Differences
This shows you the differences between two versions of the page.
|
pm:prj2026:vlad.radulescu2901:daria.campeanu [2026/05/06 00:11] daria.campeanu created |
pm:prj2026:vlad.radulescu2901:daria.campeanu [2026/05/24 00:36] (current) daria.campeanu |
||
|---|---|---|---|
| Line 1: | Line 1: | ||
| ====== Alcohol-Lock ====== | ====== Alcohol-Lock ====== | ||
| + | ===== Introducere ===== | ||
| + | Proiectul **Alcohol-Lock** este un sistem de siguranță activă destinat vehiculelor, conceput pentru a condiționa pornirea motorului de starea de sobrietate a șoferului. Dispozitivul măsoară concentrația de alcool din aerul expirat, procesează datele în timp real și acționează un mecanism de blocare simulat, asigurând în același timp stocarea istoricului de testări pe un suport extern. | ||
| + | Sistemul vizează eliminarea erorii umane în autoevaluarea capacității de condus, oferind o barieră tehnică obiectivă împotriva condusului sub influența alcoolului. | ||
| + | ===== Descriere generală ===== | ||
| + | Dispozitivul integrează module de achiziție date, control și stocare pentru a îndeplini următoarele funcții: | ||
| + | * **Monitorizare**: Detectarea precisă a vaporilor de alcool folosind un senzor electrochimic. | ||
| + | * **Control Interlock**: Blocarea sau deblocarea contactului auto (simulată prin servomotor) în funcție de pragul legal setat. | ||
| + | * **Avertizare**: Semnalizarea vizuală și acustică a stării sistemului și a tentativelor de pornire neautorizate. | ||
| + | * **Data Logging**: Înregistrarea fiecărei măsurători pe un card microSD pentru trasabilitatea utilizării vehiculului. | ||
| + | ==== Schemă Bloc ==== | ||
| + | {{:pm:prj2026:vlad.radulescu2901:alcohol_lock.png?800|Schema Bloc Alcohol-Lock}} | ||
| + | ===== Hardware Design ===== | ||
| + | ==== Componente hardware ==== | ||
| + | ^ Componentă ^ Cantitate ^ Scop ^ | ||
| + | | Microcontroler **ATmega328P** | 1 | Unitatea centrală de procesare și control | | ||
| + | | Senzor Alcool **MQ-3** | 1 | Achiziția semnalului analogic pentru concentrația de alcool | | ||
| + | | **Modul cititor Card SD** | 1 | Interfață pentru salvarea datelor pe suport extern | | ||
| + | | **Servomotor SG90** | 1 | Simulare mecanică pentru blocarea contactului (PWM) | | ||
| + | | **LCD 16x2 cu adaptor I2C** | 1 | Afișarea concentrației și a mesajelor de stare | | ||
| + | | **Buzzer Pasiv** | 1 | Semnalizare acustică a pragurilor critice | | ||
| + | | **LED-uri** (Roșu/Verde) | 2 | Indicarea vizuală a permisiunii de pornire | | ||
| + | | **Buton Push** | 1 | Declanșarea manuală a procesului de testare | | ||
| + | | **Breadboard Full-size** | 1 | Suport pentru realizarea montajului experimental | | ||
| - | ===== 1. Introducere ===== | + | ==== Pinii folosiți ==== |
| - | Acest proiect propune realizarea unui sistem de siguranță auto care condiționează pornirea motorului de rezultatul unui etilotest digital. Obiectivul principal este creșterea siguranței rutiere prin blocarea accesului la volan persoanelor care au consumat alcool. Sistemul măsoară nivelul de alcool din aerul expirat și acționează un mecanism de blocare simulat, oferind în același timp informații despre timpul necesar pentru revenirea la o stare de sobrietate. | + | |
| - | ===== 2. Descriere Generală ===== | + | ^ Componentă ^ Pin ATmega328P ^ Tip semnal ^ Justificare ^ |
