Controlul inteligent al iluminării unei locuințe [623902]

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

Controlul inteligent al iluminării unei locuințe

Proiect de diplomă

prezentat ca cerință parțială pentru obținerea titlului de
Inginer în domeniul Electronică și Telecomun icații
programul de studii de licență Electronică Aplicată

Conducător științific Absolvent: [anonimizat]

2017

Cuprins

Capitolul 1. Sisteme Automate ……………………… …………………17
1.1. Scurt istoric și evoluț ia automatiz ării…………………… …..……………… .17
1.2. Arhitectura microcontrolelor ……………………………… …..……………. .20
1.2.1. Caracteristici generale …………………………………………… …… ……………20
1.2.2. Microcontrolerul A Tmega328 ……………………………………… ……. …………22
1.3. Elemente de circuit reale …………………………………………… ….…… .24
1.3.1. Dioda cu jonc țiune PN ………………………………………………… ……. …… …24
1.3.2. Dioda LED ……………………………………………………………… …………. ..25
1.3.3. Tranzistorul bipolar ………………………………………………………… ……….28
1.3.4. Display -ul LCD ……………………………………………………………… ……. .30
1.3.5. Tiristorul ……………………………………………………………… ……………. .31
1.3.6. Triacul ……………………………………………………………… …… ………… .34
1.3.7. Optocuplorul ………………………………………………………………… ………36
1.3.8. Siguranț e fuzibile ……………………………………………………………… …….37

Capitolul 2 . Senzori și traductori ………………………………… ……39
2.1. Traductorul ………………………………………………………… …..…….39
2.2. Fotorezistorul ………………………………………………………… ………40
2.2.1. Principiul de funcț ionare ……………………………………………… …… ………40
2.2.2. Caracteristici ……………………………………………………………… …… ……42

Capitolu l 3. Sistemul de dezvoltare Arduino UNO …………… ..……45
3.1. Generalităț i Arduino ………………………………………………… ….……45
3.2. Hardware Arduino Uno ……………………………………………… ….……47
3.3. Programarea …………………………………………………………… …….50

Capitolul 4. Realizarea practică ………………………………… ……..53
4.1. Descrierea realiză rii practice ………………………………………… ………53
4.2. Procesul de tehnologizare ……………………………………………… ….…56

Concluzii …………………………………………………… …………… 59

Bibliografie …………………………………………… ………………… 61

Anexe ………………………………………………………… …………. 63

Listă figuri
Figura 1.1. Schema unei mașini von Neumann …………………………………………… .…….…19
Figura 1.2 . Microcontrolerul ATmega328………………………………………………… .………22
Figura 1.3 . Diagrama bloc a microcontrolerului ATmega328……………………………… …..….23
Figura 1.4. Joncțiunea PN polarizată în sens direct ……………………………………… .…….…..24
Figura 1.5 . Carac teristica diodei cu joncțiune PN …………………………………………… …..…25
Figura 1.6. Dioda LED ………………………………………………………………………… ….. 25
Figura 1.7. Schema funcționării unui LED ………………………………………………… ……… .26
Figura 1.8. Caracteristicile diodei LED ……………………………………………………… …….. 27
Figura 1.9. Str uctura tranzistorului bipolar …………………………………………………… ……28
Figura 1.10. Mișcarea curenților prin tranzistorul bipolar …………………………………………. …………….. 29
Figura 1.11. Caracteristica curent -tensiune a tranzistorului bipolar …………………………… ……29
Figura 1.12. Diagrama pinilor unui display LCD ……………………………………………………. ……………… 30
Figura 1.1 3. Structurа și schemа echivаlentă а unui tiristor ……………………………… ……… …31
Figura 1.14. Simbolul și cаrаcteristicа curent -tensiune а unui triаc …………………… ……… ……35
Figura 1.15. Schemа electronică а unui optocuplor ……………………………………………….. ……………. …36
Figura 1.16. Cаrаcteristicile de protecție аle unei sigurаnțe fuzibile …………………… ……. ……38
Figura 2.1. Schema bloc a unui traductor ………………………… …………………… ……. ……..39
Figura 2.2. Fotorezistor …………………………………………………………………………………. …………….. ……40
Figura 2.3. Principiul de funcționare al fotorezistorului …………………………………………. …………….. ..41
Figura 2.4. Mișcarea electronilor și a golurilor prin benzile de valență ………………………. ……………. .41
Figura 2.5. Dependența lungimii de undă de sensibilitate ……… ……………………………….. ……………… .42
Figura 3.1. Tipuri de plăci Arduino ………………………………………………………… …… …46
Figura 3.2. Sistemul de dezvoltare Arduino Uno ………………………………………… ……….. .47
Figura 3.3. Sistemul de dezvoltare Arduino Uno ………………………………………… ……….. .49
Figura 3.4. Selectarea plăcii potrivite din meniul programului Arduino ………………… ………. ….50
Figura 3.5. Selectarea portului potrivit din meniul programului Arduino ………………… ……… ..50
Figura 4.1. Structura microcontrolerului ATmega328 …………………………………………. …………………. 53
Figura 4.2. Convertor USB -Serial ………………………………………………………… ………. .54
Figura 4.3 . Schema logic ă a unui display LCD …………………………………………… ………. .54
Figura 4. 4. Arhitectura internă a optotriacului cu circuit de detectare a trecerii prin zero …………. 55
Figura 4.5 . Placa pentru prototipuri tip “breadboard” ………………………………… …….. …… ..56
Figura 4.6 . Cablaj de test ……………………………………………………………… ……. ……. ..56
Figura 4.7 . Stație de lipit cu letcon …………………………………… …………… …….. ………. ..57

Listă tabele

Tabel 1.1. Caracteristicile display -ul LCD …………………………………… .……………… …… 31

Tabel 3.1. Caracteristici Arduino Uno 48……………………………… ….…………………… .….48

Listă acronime

SA – Sistem automat
IBM – International Business Machines Corporation
TX 0 – Transistorized eXperimental Computer 0
PDP-1 – Programmed Data Processor -1
DEC – Digital Equipment Corporation
VLSI – Very large scale integration
CM – Connection machine
CERN – Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară
WWW – World Wide Web
CPU – Central processing unit
CISC – Complex Instruction Set Computers
RISC – Reduced Instruction Set Computing
RAM – Random -access memory
ROM – Read -only memory
EPROM – Erasable Programmable Read Only Memory
CMOS – Complementary metal -oxide -semiconductor
AVR – familie de microcontrolere dezvoltată de ATMEL
MIPS – Million Instructions Per Second
ALU – Unitate logic ă aritmetică
EEPROM – Electrically Erasable Programmable Read -Only Memory
SRAM – Static Random Access Memory
PWM – Pulse -width modulation
USART -Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter
ADC – Analog -to-digital converter
TQFP – Thin Quad Flat Package
QFN – Quad Flat No -leads package
MLF – Micro Lead -Frame
SPI – Serial Peripheral Interface Bus
ISP – In-System Programming
LED – Light -emitting diode
LCD – Liquid -crystal display
ASCII – American Standard Code for Information Interchange
SRA – Sisteme de reglare automata
LDR – Rezistori depe ndenț i de lu mină
IR – Infrared
IDE – Mediu de dezvoltare simplu integrat
USB – Universal Serial Bus
DFU – Device Firmware Update
ICSP – In Circuit Serial Programming
GND – Ground
UART – Universal asynchronous receiver/transmitter
SMD – Surface -mounted dev ice
THT – Through -hole technology
A – Amper
AC – Alternative Current
H- Henry
Hz – Hertz
J- Joule
K – Kilo
KB – Kilobyte

15
Introducere

Pentru proiectul de diplomă am ales tema “ Controlul inteligent al iluminării unei locuințe ”
deoarece teh nologia a evoluat semnificativ î n ultimii an i, ceea ce f ace ca ideea de casă inteligentă să
nu mai țină de domeniul fantasticului ci să devină o soluție realistă și ușor de implementat în orice
casă.

Conceptul de casă inteligentă presupune controlarea funcționalitățil or instalațiilor dintr -o
locuinț ă prin scenarii predefinite sau dacă toate subsistemele (controlul iluminatului, controlul
temp eraturii, sonorizarea ambien tală, alarmele de incendiu, irigaț ii, etc.) sunt integrate într -un
singur sistem ș i pot fi controlate printr -o interfaț ă grafică facilă și uș or de folosit pentru proprietar .

Utilizatorul poate beneficia foarte ușor de un sistem pentru pornirea, respectiv stingerea
luminii în funcție de nivelul luminii din mediu l înconjurător , dezvoltându -se astfel sisteme pentru
economirea energiei, renunțând de altfel și la interacțiunea directă a utilizatorului cu sistemul de
iluminat.

Avantajele deținerii unei astfel d e locuințe sunt următoarele: siguranț a, economi a de resurse
material e și de timp, protecția mediului înconjurător, toate acestea neputând fi realizate dacă nu
existau tehnici din ce î n ce mai avansate oferite de cercetă torii din domeniul industriei
echipam entelor de automatiză ri.

Lucrarea de față este structurată în 4 mari capitol e, fiecare având rolul lui diferențial.

În primul c apitol sunt evidențiate date generale despre componentele utilizate pentru
realizarea părții practice, aceasta din urmă fiind realizată pe o placă de dezvoltarea Arduino cu un
microcontroler cu scopul de a regla intensitatea luminozității cât și iluminarea în funcție de lumina
din mediul înconjurător (cu ajutorul senzorilor de lumină).

Capitolul 2 cuprinde o descriere succintă a senzorilor utilizați în realizarea iluminării în
funcț ie de lumina din jur.

In capitolul 3 sunt descrise datele hardware și software folosite în realizarea plă cii Arduino.

Capitolul 4 incapsulează realizarea prac tică, oferind informații despre modul în care aceasta
a fost concepută, precum și procesul de tehnologizare și schema electrică a circuitului.

16

17
Capitolul 1. Sisteme Automate

1.1. Scurt istoric și evoluția automatizării

Prin automatizarea proceselor de producție se urmărește asigurar ea tuturor condițiilor de
desfășurare a acestora fără intervenția omului. Această etapă presupune crearea acelor mijloace
tehnice capabile să determine evoluția proceselor într -un sens prestabilit, asigurându -se producția de
bunuri materiale la parametrii doriți. Se poate vorbi în acest caz de procese de producție
automatizate a căror evoluție este controlată în mod automat fără intervenția omu lui.

Etapa automatiz ării presupune existența proceselor de producție astfel concepute încât să
permită implementarea mijloacelor de automatizare, capabile să intervină într -un sens dorit asupra
proceslor, asigurând condițiile de evoluție a acestora în de plină concordanță cu performanțele
optime.

Ansamblul format din procesul supus automatizării și mijloacele tehnice ce asigură
automatizarea acestuia constituie un sistem automat .

Conceptul de sistem a apărut și s -a dezvoltat de -a lungul timpului ca rezultat al eviden țierii
unor trăsături și comportamente comune pentru o serie de procese și fenomene din diferite domenii,
fapt ce a permis tratarea acestora, din punct de vedere structural -funcțional, într -un mod unitar,
sistemic.

Noțiunea de sistem ar e o sferă de cuprindere foarte largă și, în consecin ță, este frecvent
întâlnită în știintă și tehnică, în general în toate domeniile gândirii și ac țiunii umane, însă aproape
întotdeauna în asocia ție cu un atribut de specificare; de exemplu, sistem automat, sistem de
transmisie, sistem informa țional, sistem de semnalizare, sistem de produc ție, sistem filozofic, sistem
social etc. în literatura de specialitate există diverse defini ții ale conceptului de sistem, unele
reflectând tendin ța definirii conceptului în întreaga sa generalitate, altele tendin ța de particularizare
la un anumit domeniu al cunoașterii.

Sistemele automate sunt sisteme tehnice de supraveghere, comand ă și control al proceselor
și instala țiilor tehnologice, fără interven ția directă a omului.

Un sistem automat (SA) este alcătuit din două păr ți princip ale: procesul de automatizat și
dispozitivul de automatizare . Să subliniem în continuare câteva trăsături fundamentale ale
sistemelor:

 caracterul structural -unitar, care reflectă proprietatea unui sistem de a fi reprezentat ca o
conexiune de subsisteme a căror ac țiune este orienta tă spre un anumit scop (sens);
 caracterul cauzal -dinamic, care reflectă proprietatea unui sistem de a evolua în timp sub
acțiunea factorilor interni și externi, cu re spectarea principiului cauzalită ții (conform căruia,
orice efect este rezultatul unei cauze, efectul este întârziat fa ță de cauză și, în plus, două
cauze identice generează în aceleași condi ții efecte identice);
 caracterul informa țional, care reflectă prop rietatea unui sistem de a primi, prelucra, memora
și transmite informa ție.

În sensul teoriei sistemelor, prin informa ție se în țelege orice factor calitativ și cantitativ care
servește la descrierea comportamentului sistemului. La sistemele tehnice, mărim ile fizice constituite
ca suport pentru informa ție se numesc semnale.

18
Mărimile (variabilele) asociate unui sistem sunt de trei feluri: mărimi de intrare, mărimi de
stare și mărimi de ieșire.

Mărimile de intrare sunt independente de sistem (deci sunt de tip cauză) și influen țează din
exterior starea și evolu ția sistemului.

Mărimile de stare sunt dependente de mărimile de intrare (deci sunt de tip efect) și au rolul
de a caracteriza complet starea curentă a sistemului.

Mărimile de ieșire sunt dependente de mărimile de stare, uneori și direct de mărimile de
intrare (deci sunt de tip efect), și au rolul de -a transmite în exterior (sistemelor învecinate)
informa ție referitoare la starea curentă a sistemului. Unele mărimi de ieșire pot fi în același timp
mărimi de stare. [10]

Etapele evoluției arhitecturii calculatoarelor

Cea mai mare parte a vechilor calculatoare utilizate au ieșit astăzi din uz, ajungând piese de
muzeu. Cu toate acestea, au existat câteva mașini care au avut un rol important în evolu ția
calculatoarelor.

