Forma de învățământ: Zi [621337]

UNIVERSITATEA „CONSTANTIN BRÂNCUȘI ” DIN TÂRGU JIU
Facultatea de Inginerie și Dezvoltare Durabilă
Domeniul: Ingineria Sistemelor
Program de studiu de l icență
Automatică și Informatică Aplicată
Forma de învățământ: Zi

LUCRARE DE LICENȚĂ

Coordonator științific :
Dr. Ing. Cercel Constantin
Absolvent: [anonimizat]
2017

UNIVERSITATEA „CONSTANTIN BRÂNCUȘI ” DIN TÂRGU JIU
Facultatea de Inginerie și Dezvoltare Durabilă
Domeniul: Ingineria Sistemelor
Program de studiu de licență
Automatică și Informatică Aplicată
Forma de învățământ: Zi

SISTEM EMBEDDED PENTRU
MONITORIZAREA PARAMETRILOR
CLIMATICI

Coordonator științific :
Dr. Ing. Cercel Constantin
Absolvent: [anonimizat]
2017

MOTTO:
„Tehnologia reprezintă arta profesională de a aplica știința in vedere transformării
optime a resurselor în avantajul omu lui.”

Ralph J. Smith

CUPRINS

Introducere …………………………………………………………………………………
Capitolul 1. – Noțiuni generale de meteorologie
1.1 Definiț ia si obiectul meteorologiei ……………………………………………..
1.2 Istoricul meteorologiei …………………………………………………………
1.3 Principalii parametrii climatici ………………………………………………….
1.4 Relațiile meteorologiei cu diferite activități umane…………………………….
Capitolul 2. – Metode și echipamente de măsurare a parametrilor climatici
2.1. Metode de măsurare a parametrilor climatici ……………………………………
2.2. Echipamente de măsurare a parametrilor climatici ………………………………
Capitolul 3. – Sistem embedded pentru monitorizarea parametrilor climatici
3.1 Schema bloc a sistemului numeric ………………………………………………
3.2 Sistem embedded de achizitii de date …… ………………………………………
3.3. Implementarea practica a sistemului de monitorizare ……………………………
Capitolul 4. – Concluzii…………………………………………………………………..
Bibliografie…………………………………………………………………………………

INTRODUCERE

Tema de licență intitulată ,, Sistem embedded pentru monitorizarea parametrilor
climatici ” cuprinde aspecte legate de meteorologie, echipamente și metode de măsurare a
parametrilor climatici. Meteorologia este o disciplină de bază cu o importanță deosebită în
formarea viitorilor specialiști în protecț ia mediului. Prin urmare, am considerat că lucrarea de
față trebuie să fie structurată în trei capitole, fiecare cu subcapitole, cuprinzând elemente
teoretice și o aplicație realizată practic întru discutarea punctuală, înțelegerea și rezolvarea
problemelo r care se petrec în atmosferă și la suprafața terestră.
Capitolul I intitulat ,, Noțiuni generale de meteorologie ”, prezintă aspectele introductive
ale noțiunii de meteorologie unde se definesc principalii parametrii climatici și se pune baza pe
relațiile meteorologiei cu diferite activități umane.
În al doilea capitol, ,, Metode de măsurare, echipamente de măsurare a parametrilor
climatici ”, sunt analizați parametrii climatici și se prezintă echipamentele de măsurare ai
acestora, atât cele folosite în tre cut, cât și cele care s -au perfecționat de -a lungul timpului.
Capitolul al treilea, denumit ,, Sistem embedded pentru monitorizarea parametrilor
climatici ”, prezintă un sistem embedded Arduino conectat la un LCD și un senzor DHT11,
realizând astfel un Term ometru digital care afișează temperatura și umiditatea spațiului unde
acesta este amplasat.
Am pornit în drumul meu de la teorie la practică, considerând că monitorizarea
parametrilor climatici este o problemă deosebit de importantă cu care se confruntă so cietatea
modernă, ce afectează direct și imediat, dar și indirect, pe termen nedeterminat, viața indivizilor,
a colectivelor și a societății în ansamblu. Acțiunea complexă de supraveghere permanentă a stării
mediului, de prognoză, avertizare și intervenție privind calitatea factorilor de mediu este una din
cerințele societății moderne pentru asigurarea unui mediu curat și durabil. Pericolul în continuă
creștere a influenței negative exercitată de intensificarea producției industriale și a celei agricole
asupra sănătății umane și a stării biosferei în ansamblu, impune necesitatea unui sistem de
monitorizare a tuturor factorilor de mediu.
Scopul de bază al controlului factorilor de mediu este asigurarea respectării legislației și
realizării planurilor de prot ecție ale mediului de către toate instituțiile și organizațiile.
Concluzia generală care se desprinde din această licență este că ne confruntăm pe zi ce
trece cu schimbări majore de climă și pentru a duce un trai decent avem nevoie de echipamente
pentru p revenirea dezastrelor și pentru îmbunătățirea condițiilor de viață. Cererea fiind mare,

oferta de specialiști trebuie să crească rapid spre a satisface din punct de vedere cantitativ dar și
calitativ nevoile societății.
Lucrarea se sprijină pe o bibliografie amplă în domeniul meteorologiei, ingineriei și
IT-ului, iar notele bibliografice au rolul de a indica sursele folosite în elaborarea acesteia.

CAPITOLUL 1
Noțiuni generale de meteorologie

1.1. Definția ș i obiectul meteorologiei
Putem spune că meteorologia este atât o știință veche cât și una nouă și modernă care
permanent se adaptează cerințelor sporite ale evoluției societății omenești. Obiectul de studiu al
meteorologiei îl reprezintă ,,procesele și fenomenele fizice care se produc în cadrul atmosferei,
un mediu gazos , legate de transformările d e fază ale apei, de mișcările aerului ca urmare a
diferențierilor în repartiția presiunii aerului” .1 ,,Meteorologia este știința care studiază structura
și proprietățile atmosferei, fenomenele și procesele fizice care se produc în atmosferă, în general,
și în troposferă, în particular, în scopul prognozării sau prevederii vremii. Ea face parte din
categoria științelor geonomice , care studiază învelișurile Pământului: atmosfera, litosfera,
hidrosfera, pedosfera, reliefosfera, biosfera, climatosfera, criosfer a, aparținând Geografiei ”.2
Toate fenomenele și procesele fizice din atmosferă ce se produc într -un anumit loc și la
un moment dat constituie vremea. Caracteristicile vremii poartă denumirea de elemente
meteorologice: radiația solară, precipitațiile, vântul, temperatura aerului și so lului, presiunea
atmosferică. Cuantificarea elementelor meteorologice se face prin observații vizuale și
măsurători instrumentale.
Ramurile meteorologiei se împart după mai multe criterii : obiectul de studiu, nivelul
stratului de aer studiat și domeniul p ractic vizat.
 După obiectul de studiu ramurile meteorologiei sunt:
– Actiometria care studiază radiația atmosferică și terestră ;
– Meteorologia sinomptică studiază activitatea ciclonilor, a maselor de aer ;
– Meteorologia dinamică studiază mișcările aerului ;
– Aerologia studiază procesele și fenomenele din atmosfera înaltă ;
– Aeronomia studiază compoziția straturilor atmosferei superioare ;
 După înălțimea statului de aer ramurile meteorologiei sunt:
– Micrometrologia care studiază stratul d e aer de lângă sol până la 2 m;
– Fizica stratului limită studiază procesele fizice din aerul situat între 500 m etrii și 2000
– 3000 m etrii;
– Fizica atmosferei libere studiază procesele fizice din aerul situat la înălțimi peste 3 -5
km;

1 Călinouiu Maria, Pecingină Irina Ramona, „Meteorologie și climatologie”, Editura Academica Brâncuși,
Târgu Jiu, 2014, pp. 17
2 Rodica Povară, „Meteorologie generală”, Editura Fundației România de Mâine, București, 2006, pp. 11

 După aplicabilitatea în practică meteorologia se împarte în următoarele ramuri:
– Agrometrologia și agroclimatologia studiază acțiunea și efectele condițiilor de vreme,
climă ;
– Meteorologia silvică sau forestieră care studiază relațiile dintre vreme și dezvoltarea
vegetației ;
– Meteorologia aeronautică studiază procesele cu influență asupra navigației și
transporturilor aeriene ;
– Meteorologia marină studiază condiț iile de pe mări și oceane ;
– Meteorologia urbanistică studiază fenomenele în amplasarea orașelor ;
– Meteorologia baleneo -climaterică studiază calit atea și influența factorilor
meteorologici în cura balneo -climaterică ;
– Meteorologia climatologică studiază procesele genetice ale climei ;

Observațiile meteorologice pot fi: vizuale și intrumentale. Observațiile meteorologice
vizuale permit aprecierea cali tativă asupra gradului de acoperire a cerului cu nori asupra
producer ii unor fenomene ca ceața, brumă, rouă , poleiul și stratul de zăpadă. Observațiile
meteorologice intrumentale se realizează cu intrumente cu citire directă cum este termomentrul
care rea lizeaz ă citirea temperaturii aerului ș i solului, higrometrul care citește umezeala aerului,
barometrul care citește presiunea atmosferică, pluviometrul care transmite precipitațiile
atmosferice, ane mometrul care se referă la vânt, chiciurometrul se referă la grosimea stratului de
chiciură, rigla de zăpadă care se referă la grosimea stratului de zăpadă.

1.2 Istoricul meteorologiei
Încă din grecia antică marii filozofi au fost preocupați să stabilească anumite ,,relații între
mișcarea vântului, formarea norilor și producerea fenomenelor electrice în atmosferă . Au fost
construite chiar unele intrumente pentru determinarea direcției și intensității vântului. ”3
Observații ocazionale, nesistematice asupra unor elemente meteorologice s -au efectuat încă din
perioada antică (precipita ții în India și vânt în Grecia).
În sec. IV î.e.n. Hippocrat scrie prima climatologie concentrată în principal pe date de
interes med ical. T ot în această perioadă Aristotel scrie prima Meteorologie, perioadă fără
realizări importante până în a doua parte a evului mediu. M eteorologia începe să se
individualizeze ca ramură a fizicii în secolul al XVII -lea odată cu inventarea instru mentelor
meteorologice de bază : termometrul și barometrul .

