Sistem de alertare via SMS pentru [630095]

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

Sistem de alertare via SMS pentru
automobilul autonom

Proiect de diplomă
prezentat ca cerință parțială pentru obținerea titlului de
Inginer în domeniul Electronică și Telecomunicații
programul de studii de licență Microelectronică, Optoelectronică și
Nanotehnologii

Conducători lucrare: Absolvent
Ș.l. Dr. Ing. Andrei Drăgulinescu Elena -Corina Melcescu
As. Drd. Ing. Ana Maria Drăgulinescu

2018

Cuprins

Listă figuri ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 9
Listă tabele ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 11
Listă acronime ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 13
Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 15
Capitolul 1. Senzori. Clasificare. Caracteristici. Principiul de funcționare ………………………….. …. 17
1.1 Noțiuni de bază ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 17
1.2 Defi niție ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 17
1.3 Comparație între senzor si traductor ………………………….. ………………………….. ……………………….. 17
1.4 Clasificarea senzorilor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 17
1.4.1 Senzori direcți și senzori complecși ………………………….. ………………………….. ………………….. 17
1.4.2 Senzori activi și senzori pasivi ………………………….. ………………………….. …………………………. 18
1.4.3 Senzori analogici și senzori digitali ………………………….. ………………………….. ………………….. 18
1.5 Caracteristicile senzorilor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 18
1.5.1 Acuratețea ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 19
1.5.2 Func ția de transfer ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 19
1.5.3 Calibrarea ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 19
1.5.4 Rezol uția ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 20
1.5.5 Sensibilitatea ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 20
1.5.6 Reproductibilitatea ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 20
1.5.7 Fiabilitatea ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 21
1.5.8 Timpul de răspuns ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 21
1.6 Principiul de funcționare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 21
Capitolul 2. Arhitectura sistemului. Descrierea componentelor utilizate ………………………….. …… 23
2.1 Arhitectura sistemului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 23
2.2 Senzorul de prezență umană ( PIR ) ………………………….. ………………………….. ………………………… 24
2.2.1 Definiție ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 24
2.2.2 Mod de realizare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 24
2.2.3 Principiul de funcționare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 24
2.2.4 Detectare diferențial ă ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 25
2.2.5 Lentile și oglinzi ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 25
2.2.6 Elemente piroelectrice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 25

2.2.7 Avantaje ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 29
2.2.8 Dezavantaje ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 29
2.2.9 HC -SR501 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 29
2.3 Senzorul de vibrații ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 31
2.3.1 Noțiuni fundamentale ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 31
2.3.2 Defini ție ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 31
2.3.3 Modul senzor de vibrații ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 31
2.4 LCD ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 33
2.5 Platforma Arduino ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 35
2.5.1 Ce este Arduino? ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 35
2.5.3 Arduino Hardware ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 36
2.5.4 Arduino Software ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 36
2.6 Modul GSM SIM 800L ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 38
2.6.1 Mod de funcționare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 38
2.6.2 Funcția RESET ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 39
2.6.3 Interfața serială ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 39
2.6.4 Caracteristici tehnice: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 41
Capitolul 3. Implementare fizică. Integrarea componentelor ………………………….. ……………………. 43
3.1 Placa de dezvoltare Arduino NANO ………………………….. ………………………….. ……………………….. 43
3.2 Conectare modul de afișare LCD ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 44
3.3 Conectare senzor PIR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 45
3.4 Conectare modul vibrații SW 420 ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 46
3.5 Schemă electrică ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 48
2.6 Integrarea componentelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 49
Capitolul 4. Implementarea și descrierea sistemului ………………………….. ………………………….. ……… 55
4.1 Implementarea sistemului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 55
4.2 Descriere algoritm ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 56
Concluzii și contribuții ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 61
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 63
Anexa 1 Montajul final al sistemului de alertare via SMS pentru automobilul autonom (vedere frontală)
………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 67
Anexa 2 Montajul final al sistemului de alertare via SMS pentru automobilul autonom (vedere anterioară)
………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 69
Anexa 3 Cod sursă Arduino IDE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 71

Listă figuri

Figura 1. 1 Diagramă -Senzor complex ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….18
Figura 1. 2 Funcția densitate de probabilitate ………………………….. ………………………….. …………………….. 19
Figura 1. 3 Curba de calibrare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 20

Figura 2. 1 Imagine de ansamblu a sistemului ………………………….. ………………………….. ………………….. 23
Figura 2. 2 Detecție PIR ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 25
Figura 2. 3 Radiația în infraroșu, focalizată de lentila Fresnel ………………………….. ………………………… 26
Figura 2. 4 Structura internă a unui senzor PIR ………………………….. ………………………….. …………………. 27
Figura 2. 5 Structura internă PIR având tranzistor TEC cu rezistență și sursă de alimentare ……………. 27
Figura 2. 6 Elemente detectoare în configurație de tensiun e ………………………….. ………………………….. .. 28
Figura 2. 7 Configurația PIR care include lentilă Fresnel pentru filtrarea și focalizarea radiației ……… 28
Figura 2. 8 Senzor PIR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 29
Figura 2. 9 Senzor PIR, vedere spate ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 30
Figura 2. 10 Modul senzor vibrați i ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 31
Figura 2. 11 Modul senzor vibrații detaliat ………………………….. ………………………….. ……………………….. 32
Figura 2. 12 LCD alfanumeric ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 34
Figura 2. 13 LCD alfanumeric pinout ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 34
Figura 2. 14 Pinout Atmega328P ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 37
Figura 2. 15 Conexiunile între modul (DCE) și client (DTE) ………………………….. ………………………….. 39
Figura 2. 16 Modul GSM SIM800L ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 40
Figura 2. 17 Prezentare pini ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 40

Figura 3. 1 Platforma Arduino Nano ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 43
Figura 3. 2 Pinout Arduino Nano ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 44
Figura 3. 3 Conectare modul LCD ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 45
Figura 3. 4 Conectare senzor PIR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 46
Figura 3. 5 Conectare modul vibrații ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 46
Figura 3. 6 Rezultate în monitorul serial ………………………….. ………………………….. ………………………….. 47
Figura 3. 7 Schemă electrică ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 48
Figura 3. 8 Conectarea modulelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 49
Figura 3. 9 Sistemul alimentat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 49
Figura 3. 10 Senzor PIR activ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 50
Figura 3. 11 Mesaj recepționat la activarea senzorului de vibrații ………………………….. ……………………. 50
Figura 3. 12 Afișare mesaj pe LCD după primirea SMS -ului ………………………….. ………………………….. 51
Figura 3. 13 Conectare buton RES ET ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 51
Figura 3. 14 Conectare tranzistor 2N2222 ………………………….. ………………………….. ………………………… 52
Figura 3. 15 LM 317 pinout ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 52
Figura 3. 16 LM317 cu rezistențe externe ………………………….. ………………………….. ………………………… 53

Figura 4. 1 Diagramă bloc ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 55
Figura 4. 2 Crearea unei instanțe a librăriei LiquidCrystal ………………………….. ………………………….. ….. 56
Figura 4. 3 Setarea numărului de linii (2) și de coloane (16) ………………………….. ………………………….. 56
Figura 4. 4 Afișarea unui mesaj pe ecranul LCD -ului ………………………….. ………………………….. ………… 56
Figura 4. 5 Poziționarea cursorului pe coloana 0 și linia 0 ………………………….. ………………………….. ….. 56
Figura 4. 6 Ștergerea mesajelor de pe ecranul LCD -ului ………………………….. ………………………….. …….. 57
Figura 4. 7 Obținerea instanței librăriei ”Sim800l.h” ………………………….. ………………………….. …………. 57
Figura 4. 8 Inițializarea obiectului Sim800l ………………………….. ………………………….. ……………………… 57
Figura 4. 9 Trimiterea u nui mesaj de tip SMS ………………………….. ………………………….. …………………… 57
Figura 4. 10 Crearea și inițializarea variabilelor ………………………….. ………………………….. ………………… 57
Figura 4. 11 Funcția ”setup()” ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 58

Listă tabele

Tabel 2. 1 Prezentare pini LCD ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 34

Tabel 3. 1 Prezentare pini ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 44
Tabel 3. 2 Conexiuni LCD ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 44
Tabel 3. 3 Conexiuni senzor PIR ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 45
Tabel 3. 4 Conexiuni modul vibrații ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 46

Listă acronime

ADC = Analog -to-Digital Converter ( Convertor Analog Digital )
ASCII = American Standard Code for Information Interchange (Cod standard pentru schimbul de
informații)
EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ( Memorie nevolatilă
reprogramabilă cu ștergere electrică )
FET = Field Effect Transistor ( Tranzistor cu efect de câmp )
FS = Full scale ( Întreaga scară )
GPRS = General Packet Radio ServicE (Serviciul de pachete comutate pentru comunicații mobile de
date)
GSM = Global System for Mobile Communications ( Sistem Global pentru Comunicații Mobile )
GND = Ground ( Masă )
IDE = Integrated Development Environment ( Mediu de dezvoltare integrat )
IR = Infrared radiation ( Radiație infraroșu )
I/O = Input/Output ( Intrare/Ieșire )
IP = Internet Protocol ( Protocol Internet)
LCD = Liquid Crystal Display (Modul de afișare cu cristale lichide )
LSI= Large Scale Integration (Integrare la scară largă)
MCU = Microcontroler
PCM = Pulse -code modulation ( Modulația impulsurilor în cod )
PIR = Passive Infrared Senzor ( Senzor pasiv în infraroșu)
PPP = Point -to-point protocol (Protocol punct la punc t)
PWM = Pulse width modulation (Modulatia impulsurilor în durată )
RD = Registru de date
RISC = Reduced Instruction Set Computer (Arhitectură cu instrucțiuni reduse )
SIM = Subscriber Identification Module (Modul de identificare al abonaților)
SMS = Short Message Service ( Serviciul de mesaje scurte)
SPI = Serial Peripheral Interface (Interfață serială)
SRAM = Static Random Access Memory ( Memorie statică cu acces aleator )
TCP = Transmission Control Protocol ( Protocol de control al transmisiei )
TWI = Two Wire Interface (Interfață cu două fire)
TTL = Transistor – Transistor Logic
UART = Universal Asynchronous Receiver & Transmitter ( Receptor/ Transmițător asincron universal)
USB = Universal Serial Bus ( Magistrală serială universală )
UDP = User Datagram Protocol ( Protocol diagramă de date utilizatori)
VCC = Sursă de alimentare

15
Introducere

Ideea acestei lucrări a venit de la faptul că, din nefericire, marile orașe întâmpină numeroase
probleme în ceea ce privește numărul parcărilor disponibile , întrucât numărul autovehiculelor este mai
mare decât disponibilitatea locurilor de parcare. Este un lucru bine cunoscut că locurile de parcare sunt
foarte limitate, în felul acesta, uneori, posesorii de automobil r ecurgând la soluții care îi pot afecta pe
ceilalți participanți la trafic.

Soluțiile care există în prezent pentru eliberarea respectivului loc de parcare sunt de lungă durată
și au o eficiență scazută: informarea unei autorități care își desfășoară activitatea în această sferă
(ineficient doarece sunt foarte multe proceduri de urmat), apelarea persoanei care a ocupat locul
(ineficient deoarece un număr mic de posesori de mașini au numărul de telefon afișat în interiorul
mașinii) , iar uneori chiar per soana afectată nu posedă în respectivul moment un mijloc de comunicație
etc.

Astfel, pentru remedierea neplăcerilor cauzate de lipsa locurilor de parcare, sistemul propus are
drept scop alertarea automată prin SMS a posesorilor de autovehicule care parche ază, blocând accesul
altor vehicule.

