Casă inteligentă [618316]

Universitatea “Politehnica” din București
Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației

Casă inteligentă

Proiect de diplom ă

prezentat ca cerin ță par țială pentru ob ținerea titlului de
Inginer în domeniul Electronică și Telec omunica ții
programul de studii de licen ță Microelectronică, Optoelectronică și
Nanotehnologii

Conducător lucrare: Absolvent :
Ș.L. Dr. ing. Octaviana Datcu Tache Ionuț -Alexandru

2019

DECLARATIE DE ONESTITATE

Cuprins
Listă figuri ………………………………………………………. ……………………………………………………………………. …9
Listă tabele……………………………………………………………………………………. …………………………………….. …11
Listă acroni me………. …………………………………………………………………………………………………………… …..13
Introducere ……………………………….. ……………………………………………………… …………………………………. .15
Capitolul 1. Definiție, descriere casă inteligentă ………….. ……………………………………………………………17
1.1 Utilizare a unei case inteligente ……………. …….. ……………………………………………. ……………………18
1.2 Funcții principale ……………………………………………………………………. ……………………………………18
1.3 Alcătuirea sistem ului…………………………………… ……………………………………………………………….19
1.4 Avantaje …………………………………. ……………………………………………………………….. …………………19
1.5 Dezavantaj e…………………………………………………………………………………………………………….. …..20
1.6 Clasificare după funcționalitate ………………………….. ………………………………………………………….20
1.7 Controverse …………………………………………………………………………….. …………………………………..20
1.8 Vulnerabilitate ………………………………………………………………………………………………………………21
1.9 Aplicațiile casei inteligente ……………………… …………………………………………………………………….21
1.10 Mai multe despre Internet of Things (IoT) …………………………………………… ……………………….21
Capitolul 2. Noțiuni teor etice……………………………………………………………………………………………………23
2.1 Algoritmul PID …………………………………………… ……………………………………………….. …………….23
2.1.1 Componenta proporțională P ………………………………………………………………………….. …….24
2.1.2 Componenta integrală I …………………………………………………………………. …………………….24
2.1.3 Componenta diferențială D …………………………………………………………………………………..25
2.1.4 S etarea parametrilor ……………………………………………….. …………………………………………..26
2.1.5 Aplicații ………………………………………………………………………………………. …………………….26
2.2 Semnal PWM ………………….. ………………………………………………………. ………………………………..27
2.3 Senzori ………………………………………………. ………………………………………….. ……………………. …..29
Capitolul 3. Proiectarea unui sistem de control al temperaturii …………………………………………………31
3.1 Descrierea componentelor …………………. ………………………………………………………………… ……31
3.1.1 Placa de dezvoltare Arduino Uno ……………………………………………………………………….31
3.1.2 Modulul Blueto oth HC -05………………………………………………………… ………………………33
3.1.3 Module RF 433Mhz …………………………………………………………………………………………34

3.1.4 Modul cu 2 relee…………………………………… ……………………….. ……………………………….36
3.1.5 Ventilator……………………………………………………………………….. ……………………… ………37
3.1.6 Senzor de temperatură DHT22 ………………………………………………………………….. ………38
3.1.7 Convertor USB -TTL…………………………………………………………………… ………………. ….39
3.1.8 PCB …………………………… …………………………………………………………………………………. 40
3.1.9 Aplicația Android …………………. ………………………………….. ……….. …………………………..44
3.2 Diagrama bloc ……………………… ………………………………………………………………………………….45
Capitolul 4. Integrarea componentelor și interpretarea datelor …………….. ………………………. ………..47
4.1 Încărcarea Bootloader -ului………………………………………………………………….. …………………….47
4.2 Măsurarea temperaturii …………………………………. ……….. …………………….. ………………………….4 8
4.3 Utilizarea modulului Bluetooth ………………………………………………………………….. ………………50
4.4 Pornirea ventilatorului …………………… ……….. …………………………………… ……………. …………….51
4.5 Pornirea sistemului de încălzire și menținerea unei temperaturi constante ……………… ………..53
Contribuții personale și concluzii …………………………………………………………………………….. ……………… .57
Referi nțe………………………………………………………………………………………………………….. ……………………..59
Anexa 1 . Codul complet …………………………………………………………………….. ……………………………… …….61

Listă figuri
Figura 1 .1 Alcătuir ea unei case inteligente …………… ……………………………………….. …………………………… ..17
Figura 1.2 Paradigma inteligentă de aca să cu conectivitate cloud opți onală ………………………………….. ……19
Figura 1.3 Controlul centralizat al tuturor dispozitivelor din casă ……………………………………………… ……..22
Figura 2. 1 Schema bloc a regulatorului PID………………………………………………………………….. …………. …..23
Figura 2.2 Răspunsul în timp pentru semnalul treaptă folosind trei valori diferite pentru Kp ………… ………24
Figura 2. 3 Răspunsul în timp pentru sem nalul treaptă folosind trei valori diferite pentru Ki ……….. ………..25
Figura 2. 4 Răspunsul în timp pentru semnalul treaptă folosind trei valori diferite pentru K d……………. ………..25

Figura 2. 5 Semnale dreptunghiulare cu diferiți factori de umplere ………………………………………… ………….27
Figura 2. 6 Semnal dreptunghiular folosit pentru calcularea amplitudinii …………………………………. ………..28
Figura 2. 7 Semnal dreptunghiular ……………………. ……………………………………………. ……………………………28
Figura 2. 8 PWM folosit în telecomunicații ………………………………………………………………….. ………………..29
Figura 2. 9 Testarea erorii de liniari tate…………….. ………………………………………………. ………… ……………….30
Figura 3.1 Plăcuța Arduino ………………………………………………………………….. …………………………… ………..3 3
Figura 3.2 Modul bluetoot h…………………………………………………. ………………………………………… ………….. 33
Figura 3.3 Descriere pin i………………………………………………………….. ……………………………………………….. 33
Figura 3.4 Modul de transmisie RF 433MH z………………………………………………………………….. ……………..35
Figura 3.5 Modul de recepție RF 433MHz ………………………………………………………………….. ………………..35
Figura 3.6 Modul cu 2 relee ………………………………………………………………….. ………….. ………………………..36
Figura 3.7 Schema de conectare a releului ………………………………………………………………….. ……… …………37
Figura 3.8 Evidențiere pini NC,COM, NO ……………………………………. ……………………………. ……………….37
Figura 3.9 Ventilator ………………………………………………………………….. ……………………………………………..37
Figura 3.10 Senzorul de temperatură DHT22 ………………………………………………………………….. …………….38
Figura 3.11 Convertor USB -TTL………………………………… ……………………………….. ………………………….. ..39
Figura 3.1 2 Circuitul în faza finală ………………………………………………………………….. …………………………..40
Figura 3.1 3 Schema circuitului ………………………………………………………………….. ………………….. ……………41
Figura 3.1 4 Stratul superior ………………………………………………………………….. ………….. ………………………..42
Figura 3.1 5 Stratul inferior ………………………………………………….. ……………… ……………………………………..42
Figura 3.1 6……………………………………………………. ……………. …………………………………………………………..43
Figura 3.1 7 Privire de ansamblu a PCB -ului………………………………………………………………….. ……………..43
Figura 3.18 Interfață aplicaț ie Android ………………………………………………………………….. ……………………..44

Figura 3. 19 Diagrama bloc ………………………………………………………………….. ……………………………………..45
Figura 4.1 Memoria de program ………………………………………………………………….. …………………….. ……….47
Figura 4.2 Conexiune pini pentru încărcarea bootloader -ului……………………………………………………….. ….48
Figura 4.3 Schema conectare senzor de temperatură ………………………………………………………………….. …..48
Figura 4.4 Valorile măsurate în condiții normale ………………………………………………………………….. ………..49
Figura 4.5 Valorile măsurate în timpul încălzirii …………………………………………………………… …….. ………..49
Figura 4.6 Codul folosit pentru măsurarea temperaturii ………………………………………………………… ………..49
Figura 4.7 Schema de conectare modulului Bluetooth ………………………………………….. ……………….. ……….50
Figura 4.8 Schema de conectare a componente lor pentru pornirea ventilatorului ………………………………… 51
Figura 4.9 Schema de conectarea a modulului de transmitere ………………………………………. ………….. ………51
Figura 4.10 Codul pentru transmiterea valorii de ” 1” ……………………………………………………………… ………52
Figura 4.11 Codul încărcat în Arduino ………………………………………………………………….. ……………………..53
Figura 4.12 Schemă circuit ………………………………………………………………….. ………. …………………………….54
Figura 4.13 Valori obținute ………………………………………………………………….. ………………………. ……………54
Figura 4.14 Codul pentru controlul temperaturii …………………. ………. ……………………………………….. ………55

Listă tabele
Tabelul 2.1 Calcularea parametrilor conform metodei Ziegler -Nichols ……………………………………………26
Tabelul 3.1 Descriere pini modul blu etooth ……………………………………………………………………………………33
Tabelul 3.2 Descrierea pinilor modului de transmisie RF 433 MHz …………………………………………….. ……34
Tabelul 3.3 Descriere pini modul de recepție RF 433MHz ……………………………………………………………….36
Tabelul 3.4 Descriere pini modului cu rele u……………………………………………. …………………………………… 36
Tabelul 3.5 Descriere pini senzor temperatură ……………………………………………………………………………….38
Tabel 3.6 Descriere pini convertor USB -TTL………………………………………………………………………….. ……39
Tabel 4.1 Conexiune pini pentru încărcarea bootloader -ului…………………………………………………………….47
Tabel 4 .2 Conexiune pini pentru măsurarea temperaturii …………………………………………………….. ………….48
Tabel 4.3 Conexiune pini modul Bluetooth ………………………………………………………………………………. …..50
Tabel 4.4 Pini conectare componente la Arduino ………………………………………………. …………………………..51
Tabel 4.5 Conexiune pini modul transmițător RF ………………………………………………… …………………………52