3 Călinouiu Maria, Pecingină Irina Ramona, „Meteorologie și climatologie”, Editura Academica Brâncuși,
Târgu Jiu, 2014, pp. 11

Primul termometru a fost realizat de Galileo Galilei în 1597 iar în anul 1643 Viviani
construiește primul barometru bazându -se pe ves tita experiență a lui Toricelli.
În sec al VIII-lea apar gradațiile termometrelor: Fahrenheit, Reaumur și Celsius, Saussure
construiește higrometrul cu fir de păr, Woltmann anemometrul, iar în secolul al XIX-lea apare
scara Beufort, psihrometrul, pirheliometrul, anemometrul cu cupe, metoda sondajului aerian cu
baloane iar meteorologia începe să se formeze ca știință odată cu organizarea obser vațiilor
meteorologic e regulate.
După primul război mondial meteorologia se dezvoltă într -un ritm accentuat , contribuții
esențiale la dezvoltarea acestei științe având Bjerknes, Pogosian, Budâko, Koppen, Berg, Alisov.
,,În România primele observații meteorologice se fac la Iaș i și București spre sfârșitul
secolului al XVIII -lea, unde a fost înființată prima stație meteorologică în 1859 la Sulina după
terminarea războiului Crimeei (1856) , iar prima rețea de stații meteorolo gice apare între anii
1880 -1882. Î n 1984 ia naștere Inst itutul Meteorologic Central iar în 1985 ap are primul buletin
meteorologic”. 4

1.3 Principalii parametrii climatici
Meteorologia reprezintă totalitatea proceselor și fenomenelor fizice care se produc în
cadrul atmosferei .
,,Atmosfera este învelișul de aer care înconjoară Pământul și este alcătuit dintr -un
amestec de gaze, substanțe solide fine și vapori de apă. Densitatea atmosferei scade accelerat
odată cu creșterea altitudinii, de la 1,250 kg/m³ la suprafața terestră la 0,41 kg/m³ la 10 km și 4
g/m³ la 40 km. Masa totală a atmosferei este egală cu 5,157 x 10 la 15 t, adică 1/1000000 din
masa Terrei. ”5
Forma atmosferei este asemănătoare cu cea a Păm ântului, adică elipsoidală, însă
bombarea de la ecuator și turtirea de la poli sunt mai ace ntuate ca în cazul Terrei. Forma pentru
straturile superioare și mai ales pentru magnetosfera terestr ă se aseamănă cu cea de ,,pară ”, ca
efect al turtirii acesteia în partea expusă către Soare, generată de vântul solar. Forma suferă unele
deformări periodi ce ca urmare a atracției exercitate de Soare și mai ales de Lună (maree
atmosferică) și ca urmare a dilatării produse sub acțiunea razelor solare în timpul zilei.

4 Sterie Ciulache, ,, Meteorologie și climatologie“, Editura Universitară, București, 2004, pp. 7
5 Mihăiță Gheorghe, Simionescu Nicoleta, Pasăre Minodora, ”Fizica atmosferei și hidrologiei”, Editura Academica
Brâncuși, 2004, pp. 3 -6

Stratificarea atmosferei
Având în vedere criteriul distribuției temperaturii aerului în înălțime se pot separa 5
straturi principale ale atmosferei. Astfel, de la suprafața terestră spre limita superioară a
atmosferei se succed: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera (iono sfera) și exosfera,
separate de 4 zone de tranziție (tropopauza, stratopauza, mezopauza și termopauza).
 Troposfera se extinde în parte inferioară a atmosferei până la altitudini medii de 10 -12
km;
 Stratosfera se extinde deasupra troposferei, până la înălțimi de 48 -50 km ;
 Mezosfera se întinde până la altitudinea de 80 -90 km ;
 Termosfera (Ionosfera) se extinde de la 80 -90 km până la 800 -1000 km (între 60 -700 km
– ionosfera) ;
 Exosfera până la înălțimi de 10000 – 13000 km ;

Figura 1. 1. Structura vertica lă a atmosferei
Sursa : https://www.ess.uci.edu/~yu/class/ess5/Chapter.1.composition.all.pdf

Factorii meteoreologici de bază sunt temperatura aerului, umiditatea aerului, temperatura
solului, presiunea atmosferică. Pe lângă aceste elemente de bază avem și elemente derivate
direcția și tăria vântului, durata de strălucire a soarelui, cantitatea de precipitații, umiditatea din

sol, nebulozitatea. Toate acestea au o influență complexă asupra oamenilor, clădirilor și
instalațiilor de ventilare și climatizare. Factorii climatici, prin acțiunea lor de scurtă durată cer ca
instalația să aibă o inerție red usă și o funcționare elastică capabilă să modifice într -un scurt timp
parametrii aerului refulat.
„Temperatura aerului este însușire a fizică reprezentând gradul de încălzire sau r ăcire al
acestuia. Acesta se măsoară în grade Celsius ( C), Kelvin ( K), Fahrenheit ( F) și se stabilește cu o
serie de parametri i: tem peratura medie multianuală, anuală, lunară, zilnică, maximă, minimă,
amplitudine, extreme absolute, număr de zile caracteristice .”6

Grafic 1.1. Conversia temperaturii în funcție de scara de măsurare adoptată
Sursa : http://mynasadata.larc.nasa.gov

„Gradientul termic reprezintă procesul de variație termică a aeru lui în raport cu
altitudinea și poate fi influențat de variația temperaturii și umidității. Umiditatea reprezintă masa
vaporilor de apa din atmosferă. Apa se găsește în natură în trei stări fizice: gazoasă, lichidă și
solidă.”7 Vaporii formați din evapotranspirație prin turbulență și convecție se împrăștie în
troposferă.
,,Presiunea atmosferică – forța cu care aerul atmosferic apasă asupra Pământului egală cu
greutatea coloanei de aer cuprinsă între limita superioară a atmosferei și un punct dat. Presiunea
atmosferică normală – presiunea echilibra tă de greutatea unei coloane de mercur înaltă de 760

6 Adrian Amadeus Tișcovschi, Daniel Diaconu, ,,Meteorologie și hidrologie” , Editura Universitară, București, 2004,
pp. 38 -39
7 Gabriela Cristina Simion, „ Monitorizarea și controlul factorilor de mediu”, Editura Matrix Rom, București, 2012,
pp. 37 -39

mm (1013,3 mb, 1013,3 hPa, 1033 gf/cm²) cu suprafața secțiunii de 1 cm² la t=0șC, H=0 m,
lat=45 ș (detalii experiența lui E. Toricell i, 1643) .”8

Figura 1. 2.
Sursa: http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/3311/3391331/blb1002.html

Un element meteorologic derivat este direcția și tăria vântului reprezentând cea mai
frecventă formă de mișcare a aerului. Vântul are următoarele caracteristici: direcție, viteză și
intensitate. Direcția se stabilește cu ajutorul giruetei prin raportarea sensului mișcării la puncte le
cardinale și intercardinale.
Viteza se măsoară în m/s și este mică la conta ctul cu solul datorită forței de frecare și
crește cu altitudinea, la 25 -30 m etrii fiind dublă față de valoarea la sol. Intensitatea se măsoară
prin valori de pe scara Baufort în care valoarea mică este 0 iar cea mare 13. În funcție de
principalii parametr ii ai vântului se distinge vântul laminar cu viteză mică, direcție constantă și o
deplasare pe suprafețe netede și vântul turbulent care are variații în timp ale vitezei și direcției.
Cantitatea de precipitații se determină zilnic la ora 8 sau se face med ia determinărilor
pentru 24 ore la ploi scurte dar intense și măsurarea se face cu pluviometru și se exprimă în
mm/zi. Rigla gradată măsoară stratul de zăpadă .

8 Adrian Amadeus Tișcovschi, Daniel Diaconu, ,,Meteorologie și hidrologie” , Editura Universitară, București, 2004,
pp. 82 -90

1.4. Relațiile meteorologiei cu diferite activități umane
Condițiile de viață și activitățile economice sunt puternic influențate de fenomenele
atmosferice, cu atât mai mult cu cât în ultima perioadă de timp, Pământul, este sup us unui tot
mai accentuat stres demografic și se confruntă cu o creștere a intensității și frecvenței
fenomenelor de risc.
„În domeni ul agricol, observațiile efectuate asupra principalilor parametri i (temperatura
aerului, solului, precipitațiile, grosimea și rezerva de apă din stratul de zăpadă, durata și
inten sitatea înghețului, secetei ), sunt deosebit de utile pentru activități precum: planificarea
producției, aclimatizarea de noi specii .”9
În sectorul transporturilor principalele elemente de interes sunt cele care pot induce o
stare de pericol, astfel:
 Transporturi aeriene: nebulozitatea, vizibilitatea, ceața, vântul, givrajul, fenomenele
convective ;
 Transporturi maritime: ceață, vânt, furtuni ;
 Transporturi feroviare: ploi care spală ecartamentul, vânturi puternice, furtuni, viscol,
temperaturi prea ridicate, depuneri solide ;
 Transporturi rutiere: ceață, polei, strat d e zăpadă, precipitații abundente, temperaturi
extreme ;
Alte domenii sau sectoare de activitate direct interesate de variabilitatea spațio -temporală
a elemetelor meteorologice sunt: medicina (unele fenomene pot duce la creșterea incidenței unor
boli și chia r a mortalității), industria, turismul (resurse bioclimatice, fenomenele atmosferice de
risc), activitățile militare (anumite fenomene de risc îngreunează activitățile militare),
construcțiile (durata și intensitatea înghețului, temp eraturile extreme, furt unile ).
Observațiile meteorologice se execută în locuri special amenajate care să asigure
reprezentativitatea elementelor măsu rate pentru regiunea respectivă, iar denumirea stației este
dată de localitatea sau teritoriul unde este amplasată. Aceste locuri se numesc platforme
meteorologice, iar aici sunt instalate aparate și instrumente meteorologice.
Platforma meteorologică standard are forma unui pătrat cu laturile de 26 m etrii, orientate
Nord-Sud și Est-Vest, fiind înconjurate cu un gard de sârmă care la să să circule aerul și nu
permite să se formeze troiene de zăpadă. Dacă se instalează și alte instrumente decât cele
standard atunci acestea nu trebuie să influențeze aparatele de bază.

9 Gabriela Cristina Simion, „ Monitorizarea și controlul facto rilor de mediu”, Editura Matrix Rom, București, 2012,
pp. 36

Tabel 1. 1. Instrumente și aparate utilizate la stațiile meteorologice și la locul amplasării lor
Elementul meteorologic Instrumentul cu citire
directă Aparatul
înregistrator Locul instalării
Presiunea atmosferică Barometrul cu mercur
(aneroid) Barograful Localul stației
Temperatura aerului Termometrul uscat Termograful Platforma
Temperaturile
maxime – minim e Termometrul de
maximă – minimă
Termograful
Platforma
Tensiunea vaporilor de
apă
Umiditatea relativă a
aerului
Psihometrul
Hidrometrul cu fir de
păr
Psiho graful
Higrograful
Platforma (adăpostul
meteorologic)
Cantitatea de precipitații Pluviometrul Pluviograful Platforma
Grosimea stratului de
zăpadă Rigla nivometrică
–
Platforma

Direcția vântului Girueta Girueta
înregistratoare
Platforma
Tăria vântului Anemometrul Anemograful Platforma
Durata de strălucire a
soarelui Heliograful
–
Platforma
Temperatura la suprafața
solului Termometrul
– de maxim
– de minim
– Parcela special
amenajată pe
platformă

Temperatura în sol
Termometrul de sol
– Parcela special
amenajată pe
platformă
Sursa: Adrian Amadeus Tișcovschi, Daniel Diaconu, ,,Meteorologie și hidrologie” , Editura Universitară, București,
2004, pp. 7-9

CAPITOLUL 2
Metode și echipamente de măsurare a parametrilor climatici

2.1. Metode de măsurare a parametrilor climatici
Mărimile fizice măsurabile sunt elemente climatice a căror măsurare se face cu ajutorul
echipamentelor din stațiile meteorologice. Parametrii climatici analizați în acest capitol sunt
următorii :
 Temperatura;
 Umiditatea aerului;
 Intensitatea și direcția vân tului.