Situațiile în care alertarea are loc sunt urm ătoarele: ocuparea unui loc de parcare care aparține
unei alte persoane, blocarea accesului în anumite zone si necesitatea îndepartării automobilului sau pur
și simplu pentru a anunța proprietarul că autovechiculul acestuia prezintă o problemă mecanică (sistem
de lumini uitat aprins, scurgere de ulei etc).

Motivația constă, totodată, și în faptul că uneori persoanele afectate nu posedă un mijloc de
comunicație (de exemp lu un telefon mobil) sau poate acesta nu este funcțional, fie proprietarii
automobilelor care blochează accesul nu răspund la apel.

Pentru a putea atinge scopul pe care l -am propus acestei lucrări , în continuare v a fii prezenta tă o
descriere amănunțită a tuturor părților componente ale ansamblului folosit pentru realizarea acestei
lucrări . Se vor prezenta aspecte privind caracteristicile tehnice, principiul de funcționare, avatajele si
dezavantajele acestora.

16

17
Capitolul 1. Senzori. Clasificare . Caracteristici . Principi ul de funcționare

1.1 Noțiuni de bază

Senzorii joacă un rol esențial în numeroase aplicații din viața reală, aceștia fiind folosiți în
industria auto, în educație, în aplicații pentru siguranță și sănătate , în agricultură, în medicină și in
creșterea calitații vieții . Fără senzori, majoritatea aplicațiilor electronice nu ar exista, ele îndeplinesc o
funcție vitală, și anume oferă o interfață cu lumea reală. Importanța senzorilor contrastează însă cu
informațiile limitate disponibile.
“Denumirea senzorului provine din cuvântul latin „sensus”, ca re însemnă simț și , înainte de a fi
folosit în domeniul tehnic, a fost și este utilizat pentru a desemna capacitățile organelor de simț ale
oamenilor și de a prelucra informații din mediul înconjurător și a le transmite creierului. În acest proces ,
mărimil e fizice, neelectrice, sunt convertite în semnale electrice, pe care creierul le poate prelua și
interpreta și pe baza cărora coordonează acțiunile mușchilor ” [1].
Se consideră că semnalul electric este un semnal care poate fi amplificat și modificat cu ajutorul
unor circuite electronice.

1.2 Definiție

“Senzorul reprezintă un dispozitiv tehnic care reacționează la anumite mărimi măsurabile sau la
anumite reacții fizice sau chimice din mediul imediat apropiat. Rolul senzorului este acela de a măsura o
cantitate precum masa, umiditatea, temperatura, presiunea etc. și a o transmite sub formă de semnal
electric ”. Printr -o definiție mai rigidă, putem defini senzorul ca fiind un dispozitiv căruia i se aplică un
semnal de intrare non -electric numit stimul și care răspunde cu un semnal electric analogic care poate fi
măsurat cu ajutorul unui anumit instrument electronic [28].

1.3 Comparație între senzor si traductor

Cuvântul „senzor” a apărut odată cu dezvoltarea microelectronicii, împreună cu alte noțiuni cum
ar fi: ”microprocesor”, ”microcontroller” etc. Neclaritatea semnificației acestor doi termni conduce la
confuzie. În acest fel, o mare parte din elementele tehnice senzitive aparțin categoriei de traductor. Mulți
autori folosesc sintagma ”senzori și traductoare”, deoarece aceștia spun că senzorul și traductorul sunt
aproximativ echival enți sau că unul dintre ei reprezintă o categorie superioară care îl conține pe celălalt
.
Un senzor diferă de un traductor prin faptul că acesta transformă semnalul recepționat în semnal
electric și colectează informații din lumea reală, spre deosebire de traductor care convertește un anumit
tip de energie într -un alt tip de energie [2].
1.4 Clasificarea senzorilor
1.4.1 Senzo ri direcți și senzori comple cși
Un senzor direct convertește un stimul în semnal electric . În această categorie includem
termocuplu l utilizat pentru măsurători de temperatură, fotodiode și fototranzistori pentru măsurarea
intensității luminii.

18
În timp ce un senzor compl ex este un senzor alcătuit dintr -un senzor simplu (direct) și dintr -un
traductor neelectric , senzorii comple csi au nevoie de conversii multiple pentru a obține un semnal electric
[2].

Figura 1. 1 Diagramă -Senzor compl ex. Sursă: [3]
1.4.2 Senzori activi și senzori pasivi
Senzorul pasiv
Senzorii pasivi sunt acei senzori care generează direct semnalul electric, neavând nevoie de o
sursă suplimentară de energie. Exemplu de senzori pasivi: termocuplul, fotodioda, senzorul
piezoelectric. Majoritatea senzorilor pasivi sunt senzori direcți [3].

Senzorul activ

Spre deosebire de senzorii pasivi, senzorii activi nu sunt ca pabili s ă emită un semnal electric fără
ajutorul un ui stimul extern, numit semnal de excitație . De intensitatea acestui stimul, va depinde semnalul
de ieșire.
De asemenea, senzorul activ este numit parametric, deoarece se poate spune c ă parametrul
modulează semnalul de excita ție și că modulația transmite informații despre valoarea măsurată.
1.4.3 Senzori analogici și senzori digitali
Senzorul analogic produce un semnal con tinuu la ieșire. Acest semnal este proporțional cu
amplitudinea stimulului . Exemplu de senzori analogici: accelerometrul, senzor ul de presiune, senzor ul
de lumină, senzor ul de temperatură, senzor ul acustic etc.
Senzorul digital generează un semnal fizic, î n cazul acestuia conversia și transmisia datelor
făcându -se digital.
Exemplu: accelerometrul digital, senzorul de temperatură digital etc [4].

1.5 Caracteristicile senzorilor
Senzorii sunt rea lizați pentru a funcționa într -o gamă specifică, util ă pentru diferite apl icații. De
asemenea, este bine să se respecte această gamă deoarece există riscul ca senzorul să nu funcționeze .

19
1.5.1 Acuratețea
În majoritatea aplicațiilor, acuratețea este una dintre cele mai importante specificații ale unui
senzor , care de fapt înseamnă imprecizie sau eroare de măsură . Aceasta se referă la raportul dintre cea
mai mare valoare dată de senzor și valoarea ideală sau adev ărată a stimului la intrarea sa [5].
De cele mai multe ori, acuratețea este confundată cu precizia sau chiar cu rezoluția.
Un senzor mai precis are o distribuție cât mai îngustă , iar un senzor cu acuratețe este mai aproape de
valoarea reală.

Figura 1. 2 Funcția densitate de probabilitate. Sursa: [ 7]

1.5.2 Func ția de transfer

Pentru fiecare senzor există o relație stimul -răspuns, ce poate fi ideală sau teoretică. Această
dependență ideală se poate reprezenta sub forma unui tabel cu valori, a unui graf ic, a unei formule
matematice sau a unei soluții /ecuații matematice. Dacă relația este invariantă în timp, poartă denumirea
de funcție de transfer.
Funcția de transfer reprezintă relația dintre un stimul, s și răspunsul sub formă de semnal electric,
produs de senzor. Acestă relație se scrie sub forma 𝑆=𝑓(𝑠).
În cazul în care stimulul s este necunoscut, și se știe doar răspunsul, S, măsurat, este necesar să
se folosească o funcție de transfer inversă notată cu 𝑓−1(𝑆). [5]

1.5.3 Calibrare a

Calibrarea este o metodă de îmbunătățire a performanțelor unui senzor prin eliminarea erorilor
structurale apărute la ieșirea senzorului. Aceste erori structurale reprezintă diferența dintre valoarea ieșirii
măsurate și valoarea ieșirii dorite , apărând la fiecare măsurătoare efectuată.
Orice senzor este realizat astfel încât să funcționeze cât mai optim într -un anumit domeniu [6].
Este neces ar să se cunoască un model matematic sau o funcție de transfer înainte de efectuarea
calibrării. În majoritatea cazurilor, aceste funcții sunt monotone și fără variații mari în domeniul de
funcționare.
Calibrarea unui senzor poate fi efectuată în mai mult e moduri . Unele dintre acestea sunt următoarele:

20
• Calcularea funcției de transfer sau aproximarea acesteia pentru a aduce punctele de calibrare
selectate la nivelul dorit.
• Ajustarea sistemului de achiziție de date pentru a modifica datele măsurate astfel în cât să se obțină
un set de măsurători valabile pentru o funcție de transfer ideală. Un exemplu este scalarea datelor
achiziționate.
• Modificarea proprietăților senzorilor astfel încât acestea să se potriveasca unei funcții de transfer
predeterminate [5].

1.5.4 Rezoluția

Rezoluția descrie cele mai mici creșteri ale stimulu lui ce pot fi detectate.
Când un stimul variază în mod continuu de -a lungul gamei de valori, semnalele de ieșire ale unor senzori
nu vor fi perfecte. Acest parametru este tipic pentru tr aductorii potențiometrici, detectoare cu infraroșu
și alți senzori în care schimbarea semnalului de ieșire este dată de variația stimulului de la intrare [5].
Rezoluția nu trebuie confundată cu acuratețea. Un senzor cu acuratețe scăzută poate avea
rezoluție mare, și un senzor cu rezoluție mică poate s ă aibă acuratețe crescută în diferite aplicații [8] .

1.5.5 Sensibilitatea

Sensibilitatea este raportul dintre variația crescătoare produsă la ieșirea senzorului ( ∆y ) și
variația crescătoare produsă la intrarea acestuia (∆x ). Panta curbei de calibrare , y=f(x), poate fi folosită
pentru a calcula sensibilitatea.

Figura 1. 3 Curba de calibrare . Sursa : [9]

În Figura 1.3 se observă că sensibilitatea pentru valori mic i ( ∆𝑦1
∆𝑥1 ) este mai mare decât pentru
restul secțiunii curbei de calibrare ( Δ𝑦2
Δ𝑥2 ). Un senzor ideal are în domeniul de operare o sensibilitate largă
și de preferat constantă. Se mai poate observa , că senzorul ajunge în final în starea de saturație, stare în
care nu mai răspunde la nicio schimbare [9].

1.5.6 Reproductibilitatea

Reproductibilitatea reprezintă capacitatea sistemului de detectare , de a produce aceleași
răspunsuri , după ce condițiile de măsurare au fost modificate . Să presupunem că în anumite condiții
senzorul oferă o valoare de ieșire. Dacă cineva reface cadrul de măsurare, obținând, în cazul ideal,

21
aceleași condiții ca înainte, dar ieșirea livrată este diferită decât în si tuația precedentă, atunci apare o
eroare de reproductibilitate.
%100=FSr
,
unde ∆ reprezintă diferența dintre două valori de ieșire obținute după două calibrări și FS, cea mai mare
valoare posibilă a stimulului de intrare aplicată senzorului .

1.5.7 Fiabilitatea

Fiabilitatea este o caracteristică foarte important ă si poate avea mai multe semnificații.
În primul rând, fiabilitatea este dată și de probabilitatea ca senzorul să aibă vreo defecțiune la un anumit
interval de timp sau când este utilizat de prea multe ori în condiții normale, dar depășește limitele sale de
performanță în care acesta poate funcționa.
În al doilea rând, fiabilitatea poate fi influențată de defecte din fabricație cum ar fi: lipire slabă,
capacitatea de scurgere etc.

1.5.8 Timpul de răspuns

O altă caracteristică importantă a unui senzor este timpul de răspuns, care arată decalajul în timp
dintre variația semnalului de intrare și variația corespunzătoare a semnalului de ieșire .

1.6 Principi ul de funcționare

Principalul mod de funcționare al senzorilor este de a converti mărimile fizice, neelectrice, în
semnale electrice. Cu alte cuvinte, se poate spune că senzorul face legătura între lumea fizică și lumea
dispozitivelor electrice, precum un calculator.