Listă acronime
AI = Artificial Intelligence ( Inteligență artificială )
EEPROM – Electrically Erasable Programmable Read -Only Memory (
Memorie pentru citire cu ștergere electrică )
GND = Grou nd ( Masă )
HI = Home Intelligence ( Inteligența casei )
IBM = International Business Machines
I/O = Input/Output ( Intrare/Ieșire )
IoT= Internet of Things ( Internetul lucrurilor )
ISP = In-System Programming
LED = Light -Emitting Diode ( Diodă emițătoare de lumină )
MISO = Master Output, Slave Input ( Ieșire master, intrare subordonat ă )
MOSI = Master Input, Slave Output ( Intrare master, iesire subordonată )
PCB = Printed Circuit Board ( Placă cu circuit imprimat )
PI = Proportional , Integral ( Proporțional , integrativ )
PID = Proportional , Integral , Derivative ( Proporțional , integrativ , diferențial )
PWM = Pulse Width Modulation ( Semnal modulat în lățimea )
RF = Radio Frequency ( Radio frecvenț ă )
RFID = Radio -Frequency Identification ( Identificare prin frecvență radi o )
SCK = Serial Clock ( Ceas serial )
SCL = Serial Clock Lin e ( Lini e de ceas serial )
SDA = Seria l Data Lin e ( Linie de date serial ă )
SPI = Serial Peripheral Interface ( Interfață serial ă )
TTL = Transistor –transistor logic
TWI = Two Wire Interface ( Interfață cu două fire )
UART = Universal Asynchronous Receiver/Transmitter ( Receptor/
Transmițător asincron universal )
USB = Universal Serial Bu s ( Magistrală Serială Universal ă )

Introducere
Lucrarea constă în proiectarea unui sistem de control al temperaturii într -o locuință acționând un aer
condiționa t și o centrală termică. Pe ntru îndeplinirea scopului propus va fi creată o aplicație Android
care să trimită către microcontrolerul ATmega328p -PU, cu ajutorul unui modul bluetooth, valoarea
temperaturii dorite. Cu senzorul DHT22 va fi măsurată temperatura ambientală iar valoarea obținută va
fi comparată cu cea setată. Dacă temperatura dorită este mai mică decât cea măsurată, atunci aerul
condiționat va fi pornit printr -un modul de transmitere cu infraroșu, în caz contrar va fi ac ționat sistemul
de încălzir e. Petru a menține temperat ura constantă va fi implementat un algoritm PID. Va fi creat un
circuit imprimat p entru conectarea tuturor dispozitivelor.

16

17
Capitolul 1 . Definiție, descriere Smart Home
Sistemele “de casă in teligentă” au obținut o mar e popularitate în ultimele decenii, deoarece
sporesc confortul și calitatea vieții. Casa inteligentă este termenul utilizat în mod obișnuit pentru a defini
o reședință care are aparate de iluminat, de încălzire, aer condiționat, televizoare, calculatoare, sisteme
audio și video de divertisment, sisteme de securitate și sisteme de cameră capabile să comun ice între ele
de la distanță din orice locație din lume, prin telefon sau prin internet. Cele mai multe dintre acestea sunt
contr olate de telefoanele inteli gente și microcontrolere. O aplicație smartphone este utilizată pentru a
monitoriza si verifica func țiile “acasă” folosind tehnici de comunicații fără fir. Tehnologia casei
inteligente utilizează dispozitive, cum ar fi senzorii d e legătură, caracteristici și alte aparate c onectate la
internet reușind să permită utilizatorilor să controleze și să monitori zeze dispozitivele de acasă conectate
la aplicațiile pentru telefoanele inteligente sau la alte dispozitive în rețea. Utilizatori i pot controla de la
distan ță sistemel e conectate la domiciliu, indiferent dacă sunt acasă sau departe. Acest lucru oferă o
utilizare mai eficientă a energiei și a electricității, precum și asigurarea siguranței casei. [1]
Tehnologia inteligentă a locuințe i contribuie la îmbunătățir ea săn ătății și a bunăstării prin
adaptarea persoanelor cu nevoi speciale, în special a persoanelor în vârstă. Aceasta este acum utilizată
pentru a crea orașe inteligente. Un oraș inteligent funcționează similar cu o locuință ”smart”, unde
sistemele sunt m onitorizate pentru a gestiona mai eficient orașele și pentru a economisi bani. Ideea de casă
intelig entă a fost inițial dezvoltată de IBM și a fost menționată ca “analiză a eșecului predictiv”. Primele
produse tehnologice ale cas elor inteligente au devenit disponibile între anii 1998 și începutul anilor 2000
furniz ând servicii care r ăspundeau nevoilor utilizatorilor. [3]
O casă inteligentă apare "inteligentă" deoarece activitățile zilnice sunt monitorizate de un
computer. Este un loc care dispune de s isteme automate extrem de avansate pentru controlul și
monitorizarea iluminării și a temp eraturii, aparate electrocasnice, echipamente multi -media și sisteme de
securitate și multe alte funcții. [2]

Figura 1. Alcătuire a unei case inteligente [2]

18
1.1 Utilizare a unei case inteligente
Tehnologiile caselor inteligente pot varia în următoarele domenii:
• Sisteme de difuzoare fără fir ;
• Termostate ;
• Sisteme de securitate și monitorizare la domiciliu ;
• Roboți autohtoni ;
• Detectoar e de fum ;
• Iluminare ;
• Monito are de utilizare a energiei la domiciliu ;
• Încuietori pentru uși ;
• Frigidere ;
• Mașini de spălat ;
• Detectoare de apă . [3]

Începând cu anul 2015, cea mai folosită piesă de tehnologie din Statele Unite a fost sistemul de
difuzoare wire less, cu 17% dintre cei car e au unul sau mai multe sisteme. Termostatele inteligente au
reprezentat cea de -a doua piesă cea mai răspândită, cu 11% dintre cei care folosesc dispozitivul. Un raport
al consumatorilor din 2012, de la Asociația Națională a Cons tructorilor de Case, arată că in topul celor
mai folos ite sisteme de către proprietarii de c ase inteligente au fost: sistemele de securitate wireless (50%),
termostatele programabile (47%), camerele de securitate (40% ), sistemele de control al iluminatulu i și
sistemele audio acasă fără fir (39%). [3]
Casa inteligentă reprezintă implementarea pra ctică a Internet of Things (IoT-internetul obiectelor), a
roboticii. De asemenea, este proiectată ca un concept unitar de echipamente casnice conectate la internet
(uneori chiar interconectat e între ele) care pot fi comandate de la distanță de către propri etar. Modul în
care este realizat un sistem al caselor inteligente permite integrarea și gestionarea fiecărei componente
inteligente printr -un singur dispozitiv cen tral local sau printr -un te lefon inteligent. De la posibilitatea de a
apela și de a scrie te xt, telefoanele inteligente permit conectarea la Internet, trimiterea e -mailurilor și
mesajelor instantanee, descărcarea fișierelor și răspunderea la toate celelalt e lucruri care necesită
conectivitate. Într -un mod sim ilar poate fi v ăzută o casă inteligent ă. [4]
1.2 Funcții principale
Funcțiile principale ale unei case inteligente sunt:
1. Alertarea – sistemul de acasă inteligent își poate simți mediul și în consecință trimite alerte către
utilizator pe dispozitivul sau c ontul înregistrat. Alerta constă în informații referitoare la datele
privind mediul. Aceste informații pot include nivelul de gaze diferite în mediu, temperatură,
umiditate, intensitatea luminii etc .Po ate fi trimisă utilizatorul ui în mod regulat la o oră predefinită
prin e -mail, mesaj text , prin mediu social.

2. Monitorizarea – aceasta este cea mai importantă funcție, deoarece ține evidența fiecărei activități
într-o casă inteligentă, care reprezintă nev oia primară și pe baza căre ia se pot lua orice măsuri
suplimentare sau se poate lua o deci zie. O casă inteligentă este capabilă să monitorizeze înconjurul
acesteia cu ajutorul diferiților senzori și alimentarea camerei.

19
3. Controlul – permite utilizatorului să controleze diferite act ivități precum: pornirea / oprirea
luminilor, a aerului condiționat și a aparatelor, blocarea / deblocarea ușilor, deschiderea /
închiderea ferestrelor și ușilor. Această funcție oferă posibilitatea automatizării activității, cum ar
fi pornirea / oprirea a utomată a aerului condiționat atunci când temperatura ca merei este ridicată /
scăzută.

4. Inteligența sau Home Intelligence (HI) – se referă la comportamentul inteligent al mediului
inteligent de acasă. Această funcție este legată de luarea automată a deciz iei privind apariția unor
evenimente diferite și depinde de mecanismul inteligenței artificiale (AI) construit în mediul
inteligent de acasă. HI nu numai că oferă creier unei case inteligente, ci este, de asemenea, foarte
importa nt din punctul de vedere al securității într -o casă. [5]

1.3 Alcătuirea sist emului
Sistemul este alcătuit din diferite componente: senzori pentru colectarea datelor interne și externe de
la domiciliu și pentru măsurarea condițiilor de acas ă. Acești senzori sunt cone ctați la casa în sine și la
dispozitivele atașate la domiciliu. În figura 2, este prezentat modul în care datele de la senzori sunt
colectate și transferate în mod continuu prin intermediul rețelei locale, către serverul de domic iliu
inteligent. Procesoare pentru realizarea acțiunilor locale și integrate. De asemenea, pot fi conectate la
cloud pentru aplicații care necesită resurse extinse. Datele senzorilor sunt apoi procesate de procesele
serverului local. O colecție de componen te software învelite c a API -uri, permițând aplicațiilor externe să
le execute, d at fiind că respectă formatul predefinit de parametri. Un astfel de API poate prelucra datele
senzorilor sau poate gestiona acțiunile necesare. Actuatorii pentru furnizarea și executarea comenzilor în
server sau în alte dispozitive de control transcriu act ivitatea dorită la sintaxa de comandă pe care
dispozitivul le poate executa. În timpul procesării datelor senzorilor recepționați, sarcina verifică dacă o
regulă devine reală. În acest caz, sistemul poat e lansa o comandă către procesorul corespunzător al
dispozitivului. Baza de date pentru stocarea datelor procesate colectate de la senzori și servicii de cloud.
Acesta va fi de asemenea utilizat pentru analiza, prezentarea și viz ualizarea datelor. Datele p relucrate sunt
salvate în baza de date atașată pentru utilizare ulterioară. [4]
Figura 2. Paradigma inteligentă de acasă cu conectivitate cloud opțională [6]

1.4. Avantaje
Avantajele conceptului smart home: adăugarea confortului în viața zilnică -produse le inteligente
sunt programate pentru nevoi specifice, iar dispozitivele inteligente pot fi controlate de oriunde, oricând.
Personalizarea -consumatorii decid în ce constă configurarea dispozitivelor inteligente pe baza nevoilor

