COORDONATOR ȘTIINȚIFIC Prof.univ.dr.ing. ȚEPELEA LA VINIU FLA VIUS ABSOLVENT HERING ANDREI-LA VINIU ORADEA 2017 ! 2 UNIVERSITATEA DIN ORADEA… [617328]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI DOMENIUL: INGINERIE ELECTRONICĂ, TELECOMUNICAȚII ȘI TEHNOLOGII INFORMAȚIONALE PROGRAMUL DE STUDIU: ELECTRONICĂ APLICATĂ FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ZI PROIECT DE DIPLOMĂ
COORDONATOR ȘTIINȚIFIC Prof.univ.dr.ing. ȚEPELEA LA VINIU FLA VIUS ABSOLVENT: [anonimizat] 2017

! 2

UNIVERSITATEA DIN ORADEA FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI DOMENIUL: INGINERIE ELECTRONICĂ, TELECOMUNICAȚII ȘI TEHNOLOGII INFORMAȚIONALE PROGRAMUL DE STUDIU: ELECTRONICĂ APLICATĂ FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ZI SISTEM DE AUTOMATIZARE PENTRU CASĂ INTELIGENTĂ
COORDONATOR ȘTIINȚIFIC Prof.univ.dr.ing. ȚEPELEA LA VINIU FLA VIUS ABSOLVENT: [anonimizat] 2017 ! 1

! 2

Cuprins Pagina Introducere 4 ………………………………………………………………………………………………..Capitolul 1. Prezentare Arduino 6 …………………………………………………………………1.1. Prezentare generală Arduino 6 …………………………………………………………..1.2. De ce Arduino? 7 ……………………………………………………………………………..1.3. Instalarea mediului de dezvoltare Arduino IDE 10 ……………………………….1.4. Funcții MATLAB 11 ………………………………………………………………………..1.5. Modelul Arduino Mega 2560 16 ………………………………………………………..1.6. Conversia și aritmetica imaginilor 18 …………………………………………………Capitolul 2. Prezentare Domoticz 20 ……………………………………………………………..2.1. Prezentare generală Domoticz 20 ………………………………………………………2.2. De ce am ales Domoticz? 21 ……………………………………………………………..Capitolul 3. Dispozitive folosite 30 …………………………………………………………………3.1. Modulul Ethernet ENC28J60 30 ………………………………………………………..3.2. Senzorul de temperatură DS18B20 32 ………………………………………………..3.3. Senzorul de mișcare PIR 34 ………………………………………………………………Capitolul 4. Descriere program SmartHome 50 ……………………………………………..4.1. Descriere program Arduino 51 …………………………………………………………..4.2. Descriere program Domoticz 53 ………………………………………………………..Concluzii 62 ………………………………………………………………………………………………….Bibliografie 64 ………………………………………………………………………………………………

Introducere Tema prezentei lucrări de disertație se referă la analiza unor metode de filtrare spațială a imaginilor computer tomografice (CT) utilizând raportul semnal zgomot. Tema prezentei lucrări de diploma face referire la introducerea conceptului ‘‘Internetul tuturor lucrurilor’’. Conceptul are în vedere NEXT PAGE

