FUNDAȚIA PENTRU CULTURĂ ȘI ÎNVĂȚĂMÂNT IOAN SLAVICI TIMIȘOARA [303897]

FUNDAȚIA PENTRU CULTURĂ ȘI ÎNVĂȚĂMÂNT “IOAN SLAVICI” TIMIȘOARA

UNIVERSITATEA “IOAN SLAVICI” [anonimizat]: [anonimizat]

2018

FUNDAȚIA PENTRU CULTURĂ ȘI ÎNVĂȚĂMÂNT “IOAN SLAVICI” TIMIȘOARA

UNIVERSITATEA “IOAN SLAVICI” [anonimizat]: [anonimizat]

2018

Cuprins

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA de Inginerie Electrică și Tehnologia Informației

DEPARTAMENTUL Calculatoare și tehnologia informației

TEMA _________________

Proiectul de Finalizare a studiilor a student: [anonimizat] ______Claudiu Paul Jicmon_______

1). Tema proiectului de finalizare a studiilor: ____ Automatizarea Procesului de Colectare a Deșeurilor Lemnoase la Ateliere de Tâmplărie ______________________________________

2). Termenul pentru predarea proiectului de diplomă ________________________________

3). Elemente inițiale pentru elaborarea proiectului de finalizare a studiilor ______________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

4). Conținutul proiectului de finalizare a studiilor :___________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

5). Material grafic:______________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

6). Locul de documentare pentru elaborarea proiectului de diplomă:____________________

______________________________________________________________________________

7). Data emiterii temei___________________________________________________________

Coordonator științific

Conf. Dr. Stanciu Rareș

REFERAT

PRIVIND PROIECTUL DE DIPLOMĂ

A

ABSOLVENT: [anonimizat] / ABSOLVENT: [anonimizat] : …..Claudiu Paul Jicmon…..

DOMENIUL Calculatoare și tehnologia informației

SPECIALIZAREA Tehnologia informației

PROMOȚIA 2018

Titlul proiectului ………………..Automatizarea Procesului de Colectare a Deșeurilor Lemnoase la Ateliere de Tmplarie ……………..

…..…………………………………………………………………………………………………

Structura proiectului ………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Aprecieri asupra conținutului proiectului de DIPLOMĂ (finalizare a studiilor), mod de abordare, complexitate, actualitate, deficiențe

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Aprecieri asupra proiectului (se va menționa: numărul titlurilor bibliografice consultate, frecvența notelor de subsol, calitatea și diversitatea surselor consultate; modul în care absolventul a prelucrat informațiile din surse teoretice)

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

(se va menționa: opțional locul de documentare și modul în care absolventul a realizat cercetarea menționându-se contribuția autorului)

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Concluzii (coordonatorul proiectului trebuie să aprecieze valoarea proiectului întocmit, relevanța studiului întreprins, competențele absolventului, rigurozitatea pe parcursul elaborării proiectului, consecvența și seriozitatea de care a dat dovadă absolventul pe parcurs)

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Redactarea proiectului respectă ………………………………………………….cerințele academice de redactare (părți, capitole, subcapitole, note de subsol și bibliografie).

Consider că proiectul îndeplinește/ nu îndeplinește condițiile pentru susținere în sesiunea de Examen de LICENȚĂ (finalizare a studiilor) din IULIE 2018 și propun acordarea notei ………………

Oradea,

Data Coordonator științific

Conf. Dr. Stanciu Rareș

Capitolul 1

Introducere

Noțiuni introductive

Noțiunea de automatizare în cadrul domeniului industrial actual reprezintă un concept fundamental al oricărui proces de producție. Automatizarea proceselor industriale aduce cu sine creșterea productivității și mai ales a siguranței în operare. De asemenea, creșterea autonomiei proceselor aduce o ușurare a lucrului depus de muncitorii implicați în producție. În contextul actual al dezvoltării industriale, inginerii din domeniul tehnologic conlucrează cu inginerii automatiști pentru a găsi soluții de aplicare a noilor tehnici din automatică pentru a îmbunătății procesele de producție și a spori gradul de siguranță în operare al echipamentelor.

În timp ce această definiție foarte simplă oferă o imagine globală a ceea ce fac sistemele de colectare a rumegușului, scopul acestora se aplică în multe domenii industriale unde acestea ar putea fi impuse de lege și/sau folosite pentru o calitate sau siguranță suplimentară.

Indiferent de motivul instalării, cu toate acestea, un sistem de colectare al rumegușului necesită o inspecție strictă și o întreținere calitativă pentru a obține și menține o stare de transfer etanș și o filtrare eficientă.

Sistemele de colectare a rumegușului au potențialul de a spori siguranța, de a spori eficiența și de a reduce costurile ori de câte ori este nevoie și mai ales când sunt utilizate la capacitatea lor maximă. Acestea sunt concepute pentru a avea un efect pozitiv asupra sănătătții și a mediului de lucru.

Reglementările privind controlul rumegușului și conformitatea cu acestea reprezintă cea mai mare parte a răspunsului la întrebarea frecventă: "De ce avem nevoie de un sistem de colectare a rumegușului?" În majoritatea cazurilor, sistemele de colectare a rumegușului sunt utilizate pentru a respecta standardele de emisie, pentru a proteja împotriva incendiilor și exploziilor dar mai ales pentru a spori siguranța, sănătatea și confortul muncitorilor. Rumegușul poate reacționa cu lucrurile din jurul său și poate, fie să aprindă focul, fie să explodeze. De asemenea, are puterea de a reduce sau de a întrerupe producția, de a afecta sănătatea lucrătorilor și, în general, de a induce probleme. Un sistem industrial de colectare a rumegușului sau un sistem de dimensiuni mai mici protejează lucrătorii, precum și producția.

Expunerea la rumeguș a fost asociată cu probleme de sănătate datorate substanțelor chimice naturale din lemn sau alte substanțe din lemn cum ar fi bacteriile, mucegaiurile sau ciupercile.