După principiu l de funcționare senzorii sunt clasificați în:
• Senzori rezistivi
• Senzori optici
• Senzori capacitivi
• Senzori inductivi
• Senzori piezoelectrici
• Senzori tensorezistivi

22

23
Capitolul 2. Arhitectura sistemului . Descrierea componentelor utilizate

2.1 Arhitectura sistemului
Din punct de vedere hardware sistemul este alcătuit din 4 secțiuni care , la rândul lor , au sublocuri în
componență. Toate sublocurile ansamblului con tribuie la funcționarea acestuia în parametrii doriți.
Cele 4 secțiuni sunt următoarele:
1. Modul ul de afișare LCD
2. Ansamblul de senzori
3. Platforma de dezvoltare Arduino Nano
4. Modul GSM SIM 800L

Figura 2. 1 Imagine de ansamblu a sistemului
Senzorii utilizați pentru citirea parametrilor sunt următorii: senzor ul PIR și senzorul de vibrații.
Acești senzori împreună cu comunicația digitală cu dispozitivul inteligent formează ansamblul de
senzori.
Ansamblul de senzori colectează informații, pe care le co munică mai apoi către platforma de
dezvoltare pentru prelucrarea acestora. În faza de testare, f iecare senzor este conectat în mod direct prin
intermediul firelor de tip jumper , asigurând astfel o conexiune permanentă și stabilă și implicit o
transmisie corectă a datelor achiziționate. Ansamblul este unul modular, fiind posiblă înlocuirea în caz
de defectare a unuia dintre senzori.

24
Fiecare dintre cei doi senzori îndeplinește o funcție importantă în buna funcționare a întregului
sistem. Senzorul de prezenț ă este într -o stare de așteptare . Starea acestuia se schimbă la detecția unei
persoane în aria lui de funcționare .
Arduino Nano primește datele de la sistemul de senzori, le prelucrează și efectuează o acțiune
prin care trimite semnalul de start către mo dulul GSM și apariția unor mesaje pe LCD.
După primirea semnalului de start de la Arduino Nano , modulul GSM își îndeplinește funcția de
transmitere a mesajului de atenționare a ocupării unui loc de parcare ce nu îi aparține/ nu este destinat
parcării către proprietarul mașinii.

2.2 Senzorul de prezență umană ( PIR )

2.2.1 Definiție

Senzorii PIR (Passive Infrared Sensor ) sunt cei mai utilizați pe piață în ceea ce privește utilitatea,
economiile de energie și economiile de cost .
Senzorul de prezență umană sau senzorul pasiv în infraroșu este un dispozitiv electronic care
detectează mișcarea corpurilor vii . Acesta detectează modificări ale cantității de radiație în infraroș u (IR)
emisă de corpurile calde, în speță, de cel uman , radiație ce exist ă în spectrul electromagnetic , având o
lungime de undă mai mare ca cea a lumin ii vizibil e, neputând fi percepută de ochiul uman.

2.2.2 Mod de realizare

Radiația infraroșie intră prin partea posterioară a senzorului, cunoscută sub numele de "fața
senzorului". Materialele utilizate în mod obișnuit în senzorii PIR includ nitrură de galiu (GaN), azotat
de cesiu (CsNO3), fluoruri de polivinil, derivați de fenilpiridină și ftalocianină de cobalt [10].

2.2.3 Principiul de funcționare

Un senzor PIR detectează modificări ale cantității de radiați e în infraroș u care variază în funcție
de temperatur ă și de caracteristicile de suprafață ale obiectelor din fața senzorului. Atunci când un
corp, cum ar fi un om , se află în mișcare prin fața fundalului, de exemplu un perete, temperatura din
punctul de vedere al senzorului va crește de la temperatura camerei la temperatura corpului și apoi
revine la temperatura mediului în care este amplasat . Senzorul convertește modi ficarea rezultată a
radiației infraroșii de intrare într -o modificare a tensiunii de ieșire, tradusă printr -o detecție .
PIR-urile vin în mai multe configurații pentru o mare varietate de aplicații. Cele mai comune
modele au numeroase obiective Fresnel sau segmente de oglindă, o gamă eficientă de aproximativ
zece metri și un câmp de vedere mai mic de 180 de grade. Modele cu câmpuri de vedere mai largi,
inclusiv 360 de grade, sunt disponibile – de obicei concepute pentru a se monta pe un tavan. Unele
PIR-uri mai mari sunt realizate cu oglinzi cu un singur segment și pot detecta modificări ale energiei
infraroșii de peste treizeci de metri distanță față de PIR. Există, de asemenea, PIR -uri proiectate cu
oglinzi reversibile care permit fie o acoperire largă (lăț ime 110 °), fie o acoperire foarte curbată "cu
cortină" sau cu segmente individuale selectabile pentru a "modela" acoperirea [10].

25
2.2.4 Detectare diferențial ă

Deși orice obiect care are o temperatură mai mare de 0 K emite energie termică, senzorii PIR sunt
proiectați pentru a detecta diferența dintre orice obiect din mediu (care a atins deja temperatura
mediului) și un corp al cărui temperatură variază între 28 și 40 ° C .
Senzorul PIR are la bază 2 fante. Fiecare fantă este construită dintr -un material special, sensibil
la IR. Când senzorul nu detectează prezența , înseamnă că ambele fante detectează aceeași cantitate de
radiație infraroșie, radiație prezentă în mediul în care acesta este amplasat.

Figura 2. 2 Detecție PIR. Sursa: [39]
2.2.5 Lentile și oglinzi

Suprafața de acoperire din plastic poate avea mai multe fațete , pentru a focaliza energia în
infraroșu asupra senzorului. Fiecare fațetă individuală este o lentilă Fresnel .
Unele PIR -uri sunt fabricate cu oglinzi parabolice interne, segmentate pentru a focaliza energia
infraroșu [10].

2.2.6 Elemente piroelectrice

Elementul rezistiv al senzorului PIR răspunde la radi ații infraroș ii medii și depărtate , cu spectrul
în intervalul 1-14 µm , unde mare parte din energia termică emanată de oameni este concentrată .
Fiecare senzor are un element sensibil care este receptiv la un anumit tip de stimul. În cazul
radiației infraroș ii distingem trei tipuri de elemente sensibile la radiația în infraroșu .
Există trei tip uri de elemente senzitive , folositoare pentru senzorul de prezență umană:
• Bolometre
• Termopile
• Piroel ectrice
Primele două elemente senzitive: b olometre și termopile sunt folosite mai rar pentru senzorul
PIR. Eleme ntele piroe lectrice sunt folosite aproape e xclusiv pentru detecția mișc ării datorită simplității,
a costului redus , a reactivității ridicate și a gamei dinamice largi [5] .
Elementul piroelectric se bazează pe fenomenul piroelectric care caracterizează un material a
cărui polarizare se modifică atunci când temperatura sa se schimbă.
În acest fel, se generează o tensiune temporară ca răspuns la încălzirea materialului, explicația
fiind că fluxul de energie termică afectează acest material. Conceput ca un condensator, elementul de
detecție are dou ă plăci: una dintre ele este realizată din metal, iar cealaltă dintr -un material piroelectric.
Când radiația în infraroșu sosește pe materialul piroelectric, se separă sarcinile și tensiunea pe

26
condensatorul piroelectric se modifică datorită modificării sa rcinii care, la rândul său, este modificată de
cantitatea de radiație incidentă.
În general, un senzor PIR utilizează două astfel de elemente sensibile care sunt expuse succesiv
la radiațiile în infraroș u.. Dacă ambele elemente de detec ție sunt afectate simultan, pe fiecare dintre ele
se generează aceeași tensiune . Diferența de potențial este aplicată la intrarea unui comparator, iar decizia
luată se referă la lipsa prezenței umane. C ând polaritatea unui element de detec ție este pozitivă și a
celuilalt este negativă, se creează o diferență de potențial nenulă, iar senzorul detectează prezența umană.
Senzorii PIR pot utiliza una din cele două metode:
• focalizarea prin refle xie
• focalizarea prin obiectiv
Atunci când se folo sește o refle xie pentru focalizarea radiației, se utilizează o oglindă concavă,
iar elementul de detectare trebuie plasat în focalizarea sistemului optic , deoarece acest sistem nu face
față împărțirii suprafeței de interes în zone poligonale, dar are avant ajul de a descoperi distanțe mari, este
folosit mai mult pentru aplicații în exterior . Senzorul PIR poate fi echipat cu lentile care vizează
focalizarea radiației infraroșii pe materialul piroelectric și deplasarea rapidă a fasciculelor infraroșii către
elementul de detectare.
Focalizarea obiectivului nu prezintă o focalizare a radiației infraroșii la fel de eficientă ca și
reflexia prin oglindă, dar dacă se utilizează lentile Fresnel (vezi Figura 2.1) se obține o modificare foarte
simplă a configurației zonelor poligonale [11].

Figura 2. 3 Radiația în infraroșu, focalizată de lentila Fresnel. Sursa:[ 12]

O lentilă Fresnel este o lentilă plan convexă ce formează un obiectiv plat care își păstrează
caracteristicile optice, dar este mult mai subțire și, prin urmare, are o pierdere redusă de absorbție.
Aceasta este realizată cu ajutorul unui strat subțire transparent din plastic , este flexibilă, având o grosime
de aproximativ 0,015 inch (0,38 mm), și există o serie de cercu ri concentrice care sunt gravate pe ea .
Gravura reprezintă o aproximare a hologramei suprafețelor poligonale realizate de dispozitiv.
Un obiectiv Fresnel captează mai multă radiație IR și o focalizează într -un punct mic. Acest punct
focal se deplasează pr in senzor, deoarece sursa IR se mișcă și expune un element la un moment dat. Un
obiectiv Fresnel poate extinde domeniul de detectare la aproximativ 30 de metri . Obiectivul acoperă
elementele de detectare, iar cel de -al doilea scop este filtrarea radiației infraroșii. În acest fel, nu este luat
în considerare întreg spectrul IR, iar senzorul este cel mai sensibil la radiația corpului uman a cărui
lungime de undă, așa cum am menționat mai sus, depășește uneori 9 μm .
În concluzie, senzorii PIR care utilizează lentilele Fresnel sunt ce i mai competitiv i și au cea mai
bună performață.
Vom analiza un senzor in fraro șu piroelectric și vom vedea cum este realizat și de ce este necesar
un dispozitiv de focalizare.

27

Figura 2. 4 Structura internă a unui senzor PIR. Sursa: [1 2]

Un senzor piroelectric are o lentilă cu filtru infraroșu care permite trecerea radiației în infraroșu
cu lungimea de undă în intervalul de 5 până la 15 micrometri. Un terminal al celor două elemente
conectate în serie într -un senzor analogic este conectat la pinul 3 , care este în mod normal conectat la
ground . Celălalt terminal se conectează la poarta unui tranzistor cu efect de câmp și la un rezistor cu
valoare foarte mare. Tensiunea de alimentare este aplicată la pinul 1, iar semnalul de ieșire provine de la
pinul 2, care de obicei se conectează printr -un rezistor extern la masă și la un amplificator [12].
În această structură, suprafața care generează încărcătura electrică atunci când este expusă la
căldură, adică elementul sensibil, constă dintr -un material cristalin .
Dorim să măsur ăm tensiunea rezultată ca urmare a expunerii la IR folosind un tranzistor TEC
conectat cu sursa la pinii 1 și 2. Observăm că la ieșirea tranz istorului apar curenții de scurgere, în timp
ce scopul nostru este să obține m o tensiune. Ca o consecință, se conectează un rezistor ce are scopul de
a face posibilă măsurarea tensiunii . Pentru a asigura punctul static de funcționare ( Q) al tranzistorului, se
conectează o sursă de alimentare a cărei tensiune ar trebui să aibă valori între 3 și 15 V .
Tensiunea de ieșire este o funcție a cantității de radiație infraroșu (IR) detectată la intrar e [13].