| - | Dispozitivul este construit în jurul microcontrolerului **ATmega324P** și îndeplinește următoarele funcții: | + | | Senzor MQ-3 | PC0 (A0) | Intrare analogică | PC0 este conectat la ADC0; semnalul MQ-3 este tensiune continuă 0–5V proporțională cu concentrația de alcool | |
| - | * **Măsurare**: Utilizează un senzor analogic **MQ-3** pentru a detecta concentrația de alcool prin modulul **ADC**. | + | | Buton START | PD2 | Intrare digitală (INT0) | PD2 este legat la întreruperea externă INT0, permițând detecția apăsării fără polling continuu | |
| - | * **Decizie și Execuție**: Un **servomotor** (controlat prin **PWM**) simulează contactul mașinii: rămâne blocat dacă alcoolemia este peste limită și se rotește la 90 de grade dacă testul este negativ. | + | | LED Verde | PD6 | Ieșire digitală | Pin digital liber, curent maxim 40 mA — suficient pentru LED cu rezistență 220 Ω | |
| - | * **Interfațare**: Rezultatele și timpul estimat până la sobrietate sunt afișate pe un **LCD 16x2** cu adaptor **I2C**. | + | | LED Roșu | PD7 | Ieșire digitală | Simetric cu LED-ul verde | |
| - | * **Alerte**: Sistemul include un **buzzer** pentru alerte acustice și **LED-uri** pentru semnalizare vizuală (roșu/verde). | + | | Buzzer Pasiv | PB0 | Ieșire digitală | Buzzerul pasiv necesită ton generat prin tone(); compatibil cu Timer2 intern | |
| - | * **Monitorizare PC**: Valorile brute sunt transmise în timp real prin **UART** către un terminal serial pentru calibrare. | + | | Servomotor SG90 | PB1 (OC1A) | PWM (Timer1, 16 biți) | Servomotorul necesită PWM la 50 Hz; PB1 conectat la Timer1 pe 16 biți, singura sursă cu rezoluție suficientă | |
| + | | LCD SDA | PC4 (SDA) | I2C date | Pin hardware SDA al modulului I2C intern — fix pe PC4 | | ||
| + | | LCD SCL | PC5 (SCL) | I2C ceas | Pin hardware SCL al modulului I2C intern — fix pe PC5 | | ||
| + | | SD Card CS | PB2 | Ieșire digitală (SPI CS) | Chip Select activ LOW; ales liber dintre pinii digitali disponibili | | ||
| + | | SD Card MOSI | PB3 (MOSI) | SPI date ieșire | Pin hardware SPI al ATmega328P — fix pe PB3 | | ||
| + | | SD Card MISO | PB4 (MISO) | SPI date intrare | Pin hardware SPI al ATmega328P — fix pe PB4 | | ||
| + | | SD Card SCK | PB5 (SCK) | SPI ceas | Pin hardware SPI al ATmega328P — fix pe PB5 | | ||
| - | ===== 3. Componente Utilizate ===== | + | ==== Schema electrică ==== |
| - | ^ Componentă ^ Rol ^ Protocol / Pin ^ | + | |
| - | | ATmega324P | Microcontroler principal | - | | + | |
| - | | Senzor MQ-3 | Analiza vaporilor de alcool | ADC (PA0) | | + | |
| - | | LCD 16x2 I2C | Afișare BAC și timp de așteptare | I2C (SDA/SCL) | | + | |
| - | | Servomotor SG90 | Simulare interlock (contact motor) | PWM (Timer 1) | | + | |
| - | | Buzzer & LED-uri | Alerte acustice și vizuale | GPIO / PWM | | + | |
| - | | Adaptor Serial-USB | Transmitere date către PC | UART | | + | |
| - | ===== 4. Schema Bloc ===== | + | {{ :pm:prj2026:vlad.radulescu2901:schema-electrica-alcohol-lock.jpeg?800 |Schema electrică Alcohol-Lock}} |
| - | {{:pm:prj2026:vlad.radulescu2901:safedrive_block_diagram.png?600 |Schema Bloc SafeDrive}} | + | |
| - | * **Input**: Senzor MQ-3 (PA0), Buton declanșare test (PD2 - Întrerupere externă). | + | {{ :pm:prj2026:vlad.radulescu2901:project-alcohol-lock.jpeg?300 |}} |
| - | * **Procesare**: ATmega324P (folosind modulele ADC, PWM, I2C, UART). | + | |
| - | * **Output**: LCD (SDA/SCL), Servomotor (OC1A), Buzzer, LED-uri. | + | |