! 4

Capitolul 1 Prezentare Arduino 1.1. Prezentare generală Arduino Arduino este o platforma electronică open-source care facilitează utilizarea ușoară a componentelor hardware si software. Placa de dezvoltare Arduino este capabilă să primească diverse informații de la anumiți senzori sau să folosească diverși actuatori care sa execute anumite acțiuni. Pentru a programa placa trebuie trimis un set de instrucțiuni către microcontrolerul aflat pe placa utilizând mediul de dezvoltare(IDE) Arduino. De-a lungul timpului Arduino a fost in centrul multor proiecte științifice și obiectelor de zi cu zi. Ecosistemul Arduino beneficiază de suport larg din partea comunității cu membri din toata lumea. Contribuția membrilor la acest ecosistem este adaugată în fiecare zi la biblioteca online care este de mare ajutor atât membrilor noi cât și experților. Înainte de lansarea platformei Arduino programarea microcontrolerelor era foarte dificilă si implica costuri foarte mari pentru circuitele microcontrolerului și componentele de care erau nevoie pentru a pune in funcțiune sistemul. Deseori erau costuri și mai mari pentru mediul de dezvoltare care de multe ori era bazat pe un limbaj de programare propriu foarte greu de învățat. Platforma Arduino a schimbat toate aceste aspecte. 1.2. De ce platforma Arduino? Datorită simplității în utilizare, Arduino a fost folosit în mii de aplicații și proiecte. Mediul de dezvoltare Arduino este conceput astfel încât sa fie ușor de folosit de începători și suficient de flexibil pentru utilizatorii avansați. Software-ul este compatibil cu majoritatea sistemelor de operare incluzând Mac OS, Windows și multe distribuții Linux. Arduino simplifică procesul în ceea ce privește programarea microcontrolerelor oferind următoarele avantaje principale: -Economic – Costul de productie pentru o placă de dezvoltare Arduino este mult mai mic în comparație cu alte platforme. ! 5

-Cross-Platform – Mediul de dezvoltare Arduino rulează majoritatea sistemelor de operare. Alte platforme sunt limitate în general la sistemul de operare Windows. -Simplitate – Mediul de dezvoltare Arduino este foarte ușor de folosit pentru începători și oferă funcționalitate extinsă pentru utilizatorii avansați. -Open source – Mediul de dezvoltare Arduino este lansat ca un software de tip open source facilitând astfel lansarea de noi extensii de către programatorii experimentați. De asemenea toate schițele pentru plăcile de dezvoltare Arduino sunt publicate online astfel încât oricine poate sa își construiasca propria versiune. 1.3. Instalare mediului de dezvoltare Arduino IDE Arduino se poate folosi online folosind Arduino Web Editor sau offline folosind mediul de dezvoltare Arduino IDE. Arduino IDE se poate descărca de pe website-ul www.arduino.cc/download unde sunt disponibile pachetele pentru Windows, Mac OS X sau Linux. Dupa descărcarea versiunii dorite se vor urma pașii din cadrul pachetului de instalare. 1.4. Configurarea mediului de dezvoltare Arduino IDE Pentru programarea plăcilor de dezvoltare Arduino este necesar sa configurăm programul Arduino IDE. Configurarea Arduino IDE poate consta în modificări asupra modului de afișare a textului din aplicație, locația pentru salvarea schițelor, setări de limbă, nivelul de atenționări la compilare și multe alte opțiuni care sunt disponibile din meniul de setări a aplicației. În cadrul programului Arduino IDE ne putem folosi de librăriile existente în aplicație sau online. Pentru adaugarea librăriilor noi se va folosi modulul Manager Librării de unde se pot instala, actualiza sau dezinstala librăriile. Înainte de încărcarea schiței scrise pe placa de dezvoltare Arduino va trebui selectat portul de comunicație cu placa. ! 6

1.5 Placa de dezvoltare Arduino Mega 2560 Arduino Mega 2560 este o placă de dezvoltare bazata pe microcontrolerul ATmega2560. Placa are 54 de pini care se pot configure ca intrări sau ieșiri, 16 pini analog, 4 porturi seriale, un oscilator de cristal de 16 MHz, conexiune USB, mufă de alimentare, conector ICSP, și un buton de reset. Arduino Mega 2560 este compatibilă cu majoritatea shield-urilor existente pentru sistemele Arduino. Versiunea precedenta a acestei plă ci de dezvoltare se numește Arduino Mega.
Imagine http://www.robotshop.com/media/catalog/product/cache/1/image/900×900/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/a/r/arduino-mega-2560-microcontroller-rev3_3.jpg Capitolul 2 Prezentare Domoticz 2.1. Prezentare generală Domoticz ! 7MicrocontrolerATmega2560Tensiune de lucru5VTensiune de intrare (recomandat)7-12VTensiune de intrare (limite)6-20VPini digitali54(14 PWM)Pini analogici16Curent de ieșire40 mACurent de ieșire la pinul de 3.3V 50 mAMemorie Flash256 KB, 8 KB pentru bootloaderSRAM8 KBEEPROM4 KBFrecvență16 MHzDimensiuni101.52 mm x 53.3 mmGreutate37 g