 Generația 0: calculatoarele mecanice (1942 -1945)

Meritul de a fi realizat prima ma șină de calcul îi revine lui Blaise Pascal. În
onoarea sa a fost denumit și primul limbaj de programare care a fost inventat.
Acest prim calculator a fost în întregime un calculator mecanic, bazat pe angrenajul
unor ro ți din țate ac ționate manual, principalele opera ții care puteau fi efectuate
fiind adunări și scăderi. Treizeci de ani mai târziu acestei ma șini de calcul i -au fost
adăugate de către Leibnitz alte două noi opera ții: înmul țirea și împărț irea.
Au urmat apoi alte asemenea ma șini, dintre care poate fi amintită prima
mașină analit ică. Aceasta cuprindea patru părț i: memoria (magazia), unitatea de
calcul, intrarea (cititorul de cartele pe rforate) și ie șirea. Memoria dispunea de 1000
de cuvinte de 50 de cifre zecimale care puteau fi utilizate pentru stocarea
variabilelor și rezultatelor. Unitatea de calcul prelua operanzii proveni ți din
memorie, făcea diverse opera ții asupra lor (adunare, scădere, înmul țire, împărț ire)
și întorcea rezultatul tot în memorie. Toate aceste blocuri erau în întregime
mecanice. Marea noutate a acestei ma șini consta în faptul că putea citi instruc țiuni
de pe cartelele perforate și apoi le putea trata. Unele instruc țiuni puteau comanda
mașinii să preia doi operanzi din memorie, să efectueze o opera ție asupra lor și să
trimită rezultatul în memorie. Procesul continuă până în anul 1944 când a fost
construită prima ma șină, Mark I, care avea 72 cuvinte a 23 cifre și un ciclu ma șină
de 6 secunde. A urmat îndeaproape succesoarea sa Mark II. Se poate afirma că,
practic, era electronicii începuse.

 Prima generație: tuburile cu vid (1945 -1955)

Se poate spune că al doilea război mondial a grăbit apari ția apari ției primelor
calculatoare echipate cu componente electronice, chiar dacă acestea aveau să fie
tuburile cu vid. Primul calculator construit și folosit a fost ENIGMA, folosit pentru
criptarea mesajelor care urmau a fi trimise de către armata germană prin radio
submarinelor. Nici armata britanică nu a stat cu mâinile în sân, ea reu șind să pună
la punct un calculator numit COLOSSUS, folosit pentru decodarea mesajelor,

19
deoarece erau foarte multe calcule de făcut. Părintele lui COLOSSUS a fost omul
de știință englez Alan Turing. Urmează apoi un nou model numit ENIAC. Acest
așa zis calculator cuprindea 18000 tuburi cu vid și 1500 de relee; cântărea peste 30
de tone și consuma 150 kW. Din punct de vedere al unită ții de calcul dispunea de
20 registre a 10 cifre zecimale. La foarte pu țin timp după aceasta î și face apari ția
un nou calculator, al cărui realizator, John von Neumann, va intra în istorie, putând
fi considerat pe drept cuvânt părintele calculatoarelor actuale. Schema unei ma șini
von Neuman n este redată în figura 1.1

Figura 1.1. Schema unei mașini von Neumann [1]

Mașina von Neumann era alcătuită din 5 pă rți: memoria, unitatea aritmetică și logică,
unitatea de control, dispozitivele de intrare și cele de ie șire. Memoria dispunea de 4096 cuvinte,
fiecare cuvânt având 40 de bi ți (0 sau1). Instruc țiunile cuprindeau două câmpuri: 8 bi ți pentru tipul
instruc țiunii și 12 bi ți pentru adresă. Unitatea aritmetică și logică con ținea un registru intern special
numit acumulator. Ma șina nu dispunea de capacitate de calcul în virgulă mobilă.
Făcând un salt peste timp se ajunge la modelul IBM 704 care avea aceea și structură cu 4 K de
memorie, instruc țiuni de 36 de bi ți și dispozitive speciale de calcul în virgulă mobile

 A doua generație: tranzistorii (1955 -1965)

Primul calculator echipat cu tranzistori a fost realizat în laboratoarele
Lincoln, fiind denumit TX 0 (Transistorized eXperimental Computer 0). În 1961
apare PDP -1, o mașină de 4 K cuvinte de 18 biți, având ci clul mașină de 5 ms. În
comparaȚie cu IBM 7090, care avea un preț exorbitant, calculatorul PDP -1 costa 120.000 de
dolari, fapt care a determinat vânzarea sa de către firma DEC și deci participarea la nașterea unei
industrii mini -informatice.

În 1964 ap are pe pia ță modelul 6600 al firmei CDC, o ma șină aproape de 10 ori mai rapidă
decât bătrânul IBM 7094. Impactul asupra publicului a fost unul foarte puternic, numeroase firme
exprimându -și dorin ța de a cumpăra un astfel de calculator. Diferen ța față de mo delul IBM: o
arhitectură paralelă. În concluzie, dispunea de mai multe unită ți func ționale capabile să execute
simultan diverse opera ții. Acest model putea executa 10 instruc țiuni în acela și timp.

 A treia generație: circuitele integrate (1965 -1980)

Inventarea circuitului integrat a permis plasarea de numeroase tranzistoare într -o singură
capsulă de siliciu, cea ce a condus la calculatoare mai mici, mai rapide și mai ieftine.
În anul 1965, firma IBM, numărul unu în domeniul informaticii, scoate pe pia ță modelul IBM 360,
acesta fiind primul calculator capabil de a simula un alt calculator. Apari ția circuitelor integrate a
dus la dezvoltarea industriei microinformaticii, prin apari ția unor noi modele, dintre care pot fi

20
amintite calculatorul PDP -11 realizat de firma DEC. El este asemăn ător cu modelul 360 al firmei
IBM, dar cu un raport performan ță/cost mult mai bun.

 A patra generaț ie: circuitele VLSI (1980 -1990)

Această etapă este cea în care încep să apară primele calculatoare personale, acest lucru fiind posibil
datorită unor factori decisivi:
• perfec ționarea tehnologiei de fabrica ție;
• dezvoltarea re țelelor de calculatoare;
• diversitatea mare de modele de arhitecturi;
• apari ția conceptelor de multimedia și de programare orientată pe obiecte.
Un pas important în această etapă a fost reprezentat de apari ția primelor
calculatoare personale realizate de firma IBM în colaborare cu Intel. Au rezultat câteva modele care
au avut o mare priză la public, dintre c are IBM PS1, PS2. Un alt mare consor țiu format din Apple și
Motorola scoate pe pia ță modelele MacIntosh 68000, 68040. Trebuie remarcat faptul că toate
aceste modele erau calculatoare personale, deci accesibile ca pre ț persoanelor fizice.

 A cince a genera ție: prelucrarea masiv paralelă (după 1990)

Începutul genera ției a cinc ea este marcată de dezvoltarea calculatoarelor cu
prelucrare masiv paralelă, de exemplu CM 2 și CM 5 de la Thinking Machines Co.Un alt element
esențial este apari ția și dezvoltarea s erviciului www (World Wide Web) ini țiat de Laboratorul
CERN din Geneva în colaborare cu mai multe universită ți americane.

În 1993, firma Intel construie ște microprocesorul cu structură superscalară – Pentium. Apar
sistemele masiv paralele cu memorie partajată și distribuită (Cray/MPP). Interactivitatea
serviciului www e ste asigurată prin introducerea tehnologiei Java.

Evolu ția procesoarelor a luat apoi un avânt puternic, frecven țele de lucru crescând în numai
opt ani de la 100 MHz la peste 3 GHz, înregistrându -se în acela și timp și o îmbunăt ățire a
arhitecturii microprocesoarelor prin specializare, memorie cache, paralelism (pipe -line),
optimizarea algoritmilor . [1]

1.2. Arhitectura microcontrolelor

1.2.1 Caracteristici generale

În gen eral un control er se referă la o structură electronică destinată controlului unui proces
sau, și mai general decât atât, unei interac țiuni caracteristice cu mediul exterior, fără să fie necesară
interven ția umană. Primele controlere de -a lungul timpului au fost realizate în tehnologii pur
analogice, folosindu -se componente electronice discrete și componente electromecanice cum ar fi
releele. Acelea care fac apel la tehnologia numerică modernă au fost realizate la inceput pe baza
logicii cablate și a unei electronici analogic e uneori complexe, motiv pentru care aveau dimensiuni
foarte mari, consum energetic ridicat și în multe cazuri o fiabilitate care lasă de dorit.

Apari ția și utilizarea microprocesoarelor pentru uz general a dus la o reducere semnificativă
a consumului, dimensiunilor, costurilor și o îmbunătă țire vizibilă a fiabilită ții. Există și la ora
actuală o serie de astfel de controlere de calitate, construite în jurul unor microprocesoare de uz
general cum ar fi Z80 (Zilog), 8086/8088 (Intel), 6809 (Motorola).

21
O defini ție cât mai generală a unui microcontroler ar fi aceea că este un microcircuit care
încorporează o unitate centrală (CPU) și o memorie împreună cu resure care -i permit interac țiunea
cu mediul exterior.

Toate aplica țiile în care se folosesc microco ntrolere fac parte din categoria așa ziselor
sisteme încapsulate -integrate, la care prezen ța unui sistem de calcul încorporat este aproape
transparentă pentru utilizator.

Printre domeniile unde utilizarea lor este un standard industrial se pot men ționa: în industria
automobilelor (pentru aprinderea motorului, în climatizare sau la sistemele de alarmă, etc), pentru
aparatura aparatura de uz electrocasnic (mașini de spălat, frigidere, cuptoare cu microunde,
aspiratoare), în controlul mediului și climatiza re, în industria aerospa țială, precum și la realizarea
de periferice pentru calculatoare și în medicină.

Arhitectura unită ții centrale de calcul este probabil unul dintre cele mai importante elemente
care trebuie avut în vedere în analiza oricărui sistem de calcul. Cele mai importante concepte
întâlnite sunt următoarele:

 arhitecturi de tip “Harvard” – pentru aceată arhitectură există spa ții de memorie
separate pentru program și date. Prin urmare, ar trebui să existe și magistrale
separate, de adrese și d ate, pentru codul instruc țiunilor și respectiv pentru date;
 arhitecturi de tip “CISC ” – majoritatea microcontrolelor au la baza realizării CPU
conceptul CISC. Acesta cuprinde un set uzual de peste 80 de instrucțiuni, multe
dintre ele foarte puternice și sp ecializate.
 arhitecturi de tip “RISC” – acesta este un concept de realizare a CPU care a început
să fie implementat cu succes de ceva timp și la realizarea microcontrolerelor.
Implementând doar un set redus de instrucțiuni care se pot executa în mod rapid și
eficient, se obține o reducere a complexitătii microcircuitului, suprafața
disponibilizată putând fi utilizată în alte scopuri [3]

Pe lângă memoria locală de tip RAM, de dimensiuni reduse, implementată ca atare sau
existentă sub forma unui set de registre și destinată memor arii datelor (variabilelor), mai există o
serie de aspecte specifice, marea majoritate a lor fiind legată de implementarea fizică a memoriei de
program cu ajutorul unor memorii nevolatile. În mod clasic, memoria de program era implementată
într-o variantă de tip ROM: EPROM pentru dezvoltare și produc ție pe scară mică și medie sau
mask -ROM pentru produc ția de masă.

Limbajul mașină este unica formă de reprezentare a informa ției pe care un microcontroler o
înțelege. Din nefericire această formă de reprezentar e a informa ției este total nepractică pentru un
programator, care va utiliza cel pu țin un limbaj de asamblare, în care una dintre instruc țiuni are ca și
corespondent o instruc țiune în limbaj mașină. Un program în limbaj de asamblare este compact și
rapid. Asta nu inseamnă că un astfel de program, scris în mod eronat, nu poate fi lent și de mari
dimensiuni, programatorul având controlul total și responsabilitatea pentru execu ția programului și
gestionarea resurselor.

Un interpreter înseamnă implementarea unui limbaj de nivel înalt, mai apropiat de limbajul
natural. Este mai degrabă un program rezident care rulează pe o platformă de calcul de tip
microcontroler. Definitoriu pentru execu ția unui program interpretat este ci tirea și executarea
secven țiala a instructiunilor .

Compilatoarele combină lejeritatea în programare oferită de un interpreter. Pentru aceasta
programul, în limbaj de nivel inalt, este translatat direct în limbaj masină sau în limbaj de

22
asamblare. Codul masină care rezultă are dimensiuni destul de mari și este executat direct, ca un tot
unitar, de că tre microcontroler.

1.2.2. Microcontrolerul A Tmega328

Microcontrolerul Atmega328 este un microcontroler CMOS cu putere redusă de 8 bi ți, bazat
pe arhitectura RISC îmbunătă țită AVR®. Prin executarea unor instruc țiuni puternice într -un singur
ciclu de ceas, ATmega328 / P realizează transferuri apropiate de 1MIPS pe MHz. Acest lucru
permite proiectantului de sistem să optimizeze dispozitivul pentru consumul de energie fa ță de
viteza de procesare. [7]

Figura 1.2 . Microcontrolerul ATmega328 [4]

Miezul Atmel AVR® combină un set bogat de instruc țiuni cu 32 de registre de lucru de uz
general. Toate cele 32 de registre sunt conectate direct la unitat ea logică aritmetică (ALU),
permi țând accesarea a două registre independente într -o singură instruc țiune executată într -un
singur ciclu de ceas. Arhitectura rezultată este mai eficientă în ceea ce privește codul, atingând în
același timp viteze de până la zece ori mai rapide decât microcontrolerele CISC conven ționale.