1. Temperatura
Temperatura este un factor abiotic ce controlează funcțiile sistemelor ecologice, aceasta
poate determina cu ajutorul atomilor dacă sistemul respectiv este cald (temperatura fiind ridicată ,
viteza atomilor crește) sau rece (temperatura este scazută, deci atomii stagnează).
“Pentru măsurarea temperaturii este necesar un corp termometric ale cărui proprietăți
fizice variază în funcție de temperatură. Indicarea temperaturii rezultă din stabilirea echilibrului
termodinamic între corpul a căr ui temperatur ă trebuie stabilită și corpul t ermometric, rezultând
astfel anularea transferului de căldură.” 10
Metodele de măsurare a temperaturii sunt următoarele:
A. Metode de măsurare prin care corpul termometric este adus în contact direct cu sistemul
studiat și ap aratele utilizate în acest sens
Deoarece corpul termometric este în contact direct cu sistemul trebuie să se realizeze un
echilibru între acestea, iar ca temperatura să nu se modifice masa corpului trebuie să fie mică.
Pentru această metodă au fost folosite aparate bazate pe :
– dilatarea corpurilor solide sau lichide ;
– modificarea presiunii corpului termometric;
– variația rezistenței electrice cu temperatura ;
– procedee speciale de măsurare a temperaturii;
– efectul termoelectric .
Există trei efecte te rmoelectrice:
a) efectul Seebeck ;
b) efectul Thomson;

10 Sterie Ciulache, ,, Meteorologie și Climatologie ”, Editura Universitară, București, 2002, pp. 34

c) efectul Peltier.
“Efectul Seebeck constă în apariția unei tensiuni termoelectromotoare într -un circuit
compus din doi sau mai mulți conductori diferiți, ale căror contacte (suduri) sunt menținute la
temperatu ri diferite.”11
Efectul Thomson poate genera sau absorbi căldura în mod reversibil, depinzând de sensul
curentului electric și proporțional cu intensitatea lui.
,,Efectul Peltier este opusului efectului Seebeck, acesta constă în conversia energiei
termi ce în tensiune electică și are loc când curentul trece prin două m etale care sunt conectate
printr -o joncțiune. ”12
B. Metode de măsurare de la distanță
Metodele de măsurare a parametrilor climatici la distanță se bazează pe:
– radiația termică emisă de corpuri;
– măsurarea radiației termice a unui corp;
– măsurarea emisiunii electronice a corpurilor solide și gazoase.

2. Umiditatea aerului
Umiditatea este o caracteristică importantă a aerului atât din punct de vedere
meteorologic cât și bioclimatic. Gradul de umiditat e prezintă o importanță din punct de vedere
meteorologic datorită faptului că vaporii de apă influențează bilanțul radiativ -caloric al aerului
prin absorția radiațiilor, iar prin condensare se produce ceața, norii și precipitațiile.

„Umiditatea aerului este definită prin conținutul de vapori de apă existenți la un moment
dat în atmosferă. Aerul este un amestec de gaze, ce au în plus: vapori de apă, particule
microscopice de origine minerală sau vegetală, ioni, microorganisme, micrometeoriți și fum.” 13
Din punct de vedere higrometric aerul se caracterizează în funcție de valoarea umidității relative.

În atmosferă, apa se poate afla în una din cele trei stări de agregare:
– în stare de vapori – apa este invizibilă;
– în stare lichidă – sub formă de ceață, b urniță, ploaie și nori constituiți din picături de apă;
– în stare solidă – sub formă de zăpadă, cristale de gheață și grindină.

11 Valentin Sgârciu, „Prelucrări de date” , Editura MatrixRom, București 1998, pp. 22 -24
12 Socaciu Lavinia, Giurgiu Oana, ,,Termotehnica – Sinteză lucrări de laborator”, Editura U.T.PRESS, Cluj -Napoca,
2017, pp. 33
13 Măhăra, G., ,,Meteorologie”, Editura Universității din Oradea, 2001, pp. 14

Tabel 2.1. Aerul caracterizat din punct de vedere higrometric
Dacă umiditatea relativă este: Atunci aerul este:
φ>100 % suprasaturat
φ=100 % saturat
91<φ<99 % n
e
s
a
t
u
r
a
t foarte umed
81<φ<90 % umed
51<φ<80 % normal
31<φ<50 % uscat

φ<30 % foarte uscat
Sursa: Socaciu Lavinia, Giurgiu Oana, ,, Termotehnica – Sinteză lucră ri de laborator”, Editura U.T.PRESS,
Cluj-Napoca, 2017, pp. 31

Umiditatea absolută (x) denumită și gradul de umiditate sau conținutul de umiditate este
raportul dintre masa vaporilor de apă și masa aerului uscat.
Umiditatea relativă (φ) a aerului umed este raportul dintre cantitatea de vapori existentă
în aer și cantitatea maximă de vapori d e apă pe care o poate absorbi aerul la acea temperatură.

3. Intensitatea vântului
Circulația atmosferei presupune deplasarea maselor de aer pe distanțe mari, ce se află sub
influența directă a nucleelor barice permanente , suferind modificări determinat e de
neuniformizarea reliefului și de redistribuirea diferită a suprafețelor de apă și de uscat.
„Vântul este o formă de mișcare a aerului în plan orizontal, în condițiile în care atmosfera
este alcătuită din volume de aer cu proprietăți diferite din punct de v edere termic și ca
presiune.”14
Vântul se caracterizează prin :
a) Viteză
„Viteza vântului reprezintă distanța parcursă de aerul care se deplasează pe orizontală în
unitatea de timp și poate fi exprimată în metri pe secundă sau în kilometri pe oră. Să presupunem
că valorile termice și de presiune ar fi repartizate uniform pe suprafața terestră, acest lucru ar

14 Stoica, C, Cristea , N., ,,Meteorologie generală”, Editura Tehnică, București, 1970, pp . 37

însemna ca deplasarea aerului să nu mai aibă loc.” 15 Diferențele de temperatură ale aerului creează
densități diferite, ceea ce atrage după s ine diferențe de presiune (maxime și minime barometrice).
Vântul ca element meteorologic are tendința de a egaliza diferențele de temperatură,
umezeală și presiune existente în atmosferă în sens orizontal. Această egalizare nu se poate realiza
decât pentru intervale de timp foarte scurte , când apare un calm atmosferic. În rest, apărând noi
diferențe, reapare și vântul, care menține o stare medie a acestor diferențe. De aici rei ese faptul că
vântul este un element meteorologic important și un factor compensa tor în atmosferă.
b) Direcție
,,Direcția vântului reprezintă sensul din care bate vântul într -un punct sau într -o regiune
oarecare. Aceasta se stabilește în raport cu punctul cardinal dinspre care bate. Pentru indicarea
direcției din care bate vântul, se utilizează roza vânturilor cu cele patru puncte cardinale și cu
cele patru sau douăsprezece direcții intercardinale numite rumburi.”16
c) Durată
Este raportată la direcția și vite za vântului, situațiile de calm fiind rare, întrucât
diferențele de presiune impun deplasări ale aerului cu viteze diferite.
d) Intensitate
Aceasta se exprimă prin presiunea exercitată de aerul deplasat de vânt asupra obiectelor
întâlnite în cale.
e) Struc tură
În funcție de regimul vitezei vântului și caracterul mișcării sale, vântul poate avea
următoarea structură:
 Laminar ă;
Vântul laminar este întâlnit rar, presupune viteză mică, direcție constantă și o deplasare
pe suprafețe netede.
 Turbulentă;
Vântul turbul ent se caracterizează prin variații în timp ale vitezei și direcției, dezvoltarea
de vârtejuri impuse de un relief neuniform.
 Rafale.
Este un vânt care prezintă secvențe bruște cu viteză mare, care au caracter pulsatoriu și
apare atunci când turbulența dinamică este accentuată de cea termică.

15 Măhăra, G., ,,Meteorologie”, Editura Universității din Oradea, 2001, pp . 47
16 Bacinschi, D. , ,,Meteorologie și climatologie”, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1962, pp. 72

2.2. Echipamente de măsurare a parametrilor climatici
Echipamentele de măsurare a parametrilor climatici au evoluat și s -au perfecționat de-a
lungul timpului pentru a oferii date cât mai precise despre temperatură, umiditate și vânt.

A. Temperatura
Poate fi măsurată în mod direct cu ajutorul:
1. Termometrele metalice se bazează pe variația dimensiunilor liniare ale corpurilor
solide în funcție de variația temperaturii lor și sunt destinate măsurării temperaturii diferitelor
medii fluide sau solide. Acestea au toate reperele din oțel inoxidabil și este recomandat să fie
folosite în medii agresive. Funcționarea termometrelor metalice se ba zează pe principiul dilatării
diferite cu temperatura a dou ă metale care compun lamela bimetalică, iar dilatare a permite
rotirea unui ac indicator în fața unui cadran g radat în unități de temperatură .

Figura 2.1. Termometru metalic

2. Termometrele bimetalice funcționează după principiul dilatării diferite a două metale
ce compun el ementul sensibil al aparatului. Aceste termometre sunt alcă tuite dintr -o lamă
bimetalică încastrată la un capăt și liberă la celă lalt. Lama se poate obține prin sudarea a două
lamele metalice cu coeficienți de dilatare diferiți, iar l ama se î ndoaie prin încălzire .

Figura 2.2. Termometrele bimetalice

3. Termometrele de sticlă cu lichid sunt format e dintr -un tub capilar de sticlă terminat la
partea inferioară printr -un mic rezervor de formă alungită sau sferică umplut cu mercur, alcool
sau alt lichid t ermometric. Tubul capilar este închis la căpătul superior după ce a fost vidat. Sub
efectul creșterii sau scăderii temperaturii lichidul se dilată sau se contractă, avâ nd ca e fect
urcarea , res pectiv coborârea coloanei de lichid în tubul capilar de-a lungul unei scă ri gradate .
Termometrele de sticlă cu lichid care la rândul lor pot fi:
 termometre capsulate la care tubul capilar și scala gradată sunt introduse împreună într –
un tub de protecți e (figura 2.3. );

Figura 2.3. Termometru capsulat cu lichid

 termometre tijă la care scala este gradată direct pe tubul capilar sau pe suportul în care
sunt incorporate (figura 2.4. ).