20
lor specifice. Un alt ava ntaj semnificativ constă în securitatea sisteme lor. Această securitate ”smart ” la
domiciliu permite vizualizarea casei indiferent de loc. Sistemul de securitate poate avea aparate de
fotografiat, detectori de mișcare, încuietori și v a notifica proprietarul sis temului imediat dacă ceva nu este
obișnuit. Faptul că este ușor de folosit reprezintă unul dintre cei mai importanți factori. Aproape toate
produsele inteligente de acasă pot fi instalate fără probleme, multe dintre ele nici măca r nu au nevoie de
o altă pe rsoană pentru a putea fi am plasate. [2]
1.5. Dezavantaje
Dezavantajele acestui sistem sunt: costurile – consumatorii pot achiziționa produsele unul câte unul
și nu va părea prea mult, dar până când aceștia au completat sistemul inteligent de acasă, proba bil că au
cheltuit o sumă m ai mare de bani. Învățarea -pentru consumatorii deja familiarizați cu tehnologia
transformarea casei inteligente va fi un exercițiu, însă pentru cei care nu sunt atât de pricepuți în ceea ce
privește teh nologia, aceasta poate face mult timp petrecut în lectură. Fiabilitate a este și ea un motiv destul
de important pentru că o locuință inteligentă va fi extrem de dependentă de conexiunea la internet. Dacă
conexiunea scade, se rămâne cu o mulțime de produse inteligente care nu vor fun cționa. În plus, semnalele
wireless pot fi eventual întrerupte de alte dispozitive electronice în casă și pot determina unele dintre
produsele inteligente să funcționeze lent sau deloc. [8]

1.6. Clasificare după funcționalitate
Aldrich clasifică în 20 03 „casele inteligente” în mai multe catego rii:
1. Case care includ obiecte și aplicații inteligente capabile să acționeze într -un „mod inteligent”.
2. Case care încorporeaz ă dispozitive și obiecte inteligente care pot acționa într -un mod „inteligent”
și au prop rietatea de a intercomunic a.
3. Case care au în alcătuire rețele interne și externe prin intermediul cărora sunt premise
comunicarea și accesarea.
4. Case cu capabilitate de învățare, care presupune acumulare de informații referitoare la
activitatea din locuința și acționarea în confor mitate cu cerințele utilizatorului.
5. Case capabile să detecteze poziția utilizatorului și a obiectelor manipulate de acesta, urmând să
utilizeze informațiile pentru controlul tehnologiei implementate în sco pul anticipării nevoilor
viitoare [6].

1.7. Controverse
▪ Se pare că rețeaua inteligentă de dispozitive la domiciliu este atât de perturbatoare din punct de
vedere tehnic, cât și social.
▪ Învățarea utilizării funcțiilor smart home este un proces exigent și c onsumator de timp, pentru c are
există în prezent un suport fo arte puțin disponibil.
▪ Casele inteligente necesită forme de adaptare și familiarizare de la utilizatori care le pot limita
utilizarea.
▪ Există foarte puține dovezi că tehnologia smart home contrib uie la economia globală de energie,
de fapt există ris cul ca dispozitivele legate de rețea să genereze o formă de intensificare a energiei.

21
1.8 Vulnerabilitate
În octombrie 2016 au fost exploatate sisteme tehnologice inteligente pentru a realiza atacul de tip
Denial -of-Service ( DDoS). Aceste dispo zitive care sunt conectate prin Internetul obiectelor(IoT), prezintă
riscuri inerente de încălcări ale securității. Ha ckerii au vizat dispozitivele negarantate, care includ
tehnologia inteligentă și le -au infec tat cu un cod intenționat p entru a forma un botnet și a efectua atacul.
Un studiu estimează că cel puțin 15% dintre rutele de acasă sunt neasigurate cu parole slabe sau implicite.
Există peste 13 miliarde de dispozitive digitale și electronice interconecta te în întreaga lume; în 201 6,
atacul DDoS a arătat că un mic procent din dispozitivele vulne rabile poate avea un impact devastator [7].

1.9 Aplicațiile unei case inteligente
a. Iluminarea inteligentă este utilizată pentru economisirea energiei, care poate fi realizată prin adaptarea
iluminării la condițiile a mbientale și prin pornirea / oprirea sau diminuarea luminilor în funcție de
nevoile util izatorilor, reducând astfel utilizarea inutilă a energiei.
Economisirea energiei contribuie, de asemenea, la redu cerea costurilor. Iluminare a inteligentă poate
fi implementată cu iluminare în stare solidă (LED) sau cu iluminare cu acces la internet (contr olată
prin Internet sau fără fir). Iluminatul inteligent funcționează prin detectarea gradului de ocupare, a
tempe raturii / umidității în med iu.
b. Aparatele inteligente sunt utilizate pentru colectarea informațiilor despre starea aparatelor și pentru a
controla cu ușurință dispozitivele din cameră sau de la distanță. În plus, este folosit pentru programarea
sarcinilor l a timp predefinit și pentru integrarea în timp de exec uție între aparate. Aparatele inteligente
economisesc energie și timp.
c. Detectarea i ntruziunilor este folosită pentru alertarea utilizatorilor prin e -mail și mesaje text. Aplicația
de detectare a intruzi unilor poate trimite utiliz atorilor și un raport detaliat cu imagini sau clipuri audio
/ video. Scopul pri ncipal al acestei aplicații este de a monitoriza activitatea suspectată și de a lua
măsurile necesare în scopuri de securitate.
d. Detectarea fumului / g azelor : această aplicație e ste utilizată pentr u detectarea optică, ionizarea și
tehnica de eșantionare a aerului. Este capab ilă de a alerta aproape de stația de incendiu și de utilizator
prin e -mail / sms informându -le despre riscurile în legătură cu sănăt atea. [8]

1.10 Mai multe d espre Internet of Things (IoT)
Tehnologia cheie a IoT include identificarea prin radiofrecvență (RFID), tehnologia senzorilor și
tehnologia informației. RFID este fundamentul și rețeaua de bază a construcției IoT. Capacitățile sa le de
procesare și comunica re, împreună cu algoritmi u nici, permit integrarea un ei varietăți de elemente să
funcționeze ca o unitate integrată, dar în același timp permite adăugarea și eliminarea ușoară a
componentelor cu impact minim, făcând IoT robustă, dar flexibilă pentru a abso rbi schimbările din mediu
și preferințele utilizatori lor. IoT și casa inteligentă pot beneficia de resursele și funcționalitățile largi ale
cloud -ului pentru a compensa limitările sale în stocare, procesare, comunicare, suport în alegerea cererii,
backup ș i recuperare. Spre exemplu, cloud -ul poate să susțină gestionarea și îndeplinirea serviciului IoT
și să execute aplicații complementare utilizând datele produse de acesta. Casa inteligentă poate fi
condensată și se concentrează d oar pe funcțiile de bază și cele critice, reducând ast fel resursele locale de
acasă și se bazează pe capacitățile și resursele cloud. Smart home și IoT se vor concentra pe colectarea
datelor, prelucrarea de bază și transmiterea către cloud pentru procesare ulterioară. Pentru a face față
provocărilor de securi tate, cloud -ul poate fi pr ivat pentru date foarte securizate și public pentru restul [10].

22
IoT, smart home și cloud computing nu sunt doar o îmbinare a tehnologiilor. Pe de o parte, modelul
triplu de calcul , care implică cloud -ul, IoT și casa inteligen tă, ar trebui să reducă la minimum întregul cost
sistem, de obicei cu un accent mai mare pe reducerea consumurilor de resurse la domiciliu. Pe de altă
parte, un model de serviciu IoT și un smart home computing, ar trebui să îmbunătăț ească utilizatorii IoT
să-și îndeplinească cererea atunci când utilizează aplicații cloud și să abordeze problemele complexe
generate de noul model IoT, smart home și cloud service. Câteva exemple de servicii de asistență medicală
furnizate de integrarea c loud și IoT: partajarea înre gistrărilor electronice de as istență medicală permit
furnizarea de servicii medicale de înaltă calitate, gestionarea datelor senzorilor de sănătate, utilizarea
dispozitivelor mobile adecvate pentru furniza rea de date de sănătate , securitate, confidenț ialitate și
fiabilitate, securitat ea datelor medicale și disponibilitatea serviciilor asistate de viață în timp real, precum
și executarea cloud a serviciilor de sănătate bazate pe multimedia [11].

Figura 3. C ontrolul centralizat a l tuturor dispozitivelor din casă [9]

23
Capitolul 2. Noțiuni teoretice
2.1 Algoritmul PID
Acesta este un mecanism utilizat pe scară largă în sistemele de control industriale și într -o varietate
de alte aplicații care necesit ă un control modulat c ontinuu. Un regulator PID calculează continuu o v aloare
de eroare e(t) ca diferență între o valoare de referință dorită și o variabilă de proces măsurată, iar apoi
aplică o corecție bazată pe valoarea instantanee a erorii, pe derivata și integrala acesteia [12].
u(t)= K pe(t )+ K i ∫𝑒(𝜏) 𝑑𝜏𝑡
0+𝐾d 𝑑𝑒(𝑡)
𝑑𝑡 (1)
Ecuația regulatorului PID este formată în jurul a trei constante, coeficientul proporțional, derivat
și integral. Fiecare dintre aceste constan te poate fi ajustată p entru a obține un răsp uns de control dorit.

Figura 2.1 Schema bloc a regulatorului PID [13]

• r(t) = Valoarea de la intrarea regulatorului;
• u(t) = Valoarea de la ieșirea regulatorului;
• y(t) = Valoarea de la ieșirea procesului;
• e(t) = Valoare erorii;
• Kp = Câștigul proporțional;
• Ki = Câștigul integral;
• Kd = Câștigul diferențial;
Spre deosebire de algoritmii simpli de control, controlerul PID este capabil să controleze un proces
bazat pe istoricul său și rata de schimbare. Acest lucru oferă o metodă de cont rol mai precisă și mai stabilă.
Ideea de bază este că regulatorul primește informații despre starea sistemului utilizând un senzor. Apoi
scade valoarea măsurată din referință pentru a calcula eroarea. Eroarea va fi procesată în trei m oduri:
procesată în co mponenta proporțională actuală, revenirea la trecut folosind componenta integrală și
anticiparea viitorului, prin componenta diferențială [15].