Rumegușul este considerat cancerigen pentru om (Grupul 1), potrivit Agenției Internaționale pentru Cercetare a Cancerului (IARC). IARC afirmă că rumegușul provoacă cancer al cavității nazale (zona nasului) și sinusurilor paranazale (spații în interiorul și în jurul cavității nazale) și a nasofaringei (partea superioară a gâtului, în spatele nasului). Rumegușul este, de asemenea, asociat cu efecte toxice, iritații ale ochilor, nasului și gâtului, dermatită și efecte ale sistemului respirator, care includ scăderea capacității pulmonare și reacții alergice. Rumegușul este, de asemenea, o preocupare de siguranță deoarece poate provoca un incendiu sau o explozie.

Rumegușul este creat în toate etapele procesării lemnului, cum ar fi tăierea, rutarea, șlefuirea și alte operațiuni. De asemenea, lucrătorii pot fi expuși atunci când praful ajunge în aer, cum ar fi îndepărtarea prafului din mobilier, activitățile de întreținere sau în cazul curățării echipamentului, de exemplu golirea sacului sau recipientului din sistemul de colectare al rumegușului sau al aspiratorului. De aceea este foarte important să protejăm personalul care lucră într-un atelier și să cunoaștem în totalitate metodele de prevenire și protecție împotriva rumegușului și a particulelor fine de lemn, cum ar fi:

sa aflați ce tip de lemn este folosit și toate pericolele asociate cu acel lemn;

reducerea necesității tăierii sau modelării lemnului;

utilizarea unui sistem de ventilație industrial proiectat corespunzător, care include evacuarea locală a particulelor și utilizarea filtrelor de înaltă eficiență (HEPA);

utilizarea de sculele și lamele ascuțite, uneltele tocite, pot elibera mai mult praf în aer;

expunerea semnificativă să se producă la curățare; golirea rumegușului sau mentenență;

practicarea unei bune gospodăriri; păstrarea suprafețelor și podelelor curate;

citirea, înțelegerea și respectarea informațiilor de sănătate și siguranță în muncă;

furnizarea unei educații și o formare adecvată cu privire la pericolele expunerii la praf;

identificarea problemelor sistemului de ventilație, dacă funcționează în mod corespunzător;

Conform Agenției Europene de Mediu într-un articol din 2016 legat de problema deșeurilor, ele nu reprezintă doar o problemă de mediu, ci și o pierdere economică. În medie, europenii produc 481 de kilograme de deșeuri municipale pe an. O parte din ce în ce mai mare a acestei cantități este reciclată sau transformată în compost, în timp ce o parte mai mică ajunge la depozitele de deșeuri.

Europa generează cantități foarte mari de deșeuri: de alimente și din grădinărit, deșeuri din construcții și demolări, deșeuri miniere, deșeuri industriale, televizoare vechi, mașini vechi, baterii, pungi de plastic, hârtie, deșeuri sanitare, haine vechi și mobilă veche și lista poate continua.

Cantitatea de deșeuri pe care o generăm este strâns legată de tiparele noastre de consum și de producție. Numărul foarte mare de produse care intră pe piață reprezintă o altă provocare. Schimbările demografice, precum creșterea numărului de gospodării alcătuite dintr-o singură persoană, afectează, de asemenea, cantitatea de deșeuri care se generează (de exemplu, ambalarea produselor în pachete mai mici).

Spectrul larg de tipuri de deșeuri și de rute complexe ale tratării deșeurilor (inclusiv cele ilegale) face dificilă obținerea unei imagini complete a deșeurilor generate și a locului în care se află acestea. Există date, deși de calitate variabilă, pentru toate tipurile de deșeuri.

Deseurile din lemn pot avea foarte multe destinatii si pot fi folosite mai mult pentru binele mediului inconjurator decat pentru degradarea lui. Din pacate, infrastructura recuperarii deseurilor din lemn nu este destul de bine optimizata. Se consta că peste tot in Europa, se depoziteaza necorespunzator si se ard ilegal generând poluanti precum dioxina.

Deseurile de lemn reprezintă 29% din deseurile considerate nepericuloase generate de firmele industriale si comerciale cu mai mult de 10 angajați.

– 61% sunt folosite ca materie prima la industria hartiei si panourilor de particule

– 28% sunt folosite ca si combustibil.

– 11% sunt depozitate la rampa de gunoi sau sunt distruse neconform

Daca nu apartin clasei de deseuri periculoase (tratare cu lacuri care contin metale grele), ele pot fi reciclate. Contrar unor idei preconcepute, deseurile din lemn nu sunt gratuite. Ca sa fie valorificate, sunt necesare investitii si consum de energie pentru a fi transformate si folosibile ca materie prima pentru un alt produs sau ca energie.

O alta problema care apare ar fi aceea a fortei de munca. Conform Clasificarii Ocupatiilor din Romania muncitorii necalificati in industria prelucratoare si neclasificati in alta parte, asista doar la activitatea operatorilor de masini si a asamblorilor si efectueaza o varietate de sarcini manuale in industria prelucratoare.

Partea de monitorizare a nivelului de rumegus si executarea operatiunilor dintr-un plan de mentenanta preventiva, cum ar fi golirea recipientului plin cu rumegus, schimbarea filtrelor si curatarea ventilatiei ar putea fi realizate de un muncitor, fie el chiar si necalificat, insa pe langa aspectul financiar, in timp, mai pot aparea si aspecte legate de managementul resurselor umane cum ar fi promovarea sau calificarea si pierderea lui de pe acel post, urmand ca angajatorul sa caute un nou muncitor necalificat care sa preia sarcinile din fisa.

Un articol din Bussines Magazin din Mai 2018 spune ca Romania trece prin cea mai grea criza a fortei de munca din istoria recenta. Salariile fiind cea mai mare problema care genereaza aceasta criza. Dintre statele europene, România a înregistrat cea mai mare creștere procentuală a salariului minim în ultimii 10 ani, de 195%. Chiar si pentru angajarea unui muncitor necalificat este nevoie uneori de externalizarea procesului de recrutare la o firma specializata in acest lucru.

În mod ideal, un sistem de colectare al deșeurilor lemnoase ca cel ilustrat în Figura 1.1, mai ales unul automat, menține aerul în siguranță într-un anumit tip de mediu industrial. Un sistem de colectare al rumegușului funcționează prin utilizarea presiunii în vid pentru a transporta aerul contaminat printr-un sistem etanș, la un punct de colectare printr-o filtrare adecvată.