Figura 2.4. Termometru cu tijă de sticlă cu lichid

4. Termometre cu rezistență electrică ce se compun din termorezistență denumită și
element sensibil, conductoare de legătură și un aparat de măsură pentru a determina rezistența
electrică.
Funcționarea acestor termometre se bazează pe proprietatea conduct oarelor de a -și
modifica rezistența electrică în funcție de temperatura mediului de lucru.
Un adaptor preia variațiile de rezistență electrică și le transformă în semnal electric de
ieșire.
5. Termometre cu termistoare.
“Termistorii sunt aparate semiconductoare utilizate pentru măsurarea temperaturii. Pentru
confecționarea lor sunt necesare materiale semiconductoare speciale care au propri etatea de a -și
varia temperatura cu rezistența electrică.”17 Prezint în figura următoare un termometru cu
termi stor.

17 Povară Rodica, ,,Meteorologie general ă”, Editura Fundației România de Mâine, București, 2006, pp. 55

Figura 2.5. Termometru cu termistor

Termistor ii au diverse forme (disc, placă , cilindru) și dimensiuni foarte mici, de ordinul
milimetrilor, conform figurii 2.6. Corpul termistorului este construit dintr -un material
semiconductor și ulterior prelucrat pentru a căpăta forma dorită, la care se adaugă doi electrozi
metalici, care continuă cu doi conductori metalici ce ajută la măsurarea rezistenței termistorului
respectiv.

Figura 2 .6. Diferite tipuri de termistori

Funcționarea termometrelor cu rezistori se bazează pe capacitatea semiconductorilor de
a-și schimba rezistența electrică în funcție de temperatura mediului de lucru. Odată cu creșterea
temperaturii cresc vibrațiile termice ale rețelei cristaline, ceea ce conduce la creșterea rezistenței
întâmpinate de purtătorii de sarcină din partea rețelei cristaline în mișcarea lor ordonată. La
semiconductori purtătorii de sarcină au o concentrație mică, dar aceas ta crește odată cu
temperatura, ceea ce conduce la o creștere sensibilă a conductivității electrice cu temperatura.

Măsurarea rezistenței electrice a elementului sensibil al termometrului cu rezistor se
poate face cu aceleași instrumente electrice folosite și în cazul termometrelor cu rezistență
electrică.

Măsurarea temperaturii de la distanță se face prin :
1. Termometrul cu infraroșu determină temperatura prin măsurarea radiațiilor infraroșii
emise de un obiect și a factorului de emisie. Senzorul termometrului înregistrează radiația de
căldură emisă, reflectată și transmisă de obiect și o transformă în unități de temperatură.
Termometrele cu infraroșu măsoară temperatura de suprafață a unui obiect (figura 2.7.).

Figura 2.7. Termometrul cu infraroșu

“Pentru a obține rezultate precise, obiectul măsurat trebuie să fie mai mare decât spotul
de măsurare al termometrului cu infraroșu. Cu cât obiectul măsurat este mai mic, cu atât distanța
până la termometru trebuie să fie mai mic ă.”18
Mărimea ariei de măsurat, denumit și sistemul optic este imprimat pe aparat și reprezintă
raportul dintre diametrul punctului de măsură și distanța .
În practica industrială sunt răspândite pirometrele cu radiație partială sau fără filament
deoarece sunt aparate simple, bine construite și sunt ușor de manevrat.
2. Pirometrul funcționează făcând o comparație între strălucirea sursei cu strălucirea
filamentului unei lămpi a aparatului (strălucirea fiind direct proporțională cu intensitatea radiației
monocromatice), pentru radiații cu o anumită lungime de undă (figura 2.8.).

18 Văduva I, ,,Meteorologie, îndrumător de lucrări practice”, Editura MondoRO, București, 2003, pp. 28 -30

Figura 2.8. Pirometru

Dezavantajul folosirii acestui aparat constă în faptul că măsurătorile sunt subiective,
acestea depinzând de caracteristicile vizuale ale persoanei în cauză.
Pirometru l optic fără filament este compus din:
– parte optică , formată di n: obiectiv, ocular, filtru, sticlă absorbantă și diafragmă;
– parte electrică , formată din: lampa pirometrică, reostat, aparat de măsură, bec pentru
iluminarea scalei aparatului de măsură, buton pentru alimentarea becului, scală, releu, baterii,
buton pen tru închiderea circuitului electric al aparatului de măsură.

“Măsurarea temperaturii cu ajutorul pirometrului se realizează prin compararea
intensității radiației emise de corpul cercetat cu intensitatea radiației filamentului lămpii
pirometrice a cărei i ncandescență se configurează cu ajutorul reostatului.
Temperatura unui corp care nu este negru, măsurată cu pirometrul optic monocromatic,
este totdeauna mai mică decat temperatura reală a corpului.”19
Citirea temperaturii se efectuează pe scală superioară a aparatului până la temperatura de
1400°C. Peste această valoare, pentru evitarea volatilizării filamentului, este necesar a se
introduce între obiectiv și lampa pirometrică o sticlă absorbantă, acest lucru făcând posibilă
măsurarea temperaturi de până l a 2000°C .

19 Văduva I, ,,Meteorologie, îndrumător de lucrări practice”, Editura MondoRO, București, 2003, pp. 42

B. Umiditatea aerului
Echipamentele pentru măsurarea valorilor umezelii aerului sunt psihrometre , higrometre
și higrografe.

I. Psihrometrele
Sunt aparate prin intermediul cărora se determină tensiunea vaporilor de apă din aer și
umezeala relativă a acestuia.
Partea principală a acestora este dată de două termometre identice, primul termometru
având rezervorul acoperit cu tifon care se umezeșt e în timpul efectuării măsurătorilor , iar cel de –
al doilea măsoară temperatura aerului în mediu uscat. Pe tifonul umezit se produce evaporarea,
proces care se efectuează cu consum de energie calorică. Astfel, temperatura indicată de
termometrul umed va fi mai mică decât cea indicată de termometrul uscat al psihrometrului.
Cu cât aerul este mai uscat cu atât diferența psihrometrică de temperatură dintre cele două
termometre este mai mare, iar evaporarea va fi mai intensă.
Când umezeala aerului are valori a preciabile, evapotranspirația se reduce mult sau numai
are loc, iar temperaturile citite la cele două termometre au valori apropiate. „Procesul de
evaporație depinde de absorbția cantității de căldură, căldura latentă de evaporare a apei, viteza
curenților de aer din atmosferă, tensiunea reală a vaporilor aflați în aer în momentul observației,
tensiunea maximă a vaporilor, presiunea atmosferică.”20
În meteorologie se utilizează mai multe tipuri de psihrometre:
a) Psihrometrele cu aspirație
Sunt acele echipamente meteorologice la care ventilația aerului în jurul rezervoarelor
termometrelor se face prin mijlocirea unor dispozitive speciale cum sunt psihrometre cu
ventilație artificială.
Psihrometrele cu ventilație artificială se instalează în primul adăp ost meteorologic în
poziție verticală pe același stativ cu termometrele de maximă și de minimă și pot fi cu doză dublă
și cu doză simplă.

20 Povară Rodica, ,,Meteorologie general ă”, Editura Fundației România de Mâine, București, 2006, pp. 89

Figura 2.9. Psihrometru de stație cu doză dublă

Pe baza figurii 2.9. am făcut o analiză asupra componentelor psihrometrului :
1, 2 – Termometre Psihrometre identice;
3 – Clema;
4 – Șurub;
5 – Stativ;
6 – Trepied;
7 – Doza dublă;
8,9 – Tuburi de aspirație din sticlă;
10 – Inel metalic;
11 – Morișcă aspiratoare.
Psihrometrele prezintă o morișcă aspiratoare care are rolul de a aspira un curent de aer
prin tuburile de aspirație, ventilând astfel rezervoarele celor două termometre. Prin rotire,
morișca contribuie la formarea în jurul rezervoarelor a unui curent de ae r cu viteză constantă, ce
va duce la evaporarea apei de pe tifonul umezit cu apă distilată.
Pașii ce trebuie urmați în utilizarea psihometrul sunt:
– tifonul termometrului umed se va umezi cu apă distilată;
– se întoarce cu cheia arcul moriștii aspiratoare;
– se urmărește coborârea temperaturii la termometrul umed;
– în momentul în care coloana de mercur devine staționară se efectuează citirea ambelor
termometre, începând cu cel umed, apoi la cel uscat;
– în momentul în care coloana termometrică s -a stabilizat se c itesc în primul rând zecimile
de grad și după aceea gradele întregi;

– dacă temperatura aerului coboară la valori mai mici de -10șC, determinările se fac numai
la termometrul uscat și la higrometru.
„Psihrometru cu ventilație artificială tip Assmann este un echipament folosit în
expedițiile de cercetări microclimatice, deoarece este ușor de transportat și oferă posibilitatea de
a efectua măsurători și la lumina soarelui, datorită unui montaj metalic nichelat ce protejează
cele două rezervoare termometrice.”21

Figura 2.10. Psihrometru cu ventilație artificială tip Assmann

Elementele numerotate în figura de mai sus reprezintă:
1,2 – Termometre ordinare identice;
3 – Tub central;
4,5 – Inele de material plastic;
6,7 – Tuburi de aspirație;
8 – Deschidere inelară;
9 – Fereastră circulară;
10 – Morișcă aspiratoare;
11 – Cheie de remontare.
b) Psihrometrele fără aspirație
Sunt acele instrumente meteorologice la care ventilația din jurul rezervoarelor
termometrice se face natural, fără intervenția unui anumit dispozitiv. Datorită faptului că viteza

21 Stoenescu, G. Iacobescu, G., ,,Noțiuni de Fizică, Agrometeorologie și protecția mediului ”, Editura Universitaria,
Craiova, 20 06, pp. 106

curentului de aer din jurul rezervoarelor termometrice nu este constantă indi cațiile lor nu sunt
foarte exacte.
Psihrometru de stație tip August este folosit la stațiile meteorologice în momentul în care
psihrometrului cu morișcă aspiratoare nu este disponibil.
„Psihrometrul „praștie” este un echipament simplu, fără aspirație, care se utilizează în
expedițiile de cercetări microclimatice lipsite de psihrometre speciale de tip Assmann.”22

II. Higrometrele
Sunt instrumente utilizate la stațiile meteorologice pentru determinarea umezelii aerului.
Higrometrele sunt împărțite astfel:
1. „Higrometrele de absorbție cu fir de păr se găsesc în majoritatea stațiilor meteorologice și
utilizează fire de păr omenesc blond, datorită gradului redus de pigmenți, ce le conferă o
sensibilitate mai mare față de variațiile umezelii aerului.”23
Din cat egoria higrometrelor de absorbție cu fir de păr fac parte:
Higrometrul de tip Koppe , acestea se instalează în primul adăpost meteorologic, în
poziție verticală, în spatele psihrometrului de stație.
Când gradul de umezeală a aerului este în creștere acul higrometrului Koppe se
deplasează dinspre stânga spre dreapta, iar de la dreapta la stânga, când umezeala aerului este în
scădere.