Figura 2. 5 Structura internă PIR având tranzistor TEC cu rezistență și sursă de alimentare. Sursa: [13]
Din nefericire, semnalul de ieșire este, de asemenea, afectat de vibrații, interferențe radio și
lumină solară.
Pentru a depăși această problemă, senzorul are două elemente de detectare, așa cum este arătat în figura
2.5 de mai jos, conectat într -o configurație de tensiune de tip voltage -bucking . Ace astă configurație
anulează semnalele cauzate de vibrații, schimbări de temperatură și lumina soarelui.

28

Figura 2. 6 Elemente detectoare în configurație de tensiune. Sursa : [13]

Un corp care trece prin fața senzorului va activa mai întâi unul și apoi celălalt element, în timp
ce alte surse vor afecta ambele elemente simultan și vor fi anulate. Sursa de radiație trebuie să treacă prin
senzor în direcție orizontală atunci când elementele sensibile se afl ă pe un plan orizontal astfel încât
acestea sunt expuse succesiv la sursa IR .
Condiționarea semnalului
Pentru a putea utiliza semnalul de ieșire pe baza căruia se va lua decizii privind mișcarea umană,
semnalul trebuie mai întâi condiționat. În ceea ce privește PIR și evoluția semnalului, este necesară
folosirea unui amplificator care are următoarele atribuții:
• creșterea rezoluției semnalului
• creșterea RSZ.
Amplificatorul are bandă limitată la mai puțin de 10 Hz pentru a respinge zgomotul de înaltă
frecvență și este urmat de un comparator alcătuit din două amplificatoare operaționale care răspunde la
tranzițiile pozitive și negative ale semnalului de ieșire al senzorului.
Aces tea fiind prezentate, se va prezenta o configurație extinsă care include, în afară de
dispozitivul de focalizare a obiectivelor Fresnel și PIR, rezistorul, sursa de alimentare, amplificatorul și
comparator ul (Figura 2. 7) [13].

Figura 2. 7 Configurația PIR care include lentilă Fresnel pentru filtrarea și focalizarea radiației. Sursa:
[13]

29
2.2.7 Avantaje

Senzorii PIR sunt utilizați pe scară largă deoarece sunt foarte ieftini în comparație cu alți senzori
de mișcare și nu au nevoie de circuite complexe. Un alt avantaj este acela ca senzorii PIR au capacitatea
de a detecta mișcarea atât în interior cât și în exteror, pe timp de zi sau noapte. Ace știa consumă mai
puțină energie comparativ cu alți senzori de mișc are.

2.2.8 Dezavantaje

Senzorii PIR pot fi afectați de diferite modificări naturale, dar bru ște ale temperaturii, provocate
de sistemele de încălzire, briza, radiația solară . În ceea ce privește echipamentele de securitate, ele nu
oferă o siguranță sporită, dacă intrusul reușește să ating ă aceeași temperatură cu cea a mediului. Acest
lucru se întâmplă prin creșterea temperaturii în acest mediu.
Senzorii PIR au sensibilitate mai scăzută și o acoperire mai mică comparativ cu alți s enzori.
Aceștia nu funcționează la temperaturi mai mari de 35 de grade Celsius. Senzorii infraroșii pasivi nu sunt
capabili să cuantifice mișcarea sau prezența, ci oferă doar o evaluare calitativă a ocupării. Acesta este
motivul pentru care nu pot fi folos ite pentru a măsura cu exactitate distanțele sau vitezele [14].

2.2.9 HC -SR501

Senzorul PIR este folosit în acest proiect pentru a detecta prezenț a uman ă. Acest senzor are trei
pini de conectare: un pin este VCC (alimentarea la 5V), al doilea este pinul de masă (GND), iar al treilea
este pinul de date.
HC-SR501 se bazează pe tehnologia în infraroșu, cu sensibilitate ridicată, fiabilitate mare , mod
de operare ultra -scăzut, folosit pe scară largă în diverse echipamente electrice auto -sensibile, în special
pentru baterii automate .

Figura 2. 8 Senzor PIR . Sursa: [30]

30

Figura 2. 9 Senzor PIR, vedere spate . Sursa: [30]

Specificații :
• Tensiune de operare: 5V – 20V;
• Curent consumat : 65mA;
• Output digital TTL: 3.3V / 0V;
• Delay ajustabil: 0.3sec – 5min;
• Range: 110o, 7 metri;
• Trigger L/H;
• Temperatură de operare: -15oC – +70oC;
• Dimensiuni: 32mm x 24mm.

Senzorul este bazat pe tehnologia IR, oferă fiabilitate și o tensiune mică de operare. Suportă o
tensiune de alimentare mai ridicată (5 – 20 V ) și are un consum mai mare. Are o rază de sensibilitate de
110 ˚ și detectează obiecte până la o distanță de 7m.
Capacul alb de plastic funcționează ca o lentilă divergentă ce îi permite senzorului să detecte ze obiecte
pe o raza mult mai mare. Senzorul scanează regiunea la intervale de timp ajustabil, cuprinse între 0.3 sec
și 5 min [24].

Aplicații

Senzorul PIR se poate folosi în aplicații ce necesită detecția prezenței umane în anumite medii
pentru obțin erea unor rezultate dorite. Exemple de aplicații în care se poate folosi acest tip de senzor sunt
următoarele: podele inteligente cu modificare a intensității luminii dintr -o încăpere, băi, sisteme de
aerisire, alarme etc.

31
2.3 Senzorul de vibra ții

2.3.1 Noțiuni fundamentale

Vibrațiile sunt fenomene dinamice care iau naștere în medii elastice , care se manifestă prin
propagarea excitației în interiorul mediului sub forma unor oscilații elastice. În funcție de dinamica
fenomenului se întâlnesc vibrații cu frecvențe de oscilație reduse, caracteristice structurilor mecanic e sau
structurilor din construcții și undelor seismice, precum și vibrații cu frecvențe mari de oscilație .

Clasificarea vibrațiilor

Se constată existența vibrațiilor nedorite și exist ența vibrații lor dorite, cu parametri i bine
determinați. Din prima categorie fac parte vibrațiile cu caracter nociv asupra echipamentelor industriale
și asupra omului și evaluarea lor cantitativă constituie o condiție de funcționare sau de nefuncționare a
instalațiilor. Din cea de -a doua categorie fac parte vibrațiile generate, fie pentru acționarea unor
dispozitive cu funcționare vibratorie, fie pentru crearea condițiilor de încercare la vibrații a
echipamentelor mecanice și electrice . Mărimile specifice vibrațiilor, indiferent de natura acestora, sunt:
deplasarea liniară sau unghiulară, viteza, accelerația și frecvența [15].

2.3.2 Defini ție

Senzorii de vibrație sunt senzori care funcționează în conformitate cu diferite principii mecanice
sau optice pentru detectarea vibrațiilor unui sistem observat.
Măsurarea vibrațiilor se poate face folosind diferite tipuri de senzori. Deși nu există senzori direcți
de vibrați e, vibrațiile pot fi măsurate indirect, deducând valori din cantități mecanice sau optice. Acești
senzori diferă în funcție de anumite caracteristici. Printre altele, ele pot fi împărțite pe baza
comportamentului activ și pasiv, există senzori care măsoară relativ și alții absolu t. Alte caracteristici
distinctive sunt în domeniul de frecvență, dinamica semnalului și calitatea datelor măsurate [16].
Acești senzori folosesc efectul piezoelectric, care măsoară modificările presiunii, accelerației,
temperaturii , tensiunii sau forței, transformându -le într -o sarcină electrică .

2.3.3 Modul senzor de vibrații

Senzor ul de vibrații este un dipozitiv electronic ce detectează șocuri și oferă un output digital,
având sensi bilita te reglabilă .

Figura 2. 10 Modul senzor vibrații . Sursa: [2 7]

32

Acest modul dispune de un potențiometru reglabil, un senzor de vibrație SW-420 și un
comparator cu circuitul integrat LM393 pentru a oferi o ieșire digitală reglabilă pe baza cantității de
vibrații.
Potențiometrul poate fi ajustat atât pentru a crește, cât și pentru a reduce sensibilitatea la cantitatea
dorită. Modulul emite un nivel logic ridicat (VCC) atunci când este declan șat și un nivel scăzut (GND)
atunci când nu este declanșat . Pe placă există două leduri: unul care se aprinde în momentul în care
senzorul este declanșat și unul se aprinde în momentul când este alimenta t.

Specificații:

• Starea implicită a comutatorului este închisă ;
• Tensiune de alimentare: 3.3V – 5V;
• Curent consumat : 15mA;
• Ieșire digitală cu comparator LM393;
• Tensiune de referință reglabilă din potențiometru;
• PCB -ul are găuri de montare pentru o fixare cât mai bună ;
• Dimensiuni: 3 .2cm x 1.4cm [25]

Principiul de funcționare

De obicei, la orice unghi, comutatorul este în starea ON. La apariția vibrațiilor sau a mișcării,
rolele din comutator vor produce la rândul lor vibrații și / sau mișcări, modificând valoarea curentului
prin deconectarea sau mări rea valorii rez istenței.

Aplicații :

Modulul cu senzor de vibrații este util pentru detectarea mișcărilor de amplitudini destul de mici
și poate fi folosit în practică ca sistem de protecție împotriva fraudei sau pentru a controla diferite sisteme
în cazul unui cutremu r sau la mașinile inteligente [27].

Figura 2. 11 Modul senzor vibrații detaliat. Sursa: [ 25]

33
Acest modul de senzor produce stări logice care depind de vibrații și de forța exterioară aplicat ă
pe acesta. Atunci când nu există vibrații, acest modul oferă la ieșire starea ” LOW ”. Când simte vibrația,
ieșirea din acest modul trece în starea ” HIGH ”. Circuitul de lucru al acestui circuit este între 3.3V și 5V
[25].

Utilizare

o În starea de repaus (m odulul nu vibrează ), comutatorul este închis în starea de conducție și ieșirea
este in starea ”LOW ” (curentul este mic) și ledul verde se aprinde ;
o În starea de vibrație, comutatorul deconectează ieșirea din starea ”HIGH ” (curentul este mare) și
ledul verde se stinge;
o Ieșirea este conectată direct la Arduino Nano pentru a detecta starea ” LOW ” sau ”HIGH ”, mediul
de vibrare și implicit o alarmă.

2.4 LCD

LCD -ul este un modul electronic de afișare ce poate fi utilizat în diverse aplicații. Modulul de
afisaj 16 x 2 folosit în realizarea proiectului de față este des întâlnit într -o varietate de proiecte deoarece
este ușor de programat, nu are limitări la afiș area caracterelor speciale și un consum redus de energie
(aproximativ 1.5 mA + 20mA pentru iluminarea fundalului) în comparație cu un afișaj pe leduri (fiecare
led aprin s consumă cel puțin 20 mA). LCD -ul 16 x 2 permite 16 caractere pe două linii, adică în total 32
de caractere. Acest LCD se poate interfața cu Arduino , iar pentru acest fapt avem nevoie de fire de tip
jumper și de un potențiometru de 10K, cu ajutorul căruia vom putea regla contrastul.
Acest modul electronic funcționează cu ajutorul a două registre: Command și Data. Primul
registru are rolul de a înregistra comenzile ce sunt trimise LCD -ului. Aceste comenzi pot fi date de
taskuri predefinite de inițializare, de ștergere etc. Cel de -al doilea registru are rolul de a înregistra datele
ce vor fi afișate. Datele sunt înregistrate în cod ASCI I [21].

Specificații generale:

• Dimensiunea modulului: 80,0 x 36,0 x 13,5 𝑚𝑚3;
• Suprafața de vizualizare: 66,0 x 16,0 𝑚𝑚2;
• Dimensiunea caracterelor: 2.95 x 5.55 𝑚𝑚2 ;
• Tensiune de alimentare: 3.2 – 5.5V ;
• Temperatură de funcționare: -20 / +70 ℃;
• Timp de răspuns: 150 – 200ms .