24
2.1.1 Componenta proporțională P
Termenul proporțional (P out) produce o valoare de ieșir e care este proporțion ală cu valoarea
curentă de eroare. Răspunsul poate fi ajustat prin înmulțirea erorii cu o constantă K p.
Un câștig proporțional mare are ca rezultat o schimbare mare a valorii de la ieșire pentru o anumită
modificare a erorii. Dacă a cest coeficient este p rea ma re, sistemul poate deveni instabil. În schimb, un
câștig mic are ca rezultat un răspuns de ieșire mic la o eroare mare și un control mai puțin sensibil. În
figura 2.2 au fost simulate trei forme de un dă pentru trei valori diferi te ale câștigului prop orțion al [16].

Figura 2.2
Răspunsul în timp pentru semnalul treaptă folosind trei valori diferite pentru K p [13]
2.1.2 Componenta integrală I
Termenul ce însoțește integrala acționează în funcție de suma valorilor precedente al e erorii. De
exemplu, dacă ieșirea curentă nu este suficient de puternică, integrala erorii se va acumula în timp, iar
controlerul va răspunde aplicând o acțiune mai puter nică. Sumarea erorii va continua până când valoarea
procesului de sistem va fi egală cu valoarea dorită. De obicei, componenta in tegrală este folosită împreună
cu componenta proporțională, in așa -numiții regulatori PI. Utilizarea numai a componentei integr ale dă
un răspuns lent și adesea un sistem oscilant , acest lucru a fost evidențiat în figura 2.3 [15].

25

Figura 2.3
Răspunsul în timp pentru semnalul treaptă folosind trei valori diferite pentru K i [13]

2.1.3 Componenta diferențială D
Componenta diferențială compensează posibile le variații viitoare ale erorii, pe baza ratei actuale
de variație încercând să aducă această valoare la 0 . Când valoarea curentă crește sau scade față de valoarea
de referință, componenta diferențială trebuie să aplice o corecție regulatorului pentru ca acesta să readuc ă
sistemul la echilibru. Dacă această val oare a componentei diferențiale nu este una corespunzătoare va
face ca sistemul să oscileze în jurul valorii de referință. Această componentă este folosită doar în 25% din
regulatoarele existente, deoarece est e cea mai dificilă de setat și influențează cel mai mult stabilitatea .

Figura 2. 4
Răspunsul în timp pentru semnalul treaptă folosind trei valori diferite pentru K d [13]

26
2.1.4 Setarea parametrilor
Cea mai bună modalitate de a găsi parametrii necesari ai algoritmului PID este de a folosi un
model matematic al sistemulu i. Cu toate acestea, deseori nu există o descriere matematică detaliată a
sistemului, iar setările parametrilor controlerului PID pot fi efectuate numai experimental. G ăsirea
parametrilor pentru un controler PID poate fi o sarcină des curajantă. Aici sunt f oarte importante datel e
privind proprietățil e sistemului și diferitele condiții de funcționare a acestuia. Unele procese nu ar trebui
să permită procesului să depășeasc ă variabila de la o valoare dată. Alte procese ar trebui să reducă la
minimum consumul d e energie. De asemenea, cea mai importantă c erință este stabilitatea. Procesul nu
trebuie să fluctueze în niciun caz. În plus, stabilizarea ar trebui să aibă loc într -o anumită perioadă de timp.
Există câteva metode pentru reglarea co ntrolerului PID. Metod a Ziegler -Nichols este o metodă
bine cunoscută de reglare ne -autonomă. Primul pas în această metodă este de a seta factorii de câștig K i și
Kd la zero, crescând câștigu l K p la o oscilație stabilă (cât mai aproape posibil). Apoi câști gul critic K u și
perio ada de os cilație T u sunt înregistrate, iar valorile P, I și D sunt ajustate folosind Tabelul 2.1 [14].

Tabelul 2.1 Calcularea parametrilor conform metodei Ziegler -Nichols [13]
Tipul controlului Kp Ki Kd
P 0.50K u – –
PI 0.45K u 0.54Ku/Tu –
PID 0.60K u 1.2Ku/Tu 3KuTu/40

2.1.5 Aplicații

• În industria de automobile
Regulatoarele PID sunt folosite în această industrie, de exemplu pentru menținerea unei viteze
constante sau a distanței de separare în timpul utilizării sistemului automat de accelerație. Contr olerul va
măsura dista nța efectivă în comparație cu cea dorită și va ajusta viteza accelerând sau încetin ind
autovehiculul.
• În robotică
De exemplu,este folosit în controlul unui robot de a urma un traseu desenat sau pentru menținerea
în echilibru a unei dr one.
• În controlul temperaturii
Algoritmul poate fi utilizat pentru măsurarea și reglarea continuă a sursei de căldură pentru a
menține o temperatură constantă [18].

27
2.2 Semnal PWM
Termenul de PWM provine din limba engleză de la Pulse Witdh Modulation și reprezintă un
semnal modulat în lățimea impulsurilor de comandă.
PWM este o tehnică folosită pentru a varia în mod controlat tensiunea dată unui dispozitiv
electronic. Această metodă schimbă foarte rapid tensiunea oferită dispozi tivului respectiv din ON în OFF
și invers (treceri rapide din HIGH în LOW, de exemplu 5V – 0V). Raportul dintre perioada de timp
corespunzătoare valorii ON și perioada totală dintr -un ciclu ON -OFF se numește factor de umplere ( duty
cycle ) și reprezintă, în medie, tensiunea pe c are o va primi dispozitivul electronic. Astfel, se pot controla
circuite analogice din domeniul digital [20].
Factorul de umplere se exprimă în procente și reprezintă cât la sută din perioada unui semnal
acesta va fi pe nivelul ON. În Figura 2.4 se pot obs erva semnale PWM cu factori de umplere diferiți.

Figura 2. 5 Semnale dreptunghiulare cu diferiți factori de umplere [19]

Formula pentru determinarea factorului de umplere este următoarea:
D = t_on / (t_on + t_off) * 100 (2)
D=factorul de umplere
t_on=perioada de timp când semnalul se află la nivelul HIGH;
t_off= perioada de timp când semnalul se află la nivelul LOW .

Amplitudinea (A) reprezintă diferența dintre valoare maximă (V max) și valoarea minimă (V min)
a tensiuni.
A=V max-Vmin (3)
În cazul unui semnal digital, tensiunea minimă este aproape zero.

28
Figura 2. 6 Semnal dreptunghiular folosit pentru calcularea amplitudinii [22]

Tensiunea de ieșire V out reprezintă produsul di ntre factor ul de umplere (D) si valoarea maximă
a tensiuni (V max) [22].
Vout=D*V max (4)

Principiul de funcționare

Modularea folosește variația factorului de umplere a unei forme de undă dreptunghiulară pentru
a genera la ieșire o tensiune analogică. Considerând o formă de undă dreptunghiulară f(t) cu o valoare
minimă ymin și o valoare maximă ymax și factorul de umplere D (ca în Figura 2.6) valoarea medie a
formei de undă est e dată de relația:
𝑦̅=1
𝑇∫𝑓(𝑡)𝑑𝑡𝑇
0 (5)

cum f(t) este o formă de undă dreptunghiulară valoarea sa maximă se atinge pentru 0<t<D*T [21].

Figura 2. 7 Semnal dreptunghiular [22]
Multe circuite digitale pot genera semnal e PWM. Majoritatea mic rocontrolerelor oferă această
facilitate, pe care o implementează folosind un numărător care este incrementat periodic (conectat direct
sau indirect la o unitate de ceas) și care este resetat l a sfârșitul fiecărei perioade a PWM -ului. Când

29
valoarea numărăt orului este mai mar e decât valoarea de referință, ieșirea PWM (output -ul) trece din starea
HIGH în starea LOW (sau invers). [20]
Aplicații
Semnalul PWM este folosit in diverse aplicații:
• În telecomunicații, PWM este o formă de modul are a semnalului în ca re lățimea
impulsurilor corespunde unor valori specifice de date codificate la un capăt și decodificate
la celălalt. Impulsuri de diferite lungimi (informațiile) vor fi transmise la intervale regulate
(frecvența purtătoare a modulație i).

Figura 2. 8 PWM folosit în telecomunicații [6]
• PWM este utilizat ca regulator de tensiune. Printr -un factor de umplere corespunzător
tensiunea de ieșire va avea valoarea dorită. Zgomotul de com utare este de obicei filtrat cu
o bobină si un condensat or.
• PWM poate fi folo sit pentru a controla cantitatea de energie transmisă unei sarcini fără
pierderi de energie care ar rezulta în cazul transmiterii liniare prin mijloace rezistive. [19]

2.3 Senzori
Senzorul este un dispozitiv tehnic care reacționează calitativ sau cant itativ prin proprii mărimi
măsurabile, la anumite proprietăți fizice sau chimice ale mediului din preajma lui. Ca parte componentă a
unui aparat sau sistem tehnic detecto r poate măsura/ înregistra de exemplu presiunea, umiditatea, câmpul
magnetic, acceleraț ia, forța, intensitatea sonoră, radiații ș.a.
Senzorul este un dispozitiv care măsoară o mărime fizică (masă, presiune, temperatură, umiditate
etc.) și o transformă într -un semnal care poate fi citit de către un observator printr -un instrument sau poate
fi prelucrat.
Există mai multe clasificări, una dintre ele se referă la senzori de tip:
1. Activ: consumator de energie, de exemplu radar (măsurarea distanțelo r prin emitere de radiații
electromagnetice)
2. Pasiv: de exemplu fotorezistența cu care se poate măsura intensitatea luminii incidente.
În automatizare, informația calitativă/cantitativă măsurabilă livrată de senzori, după o eventuală
amplificare și prelucrare servește la controlul și re glarea sistemelor tehnice automate. [21]
Caracteristicile de intrare ale senzorilor
1. Gama sau domeniul de variație :
Este valoarea minimă și maximă a valorii fizice variabilă pe care senzorul o poate simți sau
măsura.