Domoticz este un sistem gratuit si open source folosit pentru automatizarea casei care permite monitorizarea si configurarea diverselor dispozitive incluzând diverse comutatoare, sistemul de iluminat, diversi actuatori(servomotoare, yala electromagnetica), diverși senzori(temperatura, ploaie, vânt, radiații ultraviolet, contoare electrice, de apa sau de gaz si multe altele). Programul care asigură operarea sistemului poate fi instalat pe Raspberry PI, Windows, Linux, Mac OS X și este scris in limbajul de programare C++. Pentru o execuție a instrucțiunilor cât mai efecient Domoticz folosește propria interfață web care este proiectată in HTML5 și se adaptează automat diverselor rezoluții utilizate de calculatoare cât și dispozitivelor mobile. Domoticz este compatibil cu toate browserele. Prima versiune pentru acest sistem de automatizare a fost lansată în luna Decembrie 2012. 2.2. De ce am ales Domoticz? Platforma Domoticz este usor de adaptat diverselor cerinte, este compatibila cu foarte multi senzori si actuatori, se pot programa in cadrul sistemului diverse scenarii complexe folosind limbajul de programare LUA sau se poate opta pentru programarea folosind interfața Blockly aplicând noțiuni simple de logică. Domoticz este capabil să se interconecteze cu diverse interfețe hardware printre care Arduino, Raspberry PI, RFXcom, ZWave etc. Există și posibilitatea de stocare a informațiilor provenite de la senzori pe perioade destul de lungi în functie de spatiul de stocare disponibil. Platforma este actualizată periodic de catre comunitatea online. 2.3. Configurarea sistemului ! 8

Concluzii În cadrul acestui proiect de diplomă s-a urmărit realizarea unor programe în mediul de programare MATLAB care prin efectuarea unor măsurări cantitative obiective privind raportul semnal zgomot (SNR) să sprijine alegerea variantei celei mai eficiente de filtrare spațială pentru o aplicație dată a imaginilor CT, imagini care sunt caracterizate printr-un anumit tip de zgomot.
! 9Modulul ENC28J60Arduino UnoArduino MegaCSD10D53SID11D51SOD12D50SCKD13D52RESETRESETRESETINTD2D2VCC3.3 V3.3 VGNDGNDGND

Capitolul 3 Dispozitive folosite 2.1. Modulul Ethernet ENC28J60 Acest modul este folosit pentru conectarea plăcii Arduino și a întregului proiect la reteaua locala si la internet. Modulul funcționeaza cu majoritatea plăcilor de dezvoltare Arduino, incluzând Arduino Uno, Mega și Nano. Modulul folosește un oscilator integrat in chipul ENC28J60 care opereaza la frecventa 25 MHz. Modulul suportă negocierea vitezei la 10 Mbps Half-Duplex sau Full-Duplex. Pentru comunicarea in regim Full-Duplex atât modulul cât și nodul la care este conectat trebuie configurate pentru operarea in regim Full-Duplex. Pentru acest modul în cadrul proiectului se va folosi librăria oficială UIPEthernet. http://www.fut-electronics.com/wp-content/plugins/fe_downloads/Uploads/Ethernet-Module-ENC28J60-Arduino.pdf Poza: http://www.hobbymarket.ro/images/ENC28J60%20Ethernet%20Module.JPG https://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/datasheets/BreakoutBoards/39662b.pdf
2.2. Senzorul de temperatură DS18B20 ! 10