Figura 1.1: Imaginea unui sistem de colectare al rumegușului într-un atelier de tâmplărie.

(Sursa: https://www.finewoodworking.com/2009/12/01/step-up-to-whole-shop-dust-collection)

Întrucât se presupune că, aproape toate cele de mai sus sunt respectate, adică atelierul este proiectat cu un sistem de colectare al rumegușului si acesta este dimesionat corect, de cele mai multe ori acesta nu este folosit atunci când este nevoie, graba muncitorilor, sau micile ajustări făcute, tind ca sistemele de siguranță să nu fie folosite atunci când se poate ca ele să fie ,,ocolite”, în proiectul de față nu mai rămâne decât ,,forțarea” folosirii sistemului de colectare a deșeurilor lemnoase cu ajutorul unei automatizări care impune aceasta.

În cadrul acestei lucrări este prezentată modalitatea de abordare pentru rezolvarea unei probleme de automatizare a colectării și administrării deșeurilor lemnoase într-un atelier de tâmplărie, în aceste conditii am ales să concep la o scară mai mică o machetă care să demonstreze destul de ușor principiul unui sistem automat care se atașează la un sistem de colectare ale deșeurilor lemnoase deja existent, cu costuri mai reduse și care în urma unei proiectări modulare, pe parcursul utilizării acestuia să poată fi îmbunătățit. Sistemul ar putea fi folosit cu ușurință atât la ateliere mici de tâmplărie în care se pot prelucra ca și hobby piese de mobilier sau decorațiuni unice cât și la ateliere industriale unde se produc în masă diverse produse din lemn. Sistemul se compune dintr-un modul senzor, o trapă automată, și câteva elemente adiționale cum ar fi semnalizare vizuală, avertizare sonoră, etc.

Figura 1.2: Placa de dezvoltare Arduino UNO Rev.3, Componenta centrală a sistemului).

(Sursa: https://store.arduino.cc/arduino-uno-rev3/)

Acest proiect prezintă un posibil model de automatizare a atelierelor la care în mod constant s-a ținut cont de faptul că trebuie să se mențină un cost pe cât posibil redus.Tocmai de aceea s-a luat decizia să se foloseasca pentru comanda sistemului, o placă de dezvoltare cu microcontroller ca cea din Figura 1.2. produsă de Arduino. Utilitatea unui sitem bazat pe un asemenea tip de placă face ca utilizarea și programarea lui să fie destul de simplă, iar sistemul poate fi oricând refolosit în alte scopuri dacă acest lucru este necesar.

În aceste condiții, în continuare Capitolul 2 v-a prezenta un scurt studiu ale soluțiilor disponibile de pe piață , cu avantajele și dezavantajele lor. În Capitolul 3 se va prezenta partea de proiectare și structura hardware, tot aici se va prezenta și partea de implementare, aceasta fiind sub forma unei machete care demonstrează funcționalitatea sistemului descris.

În dezvoltarea viitoare se va dori introducerea unui sistem de monitorizare al calității aerului și un sistem automat de golire a recipientului cu rumeguș și transportarea lui la o mașină de brichetat, aceste lucruri însă vor fi prezentate mai detaliat în Capitolul 4, acolo unde se vor prezenta și concluziile finale acestei lucrări de diplomă.

Capitolul 2

Sisteme industriale de colectare a deșeurilor lemnoase

Introducere

Prelucrarea lemnului descrie o gamă largă de aplicații care generează rumeguș din prelucrarea materialului lemnos. Degroșarea, tăierea, rutarea, frezarea, șlefuirea și strunjirea sunt procese utilizate în multe spații comerciale, industriale și instituționale. Aplicațiile obișnuite precum fabricarea mobilei, formarea profesională în școlile de meserii și chiar departamentele de expediție dintr-o gamă largă de industrii utilizează in mod frecvent paleți și cutii de lemn.

Unele dintre avantajele cheie ale filtrației rumegușului includ protejarea sănătății lucrătorilor și minimizarea eventualei răspunderi pe termen lung, creșterea siguranței instalației, reducerea timpului de mentenanță, fiabilitate îmbunătățită a mașinilor, respectarea reglementărilor și recuperarea materialului pentru o eventuală revânzare / reutilizare.

Figura 2.1: Sistem automat de colectare a deșeurilor lemnoase.

(Sursa: https://en.wikipedia.org/wiki/Dust_collector)

În cadrul acestui capitol se va face o scurtă prezentare a diverselor sisteme automate de colectare ale deseurilor lemnoase disponibile pe piață și de asemenea a modului de funcționare a întregului sistem și a diferitelor echipamente și accesorii disponibile. În aceste condiții se vor analiza modalitățiile în care se poate realiza un sistem dotat cu o trapă automată, modul de funcționare a sistemului și modul în care sistemul poate fi exploatat și îmbunătățit. Un astfel de sistem se poate vedea ilustrat în Figura 2.1

Domenii de aplicare

Un sistem de colectare al rumegușului sau a prafului în general este un sistem de îmbunătățire a calității aerului utilizat în atelierele industriale, comerciale și de producție. Acest lucru se realizează prin eliminarea particulelor din aer și din mediul înconjurător. Sistemele de colectare a prafului lucrează la formula lor de bază prin captură, transmitere și colectare.

În primul rând, praful trebuie capturat. Acest lucru se realizează cu dispozitive cum ar fi capacele de captură pentru capturarea prafului de la sursa de origine. De multe ori, mașina care produce praful va avea un port la care poate fi atașat direct o conductă.

În al doilea rând, praful trebuie transportat. Acest lucru se realizează prin trecerea prafului printr-o trapă, de obicei automată ca în Figura 2.2, la un un sistem de conducte dimensionat corespunzător și distribuit astfel încât să mențină o viteză minimă a aerului necesară pentru a menține praful în suspensie în timpul transportului la dispozitivul de colectare. O conductă de dimensiuni greșite poate duce la decontaminarea materialului în sistemul de transport și înfundarea acestuia.