Figura 2.11. Higrometrul de tip Koppe

22 Erhan, Elena, Curs de Meteorologie și Climatologie, Partea I Meteorologie, Universatea Al. I. Cuza, Iași, 1988, pp.
111-113
23 Fărcaș, I., Croitoru, Adina -Eliza, Poluarea Atmosferei și Schimbările Climatice, Casa Cărții de Știință, Cluj -Napoca ,
2003, pp. 78

Higrometrul de tip Fuess este diferit de primul prin faptul că piesa sensibilă pent ru
umezeală , este alcătuit din 1 -4 fire de păr, fiind prevăzut cu un cadran circular.

Figura 2.12. Higrometrul de tip Fuess

Higrometrul Fuess este compus din elementele:
1 – Șurb;
2 – Disc metalic;
3 – Tub cu exteriorul filetat;
4 – Fire de păr;
5 – Scară ;
6 – Arc spiralat.
2. „Higrometrele de absorbție cu membrană organică au ca piesă receptoare o membrană
organică obținută într -un anumit mod, prin prepararea unor organe interne luate de la diverse
animale.”24 Fiind higroscopică, membrana absoarbe vaporii de apă din atmosferă și se alungește
sau îi pierde prin uscare și se micșorează.

III. Higrografe
Aceste aparate se instalează pe podeaua celui de -al doilea adăpost meteorologic, alături
de termograf, la o înă lțime de 2 m deasupra solului.
Higrograful este compus din trei părți și anume:
– ,,Partea receptoare cuprinde un mănunchi sau mai multe mănunchiuri de fire de păr
omenesc, ce pot fi dispuse orizontal sau vertical, în funcție de modelul higrografului;

24 Ion-Bordei, Ecaterina, Căpșună, Simona, Curs de Meteorologie și Climatologie, Universitatea Ecologică, București
2000, pp. 83

– Partea transmițătoare este dată de un sistem de pârghii, care amplifică și transmit
daunele suferite de mănunchiul de fire;
– Partea înregistratoare este alcătuită din brațul pârghiei de înregistrare și tamburul
cilindric pe care se înfășoară higrograma. ”25

Higrografe fără dispozitiv de compensare :
– higrograful Fuess;
– higrograful Junkalor;
– higrograful Fischer;
– higrograful Lambrecht.
Higrografe cu dispozitiv de compensare:
– higrograful tip J. Richard;
– higrograful tip URSS – model vechi.

C. Vântul
Acest parametru climatic poate fi măsurat cu diverse echipamente ce înregistrează :
a. viteza vântului : anemometrul, anemograful, anemocinemograful, electrocinemograful;
b. direcția vântului : giruetelor înregistratoare cu rezistențe electrice;
c. atât direcția cât și vi teza : anemogiruetelor și anemorumbarografelor.
1. Anemometre
Sunt instrumente precise care măsoară numai viteza vântului aerului în atmosferă,
exprimat în me tri pe secundă, kilometri pe oră sau noduri.
În ceea ce privește construcția și funcționarea lor ane mometrele se împart în:
 Anemometre mecanice
Folosesc ca piesă receptoare pentru vânt fie o morișcă cu palete fine din aluminiu, fie un
sistem de cupe anemometrice.
Anemometrul cu cupe este cel mai utilizat și răspândit, fiind compus din patru cupe
emis ferice montate pe un ax, acționâ nd la cel mai mic curent de aer.
Anemometrul cu palete are piesa receptoare formată dintr -un număr de palete fixate radial
pe ax.
 Anemometre magnetice
Măsoară cu precizie viteza vântului, pe principiul inducț iei magnetice.

25 Socaciu Lavinia, Giurgiu Oana, ,,Termotehnica – Sinteză lucrări de laborator”, Editura U.T.PRESS, Cluj -Napoca,
2017, pp. 34 -35

“Pentru a afla viteza vântului se declanșează un buton care fixează scara anemometrică
chiar în dreptul diviziunii care marchează viteza vântului din acel moment. Sub acțiunea vântului
cupele anemometrice se rotesc și angrenează în mișcarea lo r și magnetul inductor, care antrenează
indusul pe care se află scara anemometrică.”26
 Anemometre termice
Viteza vântului este determinată de răcirea sub influența vântului a unui fir încalzit. Cel
mai cunoscut anemomet ru termic este catatermometrul.

Figura 2.13. Anemometru

2. Mâneca de vânt
Este un dispozitiv folosit pentru indicarea intensitații și a direcției vântului, ce se
realizează dintr -un sac de pânză tronconic, montat pe un cadru metalic care se poate roti în jurul
unui ax vertical.
Instalarea ei se face pe aeroporturi la loc vizibil și cât mai înalt, pe acoperișurile
stațiunilor meteorologice și pe ale aerodromurilor.

Figura 2.14. Mânecă de vânt

26 Fărcaș, I., Croitoru, Adina -Eliza, ,,Poluarea Atmosferei și Schimbările Climatice”, Casa Cărții de Știință, Cluj –
Napoca, 2003, pp. 92

3. Girueta
Este un echipament meteorologic utilizat pentru determinarea direcției și măsurarea
vitezei și intensității vântului. Girueta este compusă dintr -un cadran circular gradat pe care se
mișcă indicatorul punctelor cardinale și o placuță de metal ce capătă o anumită înclinare față de
verticală sub acțiunea vântului, indicându -i inten sitatea.
“Dispozitivul de măsurare ce este orientat spre nord indică mereu direcția și intensitatea
vântului. Girueta reacționează foarte repede, deoarece acesta este montată în partea de jos a
lagărelor de susținere. Pivotul și masa de măsurare a intensit ații vântului sunt montate pe un tub
de refulare.”27
Girueta poate fi de 2 feluri:
– girueta cu placă ușoară indică valori ale vitezei vântului de până la 20 m/s;
– girueta cu placă grea indică valori ale vitezei v ântului de până la 40 m/s.
În țara noastră la stațiile meteorologice se utilizează giruetele de tip Vild ce sunt alcătuite
dintr-un ax metalic vertical fix și unul mobil. Partea mobilă a axului giruetei cuprinde indicatorul
direcției vântului și indicatorul vitezei vântului.
“Indicatorul vitezei vântului are în componență o placă metalică dreptun ghiulară, ce poate
avea o greutate de 200 g pentru girueta cu placă ușoară și 800 g pentru girueta cu placă grea. În
funcție de liniile de forță ale vântului, placa metalică pendulează în fața unei rame î n formă de arc,
prevazute cu opt dinți inegali.”28
Indicatorul direcției vântului, numit și ampe najul giruetei, este o vergea metalică, orizontală
ce are la unul din capete o sferă de plumb sau fontă, iar la celălalt capăt este prevăzut cu un
dispozitiv format din două plăci confecționate din tablă, ce se orientează cu sfera de plumb spre
direcția de unde bate vântul.

Figura 2.15. Giruetă

27 Apostolo, Liviu, Curs de Meteorologie și Climatologie, Editura Universitatea Suceava, 2000, pp. 95
28 Povară Rodica, ,,Climatologie Generală”, Editura Fundației R omânia de Mâine, București, 2004, pp. 41

Determinarea direcției și a vitezei vântului se efectuează după următoarea ordine:
1. Primul pas constă în urmărirea de către ob servator, timp de două minute a oscilațiilor
sferei de plumb care indică punctele cardinale și intercardinale.
2. După care se măsoară viteza mediată a vântului și caracteristica viteze i, ce poate fi
uniformă sau în rafale.
În acest caz, observatorul va urmări oscilațiile plăcii dreptunghiulare în dreptul dinților de
pe rama arcuită.

Capitolul III. Sistem embedded pentru monitorizarea parametrilor climatici
3.1. Schema bloc a sistemului numeric.

În continuare prezint schema bloc a sistemului numeric (schema 3.1. ), formată din:
 Arduino Uno ;
– Este o p latformă cu microcontroller care are puterea unui calculator și este
capabilă să reacționeze la informațiile culese din mediu .
 PC;
– Acesta are rolul de sursă de alimentare dar poate să afișeze și informațiile
primite de la Arduino .
 Senzorul DHT11 ;
– Senzorul oferă o bună precizie pentru a măsura umiditatea și temperatura .
 Display LCD 1602 ;
– Este potrivit să afișeze informații către exter ior.
 Ventilatorul .
– Are rolul de a răci camera unde este aflat sistemul dacă se depășește o anumită
temperatură sau un anumit grad de umiditate .

Schema 3 .1. Schema bloc a sistemului numeric

ARDUINO DISPLAY
PC
SENZOR

VENTILATOR

3.2. Siste m embedded de achizitii de date

În ziua de azi toate tehnologiile avansate sunt reprezentate de sisteme înglobat e iar
acestea sunt deosebit de rapide, miniaturizate. „Termenul sistem înglobat provine de la
expresia engleză embedded system și semnifică un mic calculator bazat pe un microprocesor și
specializat (dedicat) la îndeplinirea unei sarcini anume, sau a câtorva sarcini, de obicei în timp
real (aproape instantaneu).”29
Un sistem înglobat face parte de obicei dintr -un dispozitiv mai mare, acesta având
componente mecanice și hardware , const ituind inteligența acestuia. Acest sistem se deosebește
de un calculator universal, de exemplu orice pc. Caracteristica principală a sistemului embedded
este abilitatea de a executa o sarcină anume, care uneori necesită un procesor extrem de rapid.
Chiar dacă sistemele înglobate sunt de obicei convenabile ca preț ele profită de toate tehnologiile
avansate.
„Sistemele înglobate comandă și controlează multe aparate obișnuite ac tuale. Inima unui sistem
înglobat constă de obicei dintr -un microcontrolor sau dintr -un Digital Signal Processor (DSP).”30

Clasificările sistemului embedded
 Ca mărime fizică ele sunt înglobate de exemplu în : playere MP3, radaruri de
supraveghere, sisteme de comandă din centr alele nucleare, ceasuri de mână;
 Gradul de complexitate este foarte variat al sistemelor înglobate, totul pornește de
la un microprocessor pe un singur cip și terminând cu unități multiple legate între ele
printr -o rețea .

Caracteristicile unui sistem embedded
 Are o singură funcție pentru că execută repetat un singur program ;
 Este supus la constrângeri având un cost redus, un mic consum de electricitate și
dimensiuni mici ;
 Reacționează la evenimentele de timp real, la schimbările din mediul înconjurător
și trebuie să obțină rezultate în timp real cu foarte puține întârzieri .