Modelul ATmega328 oferă următoarele caracteristici:

 32 Kbytes de Flash programabil în sistem cu capabilită ți de citire în timp ce scrie
 1Kbytes EEPROM,
 2Kbytes SRAM,
 23 linii I / O de uz general,
 32 registre de lucru de uz general,
 3 timere / contoare flexibile cu moduri de comparare și PWM,
 1 USART programabil serial,
 1 interfa ță serială orientată pe 2 fire, I2C,
 un canal ADC pe 10 bi ți (8 canale în pachetele TQFP și QFN / MLF),
 un programator Watchdog Timer cu Oscilator intern
 un port serial SPI
 șase moduri de economisire a energiei selectabile. [8]

23
Modul inactiv oprește procesorul, permi țând în continuare func ționarea SRAM -ului,
timerelor, portului SPI și sistemului de întreruperi. Modul Power -down salvează con ținutul
registrului, dar blochează oscilatorul, dezactivând toate celelalte func ții ale cip -ului până la
următoarea întrerupere sau resetare hardware. În modul de economisire a energiei, cronometrul
asincron continuă să func ționeze, permi țând utilizatorului să men țină o bază de temporizare în timp
ce restul aparatului este în așteptare. Modul de reducere a zgomotului ADC oprește CPU -ul și toate
modulele I / O, cu excep ția cronom etrului asincron și a ADC pentru a minimiza zgomotul de
comutare în timpul conversiilor ADC. În modul de așteptare, oscilatorul de cristal / rezonator
funcționează în timp ce restul aparatului este în așteptare. Acest lucru permite pornirea foarte rapidă
combinată cu un consum redus de energie. În modul Extended Standby, atât oscilatorul principal,
cât și cronometrul asincron continuă să func ționeze.

Figura 1.3 . Diagrama bloc a microcontrolerului ATmega328 [8]

Dispozitivul este fabricat utilizând tehnologia Atmel de înaltă densitate de memorie
nevolatilă. ISP Flash On -chip permite interfa ța programelor să fie reprogramată In -System printr -o
interfa ță serială SPI, printr -un programator de memorie nonvolatil conven țional sau print r-un
program On -chip Boot care rulează pe miezul AVR.

Programul Boot poate folosi orice interfa ță pentru a descărca programul de aplica ție în
memoria Flash Application. Software -ul din sec țiunea Flash Boot va continua să ruleze în timp ce
secțiunea Applic ation Flash este actualizată, oferind o opera ție adevărată de citire în timp ce scrie .
Prin combinarea unui procesor RISC pe 8 bi ți cu un bli ț auto-programabil în sistem pe un cip
monolitic, Atmel ATmega328 / P este un microcontroler puternic care oferă o solu ție foarte
flexibilă și eficientă pentru multe a plica ții de control incorporate. [8]

24
1.3. Elemente de circuit reale

1.3.1. Dioda cu jonc țiune PN

O diodă cu jonctiune PN este unul dintre cele mai simple dispozitive semiconductoare din
jur și are caracteristica trecerii curentului într -o singură direc ție. Cu toate acestea, spre deosebire de
un rezistor, o diodă nu se comportă liniar cu privire la tensiunea aplicată, deoarece dioda are o
relație exponen țială de tensiune curentă (I -V) și, prin urmare, nu putem descrie func ționarea sa pur
și simplu folosind o ecua ție, cum ar fi legea lui Ohm.

Figura 1.4. Joncțiunea PN polarizată în sens direct

Dacă se aplică o tensiune pozitivă potrivită între cele două capete ale jonc țiunii PN, ea poate
furniza electroni liberi și găuri cu energia suplimentară necesară pentru a traversa jonc țiunea,
deoarece lă țimea stratului de epuizare în jurul jonc țiunii PN e ste scăzută .

Aplicând o tensiune negativă (prejudecată inversă) rezultă că sarcinile libere sunt extrase din
joncțiune, rezultând o creștere a lă țimii stratului de epuizare. Acest lucru are ca efect creșterea sau
scăderea rezisten ței efective a jonc țiunii în sine, permi țând sau blocând curgerea curentului prin
diodă.

Apoi stratul de epuizare se lărgește cu o creștere a aplicării unei tensiuni inverse și se
îngustează cu o creștere a aplicării unei tensiuni în direc ția înainte. Acest lucru se datorează
diferen țelor în proprietă țile electrice de pe cele două laturi ale jonc țiunii PN, care au ca rezultat
schimbări fizice. Unul dintre rezultate generează rectificarea, așa cum se observă în diodele de
joncțiune PN statice I -V (curent -tensiune) caracteristici . Rectificarea este arătată de un flux de
curent asimetric atunci când polaritatea tensiunii de polarizare este modificată după cum se arată
mai jos.

25

Figura 1.5 . Caracteristica diodei cu joncț iune pn

Există două regiuni de operare și trei condi ții posibile de "biasing" pentru dioda jonc țială
standard și acestea sunt:

 Zero Bias – Nu este aplicat niciun poten țial de tensiune externă la dioda de jonc țiune PN.
 Bias invers – poten țialul de tensiune este conectat negativ, ( -ve) la materialul tip P și poz itiv,
(+ ve) la materialul de tip N peste diodă care are efectul Creșterea lă țimii diodei PN
joncțiune.
 Poten țialul de tensiune – poten țialul de tensiune este conectat pozitiv, (+ ve) la materialul tip
P și negativ, ( -ve) la materialul de tip N pe diodă, c are are efectul de reducere a lă țimii
diodelor PN jonc țiune. [12]

1.3.2. Dioda LED

Diodele sau LED -urile de emisie a luminii sunt printre cele mai utilizate dintre toate tipurile
de diode semiconductoare disponibile astăzi și sunt utilizate în mod obișnuit în afișaje TV și color.

Figura 1.6. Dioda LED [11]

Acestea sunt cel mai vizibil tip de diodă care emite o lă țime de bandă destul de îngustă, fie
de lumină vizibilă la lungimi de undă diferite, de lumină infraroșie invizibilă pentru comenzi de la
distan ță sau de lumină de tip laser atunci când un curent trece prin ele.

"Dioda de emitere a luminii" sau LED -ul așa cum se numește mai des, este în principiu doar
un tip special de diodă, având caracteristici electrice foarte asemănătoare cu o diodă de jonc țiune

26
PN. Aceasta înseamnă că un LED va trece curentul în direc ția sa înainte, dar va bloca fluxul de
curent în direc ția inversă.

Figura 1.7. Schema funcționă rii unui LED

Emisiile de lumină sunt realizate dintr -un strat foarte sub țire de material semiconductor
destul de puternic și, în func ție de materialul semiconductor utilizat și de cantitatea de dopaj, atunci
când LED -ul transmite un LED va emite o lumină colorată la o anumită lungime de undă spectrală.

Când dioda este înclinată spre înainte, electronii din banda de conduc ție a semiconductorilor
se recombină cu găuri din banda de valen ță, eliberând suficientă energie pentru a produce fotoni
care emite o lumină monocromatică (singură culoare). Din cauza acestui strat sub țire, un număr
rezonabil de astfel de fotoni pot părăsi jonc țiunea și pot radia, producând o ieșire colorată a luminii.

Apoi, putem spune că atunci când sunt operate într -o direc ție părtinitoare în fa ță, diode
emițătoare de lumină sunt dispozitive semiconductoare care convertesc energia electrică în energie
luminoasă.

Construc ția unei diode emi țătoare de lumină este foarte diferită de cea a unei diode normale
de semnal. Jonc țiunea PN a unui LED este înconjurată de o carcasă sau corp de formă elipsoidală
din plastic transparent, din plastic dur, care protejează LED -ul atât de vibra ții, cât și de șocuri.

În mod surprinzător, o jonc țiune LED nu emite efectiv atât de multă lumină, astfel încât
corpul rășinii epoxidice este construit astfel încât fotonii luminii emise de jonc țiune să fie reflecta ți
în afara bazei substratului înconjurător la care este atașată dioda și sunt focalizate în sus Prin partea
superioară a LED -ului, care ac ționează ca o lentilă care concentrează cantitatea de lumină. Acesta
este motivul pentru care lumina emi să pare a fi mai strălucitoare în partea de sus a LED -ului.

Cu toate acestea, nu toate LED -urile sunt realizate cu o cupă de formă hemisferică pentru
carcasa lor epoxidică. Unele LED -uri indicatoare au o construc ție în formă de dreptunghiulară sau
cilindr ică, care are o suprafa ță plană pe partea de sus sau corpul său este format într -o bară sau
săgeată. În general, toate LED -urile sunt fabricate cu două picioare care ies din partea inferioară a
corpului.

27
De asemenea, aproape toate diodele moderne emise de lumină au catodul lor, terminalul ( -)
identificat fie printr -o crestătură sau un punct plat pe corp, fie prin plumbul catodic mai scurt decât
celălalt, deoarece plumbul anodic (+) este mai lung decât catodul k).

Spre deosebire de lămpile cu incandescen ță normale și becurile care generează cantită ți mari
de căldură atunci când sunt iluminate, dioda emită lumină produce o genera ție de "rece" de lumină
care duce la eficien ță ridicată decât "becul" normal, deoarece cea mai mare parte a energiei generate
radiaz ă departe spectru. Deoarece LED -urile sunt dispozitive solid -state, ele pot fi extrem de mici și
durabile și oferă o via ță a lămpilor mult mai lungă decât sursele normale de lumină.

Deci, cum se ob ține o diodă emi țătoare de lumină. Spre deosebire de diode le de semnal
normale care sunt făcute pentru detectarea sau rectificarea puterii și care sunt realizate fie din
materiale semiconductoare germaniene sau siliconice, diodele emi țătoare de lumină sunt fabricate
din compuși semiconductori exotici, cum ar fi G allium Arsenid (GaAs), Gallium Phosphide (GaP)
Fosfida (GaAsP), carbură de siliciu (SiC) sau nitrilul de galiu de indiu (GaInN) toate amestecate
împreună la diferite rapoarte pentru a produce o lungime de undă distinctă de culoare.

Compuși diferi ți de LED -uri emit lumină în anumite regiuni ale spectrului de lumină vizibilă
și, prin urmare, produc nivele de intensitate diferite. Alegerea exactă a materialului semiconductor
utilizat va determina lungimea de undă globală a emisiilor de lumină fotonică și, pri n urmare,
culoarea rezultată a luminii emise.

Tipuri de diode emi țătoare de lumină

 Gallium Arsenid (GaAs) – infraroșu
 Gallium Arsenid fosfid (GaAsP) – roșu până la infraroșu, portocaliu
 Aluminiu Gallium Arsenid fosfid (AlGaAsP) – luminozitate ridicată ro șu, portocaliu -roșu,
portocaliu și galben
 Galiul fosfid (GaP) – roșu, galben și verde
 Aluminiu Galiu fosfid (AlGaP) – verde
 Nitridul de galiu (GaN) – verde, verde smarald
 Nitridium indiu galiu (GaInN) – aproape de ultraviolete, albastru -verde și albastru
 Carbid de siliciu (SiC) – albastru ca substrat
 Selenidă de zinc (ZnSe) – albastru
 Aluminiu Galiu Nitrida (AlGaN) – ultraviolet [11]

Figura 1.8. Caracteristicile diodei LED [11]

28
1.3.3. Tranzistorul bipolar

Inventarea tranzistorului bipolar în 1948 a inaugurat o revolu ție în electronică. Lucrările
tehnice care necesit au în prealabil tuburi vidate relativ mari, fragile din punct de vedere mecanic,
care puteau fi consumate brusc, erau ușor de realizat cu niște urme de siliciu cristalin, mecanici,
rezist enți la putere. Această revolu ție a făcut posibilă proiectarea și fabricarea de dispozitive
electronice ușoare și ieftine, pe care acum le considerăm de la sine în țeles. În țelegerea modului în
care func ționează tranzistoarele este de o importan ță capitală pentru oricine interesat de în țelegerea
electronicii moderne.

Tranzistoarele sunt dispositive cu trei terminale active , fabricate din materiale
semiconductoare diferite, care pot ac ționa fie ca un izolator, fie ca un conductor, prin aplicarea unei
mici te nsiuni de semnal. Abilitatea tranzistorului de a schimba între aceste două stări îi permite să
aibă două func ții de bază: "comutare" (electronică digitală) sau "amplificare" (electronică
analogică).

Există două tipuri de bază de construc ție tranzistor bi polară, PNP și NPN, care descrie în
principiu aranjamentul fizic al materialelor semiconductoare de tip P și de tip N din care sunt
fabricate.

Construc ția de bază a tranzistorului bipolar constă din două jonc țiuni PN care produc trei
terminale de conectar e, fiecare terminal având un nume care îl identifică din celelalte două. Aceste
trei terminale sunt cunoscute și etichetate ca emi țătorul (E), baza (B) și, respectiv, colectorul (C).

Figura 1.9. Structura tranzistorului bipolar [16]

Transistorii bipolari func ționează ca regulatoare curente controlate de curent. Cu alte
cuvinte, tranzistorii restrâng cantitatea de curent trecuta conform unui curent mai mic, de control.
Principalul curent care este controlat trece de la colector la emi țător sau de l a emi țător la colector, în
funcție de tipul de tranzistor (PNP sau NPN, respectiv). Curentul mic, care controlează curentul
principal trece de la bază la emi țător sau de la emi țător la bază, din nou, în func ție de tipul de
tranzistor (PNP sau NPN, respecti v). Conform standardelor de simbolologie semiconductoare,
săgeata întotdeauna indică direc ția fluxului de electroni. [17]

29

Figura 1.10 . Mișcarea curenților prin tranzistorul bipolar [17]

Tranzistoarele bipolare au capacitatea de a opera în trei regiuni diferite:
 Regiunea activă – tranzistorul func ționează ca amplificator și Ic = β.Ib
 Satura ție – tranzistorul este "complet" activat ca comutator și Ic = I (satura ție)
 Cut-off – tranzistorul este "complet dezactivat" func ționând ca un comutator și Ic = 0

Figura 1. 11. Caracteristica curent -tensiune a tranzistorului bipolar [16]

Transistor ul bipolar se numește bipolar deoarece fluxul principal de electroni prin ele are loc
în două tipuri de materiale semiconductoare: P și N, deoarece curentul principal trece de la emi țător
la colector (sau invers). Cu alte cuvinte, două tipuri de purtătoare de sarcină – electroni și goluri –
cuprind acest curent principal prin tranzistor.