În cele din urmă, praful este colectat. Acest lucru se realizează printr-o varietate de mijloace, în funcție de aplicație și de praful manipulat. Poate fi la fel de simplu ca un filtru de trecere de bază, un separator ciclonic sau deflectoare de impact. Acesta poate fi, de asemenea, la fel de complex ca un precipitator electrostatic, un sac multistage sau un scruber umed tratat chimic.

Colectoarele de praf sunt utilizate în numeroase procese, fie pentru a recupera solidele granularte valoroase sau pulberi din fluxurile de proces, fie pentru a îndepărta poluanții solizi granulați din gazele de eșapament înainte de a se aerisi în atmosferă.

Figura 2.2: Trape automate pentru sisteme de ventilație și evacuare din industrie.

(Sursa: https://www.ecogate.com/automatic_blast_gates.html)

Colectarea de praf este un proces pentru colectarea continuă a oricărui praf generat de proces din punctul sursă. Colectorii de praf pot avea o singură construcție de unități sau o colecție de dispozitive utilizate pentru a separa pulberile în suspensie de aerul de proces. Ele sunt adesea folosite ca un dispozitiv de control al poluării aerului pentru a menține sau îmbunătăți calitatea aerului. Colectorii de fum sunt utilizați pentru a îndepărta particulele submicrometrice din aer. Acestea reduc sau elimină în mod eficient fluxurile de particule și gaze provenind din multe procese industriale, cum ar fi prelucrarea prin sudură, prelucrarea cauciucului și a plasticului, prelucrarea la viteză ridicată cu lichide de răcire, călire și revenire.

Un sistem industrial de colectare a prafului sau o instalație de dimensiuni mai mici protejează atât lucrătorii, cât și acționarii și conducerea în multe meserii și întreprinderi esențiale, printre care:

Ateliere de sudură și prelucrarea metalelor și a altor produse metalice: sudorii sunt adesea expuși la gaze periculoase și particule în suspensie. Procesele precum sudura sub strat de flux și sudarea cu arc metalic ecranat produc fumul ce conține particule de diferite tipuri de oxizi. Mărimea particulelor în cauză tinde să influențeze toxicitatea fumului, particule cele mai mici care prezintă un pericol mai mare. Acest lucru se datorează faptului că particulele mai mici au capacitatea de a traversa bariera hemato-encefalică;

Ateliere de vopsire: toate materialele de vopsea, în special lacurile, emailurile și solvenții, sunt pericole de incendiu. Într-o cabină de pulverizare, pot exista concentrații ridicate de vapori inflamabili care creează un risc de incendiu, în ciuda sistemelor de ventilație performante menite să mențină concentrațiile de vapori scăzute;

Fabrici de ciment: particlulele de materii fine sunt principala sursă de poluare în etapa de colectare a materiilor prime. Praful de clincher este cea mai mare problemă, iritația pielii produsă de cimentul proaspăt, poate duce la arsuri, la deshidratarea pielii și la apariția crăpăturilor la nivelul epidermei;

Aplicații cu cameră curată: aerul din camera curată trebuie să fie lipsit de potențiali poluanți și se bazează pe o ventilație de înaltă calitate și fiabilă pentru a menține integritatea operațională.

Alegerea unui sistem

Alegerea unui sistem adecvat de colectare al rumegușului poate fi o sarcină descurajantă, cerând proprietarilor de ateliere să cântărească și să echilibreze zeci de variabile pentru a utiliza cât mai bine spațiul, utilajele și bugetul disponibil. Iată câteva considerații generale pentru alegerea sistemului.

Cunoașterea contaminantului și cerințele sistemului

Este important să înțelegeți natura prafului sau al rumegușului în cazul nostru și modul în care procesul îl generează, dacă praful este unul de particule fine sau voluminoase și abrazive, densitatea și caracteristicile de praf influențează puternic tehnologia de filtrare care trebuie aleasă, apoi identificarea faptului că este periculos sau combustibil, pentru aceasta se face o colectare de monstre pentru teste de laborator. În funcție de analiza contaminanților și a proceselor periculoase, reglementările pot să dicteze un stil colector, o dimensiune, o locație fizică și un echipament de reducere a pericolelor necesare procesului. Prafurile toxice – sarea de exemplu – poate necesita modificări ale echipamentelor, cum ar fi straturile rezistente chimic, vopselele epoxidice sau componentele din oțel inoxidabil.

Identificarea locului în care se produce praful. Dacă este o singură stație de depozitare a sacilor, localizarea unui colector de praf în punctul de utilizare lângă echipament poate fi o opțiune viabilă. Dacă procesul de manipulare a materialelor pe scară largă care generează un volum semnificativ de praf de-a lungul mai multor puncte, un colector de praf centralizat situat în afara instalației dvs. poate fi mai adecvat.

Estimarea cantității de material care se generează – fie în kilograme pe zi, fie pe metri cubi pe zi. Aceasta măsurare determină necesitățile de încărcare cu praf. Volumul joacă un rol imens în conducerea modelului colectorului de praf, a dimensiunii și a echipamentului auxiliar.

Frecvența procesului generator de praf ar putea afecta alegerea sistemului de colectare a prafului. De exemplu, dacă în proces există o stație de depozitare a sacilor, la care un angajat îndepărtează o pungă de deșeuri la fiecare două ore, un colector de praf intermitent ar putea fi adecvat. De asemenea, mai multe stații individuale care operează în același timp pot fi manipulate mai bine de un sistem central mai mare de colectare a prafului.

Alegerea tehnologiei adecvate

Sistem cu cartușe: Folosit pentru particule mai fine, care necesită un mediu de mare eficiență și funcționare continuă. Aceste colectoare versatile pot fi utilizate pentru aplicații centralizate sau în puncte de utilizare și pot fi amplasate fie în interior, fie în exterior

Sistem cu saci: Folosiți pentru aplicații cu încărcare mare sau cu volum mare. Materialul unor saci de colectare este mai favorabil aplicațiilor provocatoare, cum ar fi temperaturile ridicate, umiditatea și rezistența chimică. Acest echipament mai mare este situat, de obicei, în aer liber, și vine într-o varietate de mecanisme de curățare.