34

Figura 2. 12 LCD alfanumeric. Sursa: [21]

Figura 2. 13 LCD alfanumeric pinout . Sursa : [21]

Tabel 2. 1 Prezentare pini LCD
Număr
pin Nume Funcție
1 Ground (GND) Închiderea circuitului la masă (0V)
2 Vcc Alimentarea circuitului(5V)
3 VEE Ajustarea contrastului
4 Register Select (RS) Face diferențierea între date și comenzi în ceea ce privește liniile de
date. RS = 0 – Instruction Input, RS = 1 – Data Input
5 Read/Write (R/W) Face diferențierea între cicluri de citire și scriere. RW = 0 – scriere,
RW = 1 – citire(interogare)
6 Enable (EN) Semnal de activare a circuitului
7 Data Port (DB0) Portul bi -direcțional pe care sunt scrise sau citite datele și comenzile
8 Data Port (DB1) Portul bi -direcțional pe care sunt scrise sau citite datele și comen zile
9 Data Port (DB2) Portul bi -direcțional pe care sunt scrise sau citite datele și comenzile
10 Data Port (DB3) Portul bi -direcțional pe care sunt scrise sau citite datele și comenzile
11 Data Port (DB4) Portul bi -direcțional pe care sunt scrise sau citite datele și comenzile
12 Data Port (DB5) Portul bi -direcțional pe care sunt scrise sau citite datele și comenzile
13 Data Port (DB6) Portul bi -direcțional pe care sunt scrise sau citite datele și comen zile
14 Data Port (DB7) Portul bi -direcțional pe care sunt scrise sau citite datele și comenzile
15 Led+ (anod) Alimentare la lumină de fundal (4.2V)
16 Led- (catod) Masă circuit lumină de fu ndal (0 V)

35

Pentru fun cționarea circuitului trebuie conecta ți cel puțin pinii:
• Ground: pin ce trebuie conectat la masă;
• Vcc: pin ce trebuie conectat la o tensiune între 4.7 și 5.3V (valo are tipică 5V);
• VEE: pin ce trebuie conectat la un potențiometru de 10K (rezistență variabilă);
• RS: pin ce trebuie conectat la o ieșire digitală a unui microcontroler și comandată de acesta;
• R/W: acest pin poate f i legat la masă deoarece, într -o variantă minimală de funționare, nu este
necesară preluarea de valori din registrele interne;
• EN: pin ce trebuie conectat la o ieșire digit ală a unui microcontroler și comandată de acesta;
• Data Port: pot fi utilizați toți cei 8 pini , dar minim se pot conecta doar pinii 3,4,5,6 și 7 pentru a
se realiz ează o conexiune pe o magistrală de 4 biți.
Se pot conecta și pinii 15 și 16 doar dacă dorim să activăm lumina de fundal. Pinul 15 se va conecta
la o sursă de minim 5V și pinul 16 la Ground [21].

Principiu l de fun cționare

Modulul de afișare LCD este construit într -un controler LSI, controlerul are două registre pe 8
biți, un registru de instrucțiuni (IR) și un registru de date (DR).
Registrul de instr ucțiuni stochează coduri de instrucțiuni cum ar fi ștergerea caracterelor de pe
ecran, mutarea cursorului, informațiile legate de adrese pentr u afișarea datelor din RAM și generarea de
caractere.
Registrul de date stochează temporar datele ce urmează să fie scrise sau citite.

2.5 Platforma Arduino

În acest capitol vom descrie platforma cu ajutorul căreia vom implementa sistemul nostru de
alertare via SMS pentru automobilul autonom.

2.5.1 Ce este Arduino?

Arduino este una dintre cele mai simplu de utilizat platforme cu microcontroler, fiind capabil să
culeagă i nformații din mediu și să răspundă la acestea . Proiectele realizate cu ajutorul platformei Arduino
au ca scop crearea de dispozitive care pot sesiza și controla diverse activități sau procese în lumea reală.
Folosind Arduino, se pot construi obiecte care pot răspunde și / sau controla lumina, sunetul,
atingerea și mișcarea. Platforma Arduino a fost folosit ă pentru a crea o varietate uimitoare de lucruri,
inclusiv instrumente muzicale, roboți, sculpturi ușoare, jocuri etc.
Arduino est e folosit în multe programe educaționale din întreaga lume, chiar și de unii designeri
și artiști care doresc să creeze cu ușurință prototipuri . Deoarece este conceput pentru a fi utilizat și de
persoane non -tehnice, software -ul include o multitudine de ex emple de cod pentru a demonstra modul
de utilizare a diferitelor facilitati ale mediului Arduino [17].
2.5.2 Istoric
Arduino a început la Institutul Interaction Design din orașul Ivrea, Italia, în 2005 . Profesorul
Massimo Banzi căuta un mod ieftin de a fa ce mai ușor design pentru studenț i, pentru a lucra cu o

36
tehnologie. El și -a discutat problema cu David Cuartielles, cercetător care a vizitat Universitatea Suedeză
din Malmö pentru o soluție, și în felul acesta a luat naștere platforma Arduino. Produsele existente pe
piață erau scumpe și relativ greu de utilizat. Banzi și Cuartielles au decis să facă un microcontroler care
ar putea fi folosit de studenț i în proiectele lor [18].
De îndată ce a ajuns la o comunitate mai largă, platforma Arduino a început să se schimbe pentru
a se adapta la noile nevoi și provocări, de la plăcile simple pe 8 biți , până la produsele pentru aplicații
IoT, imprimare 3D. Toate plăcile Arduino sunt complet open source , oferind utilizatorilor posibilitatea
de a le construi în mod in dependent și, eventual, de a le adapta la nevoile lor specifice. Software -ul, de
asemenea, este open -source, și este în creștere prin contribuțiile utilizatorilor din întreaga lume [19].
Deși e ușor de folosit, tot ce ține de partea hardware a plăcii de de zvoltare Arduino are același
nivel de complexitate cu construirea unui dispozitiv embeded de către ingineri. Oameni i care lucrează cu
microcontrolere sunt atrași de Arduino din cauza posibilității de dezvoltare rapidă și de ușurința
implementării ideilor .
Pentru a putea realiza un proiect cu ajutorul platformei Arduino avem nevoie atât de partea
hardware cât și de partea software. Pentru a putea lucra cu plăcile din această familie trebuie înțeles atât
modul de funcționare al comp onentelor hardware , dar și modul de programare asociat.

2.5.3 Arduino Hardware

Au existat o serie de versiuni Arduino, toate bazate pe Atmel AVR pe 8 biți , micro controlerul
cu instrucțiuni reduse (RISC). Prima placă s -a bazat pe ATmega8 care rulează la o viteză de 16 MHz cu
memorie flash de 8 KB .
Placa Arduino este locul unde se execută codul implmentat în software -ul asociat Arduino IDE .
Componentele specifice sunt atașate la ea pentru a permite interacțiunea cu lumea reală. Aceste
componente pot fi senzori, care transformă unele aspecte ale lumii fizice în energie electrică [17].
Un aspect important al Arduino este că acesta dispune de conectori standard, care permit
utilizatorului să conecteze plăcuța cu procesorul la diferite module interschimbabile numite shie ld-uri.
Unele shield -uri comunică cu Arduino direct prin pinii digitali sau analogici, dar altele sunt adresabile
individual prin magistrala serială I2C permițând utilizarea mai multor module în paralel .
Un microcontroler instalat pe platforma Arduino vine programat cu bootloader care simplifică
încărcarea programelor pe memoria flash a cipului, în comparație cu alte dispozitive care necesită
programatoare externe. Acest lucru oferă o soluție simplă, permițând programarea de pe orice calculator .
La nive l conceptual, când se folosește mediul de dezvoltare integrat Arduino, programarea tuturor
plăcuțelor se face prin conexiune serială. Implementarea acesteia diferă în funcție de versiunea hardware.
Unele plăcuțe Arduino au implementate convertoare de nivel logic pentru a realiza conversia între
nivelele logice RS -232 și cele TTL. Plăcuțele Arduino din prezent sunt programate prin USB, având
integrate cipuri de conversie USB -serial [20].
Există o varietate de plăcuțe oficiale care se pot utiliza cu software -ul Arduino și o gamă largă
de pl ăci compatibile cu Arduino. Cele mai populare pl ăci conțin un conector USB care este utilizat pentru
a furniza energie și conectivitate pentru încărcarea software -ului pe placă [17].

2.5.4 Arduino Software

Programele software sunt create folosind mediul de dezvoltare integrat Arduino și poartă
numele de sketch -uri. Arduino IDE este disponibil pentru diferite sisteme de operare cum ar fi : Windows,
Mac OS X, Linux. Acest mediu de programare permite scrierea și editarea codul ui astfel încât

37
instrucțiuni le să fie compatibile cu partea hardware . IDE transferă, de asemenea, aceste instrucțiuni la
placa Arduino prin instalarea driverului de comunicație USB , printr -un proces numit încărcare
(uploading) [17].

Un sketch este a lcătuit din sub -blocuri numite funcții. O funcție este declarată în felul următor:
type function_name(parameters)
{
…
}
unde type identifică tipul valorii returnate și parametrii sunt variabilele locale utilizate în acea funcție.
Între acolade găsim corp ul funcției, adică instrucțiunile. Funcțiile pot fi apelate de alte funcții.
Fiecare sketch cuprinde cel puțin două funcții:
• Setup : o funcție care este apelată o singură dată la începutul programului, unde variabilele sunt
declarate și inițializate
• Loop : o funcție apelată în mod repetat până la oprirea alimentării cu energie a plăcuței, o funcție
unde se găsesc instru cțiunile principale sau unde sun t apelate alte funcții.

Placa de dezvoltare Arduino Nano , folosit ă pentru realizarea proiectului propus este o plac ă bazată
pe un microcontroler Atmel pe 8 biți din familia AVR – Atmega328 P.
Circuitul Atmega328 P are o arhitectură RISC . Funcționează până la frecvențe de 20 MHz, memoria
internă conține 32 KB , memori a de program este de tip flash (memoria de tip flash este memoria
nevolatilă care nu își pierde conținutul în momentul în care este decuplată alimentarea), 1KB memori e
utilizator de tip EEPROM și 2 KB memorie de date de tip SRAM. Microcontrolerul are 32 de registre de
uz general pe 8 biți . Circuitul Atmega328 P are 28 de pini , dintre care 23 sunt ocupați de cele 3 porturi
I/O: portul B are 8 pini, portul C are 7 pini si portul D are 8 pini.

Figura 2. 14 Pinout Atmega328 P. Sursa: [21]

38

Portul B este un port bidirecțional I/O pe 8 biți cu rezistențe interne de tip pull -up (selectate pe
fiecare bit). Portul C este un port bidirecțional I/O pe 7 biți cu rezistențe interne de tip pull -up (selectate
pe fiecare bit) . Portul D este un port bidirecțional I/O pe 8 biți cu rezistențe interne de tip pull -up
(selectate pe fiecare bit).
Pinii Vcc și GND sunt pinii de alimentare ai circuitului. Pinul 20 (AVcc) este tensiunea de
alimentare pentru convertorul analog digital iar pinul 2 1 (AREF) este tensiunea de referință pentru
convertorul analog digital.
Pinii PB2 -PB5 reprezintă porturi de comunicație SPI, pinii PC0 -PC5 reprezintă intrări ale
convertorului analog digital, PD0 -PD1 reprezintă UART RX/TX iar pinii PD2 -PD3 sunt linii de
întrerupere externe.
Microcontrolerul ATmega328 P este frecvent utilizat în mai multe proiecte și sisteme autonome
datorită unui microprocesor simplu, consum redus și cost scăzut [22].