30
De exemplu, un detector de temperatură de rezistență (RTD) pentru măsurarea temperaturii are un
interval de la -200 la 800oC. [20]
2. Erori de măsură :
Eroarea măsurării este specificată în termeni de precizie. Este definită ca diferența dintre valoarea
măsurată și valoarea reală. Acesta este de finit în termeni de procent din întreaga scară sau procent
din citire. [20]
Ea=|𝑋𝑚 −𝑋𝑡| (6)
XT se calculează prin luarea în calcul a numărului in finit de măsurători.
Eroarea absolut ă are următoarea formulă:
Er =|𝑋𝑚− 𝑋𝑡|
𝑋𝑡 (7)
Xm = valoarea măsurat ă;
Xt = valoarea real ă.
3. Acuratețea :
Carac teristică foarte importantă a unui senzor, specificată sub formă de eroare de măsurare sau
imprecizie. Acuratețea se referă la raportul dintre cea mai mare deviație a valorii date de senzor
și valoarea ideală. [20]
4. Sensibilitate :
Este raportul dintre va riația de ieșire pentru a schimba intrarea. Dacă Y este cantitatea de ieșire
ca răspuns la intrarea X, atunci sensibilitatea S poate fi exprimată ca:
S=𝑑𝑌
𝑑𝑋=∆𝑌
∆𝑋 (8)
5. Liniari tatea :
Este deviația maximă dintre valorile măsurate ale unui senzor din curba ideală. [20]

Figura 2. 9 Demonstrarea liniarității [20]

31
CAPITOLUL 3. Proiectarea unui sistem de control al temperaturii
3.1 Descrierea componentelor
3.1.1 Placa de dezvo ltare Arduino Uno
Arduino este una dintre cel mai simplu de utilizat platforme cu microcontrolere, fiind capabil să
culeagă informații din mediu și să răspundă la acestea. Proiectele realizate cu ajutorul platformei Arduino
au ca scop crearea de dispoziti ve care pot sesiza și cont rola diverse activități sau procese în lumea reală.
În figura 3.1 este prezentată plăcuța Arduino Uno . Aceasta este o placa de dezvoltare bazată pe
microcontrolerul ATmega328P, având 6 intrări analogice, 14 de intrări digitale/pin i de ie șire (din care 6
pot fi utilizate ca ie șiri PWM), un oscilator cu cuarț de 20 MHz, o conexiune USB, o mufă de alimentare,
și un buton de resetare.
Microcontrolerul instalat pe platforma Arduino vine preprogramat cu un bootloader care
simplifică în cărcarea programelor pe me moria flash a cipului, în compara ție cu alte dispozitive care
necesită programatoare externe. Programele pot fi scrise în orice limbaj de programare cu un compilator
capabil să producă un cod ma șină binar. Pentru programare se uti lizează software -ul Arduino IDE
(Integrated Development Environment) care suportă limbajele de programare C și C++ folosind reguli
speciale de organizare a codului.
Există trei grupuri de memorie în microcontrolerul Atmega328:
– Memoria Flash (spațiul de program) este locul în care este stocat programul și este de 32KB.
– SRAM (memorie static de acces aleatoriu) este locul în care programul creează și controlează
variabilele în timpul rulării și este de 2KB.
– EEPROM este spațiul de memorie pe care îl p ot utiliza programat orii pentru a reține informații
pe termen lung și este de 1KB.
Memoria SRAM este o memorie volatilă , adică informațiile se pierd după oprirea alimentării , iar
memoriile Flash și EEPROM sunt non -volatile .
Comunicarea cu calculatorul, cu altă placă Arduino sau cu alte microcontrolere se poate realiza
fie prin portul USB (și este văzut ca un port standard serial COMx), fie prin pinii 0 și 1 ( RX și TX) care
facilitează comunicarea serială UART -TTL (5V).
Arduino UNO poate fi alimentat prin portul USB cu o tensiune de 5V sau de la o sursă de
alimentare externă cu tensiunea cuprinsă între 6V și 20V. Dacă tensiunea de alimentare furnizată de sursa
externă este mai mică de 7V, este posibil ca tensiunea furnizată pe pinul de 5V să fie mai mică de 5V, iar
placa va fi instabilă. În cazul în care se utilizează mai mult de 12V, regulatorul de tensiune se poate
supraîncălzi și poate deteriora placa. Intervalul recomandat este de la 7V până la 12V.
Există 14 pini digitali de intrare / ieșire (I/O sau input/output). Aceștia operează la o tensiune de
5V și pot fi controlați cu una din funcțiile pinMode(), digitalWrite() și digitalRead(). Fiecare pin poate
primii sau trimite o intensitate de maxim 40 mA și au o rezistență internă între 20 -50 k Ω (implici t
deconectată). În afară de semnalul standard I/O, unii dintre pini mai au și alte funcții specializate.
• 0 (serial) RX – pin serial, utilizat în special pentru recepția (intrare – Rx) datelor seriale asincrone .
Protocolul serial asincron este o metodă foar te răspândită în electronică pentru a trimite și
recepționa date între dispozitive. Acest protocol este implementat în dispozitiv
numit UART (Universal Asynchronous Re ceiver/Transmitter)
• 1 (serial) TX – pin serial, utilizat pentru trimiterea datelor asincrone (ieșire – Tx). TTL vine de la
transistor -transistor logic.
• 2 (External Interrupts ) întreru pere externă. Acest pin poate fi configurat pentru a declanșa o
întrerupere la o valoare mică, un front crescător sau descrescător, sau o schimbare în valoare.

32
• 3 (External Interrupts + PWM) întrerupere externă. Identic cu pinul 2. Suplimentar, to ți pinii
marcați cu semnul ~ pot fi folosiți și pentru PWM .
• 4 (I/O) pin standard intrare/ieșire
• 5 (PWM ) poate furniza control de ieșire pe 8 -biți pentru controlul PWM.
• 6 (PWM )
• 7 (I/O) pin standard intrare/ieșire
• 8 (I/O) pin standard intrare/ieșire
• 9 (PWM ) (pulse with modulation )
• 10 (PWM + SPI) – suportă comunicare prin interfața serială ( Serial Peripheral Interface ). SPI –
ul are patru semnale logice specifice iar acest pin se folosește pentru SS – Slave Select (active
low; output din master). Pinii S PI pot fi contr olați folosind librăria SPI.
• 11 (PWM + SPI) – suportă SPI, iar acest pin se folosește pentru MOSI /SIMO – Master Output,
Slave Input (output din master)
• 12 (SPI) – suportă SPI, iar acest pin se folosește pentru MISO /SOMI – Master Input, Slave Output
(output din slave)
• 13 (LED + SPI) – suportă SPI, iar acest pin se folosește pentru SCK /SCLK – Ceas serial (output
din master). De asemenea, pe placă este încorporat un LED care este conectat la acest pin. Când
pinul este setat pe valoarea HIGH este pornit, când a re valoarea LOW este oprit.
• 14 (GND ) – împământare. Aici se conectează negativul.
• 15 (AREF ) – Analog REFerence pin – este utilizat pentru tensiunea de referință pentru intrările
analogice. Se poate controla folosind funcția analogReference() .
• 16 (SDA ) – comunica re I2S
• 17 (SCL ) – comunicare I2S
Există o serie de 6 pini pentru semnal analogic, numerotați de la A0 la A5. Fiecare din ei poate furniza
o rezoluție de 10 biți (adică maxim 1024 de valori diferite). În mod implicit se măsoară de la 0 la 5 volți,
deși este posibil să se schimbe limita superioară a intervalului lor folosind pinul 15 AREF și
funcția analogRefe rence() . De asemenea, și aici anumiți pini au funcții suplimentare descrise mai jos:
1. A0 standard analog pin
2. A1 standard analog pin
3. A2 standard ana log pi n
4. A3 standard analog pin
5. A4 (SDA) suportă comunicarea prin 2 fire ( I2C (I-two-C) sau TWI (Two wire interface)). Acest
pin este folosit pentru SDA (Serial Data) la TWI.
6. A5 (SCL ) identic cu pinul 4, doar că acest pin este folosit pentru SCL (Serial Clo ck) la TWI.
Lângă pinii analogici mai există o secțiune de pini notată POWER . Aceștia sunt (începând d e lângă
pinul analog A0):
1 Vin – intrarea pentru tensiune din sursă externă
2 GND – negativul pentru tensiune din sursă externă
3 GND – negativ. Se folose ște pentru piesele și componentele montate la Arduino precum
masă/împământare/negativ.
4 5V – ieșire pentru piesele și componentele montate la Arduino. Scoate fix 5V dacă placa este
alimentată cu tensiune corectă (între 7 și 12 v)
5 3.3V – ieșire p entru piesele și senzorii care se alimentează la această tensiune. Tensiunea de ieșire
este 3.3 volți și maxim 50 mA.
6 RESET – se poate seta acest pin pe LOW pentru a reseta controlerul de la Arduino. [22]

33

Figura 3. 1 Plăcuța Arduino [22]

3.1.2 Modulul Bluetooth HC -05

Figura 3.2 Modul bluetooth ( în st ânga ) ș i descriere a pinilor acestuia ( în dreapta) [23]

Modulul Bluetooth este utilizat pentru comunicarea dintre microcontroler și un alt dispozitiv (de
exemplu telefon, laptop) , fără a folosi cabluri , pe o distanță mică. Datele pot fi transmise în ambele direcții,
de la microcontroler către dispozitiv și invers, folosind comunicarea serială.
Specificații:
• Tensiunea de alimentare: 3.6 – 6V
• Raza de acțiune:10 m
• Baud rate (viteza de comunicare): 9600 – 460800 bps ( biți pe secundă)
• Pinii de intrare/ieșire sunt compatibili pentru tensiuni între 3.3 -5V [25].

34
Descrierea pinilor modulului bluetooth este prezentată în Tabelul 3.1.

Tabelul 3.1 Descriere a pinilor modul ului bluetooth [24]
Numărul pinulu i Numel e pinului Descriere
1 Enable/Key Este folosit pentru a schimba modul din transfer de date în modul
pentru comenzi AT. Modul de transfer de date este folosit pentru
comunicarea între dispozitive la un baud rate de 9600 bps, iar
modul de comandă este utiliz at pentru schimbarea setărilor
dispozitivului bluetooth la un baud rate de 38400 bps.
2 VCC Tensiunea de alimentare a dispozitivului, de obicei , conectat ă la
5 volți.
3 Ground Împământare/Nivel de 0
4 TX Trasmiterea serială a datelor. Totalitatea datelo r primite de
modul bluetooth de la un dispozitiv sunt transmise
microcontrolerului prin acest pin.
5 RX Recepționarea serială a datelor. Totalitatea datelor primite de
modul ul bluetooth de la microcontroler
6 State Acest pin este conectat la LED -ul de pe modul ul bluetooth și este
folosit pentru a verifica funcționalitatea acestuia.
7 LED Indică starea modului
• Se aprinde o dată la două secunde: modulul se află în
modul de comandă.
• Aprinderi și stingeri succesive: modulul nu este conectat.
• Se aprind e de do uă ori într-o secundă: modulul este
conectat în modul de transfer de date.
8 Buton Este folosit pentru a comuta între modul de transfer de date si
modul pentru comenzi AT

3.1.3 Module RF 433MHz
Un modul RF (modul de radiofrecvență) este un dispo zitiv e lectronic mic folosit pentru a transmite
sau recepționa semnale radio între două dispozitive la o frecvență purtătoare de 433MHz. Acesta este
alcătuit dintr -o placă de circuite imprimate, cu circuit de transmisie sau recepție, o antenă și o interfaț ă
seria lă pentru comunicarea cu microcontrolerul. [28]
1. Modulul de transmisie
Specificații:
• Tensiunea de alimentare:3 – 6V;
• Frecvența de lucru: 433.92 MHz ;
• Raza de acțiune: maxim 90 metri ;
• Viteza de transmitere a datelor: 10 Kbps ;
• Putere consumată mică . [28]

35
Tabelul 3.2 Descriere a pinilor modul ui de transmisie [28]

Figura 3. 3 Modul ul de transmisie RF ( în stânga) și mo dulul de recepție RF (în dreapta) [27].