Sistem ciclon: O separare ciclonică este o metodă de îndepărtare a particulelor dintr-un flux de aer, gaz sau lichid, fără utilizarea de filtre, prin separarea turbionară. Această tehnologie este ideală pentru nevoile de colectare a desșurilor lemnoase sau porice proces cu particule mai mari, unde este necesar un design compact și o întreținere ușoară.

Cu fiecare tehnologie a sistemului de colectare a prafului, ca în Figura 2.3 există în mod obișnuit mai multe opțiuni de filtrare disponibile. Selectarea mediilor de filtrare adecvate poate fi la fel de importantă ca și tehnologia echipamentului, având posibilitatea alegerii dintre mediile de fibre fine de înaltă performanță, mediile standard (de obicei, simțite sau celuloză) sau alte medii de specialitate.

Figura 2.3: Sisteme de filtrare al aerului contaminat cu praf.

(Sursa: https://en.wikipedia.org/wiki/Dust_collector)

Locația și spațiul disponibil

Localizarea și dimensiunile colectorul de praf depind de natura și volumul contaminantului. O analiză a pericolelor de proces poate dicta locul în care se află echipamentul – în interiorul sau în afara instalației ca în Fingura 2.4. În funcție de contaminantul controlat, este posibil ca opțiunile precum recircularea aerului curat către instalație și anumite echipamente auxiliare să nu fie fezabile. De asemenea, dacă este o pulbere sensibilă la umezeală, se va dori evitarea la expunere de schimbări de temperatură, deoarece aceasta ar putea cauza condensarea. Fluctuațiile de temperatură, în special în primăvară și în toamnă, pot modifica proprietățile prafului, caz în care cea mai bună soluție ar putea fi un colector de interior care utilizează aer condiționat pentru a menține produsul uscat și curat.

Pe măsură ce se evaluează instalația, trebuie avută în vedere și sursa de alimentare cu energie electrică existentă.

Calcularea costurile totale

O considerație finală, dar importantă, este costul. Un sistem de colectare a prafului poate fi o investiție de capital costisitoare, mai ales când se adaugă echipament de combatere a prafului, combustibil, panouri de comandă, ventilatoare, trape automate sau alte dispozitive auxiliare. Cu toate acestea, este importantă examinarea costurilor operaționale totale pe durata vieții sistemului care includ costurile energiei, costurile de înlocuire ale filtrului și costurile de întrerupere.

Figura 2.4: Sisteme tip ciclon în afara și în interilorul atelierului.

(Sursa: http://www.vladirom.eu/categorii-principale-produse/tratare-aer/)

Modul de funcționare al automatizării

Automatizarea dorită a unui sistem de colectare al rumegușului și a altor deșeuri lemnoase funcționează bazânduse pe câteva trape de ventilatie, care se deschid atunci când echipamentul la care sunt atașate este pornit și se închid atunci cand acesta este deconectat. Această inchidere și deschidere a trapelor se bazează pe un senzor de curent atașat echipamentului.

Trapele de ventilare sunt supape de închidere utilizate pentru a focaliza presiunea de aspirație a sistemului de colectare a prafului pentru extracția maximă a prafului sau în cazul nostru rumeguș în locația dorită. Trapele de ventilație sunt poziționate în apropierea unor utilaje individuale și funcționează prin blocarea debitului de aer în mod automat. Atunci când se deschide o poartă de scurgere, toată aspirația disponibilă este focalizată în acea locație, maximizând cantitatea de material colectat.

Este foarte important de rețiunt că în instalațiile de colectare a prafului mai mari, cu mai multă putere disponibilă, pot fi deschise simultan mai multe trape, fără a dăuna capacitatea colectării în celelalte locații individuale deschise. De fapt, unele sisteme sunt atat de puternice încât cel puțin o poartă de sablare trebuie să fie deschisă tot timpul, sau sistemul se poate defecta.

În figura 2.5 se poate observa o trapă profesională care poate fi comandată electronic atât manual, cu o telecomandă sau un comutator, cât și automat cu ajutorul unui sistem inteligent de comandă. Această trapă fiind doar o componentă a sistemului, pe langă aceasta mai există cum am mai menționat, telecomenzi, senzori și controllere, toate acestea folosind tehnologie wireless.

Figura 2.5: Trapă automată pentru sistemul de colectare al rumegușului iVAC Switch..

(Sursa: https://ivacswitch.com/ivac-pro-blast-gate/ivac-pro-blast-gate-versions/)

Observații privind sistemele analizate

În urma analizei sistemelor de colectare a prafului în general și a deșeurilor lemnoase s-a ajuns la concluzia că pentru proiectarea adecvată a unui astfel de sistem trebuie avute în vedere următoarele considerații:

Sistemul trebuie să aibă ca element central un sistem de comandă bine gândit și structurat astfel încât să corespundă cerințelor cerute dar, în același timp trebuie avut în vedere faptul că sistemul trebuie să funcționeze fără prea multă intervenție umană, ceea ce ar trebui să îl facă mai sigur și să limiteze sau să elimine erori umane.

Sistemul trebuie sa fie ușor de realizat și utilizat. Pentru aceasta atât partea mecanică a trapelor, partea de monitorizare a nivelului de deșeu din recipientul de colectare și partea de afișaj și semnalizare trebuie să asigure un minim nivel de confort și să fie cât mai ușor de întreținut și prietenoasă cu utilizatorul.

Sistemul trebuie proiectat în așa fel încăt să fie modular. Este nevoie de așa ceva datorită faptului că nevoile dintr-un atelier se pot schimba și pot apărea mai multe echipamente sau sisteme de monitorizare care ar trebui să fie atașate sistemului.

Nu în ultimul rând sistemul trebuie să fie proiectat astfel încât să fie cât mai puțin costisitor atât din punct de vedere al componentelor acestuia cât și întreținerea lui, ba chiar să genereze și profit.

Avantajele sistemelor analizate în acest capitol cuprind în totalitate considerațiile de mai sus și chiar multe altele printre care posibilitatea de a achiziționa piese de schimb, actualizări de soft și chiar posibilitatea de a apela și beneficia de suportul tehnic al producătorului.

Printre dezavantaje se numară faptul că de cele mai multe ori intervin intermediari în procesul de achiziție a sistemului și chiar ale pieselor de schimb, lucru care duce de cele mai multe ori la pierderi de timp și cu siguranță la costuri mult mai ridicate decât sunt deja .