2.6 Modul GSM SIM 800L
2.6.1 Mod de funcționare
Modulul GSM/GPRS SIMCOM SIM800L este unul de tip ”Quad Band”, compatibil cu Arduino.
Acesta oferă două funcționalități: GSM (voce și SMS) și GPRS (posibilitatea efectuării tran sferurilor de
date) .
Cel mai mare avantaj al acestui modul este reprezentat de faptul c ă poate fi ali mentat la o tensiune
de 5V, permițând astfel conectarea direct ă la Arduino, sau la oricare alt micro controler care funcționează
cu un nivel de tensiune de 5V.
Un alt avantaj major al acestuia, comparându -l cu modelele existente pe piață , este circuitul
regulator si convertorul de nivel TTL, ambele fiind încorporate în modul. Modulul are integrat și un set
de interfețe pentru antene.
Modulul GSM poate funcționa în 3 moduri: normal, de funcționare redusă și de repaus. În
continuare vor fi descrise cele 3 mo duri în care acesta funcționează.
În modul normal, GSM poate îndeplini următoarele funcții:
• GSM/GPRS SLEEP: modulul va trece automat în modul de așteptare dacă condițiile
pentru acest mod sunt activate și nu există nici o întrerupere hardware; avantajul folosirii
acestui mod este că mesajele se pot primi în continuare, dar consumul de curent este
minim ;
• GSM IDLE: în această stare modulul este pornit, are conexiune la rețea și este pregătit
pentru efectuarea unei comunicări ;
• GSM TALK: conexiunea dintre doi utilizatori este în desfășurare; în acest stagiu
consumul de energie depinde de setările rețelei și de ce antenă se folosește (antenă cu
consum mai mic sau mai mare) ;
• GPRS STANDBY: modulul este pregătit pentru transferul de date, dar încă nu s -a efectuat
o transmisie sau o recepție de date ;
• GPRS DATA: se desfășoară transferul de date GPRS ( PPP, TCP sau UDP) [40].
Modul de funcționare redusă poate fi activat folosind comanda ”AT+CFUN”, fără să fie necesar
să se deconecteze sursa de alimentare a modulului. În acest mod nu se pot efectua nici un fel de recepție
sau transmisie, iar cardul SIM nu este accesibil; portul serial este accesibil, iar consumul de energie este
redus, în comparație cu modul normal de funcționare.

39
Modul de repaus poate fi activat în d ouă moduri: comanda AT ”AT+CPOWD=1” sau
”PWRKEY”. Odată activat acest mod, întreg modulul se oprește și portul serial nu mai este accesibil.
Toate trăsăturile menționate mai sus, împreună cu costul scăzut de achiziție și dimensiunea mică îl fac
un candidat potrivit pentru a fi folosit în aplicațiile utilizatorilor [37]-[38].

2.6.2 Funcția RESET

Pin-ul notat cu numărul 49 este cel folosit pentru a reseta modulul. Această funcționalitate este
folosită ca o soluție de urgență, doar atunci când comanda AT de reset (”AT+CPOWD”) și pinul
”POWER_ON” nu au nici un efect. Utilizatorul modulului poate lega pinul de reset la împământare ,
resetând astfel modulul. Acest pin este deja izolat în modul și nu este necesară o intervenție externă.
Valorile tipice pentru pi nul de RESET în starea ”High” este de 2.8V .
2.6.3 Interfața serială
Portul serial conține liniile TX (transmisie) și RX (recepție) , liniile de control pentru hardware
RTS și CTS și liniile DTR, DCD și RI pentru verificarea statusului. Acesta poate fi folosit pentru FAX
și mentenanță pentru GPRS și pentru transmiterea comenzilor AT; de asemenea poate fi folosit pentru
funcțiile de multiplexare.
Standard, portul are setat ă rata de transmisie a datelor ( baud rate ) pe modul auto, existând
următoarele valo ri disponibile: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400 și 57600 bps. Pentru a se putea
folosi un ”baud rate” de 115200 bps este necesară setarea manuală a acesteia, nefiind disponibilă în
modul auto.
Opțiunea de ”autobauding” permite ca SIM800L să detectez e automat ce rată de transmisie are
dispozitivul gazdă.
Sincronizarea dintre modulul GSM și client se face trimițând comenzi către modul cu mesaje
”AT”, ”at”, ”aT” sau ”At”, până când clientul răspunde cu mesajul de confirmare ”OK”, cu
”autobauding -ul” a ctivat, pentru stabilirea ratei de transmisie. Dacă mesajul de ”OK” este recepționat,
înseamnă că modulul este sincronizat cu clientul.

Figura 2. 15 Conexiunile între modul (DCE) și client (DTE) . Sursa: [40]

40
Pe lângă interfața serială, modulul dispune de următoarele interfețe:
• Interfață PCM : folosită pentru reprezentarea semnalelor analogice ;
• Interfață SPI/LCD Display : interfața serială poate fi folosită ca interfață serială pentru comenzile
AT;
• Interfață SD Card : p ermite atașarea unui card extern ;
• Interfață tastatură : folosită pentru atașarea unei tastaturi cu un număr maxim de 50 de taste ;
• Interfață I2C : folosită doar pentru aplicațiile AT ;
• Interfață LED: modulul pune la dispoziție 2 pini pentru interfață de tip ”open -drain” la ieșire ;
• Interfață antenă: permite conectarea unei antene, aleasă în funcție de tipul aplicației la care se
folosește modulul. Distanța dintre antenă și conectorul aflat pe modul trebuie să fie cât mai mică
pentru evitarea apariției diferit elor probleme [40].

Figura 2. 16 Modul GSM SIM800L. Sursa : [32]

Figura 2. 17 Prezentare pini. Sursa:[33]

41

2.6.4 Caracteristici tehnice :
• GPRS de clasă multi -slot 12;
• Stație mobilă GPRS de clasă B;
• Bluetooth: 3.0 ;
• Consum mic de putere;
• Temperatură de funcționare: -40℃ ~85℃;
• Setul de comenzi AT pentru controlul modului;
• Frecvențe funcționare: 850/900 – 1800/1900 MHz;
• Slot pentru micro SIM Card [37]-[38].

42

43
Capitolul 3. Implementare fizică. Integrarea componentelor

3.1 Placa de dezvoltare Arduino NANO

Placa de dezvoltare Arduino Nano se bazează pe un micro controler performant ( ATmega328 P )
și pe convertorul USB serial CH340. Avantajul principal al acesteia îl reprezintă dimensiunile foarte
reduse, putând fi integrată în diverse proiecte în care spațiul componentelor este limitat. Programarea
dispozitivului se realizează prin intermediul unui cablu USB, nefiind nevoie de un programator special
deoar ece este instalat și un bootloader.

Figura 3. 1 Platforma Arduino Nano .Sursa : [34]

Caracteristici tehnice:
• Tensiune de alimentare: 5V;
• Tensiune de alimetare suportată de limitator: 7V;
• Pini PWM: 6 (din cei 14 de I/O);
• Pini ADC: 8 (din cei 14 de I/O);
• Memorie flash: 32 KB /16 KB (2 KB folosiți de bootloader);
• Curent pentru pini I/O: 40 mA/pin;
• Comunicație TWI, SPI și UART;
• Frecvență de funcționare: 16 MHz;
• Dimensiuni: 45mm x 18 mm [34].

44

Figura 3. 2 Pinout Arduino Nano. Sursa : [36]

Tabel 3. 1 Prezentare pini
Număr
pin Nume Funcție
1-2, 5-6 D0-D13 Digital i ntrare t/ieșire
3,28 RESET Reset
4, 29 GND Masă
17 3V3 +3.3V ieșire
18 AREF ADC referință
19-26 A0-A7 Intrări analogice 0 la 7
27 +5V +5V ieșire (regulator de placă ) or +5V (intrarea de la o sursă externă
de alimentare)
30 VIN Tensiune de alimentare

3.2 Conectare modul de afișare LCD
Pentru conectarea modului de afișare am folosit platforma Arduino Nano , un potențiometru de
10K folosit pentru ajustarea contrastului și o rezistență de 220 ohm pentru alimentarea luminii de fundal
a ecranului. Conexiunile realizate pentru testarea LCD -ului sunt prezentate în tabelul de mai jos .

Tabel 3. 2 Conexiuni LCD

Pini modul de afișare
Pini Arduino Nano

GND (pin 1) GND
VCC( pin 2) VCC

45

LCD Contrast control ( pin 3) Potențiometru
Register Select (pin 4) D7
Read/Write (pin 5) GND
Enable (pin 6) D6
D4 (pin 11) D5
D5 (pin 12) D4
D6 (pin 13) D3
D7 ( pin 14) D2
LED+ (pin 15) Rezistența(220 ohm)
LED – (pin 16) GND

Figura 3. 3 Conectare modul LCD

3.3 Conectare senzor PIR
Senzorul PIR este conectat la platforma de dezvoltare Arduino NANO . Conexiunile acestui a sunt
prezentate în tabelul de mai jos.
Tabel 3. 3 Conexiuni senzor PIR

Pini senzor PIR
Pini Arduino Nano

Senzor PIR DO(Digital Output) D12
GND GND
VCC 5V

46

Figura 3. 4 Conectare senzor PIR
3.4 Conectare modul vibrații SW 420
Pentru testarea senzorului de vibrații am folosit platforma Arduino NANO. Conexiunile acestuia
sunt prezentate în tabelul de mai jos:
Tabel 3. 4 Conexiuni modul vibrații

Pini modul de vibrații
Pini Arduino Nano

Modul vibrații
SW-420 DO(Digital Output) A0

GND GND
VCC 5V

Figura 3. 5 Conectare modul vibrații

47

În figura de mai jos se pot observa datele achiziționate de la senzorul de vibrații în urma activării
acestuia. În momentul în care senzorul de vibrații este acționat, acesta trece din starea ”LOW ” în starea
”HIGH ”.

Figura 3. 6 Rezultate în monitorul serial

48
3.5 Schemă electrică

În figura de mai jos este reprezentată schema electrică în care sunt înglobate modulele prezentate mai
sus. Aceasta a fost realizată în Eagle.

Figura 3. 7 Schemă electrică

49
2.6 Integrarea componentelor
În figura de mai jos este prezentat sistemul într -o fază intermediară în care toate componentele
sunt conectate prin intermediul firelor pentru efectuarea testelor. În finalul lucrării prezente va fi anexată
o poză cu varianta finală a părții hardware.

Figura 3. 8 Conectarea modulelo r
În momentul în care sistemul este alimentat , pe modulul de afișare va apărea mesajul: “Sistem
pornit ”. Când este detectată prezența unui corp cald senzorul PIR se activează , iar pe LCD va ap ărea
mesajul: “Bateți în simbol ”. După ce bătaia s -a realizat, senzorul de vibrații a trecut din starea ”LOW ”
în starea ”HIGH ”.

Figura 3. 9 Sistemul alimenta t

50

Figura 3. 10 Senzor PIR activ

Pentru înregistra rea în rețea se folosește un modem GSM si o cartelă SIM. În momentul în care
condițiile sunt îndeplinite, microcontrolerul îi solicit ă modulului GSM să transmită mesajul către
numărul cunoscut de acesta . Se vor trimite mesaje de tip text S MS, iar pe ecranul modulului de afișare
se va trimite un mesaj prin care se va anunța prezența posesorului automobilului lângă aceasta.

Figura 3. 11 Mesaj recepționat la activarea senzorului de vibrații

51

Figura 3. 12 Afișare mesaj pe LCD după primire a SMS -ului

După ce mesajele au fost transmise, sistemul își va relua ciclul până la apăsarea butonului de
reset. Pentru buna funcționare a butonului, acesta trebuie conectat prin intermediul a 3 pini: unul la o
rezistență ”pull down ” (10k), un pin la VCC și celălalt la masă .
Când butonul este deschis ( adică nu este apăsat), nu există nicio conexiune între ce i doi pini ai
acestuia , astfel încât pinul este conectat la masă și citim starea ”LOW ”.
Când butonul este închis (apăsat), face o conexiune între ce i doi pini , conectând pinul la VCC ,
astfel încât să se citească starea ”HIGH ”.