2. Modulul de recepție
Specificații:
• Tensiunea de alimentare:5V ;;
• Frecvența de lucru: 433 M Hz
• Putere consumată mică . [28]
Descrierea pinilor
Tabelul 3.3 Descrier e pini modul de recepție [28]

Numărul pinului Numele pinului Descriere
1 DATA Pin digital pe care se va primii informația de la
microcontroler și care va fi transmisă receptorului conectat
la un alt microcontroler.
2 VCC Tensiunea de alimentare a modului
3 GND Împământare/Ni vel de 0
Numărul pinul ui Numele pinului Descriere
1 VCC Tensiunea de alimentare
2 DATA Pin digital de ieșire pentru transmiterea datelor
recepționate către microcontroler. Cei doi pini centrali
sunt conectați împreună intern și po t fi folosiți amândoi.
3 GND Împământare/Niv el de 0
4 Antenna La acest pin se poate conecta un cablu pentru a crește raza
de acțiune

36
3.1.4 Modul cu 2 relee
Releul es te un dispozitiv electronic care poate să fie comandat de un microcontroler printr -un
semnal de inte nsitate mică pentru a închide sau deschide un circuit alimentat la o tensiune mare.
Specificații:
• Tensiunea de alimentare: 5V ;
• Tensiunea de operare: maxim 250V în curent alternativ și 30 V în curent continu ;
• Intensitatea maximă: 10A ;
• Fiecare releu este comandat separat de câte un optocultor . [29]

Modulul cu 2 relee este prezentat în Figura 3.4 și d escrierea pinilor acestuia în tabelul 3.4.

Figura 3. 4 Modul cu 2 relee [29]

Tabelul 3.4 Descriere pini modului cu releu [29]
Numele p inului Descriere
VCC Pin la care se conectează sursa de tensiune
IN1 Pin digital folosit pentru a comanda primul releu
IN2 Pin digital folosit pentru a comanda al doilea releu
GND Împământare /Nivel de 0
JD-VCC Pin folosit pentru alimentarea externă

Schem a de conectare a unui releu folosit împreună cu un consumator alimen tat la tensiunea de
220V în curent alternativ este ilustrată în Figura 3.5.

37

Figura 3. 5 Schema de conectare a releulu i (în st ânga) și evidențiere a pinilor NC, COM, NO (în dreapta) [29].
Pin-ul "Normally Closed" este în legătură cu pinul "Common" atunci când nu se aplică tensiune
pe pinul de control, iar pinul "Normally Open" este deconectat. Atunci când se a plică tensiune pe pinul de
control, "Normally Closed" este deconectat, fiind în legătură pinii "Com mon" și "Normally Open" [29].
Alimentarea modului se poate realiza în două moduri:
• de la o sursă externă : Se scoate jumper -ul aflat în partea din dreapta -jos a releului și se
conectează VCC la pinul JD -VCC și GND la pinul corespunzător . Pentru a funcțion a cum trebuie,
trebuie conectat și pinul de 5 V al plăcii de dezvoltare la pinul VCC aflat în partea centrală a
modulului. Acest mod de alimentare este util pentru a menține placa de dezvoltare izolată. Pinul
GND aflat în partea centrală trebuie lăsat libe r.
• de la placa de dezvoltare : Se conectează pinii VCC și JD -VCC folosind jumper -ul. Pinii VCC și
GND aflați în partea centrală a modulului la pinii 5V, respe ctiv GND ai plăcii de dezvoltare
utilizate. Cel de -al doilea pin GND aflat in partea din dreapta tr ebuie conectat și el la un pin GND
al plăcii de dezvoltare. P inii VCC și GND nu se vor conecta niciodată utilizând jumper -ul [29].

3.1.5 Ventilator

Specificații:
• Tensiunea de alimentare: 12V ;
• Intensitatea curentului de al imentare: 2mA ;
• Viteza de rotație: 2750 de rpm;
• Dimensiune:92*92*25 mm ;
• Nivel de zgomot 34 dB [30].

Figura 3.6 Ventilator

38
3.1.6 Senzor de temperatură DHT22

Este un senzor dig ital folosit pentru a măsura temperatura. Acesta folosește un termistor pentru a
măsura aerul din jur și transmite datele datele la interval de 2 secunde pe pinul digital de date [31].

Specificații:
• Tensiune de alimentare: 3 V ÷ 5V;
• Domeniul de măsu ră: -40˚C ÷ +80˚C;
• Acuratețe: ±0.50˚C [31].

Senzorul de temperatură este prezentat în Figura 3.7 și descrierea pinilor acestuia în Tabelul 3.5.

Figura 3. 7 Senzorul de temperatură DHT22 [31]

Tabelul 3.5 De scriere pini senzor de temperatură [31]
Număr pin Nume pin Descriere
1 VCC Pinul de alimentare
2 DATA Pinul pentru transmiterea datelor
3 NC Acest pin nu este folosit
4 GND Împământare

3.1.7 Con vertor USB -TTL CP2102

Acest convertor permite realizar ea comunicării dintre lapto p și microcontroler . Acesta se
conectează la portul USB al laptopului creând un port serial virtual pentru converti se mnalele din
protocolul USB la protocolul serial și invers . Convertorul este ilustrat în Figura 3.11, iar pinii săi sunt
detaliați în Tabelul 3.6.

39

Figura 3 .8 Convertor USB -TTL [32]

Tabel 3.6 Descriere pini convertor USB -TTL [32]
Număr pin Nume pin Descriere
1 TXD Pin pe care convertorul transmite date.
2 RXD Pin pe care convertorul primește date.
3 GND Împământare
4 5V Alimentare circuit extern la 5V
5 DTR/RST Pin de ieșire opțional pentru resetarea microcontrolerelor
6 3.3V Alimentare circuit extern la 3.3V

3.1.8 PCB

Realizarea conexiunilor între microcontroler și componente le utilizate necesit ă un număr mare de
cabluri, fapt ce duce la scădere a performanțe i circuitului. Pentru a combate acest lucru și pentru a oferi
proiectului un plus de mobilitate a fost nev oie de crearea unei plăcuțe cu circuit imprimat (PCB) , pe care
am proiectat -o și am tr imis-o către realizare fizică la o firmă din Baia -Mare ( https://circuite –
imprimate.ro/ ).

40

Figura 3. 9 Circu itul în faza finală

41
Schema circuitului a fost realizată cu ajutorul programului Eagle , dată în Figura 3. 10.

Figur a 3.10 Schema circuitului realizată în Eagle
În realizarea proiectului s -a folosit microcontrolerul ATmega 328p -PU. Acesta fun cționează la o
tensiune de alimentare cuprinsă între 1.8-5.5V, conține o memorie flash de 32kB , iar tipul capsulei este
28DIP . Prezintă 14 intrări/ieșiri digitale, dintre care 6 pot fi utilizate și ca ieșiri PWM. În plus, are 6
intrări/ieșiri analogice și poate realiza comunicații digitale cu protocoale precum UART , I2C sau SPI.
În acest circuit microcontrolerul funcționează la o t ensiune de 5V, aceasta este asigurată prin
convert orul USB -TTL conect at la portul USB al laptopului sau prin alimentare externă de la o sursă de
curent continu de 9V. În partea superioară a schemei este prezentat circuitul pentru alimentarea externă.
Stabilizatorul 7805 cu 3 terminale preia pe pinul 1 tensiunea de 9V de la o baterie conectată la mufa jack

42
a plăci i și scoate pe pi nul al 3 -lea tensiunea de 5V care va fi furnizată întregului ansamblu. Dioda D 1 este
de tip ul 1N4148 și are rolul de a proteja ci rcuitul în caz de alimentare inversă. , iar c ele două condensatoare
C1,C2 sunt folosite pentru a stabiliza regulatorul. Dioda LE D este utilizată pentru a indica dacă circuitul
este conectat corespunzător la sursa de tensiune, iar rezistorul R 1 are rolul de a limita intensitatea
curentului prin LED.
Între pi nii 9 și 10, adică XTAL 1 și XTAL 2, este conectat un cristal de cuarț care împreună cu cele
două condensatoare C6, C 11 și cu amplificatorul intern de la cele două borne formează un oscilator cu
cuarț. Ace sta este un oscilator de semnal sinusoidal ce oferă o foarte bună stabilitate a frecvenței.
Dioda LED conectată la pinul 19 c orespunzător pinului 13 digital , va fi folo sită pentru testarea
funcționalității circuitului după încărcarea microcontrolerului c u un cod simplu. Aceasta este stinsă și se
va aprinde când pinul primește comanda ”HIGH”.
Conectorul din partea stângă , SPI_P ROG, este folosit pentru interfața serială SPI ( Serial
Peripheral Interface) , acesta poate fi folosit pentru programarea memoriei flash din procesor folosind un
programator extern, în acest caz va fi utilizat pentru încărcarea bootloader -ului cu ajutorul u nei plăcuțe
Arduino, pas ce va fi explicat în următorul capitol.
În partea dreaptă se află conectorul pentru convertorul TTL -USB folosit pentru programarea
procesorului și pentru comunicarea cu acesta pe serială.
Se pot observa că mai sunt doi conectori de alimentare la 5V pentru alte di spozitive, un conector
pentru 3 pini analogici și unul pentru 4 pini digitali.
În realizarea s chemei circuitului imprimat s -a încercat evitarea intersectărilor traseelor pe un strat
și o dispunere cât mai compactă a compo nentelor astfel încât traseele de curent să aibă o lungime cât mai
mică .

Figura 3. 11 Stratul superior (în stânga) și stratul inferior (inferior).