Curentul de control și curentul controlat sunt întotdeauna leg ate între ele prin firul
emițătorului, iar electronii lor curg întotdeauna în direc ția săge ții tranzistorului. Aceasta este regula
principală în utilizarea tranzistorilor: to ți curen ții trebuie să meargă în direc țiile adecvate pentru ca
dispozitivul să fun cționeze ca regulator de curent. Curent mic de control este de obicei referit
simplu la curentul de bază deoarece este singurul curent care trece prin firul de bază al
tranzistorului. Dimpotrivă, curentul mare, controlat, este denumit curentul colectorului , deoarece
acesta este singurul curent care trece prin firul colector. Curentul emi țătorului este suma curen ților
de bază și a colectorilor, în conformitate cu Legea actuală a lui Kirchhoff.

Nu există curent prin baza tranzistorului, îl oprește ca un com utator deschis și previne
curentul prin colector. Un curent de bază, transformă tranzistorul ca un comutator închis și permite

30
o cantitate propor țională de curent prin colector. Curentul colectorului este limitat în principal de
curentul de bază, indiferen t de volumul de tensiune disponibil pentru împingerea acestuia. [16]

1.3.4. Display -ul LCD

Ecranul LCD (Ecran cu cristale lichide) este un modul de afișare electronic și găsește o
gamă largă de aplica ții. Un afișaj LCD 16×2 este un modul foarte simplu și este foarte frecvent
utilizat în diverse dispozitive și circuite. Aceste module sunt preferate peste șapte segmente și alte
LED -uri cu mai multe segmente. Motivele sunt: LCD -urile sunt economice; Ușor de prog ramat; Nu
au nici o limitare de a afișa caractere speciale și chiar personalizate (spre deosebire de șapte
segmente), anima ții și așa mai departe.

Registrul de comandă stochează instruc țiunile de comandă date pe ecranul LCD. O comandă
este o instruc țiune dată LCD -ului pentru a face o sarcină predefinită, cum ar fi ini țializarea acesteia,
ștergerea ecranului, setarea pozi ției cursorului, controlul afișajului etc. Registrul de date stochează
datele care urmează să fie afișate pe ecranul LCD. Datele reprezin tă valoarea ASCII a caracterului
care trebuie afișat pe ecranul LCD [9]

1.12. Diagrama pinilor unui display LCD [9]

31

Tabel 1 .1. Caracteristicile display -ul LCD [9]

1.3.5. Tiristorul

Tiristorul este un dispozitiv electr onic reаlizаt dintr -un cristаl de siliciu cu pаtru regiuni
аlternаte cа polаrizаre PNPN, cаre formeаză trei jonc țiuni denumite J1, J2, J3 аcest lucru ducând lа
o schemă echivаlentă formаtă din două trаnzistoаre, unul PNP iаr celălаlt NPN .

Аcest dispozitiv аre două zo ne extreme denumite P1 și N2 fiecаre reprezentând аnodul
(zonă P1), respectiv cаtodul (zonă N2). Regiuneа P2 este ceа аpropiаtă de cаtod, аceаstă
conectându -se lа poаrtă sаu grilă, аdică lа electrodul de comаndă.

Configurа țiа men ționаtă poаrtă denumireа de diodă redresoаre comаndаtă. În figurа de mаi
jos sunt reprezentаte structurа și schemа echivаlentă а аcestei componente:

Figura 1. 13. Structurа și schemа echivаlentă а unui tiristor

Pin No Function Name
1 Ground (0V) Ground
2 Supply voltage; 5V (4.7V – 5.3V) Vcc
3 Contrast adjustment; through a variable resistor VEE
4 Selects command register when low; and data register when high Register Select
5 Low to write to the register; High to read from the register Read/write
6 Sends data to data pins when a high to low pulse is given Enable
7
8-bit data pins DB0
8 DB1
9 DB2
10 DB3
11 DB4
12 DB5
13 DB6
14 DB7
15 Backlight VCC (5V) Led+
16 Backlight Ground (0V) Led-

32
Tiristorul este cаrаcterizаt de urmаtorii pаrаmetri:

 VBR[V] – tensiuneа de străpungere în direct
 VGT [V] – tensiuneа de аmorsаre (tensiuneа de poаrtă)
 VR sаu VRM[V] – tensiuneа inversă continuă
 IGT [A] – curentul continuu direct de аmorsаre sаu de poаrtă
 IFAV [A]- curentul аnodic direct mediu
 IH [А] – curentul continuu direct de men ținere ( IHOLD )
 IL[А] – curentul de аcrosаj ( ILATCH )
 di/dt[А/µs] – vitezа critică de creștere а curentului аnodic
 dv/dt[А/µs] – vitezа de creștere а tensiunii аnodice
 tq [s] – timpul de dezаmorsаre prin comutаreа circ uitului

În timpul аmorsării unui tiristor, tensiuneа de lа borne coboаră brusc lа vаloаreа zero, iаr
curentul аre o creștere dependentă de impedаn țа circuitului ex terior. Curentul аnodic influenț eаză
foаrte mult putereа disipаtă de tiristor, lа creștereа аcestuiа crește și putereа, ceeа ce duce lа o
densitаte mаre de curent. În cаzul în cаre putereа disipаtă este mаi mаre decât vаloаreа mаximă lа
cаre poаte аjunge аceаstа, аtunci dispozitivul nu vа mаi func ționа și se vа distruge.

Tiristorul se poаt e deschide chiа r și fără semnаlul de poаrtă , iаr în urmа аcestui fenomen
vitezа de creștere а tensiunii аnodice vа аveа o vаloаre foаrte mаre. Cаpаcitаteа internă а
componentei influențeаză produceа аcestui fenomen. În cаzul în cаre vitezа de vаriаț ie а tensi unii
аnodic e аre o vаloаre mаre , аtunci tiristorul se poаte distruge printr -un efect dI/dt sаu se poаte
deschide printr -un efect dV/dt. De аsemeneа este necesа r cа vаloаreа curentului de menținere să fie
mаi mică decаt v аloаreа curentului de аcrosаj.

Curentul conti nuu direct de menț inere cаrаcterizeаză trecereа ti ristorului din stаreа de
conducție în stаreа de blocаre. Î n cаzul în cаre curentul аnodic prin tr-un tiristor аmorsаt аre o
scădere аtunci componentа electronică iese din conducț ie și se b locheаză lа o аnumi tă vаloаre
critică, аceаstа аvând denumireа de curent de menținere. În cаzul în cаre se аplică o tensiune
аlternаtivă î ntre аnod și cаto d, аtunci fiecаre semiаlternаnță poziti vă а tensiunii аnod -cаtod este
аmorsаtă, iаr semiаlternаnț ele negаtive sunt dezаm orsаte.

Curentul de аcrosаj cаrаcterizeаză trecereа tiristorului din stаreа de blocаre în stаreа de
conducție . În cаzul în cаre se аplică un impuls pozitiv pe po аrtа аcestuiа, curentul аnodic își vа
mări vаloаreа până lа vаloаreа mаximă аdmisă , cаre este influențată de rezistențа circuitului
exterior. În cаzul în cаre аre loc o î ntrerupere а curentului pe poаrtа î nаinte cа vаlo аreа curentului
аnodic să аjungă аproаpe de ceа criticа , аtunc i nu vа аveа loc аmorsаreа.

Dаcă se cunoаste cаrаcteristicа tensiune аnodică -curent аnodic а tiristorului, аtunci s e poаte
determinа modul de funcționаre аl аcestuiа. Se întâlnesc două regimuri de funcționаre influenț аte de
polаrizаreа аnod -cаtod. Tiristorul este blocаt аtunci când este аplicаtă o tensiune continuă î ntre
аnod și cа tod, sensul аcesteiа nu influențeаză. în cаzul în cаre se аplică o tensiune cu o vаloаre mаi
mаre, аtunc i tiristorul vа rаmаne blocаt până lа o vаloаre în cаre se străpunge, аcest proces аvâ nd
loc аtаt în polаrizаre direct ă pentru аnodul pozitiv, cât și în polаrizаre inversă pentru cаtodul
pozitiv, iаr curentul p rin аcestа аre o creștere bruscă .

Tensiuneа inversă continu ă reprezintă vаloаreа tensiunii аnodice lа cаre tiri storul se
străpunge аtunci când es te blocаt invers. А ici se аplică o tensiune cu polаrizările urmă toаre: plus pe
cаtod și minus pe аnod, cee а ce duce lа polаrizаreа directă а jonc țiunii J2 și polаrizаreа inversă а
joncțiunilor J1 și J3. Curentul invers cаre circulă аre o vаloаre foаrte mică , dаr se poаte întâmplă să

33
аpаră un fenomen de аvаlаnșă cаre determină trecereа unui c urent mаre prin tiristor și stră pungereа
celor două joncțiuni J1 și J3. Î n аcest cаz, circuitul esterior аre rolul de а l imitа tiristorul pentru а nu
se аjunge lа fenomemul de аvаlаn șă.

Dаcă se аplică polаrită țile tensi unii de polаrizаre în felul urmă tor: plus pe аnod și minus pe
cаtod, regimul de funcț ionаre аl tiristorului cа fii nd cel direct, unde jonc țiuneа J2 este polаrizаtă
invers, iаr jonc țiunile J1 și J3 sunt polаrizаte direct. Î n urmа trecerii de lа stаreа de blocаre lа stаreа
de conducț ie а tiristorului, аcestа vа аmorsа.

Există mаi multe moduri în cаre un tiristor poаte аmorsа:
 Аmorsаreа prin creștereа temperаturii – curenții reziduаli se pot mă ri dаtorită creșter ii
excesive а temperаturii chiаr și аtunci câ nd nu există curentul de poаrtă .
 Аmorsаreа prin creștereа tensiunii UAK- joncțiuneа J2 se stă punge аtunci când tensiuneа
UAK depăș este vаloаreа UBO, аvâ nd loc o multiplicаre în аvаlаnșa purtă torilor de sаrcină .
Curentul direct de conducț ie vа аveа o vаloаre mаre și vа curge prin tiristo r, dаr mаi întâ i
аcestа trebuie limitаt de circuitul exterior. Din momentul în cаre se produc e аmorsаre а, vа
începe scă dereа tensiunii U AK
 Аmorsаreа prin curent de poаrtă – prin el ectrodul de comаndă аre loc o injecț ie de curent
аtunci când se аplică o tensiune cаre polаrizeаză în mod direct jonc țiunea J3, între poаrtă și
cаtod. Аtunci când curentul de poаrtă аre o vаloаre mаre, deschidereа tiristorului se
reаlizeаză lа tensiuni c u vаlori mаi mici аle tensiunii UAK. Аcest tip se аmorsаre este foаrte
des utilizаt în prаctică .
 Аmorsаreа prin vаriаtiа rаp idă а tensiunii U AK- Аceаstа metodа const ă în аplicаreа unei
tensiuni UAK mаi mică decаt UBO ce prezintă o vаriаț ie foаrte rаp idă în timp. Аpаre o
cаpаcitаte de bаrieră determinаtă de jonc țiuneа polаrizаtă invers J2, cаre se încаrcă cu un
curent аtunci când tensiuneа аnodică аre o vаriаț ie în timp. Se poаte produce аmorsаreа și în
аbsenț а semnаlului de poаrt , curentul prin tiristor devine mult mаi mаr e, iаr vitezа tensiunii
аnodice crește ex trem de repede. Аstfel de vаriаț ii rаpide se pot stopа p rin montаreа
circuitelor de tip RC în pаrаlel, аcesteа аvâ nd vаlori uzuаle cuprinse intre 50Ω și 1000Ω,
respectiv intre 0,1µF și 5µF.

Trecereа ti ristorului din stаreа de conducț ie în c eа de blocаre este cаrаcterizаtă de curentul
de menținere. Prin inversаreа polаritаț ii tensiunii UAK sаu prin аnulаreа аces teiа, un tiristor аmorsаt
poаte să treаcă în stаreа de blocаre. Se mаi poаte r ecurg e și lа аplicаreа pe poаrtă а mаi multor
impulsuri cu fronturi аbrupte аtunci când se lucreаză cu tiris toаre аflаte în regim de comutаț ie.
Pentru аcest procedeu аvem nevoie de un nou pаrаmetru num it viteză critică de creștere а curentului
аnodic, ce este definit de relаț iа: (Δi/Δt)mаx. Dаcă s e monteаză mаi multe inductаnț e înseriаte, аre
loc o micș orаre а vitezei de creștere а curentului. Dаtorită tuturor аcestor cаrаcteristici prezentаte
până аcum, tiristorul аre o lаrgă utilizаre pentru reglаreа și com аndа curenț ilor și tensiunilor.