| - | ===== 5. Schema Electrică ===== | ||
| - | {{:pm:prj2026:vlad.radulescu2901:schema_electrica_safedrive.png?600 |Schema Electrică SafeDrive}} | ||
| - | Conexiuni principale: | + | <html><a class="media mediafile mf_pdf" href="?do=export_pdf">Export to PDF</a></html> |
| - | * **Senzor MQ-3**: VCC la 5V, GND la GND, AO la pinul **PA0**. | + | |
| - | * **LCD I2C**: VCC, GND, SDA la **PC1**, SCL la **PC0**. | + | |
| - | * **Servomotor**: VCC, GND, Semnal la pinul **PD5** (OC1A). | + | |
| - | * **Buzzer**: Conectat la un pin digital (ex. **PB0**). | + | |
| - | * **Buton**: Conectat la pinul **PD2** (folosind rezistență de pull-up internă). | + | |
| - | ===== 6. Jurnal de Progres ===== | + | ===== Software Design ===== |
| - | * **Etapa 1**: Definirea conceptului și alegerea componentelor. | + | |
| - | * **Etapa 2**: Achiziționarea senzorului MQ-3, a servomotorului și a ecranului I2C. | + | ==== Stadiul actual al implementării software ==== |
| - | * **Etapa 3**: Implementarea codului pentru citirea ADC și controlul PWM pentru servo. | + | Proiectul software este complet funcțional și structurat modular pe straturi de abstractizare hardware: |
| + | * **adc.c / adc.h**: Inițializare și citire ADC pentru senzorul MQ-3. | ||
| + | * **button.c / button.h**: Gestionarea butonului pe pinul PD2 folosind întreruperea externă INT0. | ||
| + | * **lcd_i2c.c / lcd_i2c.h**: Driver I2C scris direct pe registre pentru ecranul LCD. | ||
| + | * **servo.c / servo.h**: Controlul servomotorului prin generare de semnal PWM la 50Hz folosind Timer1. | ||
| + | * **sd_logger.c**: Interfațarea cu sistemul de fișiere Petit FatFs pentru înregistrarea istoricului de măsurători. | ||
| + | |||
| + | ==== Motivarea alegerii bibliotecilor folosite ==== | ||
| + | Pentru a eficientiza spațiul redus de memorie al microcontrolerului ATmega328P, s-au scris drivere directe pe registre și s-a adăugat o singură bibliotecă externă compactă: | ||
| + | * **Petit FatFs (R0.02)**: S-a ales varianta simplificată dezvoltată de ChaN pentru sistemul de fișiere FAT. Aceasta nu utilizează alocare dinamică în memoria RAM și scrie direct în blocul de sectoare deja existente ale fișierului LOG.TXT, economisind resurse hardware critice. | ||
| + | |||
| + | ==== Elementul de noutate al proiectului ==== | ||
| + | Proiectul realizează un dispozitiv de siguranță autonom bazat pe Edge Processing. Calculele matematice pentru determinarea concentrației clinice (mg/L) din rezistența brută a senzorului sunt executate local, în timp real, direct pe cip. Totodată, componenta de Data Logger securizează utilizarea vehiculului printr-o jurnalizare continuă pe card, formând o barieră tehnică ce previne pornirea neautorizată a motorului. | ||
| + | |||
| + | ==== Justificarea utilizării funcționalităților din laborator ==== | ||
| + | Sistemul pune în practică concepte fundamentale din laboratoarele de Proiectare cu Microprocesoare: | ||
| + | * **ADC**: Conversia semnalului analogic de la senzor utilizând un prescaler stabil de 128. | ||
| + | * **Întreruperi Externe**: Detecția apăsării butonului pe pinul PD2 (INT0) pe front căzător, eliminând polling-ul din bucla principală. | ||
| + | * **Timere și PWM**: Utilizarea Timerului 1 hardware în mod Phase and Frequency Correct PWM cu registrul ICR1 setat la valoarea 40000 pentru a asigura frecvența stabilă de 50Hz a servomotorului. | ||