43

Figura 3.1 2

Figura 3.1 3 Privire de ansamblu

44
3.1.9 Aplicația Android
Aplicația a fost creată cu ajutorul progr amului MIT APP INVENTOR. Este un soft intuitiv, bazat
pe blocuri de cod aspect ce facilitează dezvoltarea aplicației.
Mai jos , în Figura 3.14, este prezentată interfața de comunicare între utilizator și dispozitiv.

Figura 3.14 Interfață aplicație Android

Butonul 1 , aflat în partea superioară, este folosit pentru a conecta dispozitivul la modul ul
bluetooth. În im ediata apropiere se află un indicator de stare, acesta va arăta dacă dispozit ivul este conectat
sau nu. Pe mij locul ecranului va fi afișată temperatura cure ntă, iar din cursor ul ”temp_setata” se alege
temperatura dorită, în mod impl icit aceasta este setată la valoare de 25˚C.

45
3.2 Diagrama bloc a sistemului de control al temperaturii

Temp_măs
<
Temp_dorit ă DA NU
Algoritm PID Aplica ție
Android
Temp_măs Temp_dorită
Figura 3.1 5 Diagram ă bloc PWM Senzor de
temperatură
ATmega 328p
Sursă de
încăl zire Transmițător
RF
Receptor RF
Arduino
Releu
Ventilator Modul
Bluetooth

46
În figura 3.15 este reprezentată diagrama bloc a întregul ui sistem de control al temperaturii. Prin
aplicația Android este setată temperatura dorită și este trimisă prin modulul bluetooth către
microcontrolerul ATmega 328p -PU. Senzorul de temperatură tr imite și el valo area măsurată la interval
de 2 secunde. Pr ocesorul ia o decizie în funcție de datele primite și pornește sursa de încălzire sau
ventilatorul. Dacă temperatura măsurată este mai mică decât cea dorită atunci algoritmul PID va calcula
valoar ea factorului d e umplere al semnalului PWM care va fi trim is într -un circuit pentru activarea sursei
de încălzire. Dacă valoarea măsurată este mai mare decât cea dorită atunci procesorul va trimite valoarea
de ”1” către transmițătorul RF. Acesta va comuni ca mai departe c u receptorul RF conectat la plăcuța
Arduino care va trimite un semnal de activare a releului și astfel ventilatorul este pus în funcțiune.

47
Capitolul 4. Integrarea componentelor și interpretarea datelor
4.1 Încăr carea bootload er-ului
Bootloader -ul este program mic încă rcat în memoria de program și folosit pentru a putea utiliza
conexiunea serială între microcontroler și laptop . La pornirea sau resetarea microcontrolerului,
bootloader -ul identifică dacă se doreșt e încărcarea unui program , atunci va prelua datele de la p rogramator
și le va scrie în spațiul de memorie liber, altfel va fi lansat în execuție codul deja încărcat dacă acesta
există.
Bootloader -ul se află într -o zonă protejată a memoriei care nu poa te fi reprogramată în mod
obișnuit, de obicei acesta ocupă ultimele adrese din memorie.

Figura 4.1 Memoria de program

Primul pas pentru încărcarea bootloader -ului este de a transforma plăcuța Arduino într -un
programator ISP. Pentru a realiza acest lucru s e încarcă codul predefinit ”Arduino ISP” din program ul
Arduino IDE și se setează funcția ”Arduino as ISP”. În continua re se vor cone cta pinii ICSP ai plăcuței
Arduino și pinii SPI_PROG ai circuitului creat , astfel:

Tabel 4.1 Conexiune pini pentru încărcarea bootloader -ului
Pini Arduino Pini ATmega328p -PU
10 (SS) 1 (RESET)
11 (MISO) 17 (MISO)
12 (MOSI) 18 (MOSI)
13 (SCK) 19 (SCK)
5V 7 (VCC) + 20 (AVCC)
GND 8 (GND) + 22 (GND)

48

În Figura 4.2 este prezentat montajul folosit pentru încărca rea bootloader -ului

Figura 4. 2 Conexiune pi ni pentru încărcarea bootloader -ului

După realizarea montajului se folosește funcția ”Burn Bootloader” pentru încărcarea codului în
microcontroler utilizând Arduin o ca programator.

4.2 Măsurare a temperaturii
Pentru acest pas s -a folosit senzorul de te mperatură DHT22. Acesta a fost conectat astfel:
Tabel 4.2 Conexiune pini pentru măsurarea temperaturii
Pini senzor de temperatură Pini ATmega 328p -PU
VCC VCC
DATA Pin 15 ( Pinul digital 9)
GND GND

Figura 4.3 Schema conectare senzor de temperatură

49
Între pinii VCC și DATA a fost introdus un rezistor de pull -up cu valoarea de 10k Ω. Acesta are
rolul de a menține intrarea pinului digital la nivelul de ”HIGH” atunci când senzorul de temperatură n u
transmite date.
În figura 4. 3 se poate observa valoarea temperaturii măsurată în condiții normale, iar în figura 4. 4
sunt prezentate datele în urma încălzir ii senzorului cu o brichetă, experiment realizat pentru testarea
funcționalității acestuia. Date le au fost afișate pe monitorul serial din programul Arduin o IDE.

Figura 4. 4 Valorile măsurate în condiții normale Figura 4. 5 Valorile măsurate în timpul încălzirii

Codul folosit este următorul:

Figura 4. 6 Codul folosit pentru măsura rea temperaturii

50
Variabila DHT este declarată de tipul c lasei dht definită în librăria ”dht.h” , în continuare a fost
declarat pinul 9 digital ca pin de intrare pentru a primii datele de la senzor. Cu ajutorul funcției
”readTemperature” datele citite s unt convertite într -o singură valoare care este afișată pe monitorul serial.
Întârzierea de 2 secunde este introdusă pentru a acorda timp senzorului să efectueze și să trimită o nouă
măsurătoare.

4.3 Utilizarea modul ului Bluetooth
Acesta a fost folosit p entru a face legătura între aplicația Android și microcontr oler. Din aplicație
este trimisă valoarea temperaturii dorite către procesor, iar invers este trimisă și afișată pe ecranul
dispoz itivului valoarea măs urată.
Pinii între c are s-a realizat conexi unea sunt următorii:
Pini modul Bluetooth Pini ATmega 328p -PU
RXD TX ( Pinul 3)
TXD RX (Pinul 2)
GND GND
VCC VCC
Tabel 4.3 Conexiune pini modul Bluetooth

4.7 Schema de conectare modul ului Bluetooth

Deoarece pinul de primire a datelor RX al modulu i Bluetooth suportă o tensiune maximă de 3.3V
iar tensiunea pe pinul de transmitere al microcontrolerului este de 5V a fost nevoie de crearea unui divizor
de tensiune pentru a reduce această valoare.
Valorile rezistoarele au fost alese în urma aplicării formulei divizorului de tensiune:
𝑉𝑜𝑢𝑡= 𝑅6
𝑅5+𝑅6∙𝑉𝑖𝑛 (9)

Pentru o tensiune de intrare Vin=5V și valorile R5=3 kΩ, R6=4.7kΩ tensiuni le de ieșire are
valoarea Vout=3.05V.

51
4.4 Pornirea ventilatorului
În cazul în care temperatura dorită este mai mică decât cea exi stentă, atunci aerul condiționat
trebuie pornit. Pentru exemplificare s -au folosit următoarele componente: module RF pentru tra nsmitere
și recepționare, Arduino, releu și un ventilator alimentat l a o sursă de curent continu de 12V și 200mA.

4.8 Sche ma de conectare a componentelor pentru pornirea ventilatorului

În Tabelul 4.4 și Tabelul 4.5 sunt prezentate conexiunile dintre pini folosite pentru realizarea
schemei din Figura 4.8, utilizată p entru pornirea ventilatorului.

Tabel 4.4 Pini conectare co mponente la Arduino

Pini modul recepție RF Pini Arduino
VCC 5V
DATA D3
GND GND
Pini modul releu
VCC 5V
IN1 D4
GND GND

52

Figura 4. 9 Schema de conectarea a modulului de transmiter e

Tabel 4.5 Conexiune pini modul transmițător RF

Pinii NO (”Normally Open”) și COM (”Common”) de la releu au fost conectați astfel: pinul de la
sursa de alimentare de 12V conectat la pinul COM și pinul de alimentare de la ventilator la NC. În acest
caz ventilatorul pornește doar când este activat releul, dacă pinul de la v entilator ar fi fost conectat la pinul
NC (”Normally Closed”) acesta ar fi fu ncționat până când releul ar primi comanda de activare .

Microcontrolerul ATmega328p -PU preia cele două valori ale temperaturii și în caz că este nevoie
de pornirea ventilator ului acesta va transmite către Arduino, prin modulul RF valoarea ”1”. După ce
primește această valoare, Arduino activează releul c onectat la pinul D4 care închide circuitul de alimentare
și astfel ventilatorul pornește. Codul pentru această etapă este prez entat mai jos în figura 4.7.

Figura 4. 10 Codul pentru transmiterea valorii de ”1 ”
Pini modu l transmițător RF Pini ATmega 328p -PU
DATA Pinul 5 ( Pinul digital 3)
VCC VCC
GND GND

53
Acest cod este încărcat în microcontrolerul ATmega3 28. Pentru a facilita scrierea lui s -au folosit
funcțiile predefinite din librăria ”VirtualWire.h”. În funcția ” setup()” a fost setat pinul digital 3 ca pin de
ieșire pentru transmiterea datelor, iar pinul digital 13 ca pin de ieșire pentru controlul LED -ului roșu de
pe PCB. Funcția ”transmite()” aprinde LED -ul și trimite valoare 1, aceasta introduce o scurtă întârz iere
pentru ca transmiterea să se efectueze iar la final închide LED -ul. Această scur tă aprindere a LED -ului are
rol vizual și anunță că s -a efe ctuat o transmitere.

Figura 4. 11 Codul încărcat în Arduino

Codul din figura 4.11 este folosit pentru a controla ventilatorul . În funcția ”setup()” este setat
pinul digital 3 ca pin pentru pr imirea informației prin modulul de recepție și pinul digita l 4 pentru controlul
releului. În următoarea funcție se verifică dacă există informație, în caz afirmativ ace asta este memorată
în variabila ”data”. Se verifică dacă valoarea primită este 1 și se t rimite semnalul de pornire a releului.
Acesta este activat când pinul digital are nivelul logic ”0” și este oprit când valoarea acestuia este ”1”.