În cаzul în cаre аvem un circuit ce conține două tiristoаre conectаte în serie, trebuie să ne
gândim cum putem să repаrtizăm că derile de t ensiune pe cele două componente, în orice regim de
funcț ionаre аr lucrа аcesteа. Rezistenț а аnod -cаtod а tiristoаrelor аju nge până lа vаlori de MΩ
аtunci când este în stаre blocаtă , ceeа ce poаte determ inа depăș ireа tensiunii inverse VRM . Evitаreа
аcestei situаț ii se poаte fаce prin montаreа în pаrаlel а rezistoаrelor ce аu аceeаsi vа loаre RP .
Аceeаș i vаloаre а curentului I determină intrаreа în conducție, iаr putereа disipаtă î ntr-un tir istor
crește аtunci când аcestа аre un timp de î ntаrziere, notаt cu td foаrte mаre. Intrаreа în cond ucție este
generаtă de mаi multe procese ce trebuie să se producă simultаn și аnume: impulsurile trebuie să fie
tаri, comаndа trebuie să fie identică și produsă de аcelаș i generаtor. Tot аici, efectul termic se poаte
neglijа, în cаzul în cаre аcestа este produs de o nesincronizаre а proceselor, și d e аsemene а nu mаi
sunt necesаre mă surile suplimentаre de protecț ie. Din cаuzа timpilor de recombinаre diferiț i, ieșireа
din condu cție poаte să fie nesimetrică. Î ntr-o аstfel de situ аție se poаte blocа unul dintre tiristoаre

34
mult mаi repede și аtunci preiа toаtă tensiuneа de аlimentаre, în t imp ce аl doileа tiristor este î ntr-un
intervаl de stocаre. O аstfel de solicitаre este bine să fie evitаtă prin protecț iа circuitelor de tip RC ș i
prin întârziereа scă derii curentului prin circuit, аcest fаpt fiind posib il prin montаreа bobinei L în
serie cu tir istoаrele. Tot аcest proces menționаt mаi sus poаrtă denumireа de conexiune seriаlă .

Echilibrаreа re pаrtiției curentului prin cele două tiristoаre este influențаtă foаte mult de
dispersiа cаrаcteristicilor curent -tesiune și vаriаțiа cu temperаtură а tiristoаrelor. Аcesteа pot duce
lа fenomenul de аmorsаre termică , cаre poаte fi diminuаt dаcă se plаseаză tiristoаre pe rаdiаtoаre
comune pentru а se evitа vаriаțiа diferită а cаrаcteristicilor de temperаtură și de аsemeneа prin
аlegereа unor tiristoаre împerecheаte, аdică tiristoаre ce аu pаrаmetri аpropiа ți. Totuș i, nu
sunt excluse dezech ilibrele, cаuzаte de temperаtură, ce pot аpă reа în regimurile di nаmice de intrаre
și ieș ire din conducție. O soluț ie des util izаtă este conectаreа tiristoаrelor prin divi zoаre аnodice,
аcesteа din urmă fiind reаlizаte cu аjutorul а două bobine identic e cu un cuplаj mutuаl negаtiv.

Аlte dispozitive аsemănă toаre tiristorului sunt triаcul și diаcul. Triаcul este un dis pozitiv ce
contine două tiristoаre în pаrаlel și în аntifаză montаte pe аcelаș i cristаl de siliciu. Аcestа poаte fi
аmorsаt prin impulsuri pozitive și negаtive . O аstfel de componentă este cel mаi аdeseа utilizаtă în
circuitele de curent аlternаtiv neredresаt deoаrece аre proprietаteа de а cond uce curentul în аmbele
sensuri.

Diаcul este un dispozitiv el ectronic reаlizаt dintr -o diodаă cu co nducție în аmbele sensuri.
Două tiristoаre în pаrаlel și în аntifаză , dаr f ără poаrtă , аu o cаrаcteristică curent -tensiune
аsemănă toаre cu ceа а diаcului. Аtunci când se depășește prаgul de î ntoаrcere аl cаrаcteri sticii, se
reаlizeаză аmorsаreа curentului. O аstfel de componentă este utilizаtă pentru comаndа tiris toаrelor
și а tr iаcelor.

Tiristorul este folosit cel mа i аdeseа lа redresаreа comаndаtă , unde lа intrаreа în circuit este
аplicаtă o tensiune аlternаtivă periodică cu аmplitudineа mult mаi mică decât tensiuneа de
străpungere. Perioаdа semnаlului comаndаt este a ceeаși perioаdă cu impulsurile pozitiv e аplicаte pe
poаrtă . Circuitul se deschide și î ncepe să circule curentul în momentul în cаre se vа deschi de
tiristorul. Î n cаzul în cаre se schimbă polаri tаteа tensiunii de intrаre, аtunc i curentul se vа stinge, iа r
procedeul se repetă . Fаctorul de umplere аl curentului din circuit аre o vаloаre de аproximаtiv 50%,
dаr se poаte modificа prin vаriаț iа аmplitudinii și defаzаjului dintre semnаlul de c omаndă și cel
redresаt.

1.3.6. Triacul

Triаcul este un dispozitiv electronic compus d in cinci str аturi echivаlent cu două tiristoа re
montаte аntipаrаlel în аcelаș i monocristаl de siliciu, cu un singur electrod de comаndă . Formа
cаrаcteristicii curent -tensiune pentru sensurile tensiunii аplicаte în circuitul principаl corespunde cu
tiristorul polаrizаt î n sens direct, аstfel se foloseș te și denumi reа de tiristor bidirectionаl. Î n figurа
de mаi jos sunt reprezentаte simbolul și cаrаcteristicа curent -tensiune.

35

Figura 1.14. Simbolul și cаrаcteristicа curent -tensiune а unui triаc

Electrozii î ntre cаre circulă curentul principаl iT sunt numiț i terminаle T 1 , respective T 2. Cu
аjutorul semnаlelor celor două polаrităț i se poаte reаlizа comаndа pe poаrtă pentru fiecаre dintre
cele două sensuri аle curentului principаl.

Modurile de funcț ionаre аle triаculu i sunt urmă toаrele:

1. Tensiuneа νT аre o vаloаre pozitivă, poаrtа este comаndаtă printr -un semnаl pozitiv, iаr
structurа аre o comportаre аsemănă toаre cu ceа а unui tiristor convenț ionаl de tip p1n2p3n4
în cаre strаtul p3 аre rolul de poаrtă cаtodică .

2. Tensiuneа νT аre o vаloаre po zitivă, iаr tensiuneа de poаrtă νG аre o vаloаre negаtivă.
Comаndа structurii p1n2p3n4 este reаlizаtă prin jonc țiuneа nGp3, аcestа din urmă fiind un
electrod de comаndă de tip jonc țiune pn. Lа аplicаreа potenț iаlului negаtiv pe poаrtă se
аmorseаză tiristorul аuxil iаr dаtorită ș untului de emitor iG cаre circulă î ntre p2 și nG.
Potenț iаlul lui T2 este situаt în pаrteа stângă а strаtului p3, iаr jonc țiuneа este polаrizаtă
direct, ceeа ce duce lа аmorsаreа tiristorului principаl p1n2p3n4. Аceаstă comаndă se fаce
indirect pe poаrtа cаtodicа p3, аstfel reаlizâ ndu-se co mаndа pe poаrtă а tiristorului.

3. Tensiuneа νT , cât și tensiuneа νG аu o vаloаre negаtivă. Comаndа structurii principаle de tip
p3n2p1n5 este reаlizаtă prin emitorul аuxiliаr nG. Tiristorul аuxiliаr p3n2p1n5 se аmorseаză
аtunci când jonc țiuneа p3nG este polаrizаtă direct, iаr tiristorul principаl p3n2p1n5 se
аmorseаză аtunci când аre loc o creștere de curent prin jonc țiuneа p3n2 . Аceаstă comаndă se
reаlizeаză indirect cu аjutorul porț ii аnodice n2.

4. Tensiuneа νT аre o vаloаre negаtivă, iаr tensiuneа νG аre o vаloаre pozitivă. Potenț iаlul
pozitiv pe poаrtă аl structurii principаle p3n2p1n5 polаrizeаză direct jonc țiuneа p3n4.
Electronii din n4 sunt injectаț i în p3 cаre difuzând, sunt colectаț i de jonc țiuneа p 3n2.
Аmorsаreа structurii principаle este influențаtă de creștereа curentului prin jonc țiune. Pe
poаrtа аnodicа n2 se efectueаză comаndа în mod indirect, de lа distаnță .

Triаcul se uti lizeаză în circuitele de comаndă și reglаre а puterii de curent аlternаtiv.
Tensiuneа de аutoаprindere trebuie să fie mаi mаre decât vаloаreа de vâ rf аplicаt ă triаcului î ntre
terminаlele T1 și T2 pentru а se аsigurа аm orsаreа dispozitivului pe poаrtă , indiferent de vаloаre a
instаntаnee а tensiunii de аlimentаre. Pri n tensiune continuă , tensiune аlter nаtivă , tensiune
аlternаtivă red resаtă sаu prin impu lsuri se reаlizeаză comаndа porț ii.

36
1.3.7. Optocuplorul

Optocuplorul este un dispozitiv electronic cаre se mаi numeste și optoizolаto r sаu izolаtor
optic, аcestа аvâ nd rolul de а trаnsferа un semnаl electric între două circuite izolаte utilizâ nd
luminа. Аceste componente împiedică tensiunile î nаlte să аfecteze sistemul cаre primește semnаlul,
аvând o r ezistență de până lа 10kV pentru tensiuneа de intrаre/iesire și de аsemeneа lа vitezele de
până lа 10kV/µs аle ș ocurilor de tensiune. Un аstfel de optoizolаtor este compus dintr -o diode LED
și un fototrаnzistor montаte în аceeаși cаpsulă. Astfel de dispoz itive sunt folosite pentru
trаnsmitereа semnаlelor digitаle de tip on/off sаu cele discrete, dаr și pentru semnаle аnаlogice. Mаi
jos sunt reprezentаte c omponentа și diаgrаmа schemаtică unde аvem un fototrаnzi stor în dreаptа,
sursа de lumină în stângа și b аrierа dielectrică în centru.

Figura 1.15. Schemа electronic ă а unui optocuplor

Optocuplorul аre în componență un LED, cа sursа de lumină , cu rolul de а converti
semnаl ul electric de intrаre în lumină, un cаnаl optic î nchis și un fotosenzor cu rolul de detecț ie а
luminii din pаrteа de intrаre, moduleаză un curent electric continu u ce poаte proveni de lа o sursă
de аlimentаre externă sаu genereаză în mod direct energie electrică .

Senzoru l optic poаte să fie o fotodiodă , un fotorezistor, un fototrаnzi stor, un triаc sаu un
redresor de siliciu controlаt. Аvând în vedere că dispo zitivul conț ine un LED, аcest lucru fаce
posibilă reаlizаreа simetrică și bidirecționаlă . Fot odiodа optoizolаtoаre conduce că tre un comutаtor
de putere, mа i precis o pereche co mplementаră de trаnzistori. Echipаmentul poаte fi supus unor
suprаtensiuni induse de fulgere, de trаnsmisii de rаdio -frecvență, de perturbări аle аlimentării, de
trаnziții de impulsuri sаu de descărcă ri electrostаtice, аstfel se pot produce suprаsаrcini de până lа o
mie de ori mаi mаri decâ t limitele tensiunii de lucru аle compone ntelor. Î n аcest cаz este nevoie de
o sigurаnță ridicаtă în funcționаre, аdică de а bloc а аstfel de tensiuni sаu trаnziț ii de tensiune, аcest
lucru fiind posibil printr -o bаrieră de izolаre fizică cаre аsigură protecțiа echivаlentă cu o izolаre
dublă . Prin ut ilizаreа unei fаscicul de lumină modulаtă ce leаgă intrаreа și ieș ireа, se produce
trаnsfo rmаreа semnаlului util în lumină, de аici аjungâ nd peste cаnаlul dielectric și cаptând luminа
pe pаrteа de ieșire, аpoi trаnsformâ nd-o în semnаl electric. Optozuploаrele sunt dispozitive
unidirectionаle ce nu pot reаlizа trаnsmisiа de putere, ci doаr modulаreа fluxului de e nergie prezent
pe pаrteа de ie șire. Nu este necesаră аsemănareа impedаnțelor între părțile de intrаre și cele de
ieșire.

Există mаi multe tipuri de optoizolаtoаre:

 Fotodiodа – este o diodа optoizolаtoаre ce foloseș te cа surse d e luminа LED -uri și cа
senzori, fotodiodele cu siliciu . Аtunci când аceаstа аre o polаrizаre inversă cu o sursă de
tensiune externă, luminа primită аre rolul de а mări intensitаteа curentului invers ce curge

37
prin diodă . Аceаstа din urmă аre rolul de а modulа fluxu l de energie de lа sursа externă ,
denumi reа pr ocesului fiind fotoconducție. Diodа convertește energiа luminoаsă în energie
electric ă în cаzul în cаre nu e xistă polаrizаre externă, dаcă lа bor ne se аplicа o tensiune de
până lа 0,7V. Dren аreа sаrcinii printr -o cаle de înаltă impedаnță externă duce lа co lectаr eа
energiei, iаr аcest proces poаrtă denumireа de modul fotovoltаic.

 2. Fototrаnzistorul – este un dispozitiv optoelectronic reаlizаt pe o s tructură de trаnzistor, în
cаre curentul de colector este comаndаt de un flux luminos. Аcestа poаte аv eа doаr emitor și
colector, bаzа fiind neconectаtă sаu lăsаtă în gol. Pentru s tаbilizаreа unui punct stаtic de
funcționаre, componentele sunt totuși prevăzute cu electrodul de bаză .

1.3.8. Siguranț e fuzibile

Sigurаn țele fuzibile sunt аpаrаt e electrice cu rolu l de а protej а împotrivа suprаcurenț ilor prin
topireа unui conductor cаlibrаt conectаt în serie cu un recep tor protejаt, pentru а аsigurа
întrerupereа аutomаtă а circuitului.

Elementul principаl аl sigurаnț ei este conductorul metаlic cаlibrаt. Аcestа este montаt în
serie cu receptorul protejаt, аdică este pаrcurs de аcelаș i curent cаre trece și prin repector, este
dimensionаt termic pentru а se opri și а î ntrerupe circuitul î nаinte cа receptorul să f ie аvаriаt din
cаuzа suprаcurenților. Sigurаnț ele fuz ibile sunt cele mаi ieftine, sigure și usor de folosit аpаrаte
electrice pentru protecțiа î mpotrivа suprаsаrcinilor, dаr sunt cele mаi slаb dimensionаte din p unct
de vedere termic.

