| GPIO33 | BTN_A — buton principal (ISR, falling edge, debounce 300ms) |
+| GPIO23 | Buzzer PWM (metronome) |
 ==== Listă de piese ====
 ^ # ^ Componentă ^ Cantitate ^ Observații ^
 | 1 | ESP-32 Devkit V1 (DOIT) | 1 | Microcontroller principal |
-| 2 | Ecran OLED SH1106 1.3", 128×64, I2C | 1 | SDA→GPIO21, SCL→GPIO22 |
+| 2 | Ecran OLED SH1106 1.3", 128×64, I2C | 1 | SDA→GPIO18, SCL→GPIO5; display fantomă |
-| 3 | Senzor temperatură LM-35 | 1 | ADC→GPIO35 |
+| 3 | Ecran OLED SSD1306 0.96", 128×64, I2C | 1 | SDA→GPIO4, SCL→GPIO15; display minigame |
-| 4 | Butoane tactile | 3 | Deadbeet rhythm game |
+| 4 | Senzor temperatură LM-35 | 1 | ADC→GPIO35 |
-| 5 | LED-uri (preferabil RGB) | 3 | Deadbeet rhythm game |
+| 5 | Butoane tactile + set butoane colorate SYB-120 | 4+ | 3× deadbeet rhythm (R/G/B) + 1× BTN_A principal |
-| 6 | Buzzer pasiv | 1 | Metronome minigame (PWM) |
+| 6 | LED-uri RGB | 3 | Deadbeet rhythm game (R/G/B) |
-| 7 | Potențiometre | 2–3 | Metronome minigame + potentiometer minigame |
+| 7 | Buzzer pasiv | 1 | Metronome minigame (PWM GPIO23) |
-| 8 | Rezistențe, condensatoare, diode, fotorezistențe, tranzistoare | asortate | Pentru circuit minigame-uri |
+| 8 | Potențiometre | 2+ | 1× potentiometer minigame (GPIO32), 1× metronome duty (GPIO35); potențiometre colorate SYB-120 |
-| 9 | Fire de breadboard + breadboard | — | Conectică generală |
+| 9 | Rezistențe, condensatoare, diode | asortate | Pentru circuit minigame-uri (RC, divider, filter, rectifier) |
-| 10 | Smartphone (WiFi) | 1 | Interfața utilizator web |
+| 10 | Tranzistoare NPN 2N2222 | 2+ | Transistor switch minigame (1kΩ bază) + NPN amplifier (1MΩ bază) |
+| 11 | Kit breadboard SYB-120 (Optimus Digital) | 1 | 4 breadboard-uri, fire, butoane colorate, potențiometre |
+| 12 | Fire de breadboard | — | Conectică generală |
 ==== Scheme electrice ====
-**TODO:** Schemă electrică pentru circuitul RC (GPIO25 → R → C → GPIO34/GND)
+{{:pm:prj2026:theodor_Ioan.buliga:schema_rc.pdf|Schema hardware placa (PDF)}}
-**TODO:** Schemă electrică pentru voltage divider minigame
+**Voltage divider, RC circuit diode rectifier, transistor switch, NPN amplifier, deadbeet rhythm, metronome:** Vezi caietul cu ecuațiile și schemele pentru referință.
-**TODO:** Schemă electrică pentru LDR light sensor (divizor de tensiune cu fotorezistență)
+**TODO:** Schemă electrică pentru RC low/high-pass filter
-**TODO:** Schemă electrică pentru transistor switch (NPN, ESP conduce baza, măsoară colectorul)
+**TODO:** Schemă electrică pentru capacitor buffer
-**TODO:** Schemă electrică pentru deadbeet rhythm game (3 butoane + 3 LED-uri)
+**TODO:** Schemă electrică pentru LM-35 temperature sensor
-**TODO:** Schemă electrică pentru metronome minigame (2 potențiometre + buzzer pasiv)
 ==== Diagrame de semnal ====
-**TODO:** Diagramă semnal pentru RC circuit minigame — curba V(t) = V₀·(1 - e^(-t/τ)) capturată pe ADC, cu τ măsurat și τ țintă suprapuse
+Vezi caietul cu ecuațiile și schemele pentru referință.
-**TODO:** Diagramă semnal pentru deadbeet rhythm game — secvența ESP vs. secvența introdusă de utilizator
-==== Rezultatele simulării ====
-**TODO:** Nu se aplică direct — validarea se face pe hardware real. Eventual: simulare RC în Falstad Circuit Simulator pentru verificarea valorilor R și C.