4.5 Pornirea siste mului de încălzire și menținerea unei temperaturi constante
În cazul în care temperatur a setată este mai mare decât cea măsurată atunci sistemul d e încălzire
trebuie deschis. Acesta trebuie adaptat să funcționeze la o putere constantă pentru a menține tem peratura
dorită neschimbată. Pentru acest lucru este implementat un algoritm PID care ca lculează în fiecare
moment de timp diferența de temperatură și trimite către sistemul de încălzire o valoare pentru ca acesta
să funcționeze corect. Pentru exemplificar e s-au folosit următoarele componente: un bec de 12V, un
tranzistor bipolar NPN, un tra nzistor MOS cu canal N și un rezistor de 10kΩ.

54

Figura 4.12 Schem ă circuit

Explicatie circuit !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Figura 4. 13 Valori obținute

55

Figura 4. 14 Codul pentru controlul temperaturii

Codul prezentat în figura 4. 14 are rolul de a genera un semnal pe pinul 6 de ieșire al
microcontrolerului care să mențină becul la o anumită valoarea a tensiunii, astfel încât temperatura din
jurul senzorului să rămână constantă. În funcția ”setup()” este declar at pinul digital ca fiin d de ieșire și se
atribuie variabil ei ”time” valoare a timpului trecut de la începutul rulării, în milisecunde, valoare care va
fi utilizată pentru calculul componentei diferențiale. În funcția ”loop()”, în primul rând, este măsurată

56
temperatura și atribuit ă această valoare variabilei ”tempe rature_read”. După, se verifică dacă se primește
de la aplicația Android date, în caz afirmativ temperatura trimisă este memorată și variabilele algoritmului
PID sunt resetate, altfel este păstrată ultima valoare trimisă sau cea predefinită de 25 ˚C. Se ca lculează
eroarea, aceasta fiind diferența de temperatură dintre cele două valori și se determină cu formula
componenta proporțională P. Calcularea componentei integrale se face doar când eroarea e ste cuprinsă în
gama de valori -2 și 3. S-a ajuns l a aceast ă concluzie prin efectuarea mai multor experimente și s -a
constatat că algoritmul este mai stabil. În continuare, se reține ultima valoarea a timpului în variabila
”timeprev” și se determină noua v aloare. Diferența dintre cele două este convertită din mili secunde în
secunde și este folosită pentru a determina componenta diferențială D. Suma celor 3 componente este
memorată în variabila ”PID_Value”, iar această valoare este menținută între 0 și 255. Funcția
”analogwrite” are nevoie de 2 parametrii: p inul dig ital de ieșire și valoarea factorului de umplere al
semnalului PWM cuprins între 0 și 225.
Prin măsurători repetate s -a decis c ă valorile optime pentru coeficienț ii implicați în algoritmu l PID
sunt următoarele: K p=11, K i=0.7, K d=1, iar timpul de întârzi ere pentru reapelarea buclei este de 2.3
secunde.

57
Contribuții personale și concluzii
Motivul pentru care am ales această temă a proiect ului provine de la tendința tot mai mare a
oamenilor către sistemele automate și de la dez voltarea continuă a tehnologiei. Sistemele “de casă
inteligentă” au obținut o mare popularitate în ultimele decenii, deoarece sporesc confortul și calitatea
vieții . Cele mai multe dintre acestea co ntrol ează și monitorizează cu ajutorul unei aplicați i, de pe telefonul
inteligent , toate dispozitivele din locuință.
Pentru dezvoltarea proiectului a u fost necesare noțiuni de electronică și programare, precum și
aptitudini tehnice de a lucra cu aparatele de măsură. Contribuțiile personale în acest proiect sunt
următoarele:
• Crearea schemei principale și dezvoltarea circuitului imprimat;
• Lipirea componentelor pentru realizarea montajului final;
• Crearea aplicației Android;
• Realizarea tuturor măsurătorilor p rezentate;
• Găsirea parametrilor optimi pentru algoritmul PI D;

Concluzii :
• Ventilatorul folosit nu poate răci senzorul cu mai mult de două, trei grade Celsius la
capacitate maximă. Din acest motiv nu s -a putut implementa algoritmul PID și pentru
partea de r ăcire.
• Pentru valorile coeficienților PID folosiți temperat ura ajunge la cea dorită într -un interval
de 3-5 minute și oscilează foarte puțin în jurul acestei valori cu ±1˚C. Dacă s -ar folosi
coeficienți cu valori mai mari, timpul în care s -ar atinge valoar ea stabilită ar scădea, dar
apar oscilații mai mari în juru l acesteia.

Pe viitor doresc să calculez coeficienții PID pentru acest proiect folosind pr ogramul MATLAB și
să extind gama de dispozitive controlate. În plus doresc să adaug un port pentru intern et astfel încât
sistemul să poată fi controlat de oriunde.

58

59
Referințe
[1] Ciprian Dobre , Constandinos Mavromoustakis , Nuno Garcia , Rossitza Goleva , George Mastorakis ,
Ambient Assisted Living and Enhanced Living Environments ,1st Edition : Principles, Technologies and
Control , Editura Butterworth -Heinemann , 201 6.
[2] ***, The Internet of things , http://www.infiniteinformationtechnology.com/iot -smart -city-what -is-
smart -home , accesat la data 11.03.2019
[3] Antonio Coronat o și Giuseppe De Pietr o, Pervasive and Smart Technologie s for Healthcare , Editura
IGI, Hershey, P A, 2010.
[4] R. Harper , Inside the Smart Home, Editura Spinger, Londra, 2003.
[5] ***, Cum s ă-ți faci casa Smart -Home , https://www.mereupri mul.ro/cum -iti-faci-casa-smart -home –
a74, accesat la data 11.03.2019
[6] ***, Casa -inteligentă, http://climatherm.ro/ro/casa -inteligenta/ , acces at la da ta de 1 5.03.2019
[7] M.E. Morris , B. Adair , K. Miller , E. Ozanne , R. Hansen , Smart -Home Tec hnologies to Assist Older
People to Live Well at Home , Journal of Aging Science , pp 36-49, 201 3.
[8] Timothy Malche , Priti Maheshwary , Internet of Things (IoT) for building Smart Home System ,
International confe rence on I -SMAC (IoT in Social, Mobile, Analytics and Cloud ), pp 60-70, 2017
[9] ***, Case-inteligente , https://shopniac.ro/case -inteligente -1616/ , accesat la 15.03.2019
[10] Boscoianu, Elena -Corin a; Popa, Dragoș (2016), Internet of Things , Buletinul AGIR nr. 2/2016 , pp
44-47
[11] I.P. Zarko, K. Pripuzic, M. Serrano, Interoperability and Open -Source Solutions for the Internet of
Things , Editura Springer International Publishing , Split, 2014 .
[12] K. J. Astrom & T. Hagglund , Controlere PID , Editura Instrument Society of America , USA, 1995 .
[13] ***, PID Control ler, https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller , accesat la 20.03 .201 9
[14] ***, How the PID temperature regulator works , https://sibay -rb.ru/ro/power -supply/how -the-pid-
temperature -regulator -works -avr221 -discrete -pid-controller.html
[15] Kok Kiong Tan, Wang Qing -Guo, Hang Chang Chieh , Advances in P ID Control , Editura Springer,
Lond ra, 1999 .
[16] Myke King , Process Control: A Practical Approach , Editura WILEY, Isle of Wigh , Marea-Britanie,
2010.
[17] Hari Om Bansal , Rajamayyoor Sharma , P. R. Shreeraman , PID Controller Tuning Techniques ,
Journal of Control Engineering and Technol ogy (JCET) Vol 2, pp. 168-176, 2012
[18] Toscano, R , A simple PI/PID controller design method via numerical optimizatio n approach , Journal
of Process Control 15 , pp. 81–88, 2015.
[19] Robert McDowall , Fundamentals of HVAC Control Systems , Editura ASHRAE, Atlanta, USA, 2008 .
[20] *** Note de laborator, http://cs.curs.pub.ro/wiki/pm/lab/lab3 , accesat 02.04.2019
[21] *** Pulse Width Modulation (PWM ), https://barrgroup .com/Embedded -Systems/How -To/PWM –
Pulse -Width -Modulation , accesat 03.04.2019

60
[22] Hausmair, Katharin a, Shuli Chi , Peter Singerl , Christian Vogel , Aliasing -Free Digital Pulse -Width
Modulation for Burst -Mode RF Transmitters , Transactions on Circuits and Syst ems, pp. 415–427, 2013.
[23] J. Huang, K. Padmanabhan, O. M. Collins, The sampling theorem with constant amplitude variable
width pulses , Transactions on Circuits and Systems, pp. 1178 – 1190, 2011.
[24] ***, Caracteristicile senzorilor , https://riverglennapts.com/ ro/sensors/783 -characteristics -of-
sensors.html , accesat la data 10.04.2019 .
[25] ***, Senzorul , https://ro.wikipedia.org/wiki/Senzor , accesat la data 1 1.04.2019
[26] ***, Pini Arduino , http://roboroman ia.ro/2016/11/15/descrierea -pinilor -la-placa -arduino -uno-r3/,
accesat la data 20.04.2019.
[27] Massimo Banz i , Getting Started with Arduino , Editura O ’Reilly, New -York , USA , 2015
[28] Jeremy Blu m, Exploring Arduino: Tools and Techniques for Engineering Wizardry 1st Edition ,
Editura WILEY, Isle of Wigh , Marea-Britanie , 2013.
[29] ***, HC-05 Bluetooth Module -User ’s manual , https://www.gme.cz/data/attachments/dsh.772 –
148.1.pdf accesat la data 10.06.2015
[30] ***, Datasheets module RF , http://www.mantech.co.za/Datasheets/Products/433Mhz_RF –
TX&RX.pdf accesat la data 10.06.2015
[31] ***, Datash eets module relay , https://www.fecegypt.com/uploads/dataSheet/14 80848003 –
2_channel_5v_10a_relay_module.pdf
[32] ***, Ventila tor, https://www.optimusdigital.ro/ro/accesorii -altele/7966 -ventilator -cmp-fan23 -12-v-
80x80x25 -mm-cu-senzor.html?search_query=ventilator+12v&results=12
[33] ***, Datasheets DHT22 , https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Temperature/DHT22.pdf
[34] **, Datasheets Convertor CP2102 , http://www.alldatasheet.com/datasheet –
pdf/pdf/201067/SILABS/CP2102.html

61

Anexa 1. Codul complet