| + | * **Protocoale Seriale**: SPI hardware în mod Master pentru scrierea pe cardul SD și TWI hardware la 100kHz pentru ecranul LCD. | ||
| + | |||
| + | ==== Scheletul proiectului și validarea ==== | ||
| + | Aplicația funcționează sub forma unei mașini de stări rulate într-o buclă infinită: | ||
| + | |||
| + | * **1. Așteptare**: Sistemul stă în repaus până când rutina de întrerupere de la buton modifică flag-ul intern. | ||
| + | * **2. Citire și Procesare**: Se prelevează valoarea ADC și se transformă prin calcul în alcoolemie mg/L. | ||
| + | * **3. Salvare**: Datele finale sunt înregistrate imediat pe cardul SD în fișierul LOG.TXT. | ||
| + | * **4. Decizie Interlock**: Dacă alcoolemia depășește pragul de 0.15 mg/L, servomotorul rămâne blocat, se aprinde LED-ul Roșu și buzzerul sună alert. Dacă șoferul este treaz, se aprinde LED-ul Verde, iar servomotorul deblochează contactul. | ||
| + | |||
| + | Validarea s-a făcut prin monitorizarea mesajelor de debug pe interfața UART și prin citirea ulterioară a cardului SD pe un PC pentru a asigura scrierea corectă a datelor text. | ||
| + | |||
| + | ==== Demo Video ==== | ||
| + | Demonstrația practică a funcționării sistemului în ambele cazuri de testare: | ||
| + | |||
| + | [[AICI_VA_FI_LINK_UL_TAU_DE_YOUTUBE|Demo Video Alcohol-Lock - YouTube]] | ||
| + | |||
| + | * **Cazul Sobru**: Se detectează o concentrație sigură (0.00 mg/L), se aprinde LED-ul Verde și servomotorul deblochează contactul. | ||
| + | * **Cazul Alcool detectat**: La apropierea vaporilor de alcool, ecranul afișează valoarea depășită și alerta "Nu poti conduce!", fiind acompaniată de aprinderea LED-ului Roșu și sunetul de avertizare al buzzerului. | ||
| + | |||
| + | ==== Calibrarea senzorului ==== | ||
| + | Senzorul MQ-3 își modifică rezistența internă la contactul cu alcoolul. Calibrarea s-a făcut folosind valoarea determinată experimental în aer curat R0 = 60.0 kΩ și o rezistență de sarcină RL = 10.0 kΩ: | ||
| + | * Tensiunea de ieșire se obține din raportul valorii brute ADC raportat la 1024 pași. | ||
| + | * Se determină rezistența curentă a senzorului Rs pe baza divizorului de tensiune. | ||
| + | * Concentrația finală în mg/L se calculează pe baza raportului dintre Rs și R0 folosind coeficienții curbei logaritmice din fișa tehnică. | ||
| + | * Valorile reziduale mici, sub 0.25 mg/L, sunt interpretate automat ca fiind 0.0 mg/L pentru a elimina zgomotul de fond. | ||
| + | |||
| + | ==== Optimizări software realizate ==== | ||
| + | * **Oprirea PWM-ului la repaus**: În servo.c, funcția servo_lock decuplează semnalul PWM din registre și pune pinul PB1 direct pe starea LOW. Acest lucru elimină vibrațiile parazite ale servomotorului și scade consumul de curent când nu se face mișcare. | ||
| + | * **Eliminarea operanzilor float din sprintf**: Pentru a salva spațiu prețios în memoria Flash, valoarea float a fost extrasă prin conversie directă în două variabile întregi separate (partea întreagă și partea zecimală), salvând peste 15% din spațiul de stocare al programului. | ||
| + | * **Forțarea salvării pe card (Flush)**: Imediat după scrierea textului, se apelează funcția de încheiere cu parametri nuli din Petit FatFs. Acest lucru golește bufferul RAM direct în memoria nevolatilă a cardului, securizând logurile în cazul unei deconectări bruște a bateriei vehiculului. | ||