29 Michael Barr , „Embedded Systems Glossary ”, Publishing by Netrino Technical , 2007, pp. 5-7
30 Michael Barr, Anthony J. Massa , „Introduction in Programming embedded systems: with C and GNU
development tools ”, 2006, pp. 1 –2

În paralel cu sistemele embedded actualizate până în ziua de astăzi, sistemele embedded
hardware tradiționale (figura 3.1.) aveau următoarele caracteristici:

– “Suprafață: 4.6 mm x 5.1 mm ;
– Frecvență: 20 MHz ;
– Tehnologie: HP 0.5 μm;
– Consum: 16 mW – 120 mW @ 20 MHz, 3.3 V ;
– Timp mediu de achiziție: pornind de la 10 μs până la 300 μs.”31

Figura 3.1. Sisteme Embedded Hardware Tradiționale
Sursa: http://andrei.clubcisco.ro/cursuri/f/f -sym/4si/l01.pdf

31 Frank Vahid and Tony Givargis, „ Embedded System Design: A Unified Hardware/Software Approach”, 1999,
pp. 59

Până nu demult pentru a avea acces la componentele de bază ale dispozitivelor pe care le
folosim în fiecare zi ne trebuiau foarte mulți bani și mult timp. Aici intervin cele mai
reprezentative dispozitive de acest gen ca Raspberry Pi și Arduino numite și sisteme embedded.
Cu oricare dintre aceste două dispozitive oricine poate să înțeleagă tehnologia mai ușor iar
acestea ne oferă posibilitatea de a crea ceva nou fără să avem nevoi e de un buget mare.
În următoarele rânduri voi vorbi despre aceste două importante sisteme embedded,
Raspberry Pi și Arduino.

A. Raspberry Pi

Se poate numi mini -calculator sau platformă cu microprocesor și indiferent cum se
numește, Raspberry P i se prezintă f ără o carcasă sub forma unei plă cuțe de circuit imprimat,
(figura 3.2. ). Pe această placuță există un microprocesor, acesta fiind similar cu cel din laptop, o
memorie RAM de 500 MB și un nucleu de procesare video, cu ieșire HDMI și RCA. Raspberry
Pi rulează un sistem de operare de tip linux este ca un calculator de dimensiunea unui card de
credit, putem face cu el orice ca și un calculator obișnuit.

Figura 3.2 . Raspberry Pi
Sursa: http://www.techrepublic.com/article/raspberry -pi-the-smart -perso ns-guide/

În plus acest oferă posibilitatea de a realiza conexiuni hardware directe cu alte dispozitive
ca: senzori de temperatură, lumină, presiune atmosferică, umiditate, butoane, drivere de motoare)

prin intermediul pinilor GPIO. Acești pini sunt prez enți pe lateralul plăcii și pot fi controlaț i din
orice limbaj de pr ogramare care rulează pe placa Raspberry P i.
Prezint în rândurile ce urmează specificațiile unei platforme Raspberry Pi de ultimă
generație. „Placa de dezvoltare Raspberry P i 3 se bazează pe noul SoC BCM2837, iar acesta
dispunde de un procesor quad core pe 64 de biți ARM Cortex -A53, el fiind capabil să ruleze la
1.2 GHz.”32 Acesta are o performanța de 50 -60% mai mare în modul 32 -bit fața de Raspberry Pi
2 și de aproximativ 10 ori f ață de pr imul model inițial de Raspberry P i pentru că față de
versiunile anterioare, dispune de conectivitate wifi și bluetooth fiind integrată și asigurată de
cipul BCM43438.
Specificații Raspberry Pi 3
– „Procesor Quad Core ARM Cortex -A53 64 bit 1.2 GHz ;
– 1 GB RAM ;
– GPU VideoCore IV 3D ;
– WiFi 802.11n ;
– Bluetooth 4.1 și Bluetooth LE ;
– 40 de pini GPIO ;
– HDMI ;
– 4 Porturi USB 2.0 ;
– Ieșire Video Composite ;
– Ieșire Audio Stereo ;
– Port CSI pentru a conecta camera Raspberry Pi ;
– Port DSI pentru a conecta display -uri cu touchscreen ;
– Slot pentru Card Micro SD .”33
După cu am menționat anterior spec ificațiile unui ultim model de Raspberry P i există
foarte multe avantaje dacă folosim o astfel de placă pentru că putem realiza mai multe proiecte
ca:
 Server web ;
 Stație meteo ;
 Drona quadcopter ;
 Tracker GPS ;
 Braț robotic controlat prin voce ;
 Ramă foto ;
 Procesare de imagine ;

32 Maik Schmidt, „ Raspberry pi – A Quick -Start Guide Second Edition”, 2012, pp. 36-42
33 Michael Barr , „Embedded Systems Glossary ”, Netrino Technical Library , 2007, pp. 9

 Server cu webcam ;
 Smart TV .
La ieșire Raspberry PI suportă conexiune video HDMI si TV -AUT, pe mufa RCA, iar
asta înseamnă că se poate conecta orice monitor, LCD sau plasma care are conector video
HDMI. Din cauză că procesorul video este hardware ceea ce înseamnă că rulează independent de
procesorul principal, Raspberry PI poate să redea o rezoluție FULL -HD. Dacă avem un monitor
sau un LCD cu conector HDMI, atunci putem folos i conexiunea video TV -OUT printr -o mufă de
tip RCA. Se conectează acestă mufă la televizorul din generație mai veche și vom avea video,
desigur de o calitate mai scazută dar și la o rezoluție mai mică decât prin conexiunea HDMI. Un
mic impediment este că n u există port VGA, dar există adaptorul HDMI -VGA.

Figura 3.3. Porturi Raspberry PI
Sursa: http://linuxgizmos.com/sbc -mimics -raspberry -pi-has-faster -cpu-adds-sata/

Sursa de alimentare
Raspberry PI are o sursă de tensiune de 5V și mini m 700mA pentru ca acesta să devi nă
operațional, putem conecta alimentarea printr -o mufa microUSB. Sursa de alimentare este foarte
importantă pentru sistem și este necesar să o alegem cu atentie. Daca sursa de alimentare nu
oferă suficient curent sau avem o tensiu ne de ieși re mai mare de 5V, poți obț ine resetări ale
sistemului de operare, pierderi de date, blocarea cardului sa u distrugerea ireversibilă a plă cii

Raspberry P i, acesta fiind cel mai rău caz. Există foarte multe alimentatoare dotate cu mufa
microUSB, dar nu însea mnă neaparat că vor funcționa cu Raspberry P i. “Este necesar ca sursa să
furniz eze o tensiune de 5 V cu cel puțin 0.7 amperi (ideal este însă mai mult de un amper), valori
reale.”34
Dacă deținem o astfel de platformă cu microprocesor putem să realizăm următoarele
lucruri:
 Îi putem atașa un mouse, o tastatură USB și un monitor sau plasmă cu intrare HDMI,
aceasta fiind cea mai simplă variantă și te poți juca pe PI exact ca și cum ai folosi un
calculator obișnuit ;
 Ne putem conecta la Raspberry P i prin rețe a, folosind protocolul SSH, având la
dispoziție doar linia de comandă ;
 După ce s-a realizat conectarea prin SSH, se poate instala pe Raspberry P i un server
specializat si apoi te poți conecta direct în interfața grafică de pe un alt calculator sau
laptop .

După cum am spus mai sus dacă alegem cea mai simplă variantă de a ne juca pe PI,
folosind o tastatură, un mouse pe USB și un monitor HDMI, exact ca și cum am folosi un
calculator obișnuit, trebuie să avem în vedere următoarele lucruri :
 Raspberry PI supor tă mouse și tastatură prin USB, chiar și prin wireless, nu trebuie decât
să conectăm tastatura sau mouse -ul pentru că sistemul de operare are grijă de restul
aspectelor ;
 Avem nevoie de un cablu HDMI sau HDMI -DVI, în funcție de tipul de conexiune video
pe care o suportă monitorul, o sursă de alimentare si un card cu sistemul de operare ;
 Dacă ne dorim card, îl putem crea singuri, trebuie doar să alegem un sistem de operare și
utilizăm utilitarul descris pe pagina de unde am descărcat imaginea și putem scrie
imaginea direct pe card. După acest pas se introduce card -ul în slotul placii, se
conectează monitorul, tastatura sau mouse -ul, cablul de rețea și la final alimentarea;
 Daca nu avem la dispoziție un monitor HDMI, tastatura sau mouse USB, există si alte
alternative dar pentru acestea avem nevoie doar de sursa de alimentare și de un cablu de
rețea.

Prezint în rândurile ce urmează cum se poate face o conectare prin SSH, dacă nu avem la
dispoziție un monitor HDMI, tastatură sau mouse USB. “Conectarea SSH sau Secure Shell, este
un protocol care ne oferă acces la shell -ul distribuției Linux. Practic, vom utiliza calculatorul

34 Aaron Asadi, „Raspberry Pi for Beginners”, Publisher by Richmond House , 2014, pp. 72

personal pentru a ne autentifica și executa comenzi sau aplicații pe placa Raspberry PI.”35
Imaginea sistemului de operare are deja instalat serverul care implementează protocolul SSH, noi
nu trebuie dec ât să alimentăm placa Raspberry și să o conectăm la rețeaua de internet. „Logarea
prin SSH de la un client de SSH (Putty de exemplu) se face cu IP -ul placii Raspberry, utilizatorul
Pi și cu parola raspberry.”36

Pentru a ne conecta la placa Raspberry PI folosind SSH, trebuie urmăm pașii c e urmează:
 Trebuie sa alimentăm placa Raspberry PI care aceasta are deja sistemul de operare Linux
instalat și cablul de rețea conectat;
 Al doilea pas este de a determina ip -ul alocat placii Raspberry. Acesta îl putem afla din
tabela de ip -uri a router -ului, folosind aplicația Android Fing;
 Următorul pas care trebuie să îl efectuăm este de a descarca și rula aplicația Putty ;
 In câmpul hostname trebuie să tastăm ip -ul placii, unde l -am aflat în pasul anterior și
trebuie să ne asigurăm că avem portul 22 și SS H bifat;
 În acest ultim pas vor fi solicitate numele de utilizator și parola, iar după toate acestea
vom obține imagine a interfeței.

35 Maik Schmidt, „ Raspberry pi – A Quick -Start Guide Second Edition”, 2012, pp. 36-42
36 Aaron Asadi, „Raspberry Pi for Beginners”, Publisher Richmond House , 2014, pp. 45 -47

B. Arduino

În continuare voi prezenta un alt sistem embedded foarte ușor de programat,
conexiunile cu alți senzori, ecrane LCD se pot realiza foarte ușor pentru că ne ajutăm de un
breadboard și de asta este folosit în cea mai mare parte de studenții care pun în practică lucrarea
de licență.
Una dintre cele mai simplu de utilizat platforme cu microcontroller este Arduino. Această
platformă este ca un minicalculator pentru că are puterea de calcul a unui computer obișnuit și
este capabilă să culeagă informații din mediu și să reacționeze la aceste a. ,,In jurul lui Arduino
există un ecosistem de dispozitive extrem de bine dezvoltat. Orice fel de informație ți -ai dori să
culegi din mediu, orice fel de conexiuni cu alt e sisteme ai avea nevoie, există o șansă foarte mare
să gaseș ti un disp ozitiv pentru Arduino capabil să îț i ofere ceea ce ai nevoi e.”37
Arduino a început în 2005 acesta fiind un proiect al unui student al Institutului de
Interacțiune a Designului din Ivrea, Italia. La acea vreme studenții foloseau o plăcuță de
dezvoltare BASIC Stamp care costa 100 de dolari, atunci fiind considerată foarte scumpă.
Massimo Banzi este unul dintre fondatori, acesta era student la Ivrea. Locul unde se întâlneau o
parte din f ondatori era un bar pe nume de Arduino” .
,,Studentul columbian Hernando Barragán a creat platforma de dezvoltare, Wiring a
servit ca bază pentru Arduino iar după finalizarea platformei Wiring, au fost create și puse la
dispoziția comunităților open -source mai multe versiuni, mai light și mai ieftine. Din echipa
inițială Arduino au făcut parte Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino
și David Mellis.”38
Una din primele plăcuțe Arduino cu interfață de comunicații serială RS -232 și un
microcontroler Atmel ATmega8, 14 pini digitali de intrare/ieșire și cele 6 intrări analogice este
prezentată în figura ce urmează.