Capitolul 3

Proiectarea Sistemului

Introducere

Proiectarea sistemului automat de colectare a deseurilor lemnoase pornește de la premisele deduse în capitolul anterior. Așa cum s-a stabilit la partea teoretică a lucrării, modelul sistemului este format din partea primară care simulează procesul propriu-zis, de deschidere a trapelor individual si monitorizarea nivelului de rumegus din recipientul de depozitare, și partea secundară care se ocupă de interfața om-mașină a sistemului precum afisajul si partea de avertizare.

Figura 3.1: Schema bloc a sistemului.

Schema bloc a unui astfel de sistem se poate vedea în figura 3.1. Trapa este acționată de un motor care permite inchiderea si deschiderea acesteia în funcție de datele primite de sistemul cu microcontroller și care mai departe acționează diferite alte sub-sisteme de semnalizare și avertizare.

Pentru realizarea modelului întregului sistem au fost respectate următoarele etape:

alegerea părții electromecanice (compatibil cu– Arduino UNO R3);

proiectarea și realizarea părții electronice;

proiectarea și implementarea părții software;

testarea sistemului.

Acești pași sunt executați în cadrul activității de proiectare a unui astfel de sistem. În cele ce urmează se va face o prezentare detaliată a acestor patru etape urmărite pe durata proiectării și realizării sistemului.

Alegerea partii electromecanice

Pentru alegerea părții mecanice și de acționare electrică, practic mecanismul de acționare al trapelor, pe piață există diverse soluții, producători și importatori. Prețurile variază destul de mult după diverse caracteristici iar un preț minim pentru o trapa automata ca in figura 3.2 este situat undeva în jurul a 110-120 USD doar pentru trapa propriu-zisa, fara a lua in calcul sistemul de comanda sau accesoriile precum senzori sau telecomenzi.

Pe piata mai sunt si alti producatori ce prezinta trape mai ieftine, insa de cele mai multe ori acestea fie nu sunt automatizate, fie sunt automatizate partial cee ace inseamna un efort in plus, depus de operator in utilizarea acesteia.

Figura 3.2: Trapa automata pentru sistemul de colectare al rumegusului GrnGATE.

(Sursa: http://grngate.com/?attachment_id=507/ )

In sistemul de fata am ales sa continuam cu un design propriu de trapa care este actionata de un microservomotor, care sa fie realizata dintr-un plastic, placa de acrilic de exemplu sau chiar placaj. In figura 3.3 este reprezentata o ilustratie grafica a proiectarii trapei si miscarea pe care o executa aceasta pentru a e dechide si inchide.

Figura 3.3: Ilustratie grafica trapa automata. Proiectare realizata in Autodesk Fusion 360

Trapa este in asa fel proiectata sa foloseasca un mecanism biela-manivela, care sa gliseze o usa si sa deschida calea fluxului de aer pentru a capta deseurile lemnoase de la utilajul la care a fost montata.

Mecanismul bielă-manivelă transformă mișcarea de rotație în mișcare de translație și/sau invers. Cel mai frecvent mecanism de acest gen il intalnim în motoarele cu ardere internă. În acest caz mișcarea de translație liniară a pistonului este transferată către bielă și se convertește în mișcare circulară a ), in cazul nostru miscarea de rotatie produsa de microservomotor este transferata usii si se converteste in miscare de translatie.

Figura 3.4: Schita (.dwg) pozitiei deschisa/inchisa a trapei

Alegerea părților componente

Pentru partea de comandă a sistemului proiectat vom avea nevoie de mai multe module. Alegerea lor va fi prezentata in subcapitolele urmatoare precum si motivele alegerii lor.

Unitatea de comanda

Unitatea de comandă utilizată este formată dintr-o placă de dezvoltare de tip Arduino UNO R3 bazată pe microcontrolerul ATmega328/p, menționată și în celelalte capitole și detaliată în figura 3.5.

Datorită simplității și accesibilității sale, Arduino a fost utilizat în mii de proiecte și aplicații diferite. Software-ul Arduino este ușor de folosit pentru începători dar suficient de flexibil pentru utilizatorii avansați, rulează pe diferite platforme: Mac, Windows și Linux. Profesorii și studenții îl folosesc pentru a construi instumente științifice ieftine, pentru a dovedi principiile chimiei și fizici sau pentru a introduce programarea și robotica. Există multe alte microcontrollere și platforme de microcontrollere disponibile. Parallax Basic Stamp, Netmedia BX24, Phidget, MIT Handyboard și multe altele ce oferă funcționalități similare. Arduino simplifică de asemenea procesul de lucru cu microcontrollere dar oferă și alte avantaje precum:

Cross-Platform: Software-ul Arduino rulează pe sistemele de operare Windows, Macintosh și Linux, majoritatea celorlalte sisteme fiind limitate la sistemul de operare Windows produs de către Microsoft.

Software Open Source și extensibil: Software-ul Arduino este publicat ca și instrument Open Source, disponibil pentru extensie de către programatori experimentați. Limbajul poate fi extins prin bibiliotecile C++ iar cei ce doresc să înțeleagă detaliile tehnice pot face saltul de la Arduino la limbajul de programare AVR C pe care acesta se bazează.

Hardware Open Source și extensibil: Schițele plăcilor Arduino sunt publicate sub licență Creative Commons astfel încât designerii de circuit experimentați pot să producă propria lor versiune a modulului, să o extindă și să o îmbunătățească.

Ieftin: plăcile Arduino sunt relativ ieftine în comparație cu alte platforme de microcontroller. Versiunea cea mai puțin costisitoare a modulului Arduino poate fi asamblată manual, iar modulele Arduino pre-asamblate costă mai puțin de 100 RON.

