SafeDrive este un sistem embedded de siguranță conceput pentru a simula funcționalitatea dispozitivelor comerciale de tip Alcolock. Obiectivul său principal este de a evalua concentrația de alcool din aerul expirat de șofer și de a preveni activ pornirea motorului vehiculului dacă limita legală este depășită.

Motivația din spatele acestui proiect este construirea unei aplicații tangibile, menite să salveze vieți, care face legătura între senzorii hardware de bază și sistemele de siguranță activă. Prin renunțarea la mediul standard Arduino, acest proiect servește drept un exercițiu complex de programare AVR. Acesta provoacă dezvoltatorul să orchestreze perfect multiple periferice hardware — cum ar fi ADC pentru procesarea semnalelor analogice, SPI pentru gestionarea sistemului de fișiere, I2C pentru afișarea datelor și Timerele hardware pentru generarea semnalului audio digital — într-o singură aplicație unitară, bazată pe întreruperi.

Întregul flux operațional este orchestrat de microcontrolerul ATmega328P. Arhitectura sistemului este împărțită în patru blocuri logice principale:

• Pornire bazată pe Întreruperi (Interrupt-Driven): Interacțiunea începe când utilizatorul apasă butonul de “Contact”. În loc să irosească cicluri de procesor verificând constant starea butonului (polling), sistemul se bazează pe o Întrerupere Externă (INT0) pentru a se trezi instantaneu și a declanșa secvența de testare.
• Procesarea Semnalelor Analogice: Un senzor de gaz MQ-3 furnizează continuu o tensiune analogică proporțională cu concentrația de alcool către ADC-ul microcontrolerului.
• Feedback Vizual în Timp Real: Stările sistemului, instrucțiunile pentru utilizator (ex: “Va rugam suflati”, “Motor Blocat”) și citirile senzorului sunt trimise către un ecran LCD 1602. Comunicarea este gestionată eficient prin protocolul I2C folosind un expandor PCF8574.
• Sistem de Alertă Multimedia: Dacă sistemul detectează un test picat, simulează blocarea motorului (indicată de un LED Roșu) și declanșează o avertizare sonoră. Microcontrolerul montează un card MicroSD via SPI, citește un fișier audio digital (.wav) și controlează un difuzor de 8Ω folosind semnale Fast PWM de înaltă frecvență.

Tabelul de mai jos detaliaază componentele necesare pentru a construi prototipul SafeDrive:

Alocarea pinilor nu a fost aleatorie, ci a respectat strict arhitectura internă a microcontrolerului ATmega328P:

• Modul MicroSD (SPI): Sunt folosiți pinii hardware SPI dedicați: PB2 (CS), PB3 (MOSI), PB4 (MISO) și PB5 (SCK). Utilizarea perifericului SPI hardware este obligatorie pentru a atinge viteza necesară citirii fișierelor audio fără lag.
• Ecran LCD (I2C): Sunt folosiți pinii PC4 (SDA) și PC5 (SCL). Aceștia sunt pinii hardware dedicați magistralei TWI (Two-Wire Interface).
• Ieșire Audio (WAV): Este utilizat pinul PB1 (D9). Acest pin corespunde ieșirii OC1A, fiind legat direct la Timer-ul 1 pe 16-biți, necesar pentru a genera semnale Fast PWM de înaltă frecvență.
• Senzor MQ-3 (Analog Out): Este conectat la PC1 (A1), un canal direct al convertorului Analog-Digital (ADC) intern.
• LED-uri RGB și Buzzer: Sunt conectate la pini GPIO standard (PD2, PD4, PD7 pentru LED; PB0 pentru buzzer), deoarece necesită doar comutare digitală simplă (HIGH/LOW).
• Buton (Contact): Este conectat la PC0 (A0) și utilizează o întrerupere de tip PCINT (Pin Change Interrupt) pentru a trezi sistemul din modul sleep.

• Magistralele de alimentare: Toate modulele împart o alimentare comună. Magistrala de +5V și cea de GND sunt distribuite printr-un breadboard de la pinii de putere ai plăcii Xplained Mini.
• Protecția logică: Butonul de contact utilizează o rezistență de pull-down de 10kΩ pentru a asigura un nivel logic LOW (0V) stabil atunci când nu este apăsat. LED-urile RGB sunt protejate de rezistențe limitatoare de curent de 220Ω pe fiecare canal.
• Filtrarea Audio: Semnalul PWM generat de microcontroler este digital (unde dreptunghiulare). Pentru a fi transformat într-un semnal audio analogic ascultabil, trece printr-un convertor digital-analogic (DAC) pasiv, format dintr-un filtru RC trece-jos (Rezistență 1kΩ în serie și Condensator 100nF în paralel spre GND), înainte de a intra în modulul amplificator.

Firmware-ul pentru SafeDrive este scris integral în C, manipulând direct regiștrii AVR pentru a asigura o performanță maximă și un consum minim de memorie (SRAM).

• IDE & Toolchain: Visual Studio, PlatformIO
• Logica Principală de Implementare:
  • Supra-eșantionare și Mediere ADC: Pentru a atenua zgomotul inerent al senzorului MQ-3, ADC-ul este configurat să preia mai multe eșantioane rapide într-o fereastră de 3 secunde. Aceste citiri sunt mediate pentru a produce o valoare finală extrem de stabilă.

În imaginile de mai sus este prezentat montajul fizic preliminar pe breadboard. Pentru a valida conexiunile și funcționalitatea, a fost realizat un test independent al senzorului de alcool MQ-3.

Prin intermediul unei interfețe shell de test, comanda analogread A1 demonstrează capacitatea microcontrolerului de a prelua date analogice corecte de la senzor. Acest lucru validează atât alimentarea senzorului (parcurgerea cu succes a fazei de încălzire), cât și integritatea magistralei ADC interne a microcontrolerului.

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.

Cod Sursă (GitHub): SafeDrive Public Repository

Export to PDF