37 Andréas Göransso n, David Cuartielles Ruiz, „Professional Android Open Accessory – Programming with Arduino”,
2013, p p. 15
38 „Rhizome – Intervie w with Casey Reas and Ben Fry”,23 sept embrie 2009, Accesat la 7 mai 2017 .

Figur a 3.4. Una dintre primele plăcuțe Arduino
Sursa: https://ro.wikipedia.org/wiki/Arduino

Pentru a realiza conexiunea cu alte sisteme, există plăci de rețea Ethernet pentru Arduino
care sunt capabi le să comunice informații prin i nternet, dispozitive care pot să transmită date prin
conexiune radio, plăci de retea WIFI, dispozitive GSM pentru Arduino sau conectori Bluetooth
pentru conectarea Arduino cu telefonul mobil sau laptop. Pentru a afișa informațiile preluate,
putem conecta ecrane LCD la Arduino, începâ nd cu cele mai simple, până la ecrane LCD
grafice.
Deoarece Arduino este o platformă foarte ușor de folosi, putem cu ajutorul ei să creăm
mai multe proiecte ca:
 Un sistem de avertizare folosind un senzor de alcool iar atunci când se depășește un
anumit prag în aerul respirat să fim avertizați;
 Un robot care poate să ocolească obstacolele ;
 Poate să fie realizat un robot controlat prin Bluetooth folosind telefonul mobil sau
laptop -ul;
 Un dispozitiv pentru pictat o uă;
 O mână robotică, bazată pe o mânușă cu senzori de îndoire și prezenț a unor
servomotoare;

 Un sistem care monitorizează energia electrică consumată în mașină sau în casă ;
 Un termometru digital folosind un ecran LCD și un senzor de umiditate, iar la pornirea
sistemului ne va fi afișată pe ecran temperatura și umiditatea din camera unde este
instalat sistemul.

Un proiect bazat pe o platformă Arduino este format din mai multe module conectate
între ele iar aceste module se împart în funcție de diferite criterii și anume:
 Platforma de dezvoltare unde aceasta este placa electronică ce conține microcontroller -ul
care este destinat programării;
 Modulele de intrare sunt numite și senzori iar aceste module se conectează la Arduino și
îi trimit acestuia date din mediul exterior ;
 Modulele de ieșire se co nectează la platforma Arduino și îi permite acestuia să transmită
informații către lumea exterioară ;
 Modulele de date îi permit platformei Arduino să comunice direct cu alte dispozitive
digitale .

Proiectul bazat pe Arduino constă într -o platformă origina lă sau compatibilă și mai multe
module care sunt conectate la aceasta iar în continuare le voi prezenta pe fiecare în parte spunând
câte ceva despre ele:
 Conectorul USB are rolul cel mai important deoarece se conectează la un computer
pentru a scrie, compila și încărca programul necesar nouă;
 Mufa de alimentare dacă avem un consum mic o putem ignora deoarece platforma
Arduino se alimentează prin portul USB;
 Pinii disponibili ;
 Conectorii propriu -ziși de pe plăcile Arduino sunt conectori mamă iar aceștia au
următoarele funcții:
– „GND : Ground , masa, reprezintă polul negativ al circuitului, tensiune 0 volți ;
– 5V : Este pinul care prezintă o tensiune de 5 volți față de GND ;
– N.B. : În funcție de modelul platformei de dezvoltare, tensiunea de lucru poate fi 5V
sau 3,3V ;
– VCC : Reprezintă tensiunea de intrare. Platforma Arduino se alimentează fie prin
conectorul USB, fie prin mufa de alimentare; acest pin prezintă tensiunea de
alimentare neschimbată, indiferent că este 3,3V , 5V, 9V, 12V sau orice altceva;
– Digital 0, Digital 1, …, Digital N : Sunt pinii de intrare/ieșire digitală. Putem să
decidem din program dacă pinul X va fi folosit pentru intrare sau pentru ieșire. Pinii

digitali au doar două stări: 1 sau 0, HIGH sau LOW, 5V sau 0V. Numărul exact de
pini disp onibili depinde de modelul platformei de dezvoltare dar în general numărul
lor este de 14 sau 54;
– Analog 0, Analog 1, …, Analog N : Aceștia sunt pinii de intrare analogică și pot citi
valori discrete între 0 și 1023. Numărul de pini diferă de la placă l a placă dar în
general numărul lor este de 6 sau 16.”39

Până la ora actuală au fost create în scop comercial următoarele plăcuțe Arduino:
 Arduino Micro ;
 Arduino Pro ;
 Arduino Pro Mini 328 ;
 Ardui no TIAN ;
 Arduino Diecimila in Stoicheia ;
 Arduino Duemilanove ;
 Arduino UNO ;
 Arduino Leonardo ;
 Arduino Mega ;
 Arduino MEGA 2560 R3 ;
 Arduino Nano ;
 Arduino Due ;
 LilyPad Arduino ;
 Arduino Yun ;
 Arduino Esplora ;
 Arduino Ethernet ;
 Arduino Fio ;
 Arduino BT ;
 Arduino USB ;
 Arduino BT ;
 Arduino Robot Control ;
 Arduino Gemma ;
 Arduino Industrial 101 .

39 Pratik Desai, ,,Python Programming for Arduino”, Packt Publishing, 2015, pp. 323 -325

Pentru a realiza un proiect bazat pe Arduino înafară de firele și senzorii folosiți avem
nevoie de un breadboard. Un breadboard este un dispozitiv care permite conectarea extrem de
simplă a componentelor electronice, fără lipituri. Pentru conecta rea dispozitivele putem să
folosim fire tată -tată (cu pini la ambele capete), acestea se introduc în gă urile din breaboard. În
breaboard găurile existente sunt conectate î ntre ele (de obicei pe linie), pentru că firele introduse
pe aceeași linie se vor conecta î ntre ele. În imaginea de mai jos voi prezenta cum sunt pinii
conectati între ei.

Figura 3.5. Conectarea pinilor din Breadboard

Un exemplu de utilizare a breadboard -ului este acela de a conecta simultan mai multe
dispozitive brick la Arduino (ca re are doar un singur pin de 5V ș i doar 3 pini de GND). „În
această situație, vom conecta folosind fire tată -tată pinul de 5V Arduino la una dintre liniile
breaboard -ului, la altă linie din breadboard vo m conecta unul dintre pinii GND și î n acest mod
vom avea disponibile încă patru pini care sunt conectați la 5V (cei care sunt pe aceeaș i lini i cu
cel conectat la 5V) și patru pini conectaț i la GND (cei care sunt pe aceeaș i linie cu GND).”40

Exista multe tipuri de breadboard, unele mai mari altele mai mici. În figura următoare voi
prezenta u nul dintre ce le mai mici breadboard -uri, iar acesta este suficient dacă dorim să
alimentăm mai multe dispozitive folosind acelaș i Arduino.

40 Kimmo Karvinen & Tero Karvinen, „ Meas ure the World with Electronics, Arduino, and Raspberry Pi ”, 2014, pp. 6

Figura 3.6. Mini Breadboard
Sursa: http://www.arduinoclassroom.com/index.php/arduino -101/chapter -2

Dacă avem nevoie de adăugarea mai multor componente pe breadboard, în afară de
componente brick vom avea nevoie de un breadboard mai mare (Figura 3.7) iar dacă ș i acesta
este prea mic pentru ce avem nevoie putem oricând să înlănțuim două sau mai multe breadboard –
uri între ele, cu fire.

Figura 3.7. Breadboard

Putem spune despre Arduino că este foarte simplu de utilizat, în doar câteva minute
putem să instalăm m ediul de dezvoltare, să scriem primul program și nu este necesar să lipim
fire, avem nevoie doar de un port USB liber.
Prima dată înainte de a programa placa Arduino, trebuie să îi instalăm driver -ele pe PC.
Dacă rulăm Linux sau MAC, nu avem nevoie de dr ivere, dar dacă avem Window, va trebui să
instalăm și driverele. Acestea le putem descărca de pe site -ul oficial Arduino. Descărcăm arhiva
zip, apoi o dezarhivăm într -o director, desigur la alegerea noastră. Pasul următor conectăm placa
Arduino la portul U SB iar PC -ul va detecta că avem un dispozitiv nou și o să ne ceară să
instalăm driverele pentru el. Alegem opț iunea de instalare prin care îi spunem Windows -ului că
avem drivere să nu le mai caute automat pe internet. Selectăm apoi directorul drivers de un de am

dezarhivat arhiva zip apoi apăsăm butonul next. După ce am terminat de instalat driverele,
următorul pas este sa programăm placa Arduino. Rulăm programul Arduino, iar conectarea la PC
se face prin intermediul unui port serial. Primul pas care trebui e să îl facem este să determinăm
acest port. Desigur cea mai simplă cale este de a conecta plac a, apoi așteptăm 30 de secunde, un
minut, ca să fim siguri că aceasta a fost detectată de PC, iar apoi deschidem meniul Tools ->
Serial Port.
După ce deschidem acest meniu ar trebui să vedem mai multe intrări, care aceastea
trebuie să le memorăm. Scoatem cablul din portul USB, după deschidem meniul Tools -> Serial
Port, iar portul care a dispărut este portul asociat plăcii Arduino. Conectăm placa Arduino din
nou la PC, asteptăm să fie recunoscută de PC, apoi selectăm portul din meniul Tools -> Serial
Port. Tot ce trebuie să facem în continuare este să alegem tipul de placă pe care o avem în dotare
întrând în meniul Tools -> Board, selectăm tipul de placă ca în fig ura următoare.

Figura 3.8. Alegerea tipului de placă folosită în Arduino

După ce am ales tipul de placă și conectăm modulele alese de noi la Arduino avem
nevoie de librării, care acestea sunt o colecție de funcții, iar atunci când lucrăm cu senzori,
module și ecrane, ne reduc timpul petrecut. Există sute de librării adiționale care pot fi descărcate
și instalate pe Arduino IDE sau pe alte medii de dezvoltare software. Prima dată librăriile care

sunt incluse in Arduino IDE sunt listate în Sketch -> Include Library, iar aici putem adăuga
librării suplimentare dar care mai întâi tr ebuie să le instalăm.