Figura 3. 13 Conectare buton RESET. Sursa :[44]

52
Pentru situațiile în care modulul GSM s -ar putea bloca datorită comenzilor AT , este necesară
resetarea acestuia . Datorită acestui fapt vom folosi un tranzistor 2N2222. Tranzistorul ales este de tip
npn.

Figura 3. 14 Conectare tranzistor 2N2222 . Sursa :[45]
Întreg ansamblul are ca sursă de alimentare bateria mașinii . Aceasta oferă o tensiune de ieșire
de minim 12V, valoare a tensiunii mult prea mare pentru alimentarea sistemului nostru , motiv pentru
care se folosește un stabilizator de tensiune pozitiv ă LM317 pentru a se obține o valoare a tensiunii de
alimentare de aproximativ 5V.
Dacă tensiunea nu este asigurată, modulul nu va funcționa în parametri doriți .
Dispozitivul LM 317 este un stabilizator de tensiune pozitivă, ce poate furniza un curent mai mare
,de aproximativ 1.5A și o tensiune de ieșire cuprinsă în intervalul 1.25V – 37V. Pentru a seta tensiunea
de ieșire se impun două rezistențe externe. Acesta i nclude limitarea curentului, protecț ie la încălzire
termică și protecția zonei de operare în condiții de siguranță. Protecția la suprasarcină rămâne funcțională
chiar dacă terminalul ADJUST este deconectat. Stabilizatorul LM 317 are 3 pini, lucru care se p oate
observa în figura de mai jos.

Figura 3. 15 LM 317 pinout. Sursa: [ 41]

53

Figura 3. 16 LM317 cu rezistențe externe. Sursa: [42]
• 𝐶𝑖𝑛 este nec esar în cazul în care stabilizatorul este situat la o distanță apreciabilă față de filtrul
de alimentare.
• 𝐶𝑜nu este necesar pentru stabilitate, însă îmbunătațește răspunsul tranzitoriu.
𝑉𝑜𝑢𝑡=1.25∙(1+𝑅2
𝑅1)∙𝐼𝑎𝑑𝑗∙𝑅2 [43] (1)
Deoarece IAdj este controlat la mai puțin de 100mA, eroarea asociată cu acest termen este
neglijabilă în majoritatea aplicațiilor.
După conectarea stabilizatorului în circuit Vout devine:
𝑉𝑜𝑢𝑡=1.25⋅(1+ 𝑅2
𝑅1 ) => 𝑉𝑜𝑢𝑡=1.25⋅(1+ 1000
330 ) => 𝑉𝑜𝑢𝑡=1.25⋅(1+3.03) =>𝑉𝑜𝑢𝑡 = 5.03V
(2)

54

55
Capitolul 4. Implementarea și descrierea sistemului

4.1 Implementarea s istemului

Toate modulele din capitolul anterior sunt conecate în diagrama logică din figura de mai jos.

Figura 4. 1 Diagramă bloc

56
4.2 Descriere algoritm

Structura aplicației conține următoarele funcționalități principale:
1. Citirea parametrilor de la senzori ;
2. Afișarea mesajelor de îndrumare pentru utilizator ;
3. Alertare prin trimiterea unui mesaj de tip SMS ;

Algoritmul dezvoltat pentru rea lizarea acestei aplicații este scris în limbajul C++, fiind limbajul
folosit de IDE -ul Arduino. Pentru realizarea funcționalităților sistemului, au fost folosite librăriile pentru
LCD, și anume ”LiquidCrystal.h”, pentru modulul GSM libăria ”Sim800l.h”, iar pentru posibilitatea
folosirii pinilor digitali pentru comuncația serială , librăria ”SoftwareSerial.h”. Fiecare librărie va fi
prezentată în detaliu în paginile ce urmează.
Librăria ”LiquidCrystal.h” oferă diferite funcții prin care se permite controlul asupra LCD -ului.
Pentru a se obține o instanță a librăriei, ce urmează să fie folosită pentru apelarea diferitelor metode
conținute de aceasta, este necesară menționarea pini lor utilizați pentru realizarea conexiunii la placuța
Arduino Nano. În aplicația curentă au fost folosiți pinii 2, 3, 4, 5, 6 si 7.

Figura 4. 2 Crearea unei instanțe a librăriei LiquidCrystal
Pentru a se obține controlul as upra LCD -ului, au fost folosite următoarele funcții din librăria
pentru acesta:
• begin() : stabilirea numărului de coloane și de linii pe care urmează să se facă
afișarea mesajelor.

Figura 4. 3 Setarea numărului de linii (2) și de coloane (16)

• print() : afișarea mesajelor pe ecranul LCD -ului

Figura 4. 4 Afișarea unui mesaj pe ecranul LCD -ului

• serCursor() : poziționarea cursorului pe coloana și linia dorită

Figura 4. 5 Poziționarea cursorului pe coloana 0 și linia 0

57
• clear() : ștergerea oricărui mesaj existent pe ecranul LCD -ului

Figura 4. 6 Ștergerea mesajelor de pe ecranul LCD -ului
Librăria ”Sim800l.h” conține diferite funcții ce pot fi folosite pentru controlul modului GSM
Sim800l evb. Pentru a se obține o instanță a librăriei ce urmează să fie folosită pentru apelarea diverselor
funcții este necesară cre area unui obiect de tipul librăriei.

Figura 4. 7 Obținerea instanței librăriei ”Sim800l.h”
Pentru a se obține controlul asupra modului GSM au fost folosite următoarele funcții:
• begin() : inițializare a obiectului creeat anterior de tipul librăriei

Figura 4. 8 Inițializarea obiectului Sim800l
• sendSMS() : această funcție are rolul de a trimite un mesaj de tip SMS și
primește doi parametrii, unul dintre aceștia un mesaj text, iar cel de
al doi lea număr ul de telefon la care urmează să fie trimis mesajul.

Figura 4. 9 Trimiterea unui mesaj de tip SMS
Algoritmul este împărțit în următoarele 3 părți:
1.Crearea și inițializarea variabilelor

Figura 4. 10 Crearea și inițializarea variabilelor

58

2. Functia ”setup()” în care sunt realizate pregătirile necesare lucrului cu sistemul de senzori, a
LCD -ului, a GSM -ului și setarea diferiți lor pini ai micro controlerului.

Figura 4. 11 Funcția ”setup()”

3. Funcția principală a algoritmului, prin intermediul căreia se realizează modul de funcționare al
sistemului creat. Aceasta funcție este denumită ”loop()”.

Operațiile efectuate prin această fu ncție sunt următoarele:

• Citirea datelor de la sen zorul de vibrații și de la senzorul ce realizează funcția de
detecție a prezenței umane ;
• Afișarea diferitelor mesaje pe LCD, ștergerea ecranului acestuia și poziționarea
cursorului pe acesta ;
• Trimiterea mesajul de tip SMS către proprietarul sistemului ;
• Schimbarea stărilor diferiților pini din ”HIGH” în ”LOW”, și viceversa .
Aceste operații sunt realizate într -o buclă după următoarea logică:
➢ se efectuează citiri ale senzorului PIR până se de tectează o preze nță umană ;
➢ odată detectată prezența umană pe ecranul LCD -ul este afișat un mesaj prin
care i se transmite persoanei detectată de senzorul PIR o solicitare de activare
a senzorului de vibrații ;
➢ se așteapt ă un interval de timp de 7 secunde în care se poate a ctiva senzo rul de
vibrații; dacă acest lucru nu se intâmplă, iar persoana este încă în zona de
acoperire a senzorului PIR, și este de tectată de acesta, mesajul anterior este
reafișat pe ecranul LCD -ului. În cazul în care senzorul de vibrații este activat,
un nou mesaj de atenționare este afișat ;

59
➢ se încearcă trimiterea unui mesaj de tip SMS către proprietarul mașinii prin
care este atenționat că este necesar să se prezinte la mașină pentru eliberarea
locului de parcare ;
➢ dacă mesajul este trimis cu succes, od ată ajuns la ma șină proprietarul are
posibilitatea de resetare a sistemului, pregătindu -l astfel pentru o nouă
utilizare .

În funcția de setup, se efectuează inițializări ale librăriilor pentru modulul GSM si pentru LCD.
În bucla de execuție "loop" au loc următoarele operatii:
• Microcontrolerului face cereri către senzorul PIR pentru a -i citi starea ( stările pentru acest senzor
sunt de "1" activ și "0" inactiv ). Imediat dup ă cerere, senzorul trimite c ătre microcontroler 1 sau
0 logic în func ție de ce stare are.
• Microcontrolerul face cereri c ătre butonul de reset ( cite ște valoarea de pe pinul digital la care
este legat butonul , dacă este 1 înseamn ă că este ap ăsat butonul de reset, daca este 0, acesta nu
este ap ăsat).
• După efectuarea cererii, senzorul trimi te către microcontroler valoarea logic ă de 0 sau 1 .
• Se verific ă dacă senzorul PIR este activ .
• În cazul în care senzorul PIR este activ, este disponibil un interval de timp în care
microcontrolerul efectueaz ă cereri de citire a valorii citite de senzorul de vibra ții. Senzorul trimite
către microcontroler valoarea pe care o cite ște.
• Dacă valoarea citit ă de senzorul de vibra ții este mai mare decât un prag stabilit, microcontrolerul
face o cerere c ătre modulul GSM , prin care îi solicit ă acestuia s ă trimit ă un mesaj de tip SMS
• Se verific ă dacă GSM -ul a trimis mesajul cu succes, prin analiza valorii pe care acesta o întoarce
în momentul cererii ( error = SIM800l.sendSMS(number, text)
• Func ția sendSms din libraria Sim800l.h încearc ă o trimitere a mesajului: în cazul în care mesajul
a fost trimis cu succes, în error o s ă se returneze valoarea True, iar în caz contrar senzorul va
trimite c ătre microcontroler valoarea de False .
• După trimiterea mesajul SMS, microcontrol erul efectueaz ă cereri de citire a st ării butonului de
reset .
• În cazul în care acesta a fost ap ăsat sistemul se restarteaz ă și asteapt ă o nou ă prezen ță umană.