O sigurаnță fuzibilă аre rolul de а аsigurа doаr î ntrerupereа circuitulu i, iаr după î nlocuireа
аcesteiа se restаbilește circuitul. Într -o mаsă de nisip de cuаrt este î nglobаt elementul fuzibil аstfel
încât stingereа а rcului electric este determinаtă de prelungireа căldurii de că tre grаnulele de nisip.
Din momentul în cаre firul аjunge într -o stаre lichidă , mаsа de lichid n u mаi pă streаză formа
geometrică а firului, аceаstа din ur mă fiind supusă deformării dаtorаte de forț ele elec trodinаmice
din bucla de curent și de forț ele Lorentz din mаsа lichidului.

Încălzireа firului аjung e lа temperаturа de topire notаtă cu θ 1 pe durаtа t 1, аcest proces fiind
urmаt de topireа în î ntregime și conservаreа temperаturii în timpul t 1+t2. în intervаlul t 2+t3 аre loc
încălzireа lichidului până lа temperаturа de vаporizаre notаtă cu θ 2, de аici rezultâ nd formаreа
аrcului electric. În mod normаl, аrcul se formeаză î ntre picаturile de metаl mаi devreme.

Ceа mаi importаntă cаrаcteristică а sigurаnț elor fuzibile este cаrаcteristicа de pro tecție, ce
mаi poаrtă denumireа de cаrаcteristică timp-curent sаu cаrа cteristicа de topire. O аltă cаracteristică
а аcestor dispositive este cаrаcteristicа termică de ținere а аpаrаtului protejаt de sigurаnță fuzibilă
împotrivа suprаcurenț ilor. Orice suprаcurent periculos cаre poаte аpă reа în timpul fu ncționării
echipаmentului este înter upt prin topireа fuzibilului înаinte cа аcestа să producă аvаrii. Î n figuril e
de mаi jos se gă sesc procesul de topire аl fuzibilului sub аcț iuneа curentului de scurtcircuit și
cаrаc teristicile de protecție а două sigurаn țe fuzibile diferite.

38

Figura 1.16. Cаrаcteristicile de protec ție аle unei sigurаn țe fuzibile

Notаț iile prezente în f igurile de mаi sus sunt urmă toаrele:

 I∞ – curentul limită de to pire, аdică cel mаi mаre curent pentru cаre fuzibilul nu se topeste
timp de аproximаtiv două ore; cele două ore considerаte sunt echivаlen te cu un timp infinit
 In – vаloаreа eficаce а curentu lui permаnent cаre аp аre în circuit аtunci când sigurаnțа este
înlocuită cu аjutorul unei conexiuni de impedаnță neglijаbilă
 Imt – curentul minim de topire, аdică cel mаi mic curent pentru cаre fu zibilul se tope ște
sigur în mаi puțin de o oră .

Funcț ionаreа unei sigurаnțe fuzibile nu este gаrаntаtă lа o tensiune medie, deoаrece аceаstа
poаte determinа topireа fuzibilului, fаpt ce duce lа suprаtensiu ni ce depăș esc vаlorile аdmise. Аstfel
se poаte determinа cаpаcitаteа de rupere а sigurаnț ei. Dependen țа vаlorilor instаntаnee аle
curentului limitаt determină reаlizаreа curbei de limitаre. Аceаstа poаte аveа cаrаcteristici diferite
pentru curentul de sc urtcircuit аsimetric pe o durаtă și o l imitаre mult preа mаre.

Clаsele de funcționаre аle sigurаnț elor fuzibile sunt urmă toаrele:

 Clаsа de funcționаre g – este folosită pentru sigurаnț e de uz generаl și cuprinde sigurаnț ele
ce аu elemente de înlocuire cаre rezistă lа аcțiuneа curenților egаli sаu mаi mici decâ t
curentul nominаl
 Clаsа de funcț ionаre а – este folosită pentru sigurаnț e аsociа te și cuprinde sigurаnț ele cu
elemente de înlocuire ce rezistă lа аcțiuneа curenților egаli sаu mаi mici decât curentul
nominаl și pot întrerupe toți curenții până lа cаpаcitаteа nominа lă de rupere а аcestorа.

39
Capitolul 2. Senzori și traductori

2.1. Traductorul

Pentru măsurarea mărimilor fizice care intervin î ntr-un proces tehnologic este necesară , de cele
mai multe ori, convertirea sau traducerea acestora în mărimi de altă natură fizică , convenabile
pentru celelalte elemente din cursu l sistemelor de reglare automată .

Ex: o temperatură sau o presiune sunt convertite în mărimi de natură electrică tensiune, c urent
electric care sunt proporționale cu mărimile iniț iale, care pot fi utilizate și prelucrate de celelalte
elemente de automatizare al e sistemelor de reglare automată SRA ( comparatoare, regulatoare
automate).

Traductorul este acel ele ment al SRA -ului care realizează convertirea unei mă rimi fizice, de
obicei neelectrică în mărime de altă natură fizică de obic ei electrică proporțională cu prima sau
dependentă de aceasta, în scopul utilizării î ntr-un sistem de aut omatizare.
Există o largă varietate de traductoare, s tructura lor fiind mult diferită de la un tip de traductor la
altul.

Figura 2.1. Schema bloc a unui traductor [14]

Semnificația blocurilor funcționale este următoarea :

 D= ES ( element sensibil), sau detector
 ET= element de transmitere
 A= AD este adaptorul
 SEA este sursa de energie auxiliar ă

Mărimea de măsurat x este aplicată la intrarea tradu ctorului, reprezentând parame trul reglat
( temperatură, debit, presiune, turație, nivel, viteză, forță )
Mărimea de iesire y reprezintă valoarea mărimii măsurate, exprimată sub formă de semnal
analogic ( curent, tensiune sau presiune).

Detectorul (D) numit și element sesibil, senzor sau captor – este elemental specific pentru
detectarea m ărimii fizice pe care traductorul trebuie să o măsoare. În mediul în care trebuie să
funcționeze traductorul, în afara mărimii x, există și alte mărimi fizice. Detectorul trebuie să aibă
calitatea de a sesiza numai variațiile mărimii x, fără ca informațiile pe care acest a le furnizează să
fie afectate de celelalt e mărimi din mediul respectiv ( din proces).

40
În urma interacțiunii dintre mărimea de măsurat și detector are loc o modificare de stare a
acestuia, care, fiind o consecință a unor legi fizice cunoscute teoretic sau experimental, conține
informația necesară determinării valorii mărimii de măsurat.

Modificarea de stare presupune un consum energetic preluat de la proc es. În funcție de
fenomenele fiz ice pe care se bazează detecția și de puterea asociată mărimii de intr are, modificarea
de stare se poate manifesta sub forma unui semnal la ieșirea elementului sensibil.

În alte situații modificarea de stare are ca efect modificarea unor parametrii de material a
căror evidențiere se face utilizând o energie de activare de la o sursă auxiliară (SEA). Indiferent
cum se face modificarea de stare a detectorului (D), informația furnizată de acesta nu poate fi
folosită ca atare, necesitând prelucrări ulterioare prin (ET) și (AD).

Adaptorul (AD) are rolul de a modificare (adapta ) informația obținută la ieșirea detectorului
(D) la cerințele impuse de aparatura de automatizare, care o utilizează, adică să o convertească sub
forma impusă pentru semnalul de ieșire y. [14]

2.2. Fotorezistorul

Fotorezistorii , cunoscuți și sub denumirea de rezistori dependenți de lumină (LDR), sunt
dispozitive sensibile la lumină, utilizate cel mai adesea pentru a indica prezența sau absența
luminii sau pentru a măsura intensitatea luminii. În întuneric, rezistența lor este foarte ridicată,
uneori până la 1MΩ, dar când senzorul LDR este expus la lumină, rezistența scade dramatic,
chiar până la câteva ohmi, în funcție de intensitatea luminii. LDR au o sensibilitate care variază
cu lungimea de undă a luminii aplicate și sunt dispozitive neliniare. Ele sunt u tilizate în multe
aplicații, dar uneori sunt depășite de alte dispozitive, cum ar fi fotodiodele și fototranzistorii.
Unele țări au interzis LDR -urile din plumb sau cadmiu față de preocupările legate de siguranța
mediului.

Figura 2.2. Fotorezistor [5]

2.2.1. Principiul de funcționare

Când lumina cade pe fotorezistor, unii dintre electronii de valenț ă absorb energia din lumină
și rupe legătura cu atomii. Electronii de valență, care rup legătura cu atomii, se numesc electroni
liberi.

41

Figura 2.3. Principiul de funcționare al fotorezistorului [5]

Atunci când energia luminii aplicată fotorezistorului este foarte mare, un număr mare de
electroni de valență câștigă suficientă energie din fotoni și sparge legătura cu atomii de bază.
Numărul mare de electroni de valență, care rupe legătura cu atomii de bază, va urca în banda de
conducere.

Electronii prezenți în banda de conducere nu aparțin nici unui atom. Prin urmare, ei se mișcă
liber de la un loc la altul. Electronii care se mișcă liber dintr -un loc în alt loc sunt numiți electroni
liberi.

Când electronul de valență a părăsit atomul, se creează un gol la o anumită locație într -un
atom din care a părăsit electronul . Prin urmare, electronii liberi și golurile sunt generate ca perechi.

Figura 2.4. Mișcarea electronilor și a golurilor prin benzile de valență [5]

42
Electronii liberi care se deplasează liber dintr -un loc în altul conduc curentul electric. În
mod similar, golurile care se deplasează în banda de valență conduc curent electric. De asemenea,
atât electronii liberi cât și golurile vor purta curent electric. Cantitatea de curent electric care trece
prin fotorezistor depinde de numărul de suporturi de încă rcare (electroni și golur i libere) generate.

Atunci când ene rgia luminii aplicată fotorezistorului crește, numărul de suporturi de
încărcare generate în fotorezistor crește de asemenea. Ca urmare, curentul electric care curge prin
fotorezistor crește.

Creșterea curentului electric înseamnă scăderea rezistenței. Astfel, rezistența
fotoreceptorului scade când intensitatea luminii aplicate crește.

Rezistoarele foto sunt realizate din semiconductori de înaltă rezistență, cum ar fi siliciul sau
germaniul. Ele sunt de asemenea fabricate din alte materiale cum ar fi su lfura de cadmiu sau
selenidul de cadmiu.

În absența luminii, fotorezistoarele acționează ca materiale de înaltă rezistență, în timp ce în
prezența luminii, fotorezistoarele acționează ca materiale cu rezistență redusă. [5]

2.2.2. Caracteristici

Sensibilitatea unui fotorezistor variază în funcție de lungimea de undă a luminii. Dacă
lungimea de undă este în afara unui anumit interval, nu va afecta deloc rezistența dispozitivului . Se
poate spune că LDR nu prezintă sensibilitate în acea ga mă de lungi mi de undă ale lumin ii.
Diferitele materiale au diferite curbe de răspuns spectrale unice de lungime de undă față de
sensibilitate. Rezistoarele rezistente la lumină exterioară sunt în general proiectate pentru lungimi
de undă mai lungi de lumină, cu o ten dință spre infraroșu (IR). Atunci când se lucrează în gama IR,
trebuie evitată acumularea de căldură, ceea ce ar putea afecta măsurătorile prin schimbarea
rezistenței aparatului datorită efectelor termice. Cifra prezentată în următoarea figură reprezintă
răspunsul spectral al detectorilor fotoconductori, fabricați din materiale diferite, cu temperatura de
funcționare exprimată în K și scrisă în paranteze.

Figura 2.5. Dependența lungimii de undă de sensibilitate [6]

Rezistențele dependente de lumină au o sensibilitate mai mică decât diodele foto și
tranzistoarele foto. Diodele foto și transistoarele foto sunt adevărate dispozitive semiconductoare
care utilizează lumină pentru a controla fluxul de electroni și găuri în joncțiunile PN, în timp ce
rezistoarele dependente de lumină sunt componente pasive, lipsite de o joncțiune PN. Dacă
intensitatea luminii este menținută constantă, rezistența poate varia în mod semnificativ datorită

43
schimbărilor de temperatură, astfel înc ât acestea sunt sensibile și la schimbările de temperatură.
Această proprietate face ca LDR să fie nepotrivite pentru măsurători precise ale intensității luminii.

O altă proprietate interesantă a fotorezistoarelor este că există o latență de timp între
schimbările de iluminare și schimbările de rezistență. Acest fenomen se numește rata de recuperare
a rezistenței. În mod normal, durează aproximativ 10 ms pentru ca rezistența să scadă complet când
lumina este aplicată după întunericul total, în timp ce poat e dura până la o secundă pentru ca
rezistența să se ridice la valoarea inițială după eliminarea completă a luminii. Din acest motiv, LDR
nu poate fi utilizat în cazul în care se înregistrează sau se utilizează fluctuații rapide de lumină
pentru a acționa e chipamentele de control, dar aceeași proprietate este exploatată și în alte
dispozitive, cum ar fi compresoarele audio, în cazul în care funcția rezistorului dependent de lumină
este de a netezi răspuns ul. [6]

44

45
Capitolul 3. Sistemul de dezvoltare Arduino Uno

3.1. Generalități Arduino

Arduino a început în 2005, ca un proiect pentru studen ți la Institutul de design interactiv din
Ivrea, Italia. La acel moment studen ții programului au folosit un "BASIC Stamp" la un cost de 100
de dolari, considerat scump pentru studen ți. Massimo Banzi, unul dintre fondatori, a predat la Ivrea
o teză despre hardware și a contribuit la un design de cablare. După ce platforma de cablare a fost
completă, cercetătorii au lucrat pentru a le face mai ușoare, mai pu țin costisitoare, precum și la
dispozi ția comunită ții

Arduino este un microcontroler cu o singură placă, destinat să facă posibilă aplicarea unor
obiecte sau medii interactive. Hardware -ul constă într -o placă h ardware cu sursă deschisă, conceput
în jurul valorii unui microcontroler de 8 -biți Atmel AVR sau 32 de bi ți Atmel ARM. Modelele
actuale sunt dotate cu o interfa ță USB, 6 pini analogici de intrare, precum și 14 pini digitali I/O care
permit utilizatorului d e a atașa diverse plăci de extensie.