 ===== Software Design =====
-**TODO:** De completat după implementare. Secțiuni planificate:
+==== Mediu de dezvoltare ====
-  * **Mediu de dezvoltare:** PlatformIO + ESP-IDF v5.x
+  * PlatformIO + ESP-IDF v5.x (framework-espidf)
-  * **Librării third-party:** niciuna — driver SH1106 custom, ADC oneshot driver (ESP-IDF built-in)
+  * Toolchain: xtensa-esp-elf
-  * **Algoritmi planificați:**
+  * Librării third-party: niciuna — drivere custom pentru SH1106 și SSD1306, ADC oneshot (ESP-IDF built-in)
-    * Curve fitting exponențial prin linearizare (ln) + least-squares — pentru RC minigame
-    * Web server HTTP minimal servit din flash (SPIFFS) — pentru interfața WiFi
+==== Arhitectură ====
-    * Sistem de stare al fantomei (fericită / neutră / tristă) cu animații OLED distincte
-    * Abstractizare generală „circuit minigame" (struct cu GPIO in/out, funcție de măsurare, criteriu de validare, toleranță)
+**Două task-uri FreeRTOS:**
+  * `ghost_task` — 8KB stack, rulează permanent la 50ms tick; gestionează animațiile fantomei, decayul de mood și spawn-ul minigame_task
-===== Rezultate Obținute =====
+  * `minigame_task` — 4KB stack, spawnat on-demand la apăsarea butonului; distrus la finalul minigame-ului
-**TODO:** De completat după finalizarea proiectului.
+**Abstractizare minigame (`minigame_t`):**
+<code c>
+typedef struct {
+    const char  *name;          // afișat pe SH1106 „NEXT:"
+    esp_err_t  (*init)(void);   // configurare GPIO/ADC
+    void       (*deinit)(void); // restaurare GPIO safe state
+    bool       (*run)(void);    // loop blocant; true = pass
+    uint8_t     mood_reward;    // puncte mood la PASS
+} minigame_t;
+</code>
+**Registry (`minigame_registry.c`):** progresie liniară; `registry_advance()` apelat indiferent de rezultat (pass sau abort).
+**Ghost state machine:** 5 stări — NEUTRAL, SAD, HAPPY, CELEBRATING, MEASURING. Decay de mood dependent de bandă (mai rapid la mood scăzut). Animații 2-frame per stare pe SH1106.
+**Buton (`g_minigame_btn`):** ISR pe GPIO33 (falling edge, debounce 300ms). Când un minigame este activ, apăsările sunt rutate prin `g_minigame_btn` — fiecare minigame își gestionează propria logică de stop/avans.
+==== RC Minigame — detalii algoritm ====
+configurații modulare, toți parametrii derivați din `tau_ms`:
+^ Config ^ R ^ C ^ τ ^ Concept ^
+| RC 100ms | 1kΩ | 100µF | 100ms | Rezistență mică → descărcare rapidă |
+| RC 200ms | 2kΩ | 100µF | 200ms | R dublu → τ dublu |
+| RC 500ms | 10kΩ | 2×100µF serie | 500ms | C serie reduce capacitatea |
+| RC 1s | 10kΩ | 100µF | 1s | Configurație de bază |
+| RC 2s | 10kΩ | 2×100µF paralel | 2s | C paralel dublează capacitatea |
+| RC 4s | 20kΩ (2× serie) | 2×100µF paralel | 4s | Compus — τ = R×C scalează cu ambii |
+  * `charge_ms = 6 × τ` (încărcare la 99.75% din Vs)
+  * `sample_interval_ms = 5τ / 128` (128 sample-uri acoperă 5τ)
+  * τ ≥ 500ms → osciloscop live (flush per sample); τ < 500ms → batch (toate sample-urile, un singur flush)
+  * τ calculat prin least-squares pe ln(V(t)) cu timestamps reale (`esp_timer_get_time()`)
+  * Toleranță ±35% pentru a acomoda toleranța componentelor electronice (condensatoare ±20%)
+==== TODO Software ====
+  * RC low/high-pass filter minigame
+  * Capacitor buffer minigame
+  * LM-35 temperature minigame
 ===== Concluzii =====
-**TODO:** De completat după finalizarea proiectului.