Figura 3.5: Arduino UNO R3 dispunere pini

(Sursa: http://forum.arduino.cc/index.php?topic=146315.0)

Componenta principală a plăcii de dezvoltare Arduino Uno R3 este microcontroller-ul Atmel picoPower ATmega328/P, figura 3.6, un CMOS de putere redusă de 8 octeți, microcontroller bazat pe arhitectura RISC îmbunătățită de către AVR. Executând instrucțiuni puternice într-un singur ciclu de ceas, Atmega328/P realizează transferuri apropiate de 1 MIPS per MHz. Acest lucru permite proiectanțiilor să optimizeze dispozitivul pentru consumul de energie față de viteza de procesare. Miezul Atmel AVR combină un set bogat de instrucțiuni cu 32 de registre de lucru cu scop general. Toate cele 32 de registre sunt conectate direct la unitatea aritmentică și logică (ALU), permițând accesarea a două registre independente într-o singură instrucțiune 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 convenționale.

Modelul Atmega328/O oferă următoarele caracteristici: 32 Kilobiți de memorie flash programabilă cu capabilități Read-While-Write, 1 Kilobit EEPROM, 2 Kilobiți SRAM, 23 de linii I/O (Intrări/Ieșiri), 32 de registre de lucru cu scop general, Real Time Counter (RTC), trei timere/contoare flexibile cu moduri de comparație, un timer Watchdog programabil cu oscilator intern, un port serial SPI și șase moduri selectabile de economisire a energiei:

Modul IDLE oprește CPU-ul permițând în continuare funcționarea SRAM, Timere/Contoare, portul serial SPI și a sistemului de întreruperi.

Modul Power-Down salvează conținutul regiștriilor, dar blochează oscilatorul, dezactivând toate celălalte funcții ale CIP-ului până la următoarea întrerupere sau resetare hardware.

Modul Power-Save, în acest mod cronometrul asincron continuă să funcționeze, permițând utilizatorului să mențină o bază de temporizare în timp ce restul aparatului doarme.

Modul ADC Noise Reduction oprește CPU-ul și toate modulele I/O cu excepția cronometrului asincron și a ADC-ului pentru a minimiza zgomotul de comutare în timpul conversiilor ADC.

Modul Standby, în acest mod cristalul/resonatorul oscilatorului funcționează în timp ce restul aparatului este in sleep – acest lucru permite pornirea foarte rapidă combinată cu un consum de curent redus.

Modul Extended Standby, în acest mod atât oscilatorul principal cât și cronometrul asincron continuă să funcționeze.

Figura 3.6: Schema bloc – microcontroller-ul Atmel picoPower ATmega328/P

Arduino UNO R3 oferă 14 intrări/ieșiri digitale (din care 6 pot fi utilizate ca ieșiri PWM (Pulse-Width Modulation), 6 intrări analogice și un port serial. De asemenea, conține un oscilator de 16 MHz, o conexiune USB precum și o intrare de tip jack pentru o sursă de alimentare externă ce asigură o putere de alimentare mai mare față de alimentarea prin USB.

Pinii digitali sunt bidirecționali, sensul de circulație al datelor (de intrare sau ieșire) realizându-se prin folosirea funcțiilor pinMode() pentru stabilirea direcției de circulație a informației, digitalRead() pentru citirea unei intrări digitale, respectiv digitalWrite() pentru scrierea unei ieșiri digitale. Fiecare pin acceptă un curent de maxim 20mA.

O parte din pini sunt realizați astfel încât să poată realiza și funcții standard speciale:

Porturi seriale (R-reciver, T-transmitter):

0 (RX) și 1 (TX). Pentru a primii (RX) și a transmite (TX) TTL date seriale. Acești pini sunt conectați la pinii corespunzători ai cipului Atmega8U2 USB-la-SSL Serial.

Întrerupătoare externe (funcția folosită pentru întreruperi este attachIntreruupt()):

2 (întrerupe 0);

3 (întrerupe 1);

SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Acești pini suportă protocolul de comunicare SPI, care, momentan, deși are oferit suport hardware, nu este inclus în limbajul de programare folosit de Arduino;

LED 13: este un LED încorporat pe plăcuța de dezvoltare, conectat totodată la pinul digital 13. Când pinul ia valoarea 1 logic LED-ul este aprins;

TWI: A4 (SDA) și A5 (SCL). Suportă comunicarea TWI utilizând biblioteca Wire.

Pe lângă intrările/ieșirile digitale, Arduino UNO R3 oferă și 6 pini analogici fiecare cu o rezoluție de 10 biți, rezultând 1024 valori diferite.

Alimentarea sistemului – placa de dezvoltare poate fi alimentată atât prin intermediul USB, cât și prin intermediul unei surse externe de putere. Sursa de putere este selectată în mod automat. La rândul ei, sursa externă de alimentare poate fii atât o sursă dotată cu o punte pentru a redresa curentul alternativ în curent continuu, cât și o baterie. Sistemul poate fi alimentat extern, la o tensiune cuprinsă între 7 și 20 V. Nu se recomandă utilizarea unei tensiunii mai mici de 7V pentru sursa externă deoarece tensiunea la bornele pinilor microcontrolerului ar putea să scadă sub 5 V. Acest lucru se întâmplă din cauza electronii folositi pentru stabilizarea nivelului de tensiune.

Memoria – Atmega328/P ce stă la baza Arduino-ului are o memorie flash de 32kB utilizată la stocarea codului sursă (dintre care 8kB sunt rezervați pentru bootloader), 2kB SRAM și 1KB de EEPROM (pentru scrierea acestei memorii se folosește librăria EEPROM).

Programarea microcontrollerului se face cu ajutorul pachetului software oferit de către Arduino cel din figura 3.7, mai exact Arduino IDE (eng. Integrated Development Environment) ce conține un editor de text pentru scrierea de coduri, o zonă de mesaje, o consolă de text, o bară de intrumente cu butoane pentru funcții comune și o serie de meniuri; se conectează la hardware-ul Arduino și Genuino pentru a încărca programe și pentru a comunica cu ele.

Figura 3.7: Software Arduino IDE

(Sursa: https://www.arduino.cc/en/Main/Software )

Programele scrise folosind software-ul Arduino IDE sunt numite schițe (en. Sketches). Acestea sunt scrie în editorul de text și sunt salvate cu extensia .ino (începând cu versiunea 1.0).

Editorul are caracteristici pentru tăiere/lipire și pentru căutarea/înlocuirea textului. Zona de mesaje oferă feedback în timp ce salvează și exportează iar în același timp afișează erorile. Consola afișează textul de output de către Arduino IDE, inclusiv mesaje de eroare complete și alte informații. Colțul din dreapta jos al ferestrei afișează placa și portul serial configurat.