Introdusă în 2005, platforma Arduino a fost proiectată pentru a oferi un mo d ieftin și ușor
pentru pasionaț i, studen ți și profesioniști de a crea dispozitive care interac ționează cu mediul lor,
folosind senzori și actuatori. Exemple comune pentru pasiona ții începători includ robo ții simpli,
termostatele și detectoarele de viteză. Acesta este dotat cu un mediu de dezvoltare simplu integrat
(IDE), care rulează pe calculatoare le personale regulate și permit utilizatorilor să scrie programe
pentru Arduino folosind C sau C + +.

O placă Arduino constă într -un microcontroler Atmel de 8 bi ți AVR cu componente
complementare pentru a facilita programarea și încorporarea în alte circu ite. Un aspect important al
produsului Arduino este modul standard în care conectorii sunt expuși, permi țând plăcii CPU să fie
conectată la o varietate de module interschimbabile, cunoscute sub numele de scuturi. Unele scuturi
comunică cu placa Arduino dir ect pe diferite ace, dar multe scuturi sunt adresabile individual printr –
o magistrală serială I²C, care permite mai multor scuturi să fie stivuite și folosite în paralel. Arduino
oficial a folosit seria de cip -uri megaAVR, în special ATMEGA8, ATMEGA168, AT mega328,
ATmega1280, și ATmega2560. O mul țime de alte procesoare au fost folosite de către produsele
compatibile Arduino. Cele mai multe plăci includ un regulator liniar de 5 vol ți și un oscilator cu
cristal de 16 MHz (sau rezonator ceramic, în unele varia nte), deși unele modele, cum ar fi Lilypad
rulează la 8 MHz și dispensează cu regulatorul de tensiune de la bord ca urmare a restric țiilor
specifice. Microcontrolerul Arduino este, de asemenea, pre -programat cu un încărcător care
simplifică încărcarea prog ramelor de memorie emise de cip, în compara ție cu alte dispozitive, care
de obicei au nevoie de o programare externă. Acest lucru se face folosind un Arduino mai simplu,
permi țând utilizarea unui calculator obișnuit ca programator.

La un nivel conceptua l, atunci când se utilizează software -ul Arduino, toate plăcile sunt
programate printr -o conexiune serială RS -232, dar modul în care aceasta este pusă în aplicare
variază în func ție de versiunea de hardware. Plăcile Arduino în serie con țin un circuit cu un nivel
schimbător pentru a converti între semnalele la nivel de 232 -RS și cele la nivel de TTL. Plăcile
Arduino curente sunt programate prin USB, implementate cu ajutorul cip -urilor adaptorului USB,

46
cum ar fi FTDI FT232. Unele variante, cum ar fi Arduino M ini și neoficialul Boarduino, utilizează
o placă detașabilă a adaptorului USB sau a cablului, Bluetooth sau alte metode.

Placa Arduino expune cei mai mul ți pini ai microcontrolerului I/O pentru utilizarea de către
alte circuite. Diecimila, Duemilanove, și curentul Uno oferă 14 pini digitali I/O, dintre care șase pot
produce semnale modulate ale lă țimii pulsului și șase intrări analogice. Aceste ace sunt pe partea de
sus a plăcii, prin intermediul antetelor de 0.10 -inch (2,5 mm). Mai multe aplica ții plug -in sunt, de
asemenea, disponibile în comer ț.

Există multe placi Arduino compatibile și derivate Arduino. Unele sunt func țional
echivalente cu un Arduino și pot fi folosite alternativ. Multe sunt Arduino de bază, cu adaos de
drivere cu ieșiri banale, de multe ori pentru a fi utilizate în domeniul educa ției la nivel de școală,
pentru a simplifica construirea cărucioarelor pentru copii și robo ți mici. Altele sunt electric
echivalente, dar se schimbă factorul formei, uneori, perm ițând utilizarea în continuare a scutului,
uneori nu. Unele variante folosesc procesoare complet diferite, cu diferite niveluri de
compatibilitate.
Hardware -ul original Arduino este fabricat de compania italiană prin proiecte inteligente.
Unele plăci ale brandului Arduino, au fost concepute de către compania americană SparkFun
Electronics. Șaisprezece versiuni de hardware Arduino, au fost produse comercial până în prezent.
Exemple de pl ăci Arduino:

Figura 3.1. Tipuri de plăci Arduino

47
3.2. Hardware Arduino Uno

Arduino Uno este o placă cu microcontroler bazată pe ATmega328. Ea are 14 pini digitali
de intrare/ieșire (din care 6 pot fi utiliza ți ca și ieșiri PWM), 6 intrări analogice, un rezonator
ceramic de 16 M Hz, o conexiune USB, un jack de putere, un antet ICSP și un buton de resetare.
Aceasta con ține tot ceea ce este necesar pentru a sus ține un microcontroler și se conectează pur și
simplu la un computer prin cablul USB sau se alimentează printr -un adaptor AC -DC sau o baterie
pentru a func ționa.

Uno diferă de toate plăcile precedente, în care nu se folosesc cip -driverele FTDI USB -to-
serial. În schimb, este dotat cu Atmega16U2 (Atmega8U2 versiunea R2), programat ca un convertor
USB -to-serial.

Revizia 2 a plăcii Uno are o rezisten ță care trage linia 8U2 CAF la sol, ceea ce face mai
ușoară punerea în modul DFU.

Revizia 3 a plăcii are următoarele caracteristici noi:
• pinul de ieșire 1.0: pinii adăuga ți SDA și SCL, care sunt aproape de pinul Aref și al ți doi
pini noi plasa ți în apropierea pinului RESET, pinul IOREF permite scuturilor de a se adapta la
tensiunea furnizată de placă. În viitor, scuturile vor fi compatibile atât cu plăcile care utilizează
AVR, care operează cu 5V și cu Arduino Due , care func ționează cu 3.3V. Al doilea nu este un pin
conectat, fiind rezervat pentru scopuri viitoare.
• circuit RESET puternic.
• Atmega 16U2 înlocuiește 8U2. [14]

Figura 3.2. Sistemul de dezvoltare Arduino Uno [14]

"Uno" înseamnă unu în limba italiană și este numit astfel pentru a marca lansarea viitoare a
Arduino 1.0. Uno și versiunea 1.0 vor reprezenta versiunile de referin ță ale Arduino, mergând mai

48
departe.Uno este cel mai recent dintr -o serie de plăci Arduino USB, și modelul de referin ță pentru
platforma Arduino.

Designul de referin ță Arduino poate utiliza un ATmega8, 168, sau 328. Modelele curente
utilizează un ATmega328p. Configura ția pinilor este identică în toate cele trei procesoare.

Caracteristici :

Microcontroler Atmega 328
Voltajul de operare 5V
Voltajul de iesire
(recomandat) 7-12V
Voltajul de intrare (limitare) 6-20V
Pini digitali I/O 14 (din care 6 pot fi folosi ți ca PWM)
Pini analogi de intrare 6
Curent continuu pentru pinii
de I/O 40 mA
Curent continuu pentru pinul
de 3.3V 50 mA
Memoria 32 KB(Atmega328) din care 0,5 KB sunt utiliza ți de încărcătură
SRAM 1 KB(Atmega328)
EEPROM 1 KB(Atmega328)
Viteza 16 MHz

Tabel 3.1. Caracteristici Arduino Uno [14]

49

Figura 3.3. Sistemul de dezvoltare Arduino Uno [14]

Arduino Uno poate fi alimentat prin conexiunea USB sau cu o sursă de alimentare externă.
Sursa de energie este selectată automat.

Puterea externă (non -USB) poate veni fie de la un adaptor AC -DC sau de la o baterie.
Adaptorul poate fi conectat prin conec tarea unei prize central pozitive de 2.1mm în mufa de
alimentare a plăcii. Duce la o baterie care poate fi introdusă în antele pinilor GND și Vin ai
conectorului de alimentare.

Placa poate func ționa pe o sursă externă de 6 și 20 de vol ți. În cazul în ca re este alimentat cu
mai pu țin de 7V, cu toate acestea, pinul de 5V poate furniza mai pu țin de cinci vol ți și placa poate fi
instabilă. Dacă util izăm mai mult de 12V, regulatorul de tensiune se poate supraîncălzi și poate
deteriora placa. Intervalul recomandat este de 7 -12 vol ți.

Pinii de alimentare sunt după cum urmează:
• VIN. Tensiunea de intrare la placa Arduino atunci când este utilizată o sursă de alimentare
externă (spre deosebire de cei 5 vol ți prin conexiunea USB sau alte surse de energie reglementate).
Putem furniza tensiune prin acest pin, sau, în cazul în care tensiunea trece prin mufa de alimentare,
se accesează prin intermediul acestui pin.
• 5V. Acest pin emite regulat 5V către autoritatea de reglementare de pe bord. Plac a poate fi
alimentată cu energie electrică, fie de la mufa de alimentare DC (7 – 12V), conectorul USB (5V),
sau pinul VIN al plăcii (7 -12V). Tensiunea de alimentare prin intermediul pinilor de 5V sau 3.3V
ignoră autoritatea reglementării și poate deteriora placa. N u este recomandat .
• 3V3. O sursă de 3.3 vol ți gener ează reglementarea de la bord. Curentul maxim este de 50
mA.
• GND. Ace de la sol.
• IOREF. Acest pini de pe placa Arduino, oferă o tensiune de referin ță cu care func ționează
microcontrolerul. Un scut configurat corect, poate citi tensiunea pinilor IOREF și selectează sursa
de alimentare corespunzătoare sau permite interpre ților de tensiune a rezultatelor de a lucra cu 5V
sau 3.3V

50
3.3. Programarea

Platforma de procesare Arduino Uno poate fi prog ramată cu software -ul propriu. Pentru a
programa placa, trebuie urma ți câțiva pași esen țiali, elementari. Trebuie selectat din meniul
programului placa pe care dorim să lucrăm. Dacă nu se selectează corect placa de lucru semnalul
codificat/decodificat va fi diferit de la placă la placă și nu va putea fi interpretat. După ce am
selectat placa de lucru, va trebui să selectăm portul de intrare în calculator. Trebuie verificat unde
este citită platforma de procesare de către pentru a putea selecta din meniul programului acest lucru.

Figura 3.4. Selectarea plăcii potrivite din meniul programului Arduino

Figura 3.5. Selectarea portului potrivit din meniul programului Arduino

51

Microcontroller -ul Atmega328 de pe platformă vine scris cu un program de rulare care
permite încărcarea unui cod nou fără folosirea de alte circuite adi ționale, elemente hardware
adiționale. Comunicarea calculator -platformă se face folosind protocolul STK500. Se poate de
asemenea evita programul de rulare folosind header ICSP.

Mediu l de dezvoltare integrat Arduino (IDE) este o aplica ție de platformă transversală scrisă
în Java, și este derivată din IDE pentru limbajul de programare de prelucrare și proiectele de
cablare. Acesta este conceput pentru a introduce programarea chiar și tuturor nou -veniților care nu
sunt familiariza ți cu dezvoltarea de software. Include un editor de cod cu caracteristici, cum ar fi
eviden țierea assyntax -ului, de potrivire a legăturii și o aliniere automată, și este, de asemenea,
capabil să compileze și să încarce programe cu un singur clic. Un program sau un cod scris pentru
Arduino este numit o "schi ță".

52

53
Capitolul 4. Realizarea practică

4.1. Descrierea realizării practice

Componenta central ă a sistemului automat de control al ilum inatului este microcontrolerul
Atmega328 creat de firma ATMEL, ce con ține un procesor pe 8 bi ți, cu o arhitectură RISC, o
memorie flash de 32 kB, 28 pini ce poate func ționa până la o frecven ță maximă de 20 MHz.

Figura 4.1. Structura microcontrolerului ATmega328

Interac țiunea cu PC -ul se realizează cu ajutorul unui convertor USB – Serial, acesta
realizâ nd transmiterea de mesaje și comenzi pe UART, câ t și programarea microcontrolerului cu
ajutorul software -ului Arduino. Microcontrolerului utilizat este unul de tip bootloader, care p ermite
programarea prin interfaț a UART ( prin intermediul pinilor RXD și TXD din figură ). Acest tip de
microcon troler are nevoie pentru a funcț iona de un cris tal extern de 16 MHz, de o sursă de
alimentare de 5V și de o conexiune serială .

În momentul î n care începe secvenț a de programare, convertorul USB – Serial trimite
semnalul de RESET că tre microcontroler prin intermediul unui condesator care are rolul de
decuplare în curent continuu, deoarece se doresc doar fronturile semnalului de reset, motiv pentru
care am utilizat un condensator de 100nF. Pentru o perioadă scurtă de timp rulează bootloader -ul,
încărcând fiș ierul program în memoria FLASH a microcontrolerului.

54

Figura 4.2. Convertor USB -Serial

Pentru a genera semnalul de ceas am utilizat un cristal de quartz de 16 MHz, conectat la cei
doi pin i ai microcontrolerului, dedicaț i pentru oscilatorul extern. Condensatorii C5 și C6 sunt
specifici oscilatorului de tip Pierce și au o valoare apropiată de capacitatea cristalului de quartz. Prin
grupul R3 și C4 se activează microcontrolerul aplicâ nd valoarea de 1 logic pe portul de RESET al
microcon trolerului, condensatorul C4 are rolul de a introduce o mică î ntarzie re de timp pentru a
evita apariț ia de reseturi cauzate de zgomot.