60

61
Concluzii și contribuții

Obiectivul principal al acestei lucrări a fost realizarea unui sistem prin care să se poată alerta o ocupare
a unui loc de parcare prin intermediul unui mesaj de tip SMS.
Contribuțiile mele la realizare a acestui proiect sunt următoarele:
În primul rând, în ceea ce privește parte a teoretică, în Capitolul 1 am realizat o clasificare generală
a senzorilor, expunând caracteristicile cele mai importante ale acestora. În continuare, în Capitolul 2, am
realizat o descriere detaliată a senzorilor folosiți, a modulu lului GSM, a platformei de dezvoltare Arduino
Nano și a LCD -ului. Capitolul 3 prezintă o imagine de ansamblu asupra laturii hardware a sistemului
prin intermediul schemei electrice și a imagini i asupra conexiunii fiecărei părți componente a sistemului.
În ultimul capitol este prezentat algoritmul folosit pentru buna funcționare a sistemului și diagrama bloc.
În al doilea rând, în ceea ce privește partea experimentală a lucrării curente, rezultat ele au fost
prezentate în Capitolul 3. Contribuțiile sunt următoarele:
– Folosind senzorul de vibrații HCSR 501 și platforma de dezvoltare Arduino am realizat
diferite experimente pentru a observa timpul de răspuns al senzorului și puterea cu care
trebuie lovit elementul care vibrează pentru a îl activa. Din experimente , am observat că
timpul de răspuns al senzorului este sub 0. 3sec, iar forța ce trebuie aplicată este echivalentul
unei lovituri cu degetul de intensitate mică spre medie ;
– Folosind cel de -al doilea senzor, cel pentru detecția prezenței umane, am efectuat diferite
experimente pentru a observa dacă se poate face o distin cție a unei prezențe umane de cea a
unui obiect/animal. Din testele efectuate , am ajuns la concluzia că obiectele (ex: cărți, sc aun
etc) nu sunt detectate de senzor, iar distanța maximă la care acesta poate realiza o detecție
corectă este de aproximativ un metru ;
– Am realizat un proiect în Arduino IDE pentru a obține controlul asupra senzorilor, modulului
GSM si modulului LCD; am ex perimentat lucrul cu LCD -ul pentru a observa intervalul de
timp optim la care se transmit mesajele și intervalul de timp pentru recepționarea SMS -ului;
– Am realizat o schemă electrică cu tot ansamblul, format din senzorii și modulele menționate
mai sus (GSM și LCD) ;
– Realizarea plăcuței de test pe care sunt plasate componentele descrise mai sus .
Concluzii:
– Pentru alimentarea întregului sistem, a fost necesară folosirea un ei surse externe de alimentare
ce oferă o tensiune de 12V la ieșire, și de un stabilizato r de tensiune pozitivă pentru a obține
o tensiune de ieșire de 5V ;
– Există posibilitatea ca un animal de dimensiuni mici să declanșeze senzorul de prezență. Acest
lucru depinde de poziția în care este amplasat sistemul în mașină ;
– Întreg ansamblul funcționea ză în parametrii în care s -a făcut proiectarea inițială ;
– Proiectul ui i se pot aduce îmbunătățiri prin folosirea unui senzor pentru detecția persoanelor
care să efectueze detecția la o distanță mai mare de un metru.

62

63
Bibliografie

[1] * * *, http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on -line/BSM/BSM/capitol4.pdf , accesat la 16.03.2018
[2] Michael J.McGrath and Cliodhna Ni Scanaill, ”Sensor Technologies” , pagina 16

[3] * * *, https://www.philadelphia.edu.jo/academics/kaubaidy/uploads/Sensor -Lect2.pdf , accesat la
data de 16.03.2018
[4] * * *, https://www.elprocus.com/types -analog -digital -sensors/
[5] Jac ob Fraden, ”Handbook of Modern Sensors ”, accesat la data 18.03.2018, 20.05.2018
[6] * * *, Calibration, VECTORNAV Embedded Navigation Solutions ,
https://www.vectornav.com/support/library/calibration , accesat la data de 18.03.2018

[7] * * *, Understanding Accuracy and Precision for MEMS Pressure Sensors , All Sensors Company,
http://www.allsensors.com/engineering -resources/white -papers/accuracy -and-precision -for-mems –
pressure -sensors
[8] * * *, http://ww w.lionprecision.com/tech -library/technotes/article -0010 -sensor -resolution.html
accesat la data de 24.03.2018

[9] * * *, http://www.springer.com/cda/content/document/cda_downloaddocument/9781461450511 –
c1.pdf?SGWID=0 -0-45-1446013 -p174970665ds/978146 1450511 -c1%20.pdf , accesat la data de 25.03.2018

[10] * * *, Passive infrared sensor Wikipedia, The Free Encyclopedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Passive_infrared_sensor , accesat la data de 24.06.2018

[11] Ion Iordache, Silviu Sorici, Petre Manolache, ”Security Systems Designer. Training Course ” (rom.
Proiectant sisteme de securitate. Curs de specializare ), Reșița Business Center and Siemens, June 2010.
[12] * * *, Focusing devices for pyroelectric infrared sensors , Glolab,
http://www.glolab.com/focusdevices/focus.html , accesat la data de 24.06.2018

[13] N.S Geethesh, Martin Cornish, Using Pyroelectric Infra -Red (PIR) Sensors for Motion Detection ,
Published in Embedded.com ( http://www.embedded.com ), May 2007, accesat la data de 24.06.2018
[14] * * *, http://www.rfwireless -world.com/Terminology/Advantages -and-Disadvantages -of-PIR-sensor.html
, accesat la data de 25.06.2018

[15]
http://iota.ee.tuiasi.ro/~czet/Lucrari%20de%20laborator/SenzTrad/L10%20Traductoare%20de%20vibratii%20s
i%20acceleratii.pdf , accesat la data de 26.06.2018

[16]
http://zfp.cbm.bgu.tum.de/mediawiki/index.php/Sensors_for_vibration_measure ment:_Principles_of_o
peration_and_measuring_ranges , accesat la data de 27.06.2018

64
[17] Michael Margolis and Nicholas Weldin, ”Arduino CookBook ”, March 2011
[18] Martin Evans, Joshua Noble, Jordan Hochenbaum, ”Arduino in Action ” , 2013 by Manning
Publicati ons Co
[19] * * * https://www.arduino.cc/en/guide/introduction , accesat la data de 27.06.2018
[20] * * * Arduino , https://ro.wikipedia.org/wiki/Arduino , accesat la data de 27.06.2018
[21] Radu Pietraru și Alexandru Velicu, ”Elemente practice de bază în dezvoltarea sistemelor cu
microprocesoare integrate utilizand Arduino Un ”o (ediția a -II-a)
[22] * * * https://pdf1.a lldatasheet.com/datasheet -pdf/view/241077/ATMEL/ATMEGA328P.html ,
accesat la data de 28.06.2018
[23] * * * https://www.robofun.ro/docs/RC1602B -BIW -CSX.pdf , accesat la data de 28.06.2018
[24] HC-SR501 PIR MOTION DETECTOR, datasheet, accesat la data de 2.07.2018
[25] * * * https://5.imimg.com/data5/DV/NE/MY -1833510/vibration -sensor.pdf , accesat la data de
06.07.2018
[26] https://www.elecrow.com/vibration -sensor -module -sw420 -p-525.html , accesat la data de
06.07.2018

[27] * * * https://www.optimusdigital.ro/ro/senzori -de-vibraii/109 -modul -senzor -de-vibratii.html ,
accesat la data de 06.07.2018

[28] Dr. Ing. O. Moldovan , ”Sisteme senzoriale ” ,
https://biblioteca.regielive.ro/cursuri/mecanica/sisteme -senzoriale -377845.html

[29 ] J. S. Wilson ”Sensor Technology Handbook ”, Burlington: Elsevier 2007, pp 1 -21 ,

[30] * * * https://www.optimusdigital.ro/ro/senzori -senzori -pir/106 -modul -senzor -pir-hc-
sr501.html?gclid=Cj0KCQjwm6HaBRCbARIsAFDNK –
gfhzP8T9uSWYJ5xvoxLjaaxo6uljgTSzRRkfKjQKF5En7nFFQkBzcaAvXeEALw_wcB , accesat la data de 13.07.2018

[31] * * * https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Cellular/SM5100B -D_HW_spec_V1.0.0.pdf , accesat la
data de 23.07.2018

[32] * * * http://forum.arduino.cc/index.php?topic=525769.0 , accesat la data de 04.09.2018

[33] ***, SIM800L & SIM800L EVB v2.0 – Variations and wiring ,
http://forum.arduino.cc/index.php?topic=525769.0 , accesat la 04.09.2018

[34] * * * https://www.optimusdigital.ro/ro/compatibile -cu-arduino -nano/1686 -placa -de-dezvoltare –
compatibila -cu-arduino-nano -atmega328p -i-ch340.html , accesat la data de 4.09.2018

65
[35] * * * https://www.mouser.com/pdfdocs/Gravitech_Arduino_Nano3_0.pdf , accesat la data de
04.09.2018

[36] * * * http://www.circuitstoday.com/arduino -nano -tutorial -pinout -schematics , Arduino Nano
Pinout , accesat la data de 04.09.2018

[37] * * * http://irishelectronics.ie/SIM800L -V20-5V-Wireless -GSM -GPRS -MODULE , accesat la data de
04.09.2018

[38] * * * https://www.instructables.com/id/SMS -Controller -by-Using -SIM800L -V2 ,accesat la data de
04.09.2018

[39] * * * http://www.glolab.com/pirparts/infrared.html , accesat la 06.09.2018

[40] * * * https://img.filipeflop.com/files/download/Datasheet_SIM800L.pdf , accesat la data de
07.09.2018

[41] * * * http://www.roboticbd.com/product/lm317/ , accesat la data de 06.09.2018

[42] * * * https://www.onsemi.com/pub/Collateral/LM317 -D.PDF , accesat la data de 06.09.2018

[43 ] * * * http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf , accesat la data de 0 6.09.2018

[44 ] * * * http://www.ozeki.hu/p2982.html , accesat la data de 07.09. 2018
[45] * * * https://exploreembedded.com/wiki/GSM_SIM800L_Sheild_with_Arduino , GSM SIM800L
Sheild with Arduino , accesat la data de 07.09.2018

66

67
Anexa 1 Montajul final al sistemului de alertare via SMS pentru automobilul
autonom (vedere frontală)

68

69
Anexa 2 Montajul final al sistemului de alertare via SMS pentru automobilul
autonom (vedere anterioară)

70

71
Anexa 3 Cod sursă Arduino IDE

1. #include <LiquidCrystal.h>
2. #include <Sim800l.h>
3. #include <SoftwareSerial.h>
4.
5. Sim800l Sim800l;
6.
7. char text[161]= "Vino la masina";
8. char number[11]= "0749192719" ;
9. bool error;
10.
11.
12. int pirPin = 12;
13. int pirValue;
14. int buton_reset = 11;
15. int resetSys = 0;
16.
17. int vibPin =A0;
18.
19. unsigned long time_reset = 0;
20. int interval_asteptare = 7000;
21.
22.
23.
24.
25. LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2);
26.
27. void setup() {
28. Sim800l.begin();
29. pinMode(pirPin, INPUT);
30. pinMode(buton_reset,INPUT);
31.
32.
33. pinMode(vibPin, INPUT);
34. Serial.begin(9600);
35.
36. lcd.begin(16, 2);
37.
38. lcd.print( "Sistem Pornit");
39. delay(5000);
40. lcd.clear();
41. }
42.
43. void loop() {
44.
45.
46. lcd.setCursor(0, 0);
47.
48. pirValue = digitalRead(pirPin);
49. resetSys = digitalRead(buton_reset);
50.
51.
52. delay(50);
53.
54.
55. if (pirValue == 1) {
56. lcd.print( "Bateti in simbol");
57. Serial.println( "Detectie Miscare" );
58. delay(400);
59. time_reset = millis ();

72
60. while((millis() – time_reset) < interval_asteptare){
61. lcd.clear();
62. lcd.setCursor(0, 0);
63. lcd.print( "Bateti in simbol");
64. long val_vibratie=pulseIn (vibPin, HIGH);
65. Serial.println( " astept o bataie." );
66. if (val_vibratie >= 500){
67.
68. Serial.println(val_vibratie);
69.
70. lcd.clear() ;
71. lcd.setCursor(0, 1);
72. lcd.print( "!!!!!!!!!!!!!!!!" );
73. Serial.print( "Am detectat bataie");
74. delay(2000);
75.
76. error = Sim800l.sendSms(number,text);
77. lcd.setC ursor(0, 0);
78. lcd.print( "Vin imediat" );
79. if(error)
80. Serial.println( "Error Sending Message" );
81. Serial.println( "Message Sent Successfully!" );
82. while(true)
83. {
84. resetSys = digitalRead(buton_reset);
85. if (resetSys == 1)
86. {
87. delay(5000);
88. lcd.clear();
89. goto error;}
90.
91. }
92.
93. }else{
94. lcd.setCursor(0, 1);
95. lcd.clear() ;
96. }
97.
98. }
99.
100.
101.
102.
103.
104.
105.
106. }
107. error:
108. Serial.println( "Am terminat" );
109. }