Senzorul digital de temperatură DS18B20 este capabil sa măsoare temperatura cu o precizie între 9 si 12 biți. DS18B20 primește și trimite informațiile prin interfața 1-Wire astfel încât pe langă firul de masă se mai folosește doar un fir pentru conectarea la un microprocesor, în cazul nostru placa de dezvoltare Arduino. În acest fel nu este necesar încă un fir suplimentar pentru alimentarea senzorului. Interfața 1-Wire este dezvoltata de compania Dallas Semiconductor și este similara cu interfața I²C diferența constând în faptul că aceasta interfață este folosită pentru distanțe mai lungi însă la viteze de transfer mai mici. Fiecare senzor conține o serie unică astfel pe aceași magistrala 1-Wire pot exista mai mulți senzori. Senzorul poate măsura temperatura în intervalul -55°C pana la +125°C cu o precizie de ±0.5°C între -10°C și +85°C având un timp de raspuns de 750 ms. Alimentarea senzorului se poate face la curent continuu între 3 V si 5,5 V . Senzorul se folosește și ca sonda astfel prin construcție este încastrat într-un material rezistent la apa și se poate folosi și în medii cu apa. https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Temp/DS18B20.pdf 2.2. Senzorul de mișcare PIR Senzorul de mișcare este folosit în cele mai multe cazuri pentru a detecta dacă o persoană se află in raza sa de acțiune. Acest senzor foloseste un senzor piroelectric care detectează nivelurile de radiații infraroșu. Fiecare obiect sau persoana emite o anumită cantitate de radiație infraroșu, cu cât suprafața este mai calda cu atât cantitatea de radiații este mai mare. Sensorul este împărțit în două jumătăți pentru a putea compara nivelul de radiații infraroșii. https://cdn-learn.adafruit.com/downloads/pdf/pir-passive-infrared-proximity-motion-sensor.pdf ! 11

2.3. Modul cu 4 relee Modulul releu combină puterea de procesare a plăcii Arduino cu posibilitatea de a folosi dispozitive care necesita lucrul cu tensiune mai mare sau curenți mai mari. Modulul foloseste relee care se pot folosi la o intensitate de 7A și o tensiune de până la 28V curent continuu sau o intensitate de 10A și o tensiune de până la 250V curent alternativ. Fiecare releu are cate un contact normal închis și normal deschis. Cu aceste relee se pot comanda de regulă: prize, motoare, becuri, diverse echipamente electronice, alte relee. Modulul de 4 relee este alimentat cu o tensiune de 5V . Releele sunt comandate folosind tensiuni mici pe pini aferenți fiecărui releu. Fiecare releu este izolat față de celălalt folosind optocuploare.
! 12

Bibliografie 1.S. Curilă, M. Curilă, Tehnici de prelucrare a imaginilor utilizate la recunoașterea formelor, Editura Universității din Oradea, 2004. 2.A. Gacsádi, C. Grava, O. Straciuc, I. Gavriluț, PDE-Based Medical Images Denoising Using Cellular Neural Networks, IEEE Proceedings of the International Symposium on Signals Circuits and Systems (ISSCS 2009), V ol. 2, July 9-10, 2009, Iași, România, pp. 397-400. 3.M. Ghinea, V . Firețeanu, MATLAB. Calcul numeric – grafică – aplicații, Editura Teora, București, 1997. 4.C. Grava, V . Buzuloiu, Elemente de prelucrarea și analiza imaginilor, Editura Universității din Oradea, 2007. 5.C. Grava, Șt. Ciurel, V . Buzuloiu, Principii ale aparatelor de imagistică medicală, Editura Universității din Oradea, 2004. 6.A. K. Jain, Fundamentals of Digital Image Processing, Editura Prentice-Hall Inc., 1989. 7.Al.M. Morega, Introducere în imagistica medicală, Editura MatrixRom, București, 2002. 8.S. Nedevski, Prelucrarea Imaginilor și Recunoașterea Formelor, Editura Albastră, Cluj-Napoca, 1998. 9.A. Vlaicu, Prelucrarea digitală a imaginilor, Editura Albastră, Cluj-Napoca, 1997. 10.C. Vertan, Prelucrarea și analiza imaginilor, Editura Printech, București, 1999. 11.*** MATLAB® 7 Documentation Set, http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/techdoc/index.html?/access/helpdesk/help/techdoc/matlab.html&http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/helpdesk.html 12.*** Image Processing Toolbox™ 6, Documentation Set, ! 13

http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/toolbox/images/index.html?/access/helpdesk/help/toolbox/images/
! 14