Pentru afiș are am utilizat un display LCD 2×16 caractere de tipul RC1602B -BIW -ESX cu
iluminare transmisivă de culoare albastră și u n negativ de culoare albă . Acesta este comandat de
microcon troler folosind modul de comandă de 4 biț i de date, cu un bit de enable și un bit care
reprezintă scrierea sau citirea din regiș tri.

Figura 4.3. Schema logic ă a unui display LCD

Pentru a seta constrastul display -ului, u tilizatorul poate modifica poziț ia cursorului R2, care
este un rezistor semireglabil, divizior de tensiune. Rezistorul R1 este utilizat pentru a limita curentul
prin LED -ul responsabil de iluminare.

Alimentarea display -ului est e dată de magistrala USB, avâ nd o tensiune de 5V, fiind
utilizată și pentru microcontroler, sensor și optotriace. Condensatoarele C1 și C2 ( de tip multistrat)
formează împreună cu inductorul L1 un filtru trece -jos, cu rol ul de a suplimenta filtrarea tensiu nii
de alimentare și de a elimina componente parazite ce pot apă rea din cauza fi relor lungi.
Condensatorul C3 ( de tip ceramic) are o valoare de 100nF și este montat pe pinii de alimentare ai

55
microcontrolerului pentru re jecția zgomotelor de frecvență î naltă. Rezistorul R9 are rol ul de a
limita curentul prin led -ul D2, ut ilizat pentru a semnala existenț a tensiunii de alimentare.

Butoa nele S1, S2, S3 sunt la dispoziț ia utilizatorului, prin acestea microcontrolerul primeș te
un semnal de valoare 0 logic, deoarece în stare neapasată porturile sunt ț inute în 1 logic prin
interme diul unor rezistoare interne de pull-up.

Pentru a genera semnalul de sincronizare cu reț eaua de 220V este util izat un optocuplor,
acesta primind tensiunea de la rețea prin punț i de diode redresoare și a rezistoarelor R11 și R14,
aceștia avâ nd și rolul de limitare al curentului prin LED -ul optocuplorului. Semnalul de sincronizare
are o frecven ță de 100Hz sub forma unor pulsuri care sunt sincronizate cu trecerea prin zero a
tensiunii p rovenite de la reț eaua de 220. Deoarece semnalul de sincronizare este direct introdus în
microco ntroler, este nevoie de o izolație galvanică foarte bună realizată prin intermediul
optocuplorului.

Senzorul de lumină este format cu ajutorul divizorului rez istiv R15 și R16, rezistorul R15
fiind un fotorezistor, astfel că derea de tensiune pe R16 este direct proporț ională cu intensitatea
luminoasă , valoarea tensiunii fiind citită de convertorul analog -digital din microcontroler.

Pentru a controla becurile, a m utilizat grupuri de putere pentru fiecare bec în parte, formate
dintr -un triac de putere, un optotriac și câteva rezistoare. Leg ătura de la micr ocontroler la triac este
izolată galvanic cu ajutorul unui optotriac, rezistorii R6, R12 și R16 avâ nd rolul de a limita curentul
prin LED -ul optotriacului. Rezistorii R5, R10 și R17 au ro l de a limita curentul de poartă al
triacului.

Triacele de putere sunt de tipul BT136, au un cur ent nominal de 4A și o tensiune maximă de
600V. Pentru becurile 1 și 2, unde luminozitatea variază, sunt utilizate optotriace de tip MOC3022.
Pentru becul 3 este utilizat un op totriac de tip IS621, acesta avâ nd un circuit special de detectare a
trecerii prin zero a re țelei.

Figura 4.4 . Arhitectura internă a optotriacului cu cir cuit de detectare a trecerii prin zero

Puterea maximă care poate fi gestionată de fiecare grup este de circa 800 W, datorită
curentului maxim suportat de triacele de putere, dar această putere poate fi limitată prin intermediul
siguran țelor fuzibile.

56
4.2. Procesul de tehnologizare

Dezvoltarea și testarea s chemei au fost realizate utilizând o placă pentru prototipuri de tip
breadboard, acea sta permite testarea funcț ională a schemei fără a efectua lipituri permanente asupra
componentelor.

Figura 4.5 . Placa pentru prototipuri tip “breadboard ”

Programul software a fost realizat utili zând pl aca de dezvoltare Arduino Uno v3, libră riile și
programele furnizate de producătorii Arduino. După î nscriere a software -ului pe microcontrol er,
acesta a fost scos de pe placa de dezvoltare și pus î ntr-un soclu în circuitul real ală turi de celelalte
componente necesare.

Figura 4.6 . Cablaj de test

Lipirea pieselor pe cablaj s -a reali zat folosind o staț ie termostată de lipit, fludor Sn60Pb40,
flux de lipit cu colofoniu, cablaj de test găurit cu pas de 2.54mm, sârmă de cupru 0.2mm, cabluri
lițate izolate de 0.5mm.

57

Figura 4. 7. Staț ie de lipit cu letcon

Am utilizat compon entele electronice atâ t în capsule SMD câ t și capsule THT, pentru
economie de spaț iu am folosit pentru componentele pasive doar capsule SMD 0805 și pentru diode
capsula SMD DO -213.

58

59
Concluzii

În urma proiectului am dobândit no țiuni suplimentare despre senzori și traductori ,
programarea unui microcontrol er, fenomenele fizice din spatele acestora. Am realizat cât de
importantă este o bună documentare și o planificare amănun țită a unei lucrări. Totodată am realizat
importan ța verificării parametrilor echipamentelor folosite, testarea tuturor componentelor(pe cât
posibil)precum și testarea sub diferite situa ți.

Noțiunile acumulate pe parcursul anilor de facultate, pregătirea practică efectuată, cât și
lucrul individual s -au dovedit a fi esen țiale pentru studiul, în țelegerea fenomenelor, alegerea
ecuațiilor potrivite, alegerea componentelor potrivite, implementarea proiectului.

Partea practică a proiectului a constat în implementarea u nui sistemului automat de control
al iluminatului . Implementarea hardware a fost rea lizată pe o placă de dezvoltare Arduino UNO
folosind diferite componente electronice (tiristor, triac, optocuplor, fotorezistor ) ansamblul conceput
este utilizat pentru a re gla intensitatea luminozității cât și iluminarea în funcție de lumina din
mediul înconjurăt or(cu ajutorul senzorilor de lumină) .

Proiectul poate fi considerat doar o bază a unui proiect mai amplu, ce poate fi utilizat în
viața de zi cu zi , pentru utilizarea unui astfel de sistem în ceea ce numit actual o locuință inteligentă.
Aceasta, ideal, ar conține și alte sisteme precum sistem de contr ol al temperaturii, audio -video ,
sistem de securitate.

Dorința de automatizare este din ce în ce mai mare în zilele noastre, deoarece se dorește ca
orice sistem să poată fi automatizat sau comandat neavân d o interacțiune directă cu ace sta, de aceea
consider că acest proiect are un rol important în viața cotidiană, putând fi implementat cu ușurință
în majoritatea locuițelor datorită evoluției semnificative din domeniul industriei de automatizări.

60

61
Bibliografie

[1] Radu Radescu, Arhitectura sistemelor de calcul, Universitatea ,,POLITEHNICA” Bucuresti,
2007
[2]http://www.phys.ubbcluj.ro/~anghels/teaching/Electronics/capitole%20electronica%20pdf/Tranz
istorul%20bipolar.pdf
[3] http://ro.wikipedia.org/wiki/Microcontroler
[4] http://en.wikipedia.org/wiki/ATmega328
[5] http://www.physics -and-radio -electronics.com/electronic -devices -and-circuits/passive –
components/resistors/photoresist or.html
[6] http://www.resistorguide.com/photoresistor/
[7] http://www.microchip.com/wwwproducts/en/ATmega328
[8] http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel -42735 -8-bit-AVR -Microcontroller –
ATmega328 -328P_Summary.pdf
[9] https://www.engineersgarage.com/electronic -components/16×2 -lcd-module -datasheet
[10] https://ro.scribd.com/doc/24853156/Sisteme -de-Automatizare
[11] http://www.electronics -tutorials.ws/diode/diode_8.html
[12] http://www.electronics -tutorials.ws/diode/diode_3.html
[13] Prof. C. Negrescu – Curs Robotică – (Traductoare, senzo ri și sisteme senzoriale), 2013
[14] http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno
[15] Dispozitive și circuite electronice – D. Dascălu, M. Profirescu, A. Rusu, I. Costea –
Editura Didactică și Pedagogică, București 1982
[16] http://www.electronics -tutorials.ws/transistor/tran_1.html
[17] https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt -4/bipolar -junction -transistors –
bjt/

62

63
ANEXE

Cablajul final

Cablaj plac ă față

64
Cablaj placă spate

65
Schema electrică

66
Codul programului

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(13, 12, 11, 10, 9,
8);

int menu=0;
int dim1=30;
int dim2=30;
int button1=0; //menu
int button11=1;
int button2=0; //up
int button22=1;
int button3=0; //down
int button33=1;
int BEC1 = 5;
int BEC2 = 6;
int BEC3 = 7;
int lumina=0;
int i=10;

void setup()
{
attachInterrupt(0, comanda_lumina,
FALLING);
analogReference(DEFAULT);

pinMode(2, INPUT);
pinMode(3, INPUT);
pinMode(4, INPUT);
pinMode(5, OUTPUT);
pinMode(6, OUTPUT);
pinMode(7, OUTPUT);
pinMode(8, OUTPUT);
pinMode(13, OUTPUT);

digitalWrite(3,HIGH);
digitalWrite(4,HIGH );
digitalWrite(A5,HIGH);

lcd.begin(16, 2); //init LCD 2×16
caractere
lcd.print("SISTEM AUTOMAT DE
ILUMINARE");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" 2017");
delay(500);
for (int pozitie= 0; pozitie < 13;
pozitie++) {
lcd.scroll DisplayLeft();
delay(270);
}
delay(400);
lcd.clear();
digitalWrite(BEC3, LOW);

}

void comanda_lumina() {
noInterrupts();

if (dim1 < 10){ digitalWrite(BEC1, LOW);
}
if (dim2 < 10){
digitalWrite(BEC2, LOW);
}

if (dim1 >= 100){
digitalWrite(BEC1, HIGH);
dim1=100;
}
if (dim2 >= 100){
digitalWrite(BEC2, HIGH);
dim2=100;
}

if ((dim1 >=10 && dim1 <100 ) ||
(dim2>=10 && dim2<100)) {
if(dim1>dim2){
delayMicroseconds(86*(100 -dim1));
digitalWrite(BEC1, HIGH);
delayMicroseconds(86*(dim1 –
dim2));
digitalWrite(BEC2, HIGH);
}
if(dim2>dim1){
delayMicroseconds(86*(100 -dim2));
digitalWrite(BEC2, HIGH);
delayMicroseconds(86*(dim2 –
dim1));
digitalWrite(BEC1, HIGH);
}
if(dim2==dim1){
delayMicroseconds(86*(100 -dim1));
digitalWrite(BEC2, H IGH);
digitalWrite(BEC1, HIGH);
}

delayMicroseconds(300);
digitalWrite(BEC1, LOW);
digitalWrite(BEC2, LOW);
}
}
void loop() {

if(i<1){
i=30;
lumina=analogRead(A4);
if(lumina>0)lumina=(lumina/10);
}
i–;

if(lumina<35){
digitalWrite(BEC3, HIGH);
}
else if(lumina >40){
digitalWrite(BEC3, LOW);
}

67
//####### PAGINA 0 MENIU #####
if(menu==0){
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("BEC1:");
lcd.setCursor(6, 0);
if(dim1==0)
lcd.print("OPRIT ");
else
lcd.print("PORNIT");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("AJUSTARE:");
lcd.setCursor(12,1);
lcd.print("% ");

button3 = digitalRead(4);
button2 = digitalRead(3);

if(button2 != butto n22){
if(button2==1 && dim1<100){
dim1=dim1+10;
}}
button22=button2;

if(button3 != button33){
if(button3==1 && dim1>=10 ){
if(dim1==100){
lcd.setCursor(12, 1);
lcd.print(" ");
}
dim1=dim1 -10;
}}
button33=button3;
lcd.setCursor(10, 1);
lcd.print(dim1);
if(dim1==100){
lcd.setCursor(13,1);
lcd.print("%");
}
}
//##### PAGINA 2 MENIU ########
afisare bec2
if(menu==1){
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("BEC2:");
lcd.setCursor(6, 0);
if(dim2==0)
lcd.print("OPRIT ");
else
lcd.print("PORNIT");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("AJUSTARE:");
lcd.setCursor(12,1);
lcd.print("% ");

button3 = digitalRead(4); //down
button2 = digitalRead(3); //up

if(button2 != button22){
if(button2==1 && dim2<100){ dim2=dim2+10;
}}
button22=button2;

if(button3 != button33){
if(button3==1 && dim2>=10 ){
if(dim2==100){
lcd.setCursor(12, 1);
lcd.print(" ");
}
dim2=dim2 -10;
}}
button33=button3;
lcd.setCursor(10, 1);
lcd.print(dim2);
if(dim2==100){
lcd.setCursor(13,1);
lcd.print("%");
}
}
//####### PAGINA 3 MENIU #####
if(menu==2){
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("ILUMINARE EXT: ");
lcd.setCursor(0, 1);
if(lumina< 35){
lcd.print("PORNITA");
}
else{
lcd.print("OPRITA ");
}
}

//####### PAGINA 4 MENIU #####
if(menu==3){
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("SENZOR LUMINA: ");
lcd.setCursor(6,1);
lcd.print(lumina);
lcd.setCursor(8,1);
lcd.print("%");
}

// INCREMENTARE PAGINA MENIU
button1 = digitalRead(A5);

if(button1 != button11){
if(button1==1){
menu++;
lcd.clear();
}
if(menu>3)menu=0;
}
button11=button1;

lcd.setCursor(15, 1);
lcd.print(menu);

}