Există 3 variante în care putem să instalăm librării noi în Arduino IDE, iar acestea sunt:
1. Folosind directorul de librării
În acest director de librării vom găsii o listă de librării care sunt deja instalate acolo.
Acest director face munca mai ușoară daca dorim să folosim o librărie deja existentă în mediul
de dezvoltare software. Cum se deschide directorul de librării voi afișa în figura următoare.

Figura 3.9. Adăugarea librăriei în directorul de librării

2. Importarea arhivelor
Dacă avem o arhivă cu librăria care ne trebuie, următo rul pas este de a alege importul de
librărie, navigând prin meniul Sketch -> Inclu de Library -> Add .ZIP Library ș i apoi alegem
fișierul cu librăria.

Figura 3.10. Importarea arhivelor

3. Instalarea manuală în folderul librăriei
O folosesc de fiecare dată fiind probabil cea mai ușoară pentru adăugarea librării noi in
Arduino IDE. Tot ce trebuie să facem este să intrăm în folderul Arduino în C: \Program Files
(x86) \Arduino \libraries și apoi să copiem folderul cu librăria dorită ca în figura următoare.

Figura 3.11. Instalarea manuală în folderul librăriei

3.3. Implementarea practică a sistemului de monitorizare

După cum am spus mai sus că Arduino este foarte popular în rândul studenților care
doresc să pună în practică lucrarea lor de licență, de aceea am decis să fac și eu la fel realizând
practic un Termometru Digital , pe care îl voi prezenta în figura următoare. Acesta poate reda în
timp real temperatura și umiditatea spațiului unde este amplasat.

Figura 3.12. Termometru Digital

Pentru a realiza un ui astfel de termometru digital avem nevoie de următoarele
componente:
a) Placă de dezvoltare Arduino UNO
Placa de Dezvoltare Arduino UNO, prezentată în figura următoare, poate să stea la baza
multor proiecte de electronică. Cu ajutorul acestei plăci de dezvoltare se pot concepe montaje
inovative care pot automatiza, de exemplu casa, printr -o combinație cu alte device -uri, cum ar fi
senzori și shild de ethernet s au bluetooth.

Figura 3.13. Arduino UNO
Sursa: http://robotechshop.com/shop/arduino/arduino -board/arduino -uno-r3-china/?v=f5b15f58caba

Caracteristici tehnice ale acestei plăci sunt următoarele :
– „Tensiune de funcționare: 5V;
– Tensiune de alimentare jack: 7-12V;
– Pini de I/O: 14;
– Pini PWM: 6 (din cei 14 de I/O);
– Pini ADC: 8;
– Memorie flash: 32kB (8 ocupați de bootloader);
– Comunicație TWI, SPI și UART;

– Frecvență de funcționare: 16MHz.
– Lungime: 68.6 mm ;
– Lățime: 53.4 mm ;
– Greutate: 25 grame. ”

b) Display LCD
Display -ul LCD, este potrivit să afișeze informații către exterior și este folosit în special
pentru proiecte inovative de electron ică. Atunci când este pornit LCD -ul are iluminare de fundal
de culoare albastră, caracterele care sunt afișate pe acesta sun t de culoare albă, contrastul este
ajustabil, ceea ce îi permite să fie foarte bine citit pe întuneric.

Figura 3.14. Display LCD
Sursa: http://www.nexuscyber.com/blue -backlight -1602a -lcd-module -i2c-interface

Display -ul LCD are următoarele caracteristici:
– „Tensiune de alimentare: 5V;
– Curent: 1.1mA;
– Tensiune de alimentare backlight: 4.2V;
– Curent backlight: 100mA;
– Lungime: 80mm;
– Lățime: 36mm ;
– Grosime: 12mm .”41

41 LCD 16 x 2 Alb pe Albastru, Sursa: https://www.robofun.ro/lcd/lcd_16x2_negru_verde , accesat la 4 mai 2017

c) Senzor de temperatură și umiditate
„Senzorul de temperatură și umiditate este un senzor DHT11, foarte convenabil, oferind
precizie bună, simplitate în utilizare și dimensiuni reduse la un preț mic. Acesta poate măsura
umiditatea în intervalul 20% – 90% cu o precizie de 5% și temperatura în intervalul 0 – 50 ˚C cu
o precizie de 2 ˚C.”42 Prezentat în figura următoare, acest senzor este compatibil cu cele mai
populare plăcuțe de dezvoltare, precum Arduino.

Figur a 3.15. Senzor de temperatură și umiditate DH T11
Sursa: http://www.uugear.com/portfolio/dht11 -humidity -temperature -sensor -module/

Caracteristici tehnice ale senzorului DHT11 sunt următoarele:
– „Tensiune de alimentare: 3.3V – 5V;
– Curent: 2.5mA (maxim);
– Gama de măsurare a umidității: 20% – 95% RH;
– Acuratețea măsurării umidității: ±5% RH;
– Gama de măsurare a temperaturii: 0 oC – 60 °C;
– Acuratetea măsurării temperaturii: ±2 °C;
– Lugime: 32mm;
– Latime: 14mm .”43

42 Senzor de temperatură și umiditate SNS -DH11, Sursa: https://www.robofun.ro/senzori/vreme/senzor –
temperatura -umiditate -sns-dh11 , accesat la 4 mai 2017
43 DHT11 Humidity & Temperature Sensor D -Robotics UK, Sursa: http://www.micropik.com/PDF/dht11.pdf ,
accesat la 4 mai 2017

Pentru a conecta placa de dezvoltare Arduino UNO cu ecranul LCD și senzorul de
temperatură și umiditate, voi prezenta în figura următoare cum se realizează legăturile.

Figura 3.16. Realizarea legăturilor pentru crearea Termometrului Digital

După ce am realizat montajul, ca în figura de mai sus, trebuie să uploadăm codul de
programare în Arduino, conectând cablul la interfața USB a calculatorului. În continuare voi
adăuga codul (figura 3.17. ), cu explicația fiecărei linii de cod.

1. #include <LiquidCry stal.h>
2. #include <dht.h>
3. LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // Se inițializează pinii ecranului LCD
4. int greenPin = A0;
5. dht sensor; // Inițializarea senzorului de temperatură
6. void setup()
7. {
8. lcd.begin(16,2); // Îi spunem LCD -ului câte rânduri și coloane să folosească
adică 2 rănduri a câte 16 caractere
9. }
10. void loop() // Bucata care rulează încontinuu, programul î n sine

11. {
12. delay(1000); // Obligă senzorul să aștepte o secundă înainte să facă o
citire/colectare de informații
13. sensor.read11(greenPin); // Cu această funcție senzorul preia temperatura
14. lcd.clear(); // Șterge valoarea adusă acum 1 secundă și o printează pe
cea nouă
15. lcd.setCursor(0,0); // Această linie poziționează cursorul pentru a afișa textul
pe prima poziție, stânga sus
16. lcd.print("Umiditate = "); // Afișează textul "Umiditate = "
17.lcd.print(sensor.humidity); // Afișează ce a colectat senzorul pentru umiditate
18. lcd.setCursor(0,1); // Trece cursorul pe rândul următor, prima pozitie
19. lcd.print("T emperatura = "); // Afișează textul "Temperatura = "
20. lcd.print(sensor.temperature); // Afișeaza ce a colectat senzorul pentru temperatură
21. }

Figura 3.17. Codul de programare

Bibliografie

1. Aaron Asadi, „Raspberry Pi for Beginners”, Publisher by Richmond House, 2014
2. Adrian Amadeus Tișcovschi, Daniel Diaconu, ,,Meteorologie și hidrologie” , Editura
Universitară, București, 2004
3. Andréas Göransson, David Cuartielles Ruiz, „Profe ssional Android Open Accessory –
Programming with Ardui no”, 2013
4. Apostolo, Liviu, Curs de Meteorologie și Climatologie, Editura Universitatea Suceava, 2000
5. Bacinschi, D., ,,Meteorologie și climatologie”, Editura Didactică și Pedagogică, București,
1962
6. Călinouiu Maria, Pecingină Irina Ramona, „Meteoro logie și climatologie”, Editura Academica
Brâncuși, Târgu Jiu, 2014
7. Erhan, Elena, Curs de Meteorologie și Climatologie, Partea I Meteorologie, Universatea Al. I.
Cuza, Iași, 1988
8. Fărcaș, I., Croitoru, Adina -Eliza, Poluarea Atmosferei și Schimbările C limatice, Casa Cărții de
Știință, Cluj -Napoca, 2003
9. Frank Vahid and Tony Givargis, „Embedded System Design: A Unified Hardware/Software
Approach”
10. Gabriela Cristina Simion, „ Monitorizarea și controlul factorilor de mediu”, Editura Matrix
Rom, Bucureș ti, 2012
11. Ion -Bordei, Ecaterina, Căpșună, Simona, Curs de Meteorologie și Climatologie,
Universitatea Ecologică, București 2000
12. Kimmo Karvinen & Tero Karvinen, „ Measure the World with Electronics, Arduino, and
Raspberry Pi ”, 2014
13. Maik Schmidt, „ Raspberry pi – A Quick -Start Guide Second Edition” , 2012
14. Michael Barr , „Embedded Systems Glossary ”, Publishing by Netrino Technical , 2007
15. Michael Barr, Anthony J. Massa , „Introduction in Programming embedded systems: with C
and GNU development tools ”, 2006
16. Mihăiță Gheorghe, Simionescu Nicoleta, Pasăre Minodora, ”Fizica atmosferei și hidrologiei”,
Editura Academica Brâncuși, 2004
17. Povară Rodica, ,,Climatologie Generală”, Editura Fundației R omânia de Mâine, București,
2004
18. Povară Rodica, ,,Meteorologie g eneral ă”, Editura Fundației România de Mâine, București,
2006
19. Pratik Desai, ,,Python Programming for Arduino”, Packt Publishing, 2015

20. „Rhizome – Interview with Casey Reas and Ben Fry”,23 septembrie 2009
21. Socaciu Lavinia, Giurgiu Oana, ,,Termote hnica – Sinteză lucrări de laborator”, Editura
U.T.PRESS, Cluj -Napoca, 2017
22. Sterie Ciulache, ,, Meteorologie și climatologie“, Editura Universitară, București, 2004
23. Stoenescu, G. Iacobescu, G., ,,Noțiuni de Fizică, Agrometeorologie și protecția med iului”,
Editura Universitaria, Craiova, 2006
24. Stoica, C, Cristea ,N., ,,Meteorologie generală”, Editura Tehnică, București, 1970
25. Văduva I, ,,Meteorologie, îndrumător de lucrări practice”, Editura MondoRO, București,
2003
26. Valentin Sgârciu, „Prelu crări de date” , Editura MatrixRom, București 1998
27. LCD 16 x 2 Alb pe Albastru, Sursa: https://www.robofun.ro/lcd/lcd_16x2_negru_verde
28. DHT11 Humidity & Temperature Sensor D -Robotics UK, Sursa:
http://www.micropik.com/PDF/dht11.pdf