+Proiectul a atins obiectivul principal: 9 minigame-uri funcționale, fiecare cerând utilizatorului să construiască un circuit real pe breadboard și să îl valideze cu ESP32.
+Abstractizarea `minigame_t` s-a dovedit robustă — fiecare joc nou a necesitat modificări în exact 3 fișiere (minigame nou, `minigame_registry.c`, `minigame_rewards.h`), fără a atinge codul existent.
+Cea mai complexă măsurătoare: RC τ prin least-squares pe ln(V) cu timestamps reale, toleranță ±35% pentru componente reale. Cea mai vizuală: diode rectifier cu osciloscop live pe SSD1306 — 128 sample-uri la 200Hz, 2 cicluri complete pe ecran.
+GPIO25 și GPIO34 sunt partajate de 7 jocuri (RC, voltage divider, rectifier, transistor switch, NPN amplifier) — breadboard-ul se schimbă între minigame-uri, pinii nu. Aceasta a simplificat semnificativ cablajul permanent.
+Remaparea display-urilor pe Side 1 al DevKit-ului (SSD1306→GPIO4/15, SH1106→GPIO18/5) a eliminat firele lungi care traversau breadboard-ul.
+Rămân de implementat: RC filter, capacitor buffer și LM-35 — fiecare necesită aproximativ aceeași structură ca jocurile existente.
 ===== Download =====
 **TODO:** Arhivă cu sursele finale, README și instrucțiuni de compilare/flash.
 ===== Jurnal =====
   * **11 aprilie** — prima comandă: breadboard, SSD1306 (OLED 0.96" I2C), LM-35
   * **6 mai** — a doua comandă: ESP-32, SH1106 (OLED 1.3" I2C)
   * **10 mai** — primul demo funcțional: fantoma animată pe OLED, circuit RC pe breadboard, grafic al curbei de descărcare afișat pe ecran
+  * **16 mai** — sistem complet de abstractizare minigame (minigame_t, registry, două task-uri FreeRTOS); potentiometer minigame funcțional; RC circuit minigame: osciloscop live pe SSD1306, τ prin least-squares, 6 configurații modulare
+  * **18 mai** — deadbeet rhythm minigame implementat: secvență LED R/G/B generată de ESP, utilizatorul repetă pe 3 butoane
+  * **20 mai** — achiziție kit SYB-120 (4 breadboard-uri, butoane colorate, potențiometre) de la Optimus Digital
+  * **23 mai** — voltage divider minigame implementat
+  * **23 mai** — remapare display-uri pe Side 1: SSD1306→GPIO4/GPIO15, SH1106→GPIO18/GPIO5; butoane deadbeet remapate pe GPIO19/17/16
+  * **23 mai** — metronome minigame implementat: două potențiometre (BPM + duty cycle) + buzzer pasiv, hold 3s pentru pass
+  * **23 mai** — diode rectifier minigame implementat: DAC cosine 200Hz pe GPIO25, osciloscop live SSD1306, validare prin std dev < 100mV
+  * **24 mai** — NPN transistor switch minigame implementat (1kΩ bază, LED pe colector, pass dacă Vc/Vcc < 0.15); adăugat NPN_THEORY.md cu pinout 2N2222
+  * **26 mai** — NPN amplifier variant implementat: 1MΩ bază (Ib=2.6µA), SSD1306 afișează Vc, Ic și β real; pass dacă 20 ≤ β ≤ 800
 ===== Bibliografie/Resurse =====
-**TODO:** De completat. Resurse planificate:
   * Datasheet ESP32 — [[https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_datasheet_en.pdf]]
   * Datasheet SH1106 — [[https://www.displayfuture.com/Display/datasheet/controller/SH1106.pdf]]
+  * Datasheet SSD1306 — [[https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/SSD1306.pdf]]
   * Datasheet LM-35 — [[https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf]]
+  * Datasheet 2N2222 — [[https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/p2n2222a-d.pdf]]
   * ESP-IDF v5 I2C Master docs — [[https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/peripherals/i2c.html]]
   * ESP-IDF v5 ADC Oneshot docs — [[https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/peripherals/adc_oneshot.html]]
+  * ESP-IDF v5 DAC Cosine docs — [[https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/peripherals/dac.html]]
+  * ESP-IDF v5 FreeRTOS docs — [[https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/system/freertos.html]]
 <html><a class="media mediafile mf_pdf" href="?do=export_pdf">Export to PDF</a></html>