Arduino IDE folosește compilatorul gcc (eng. GNU Compiler Collection) înfășurat într-un mod non-standard deoarece nu se utilizează nici un makefile. Deci, suportă limbajul de programare C/C++. Componentele limbajului de programare Arduino pot fi consultate în figura 3.8. Există un singur fișier .ino per proiect sau schiță care este pre-procesat de către IDE în sine, care dealtfel este scris în Java, și transformat într-un fișier .cpp; Pre-procesarea este întradevăr foarte limitată, se adaugă un antet și un cod. Apoi acest fișier împreună cu celălalte fișiere sursă din interiorul directorului unde fișierul .ino se află, sunt copiate într-un folder temporar unde fiecare cod sursă .cpp este compilat singular (compilatorul fiind lansat de către Arduino IDE) și legat. Toate fișierele sunt întotdeauna re-compilate și nu există nici o încercare de a nu compila un fișier care nu s-a schimbat după ultima compilare. Există o propietate a IDE-ului numită verbose care poate fi activată pentru a urmări toată această activitate de compilare în fereastra de consolă a IDE-ului Arduino.

În timp ce Arduino-ul nostru nu poate rula coduri scrise în alte limbaje de programare este posibil să utilizăm spre exemplu Python pentru a comunica cu dispozitivul prin intrarea serială a acestuia.

Tabelul 3.8: Componentele limbajului Arduino IDE

Dintre toate componentele specificate mai sus, amintim câteva structuri, variabile și funcții ce au fost folosite la programarea unității de comandă pentru sistemul de acces controlat iar astfel se poate observa și asemănarea cu C/C++:

Rezultatul unei instrucțiuni cu un operator de comparare este fie adevărat, fie fals:

x == y (x este egal cu y)

x != y (x nu este egal cu y)

Când citim sau scriem pe un pin digital există doar două valori posibile:

HIGH

LOW

pinMode (pin, mode): configurează pinul specificat pentru a se comporta fie ca o intrare (INPUT) fie ca o ieșire (OUTPUT); pin reprezintă numărul pinului care se folosește.

digitalWrite (pin, value) – atribuim o valoare (HIGH sau LOW) unui pin digital.

input_pullup – monitorizează starea unui switch/buton prin stabilirea unei comunicări seriale între Arduino și PC prin USB.

Serial.println(“Mesaj”) – afișează pe monitorul serial un mesaj presetat

Serial.begin(9600) – pentru a începe comunicația serială cu PC-ul prin USB

Interfața om-mașină a sistemului este asigurată de către monitorul serial (Arduino Serial Monitor) din software-ul Arduino IDE menționat și descris mai sus si ilustrat in figura 3.9. Monitorul serial poate fi de mare ajutor la depanarea schițelor, controlul Arduino-ului de la tastatura unui PC sau afișarea diferitelor mesaje și output-uri dintr-un program.

Monitorul serial este o fereastră de tip pop-up separată care acționează ca un terminal separat ce comunică prin primirea și transmiterea datelor seriale. Datele seriale sunt trimise printr-un singur fir (dar, de obicei, în cazul nostru este transmis prin USB) și constră într-o serie de 1 și 0-uri trimise prin fir. Datele pot fi transmise în ambele direcții.

Figura 3.9: Arduino IDE Serial Monitor pe COM1 (USB)

În telecomunicații și transmisii de date, comunicarea serială este procesul de trimitere a datelor bit cu bit, secvențial, pe un canal de comunicație sau pe o magistrală de date. Acest lucru este în contrast cu comunicarea paralelă, unde mai mulți biți sunt trimiși în ansamblu pe o legătură cu mai multe canale paralele.

Comunicarea serială este utilizată pentru toate comunicațiile pe distanțe lungi și pentru majoritatea rețelelor de calculatoare, unde costurile cablurilor și costurile de sincronizare fac comunicarea paralelă impractică.

Comunicațiile seriale devin din ce în ce mai întâlnite chiar și la distanțe mai scurte, deoarece îmbunătățirea integrității semnalului și a vitezei de transmisie în noile tehnologii seriale au început să depășească avantajul simplificării magistralei paralele și să depășească dezavantajele sale. Legăturile de comunicare pe care computerele – sau părți ale computerelor – le folosesc sunt fie seriale fie paralele, figura 3.10. O legătură paralelă transmite simultan mai multe fluxuri de date de-a lungul mai multor canale (de exemplu fire sau circuite imprimate). În timp ce o legătură serială transmite numai un singur flux de date. Deși o legătură serială poate părea inferioară celei paralele deoarece transmite mai puține date pe un ciclu de ceas, adesea este cazul în care legăturile seriale pot fi mai rapide decât cele paralele. Mai mulți factori contribuie la o dezvoltare mai rapidă a comunicației seriale precum:

crosstalk-ul (interferența între două canale) este o problemă minoră în cazul comunicării seriale, deoarece există mai puțini conductori în proximitate.

în multe cazuri, comunicarea serială este mai ieftină de implementat, multe circuite integrate au interfețe seriale spre deosebire de cele paralele astfel încât au și mai puțini pini și prin urmare costul de fabricare este mai mic.

legătură serială necesită mai puține cabluri de interconectare (de exemplu fire sau fibre optice) și prin urmare ocupă mai puțin spațiu; spațiul suplimentar permite o izolare mai bună a canalului de interferențe.

Figura 3.10: Comunicatia seriala si paralela

(Sursa: https://www.quantil.com/content-delivery-insights/content-acceleration/data-transmission/)

De-a lungul anilor, zeci de protocoale seriale au fost create pentru a satisface nevoile specifice ale sistemelor încorporate. USB (magistrala serială universală) și Ethernet, sunt câteva dintre cele mai cunoscute interfețe seriale computerizate. Alte interfețe seriale foarte frecvente sunt SPI și I2C. Fiecare dintre aceste interfețe seriale poate fi sortată într-una din cele două grupuri: sincronă sau asincronă. O interfață serială sincronă împerechează întotdeauna liniile de date cu un semnal de ceas, astfel încât toate dispozitivele de pe o magistrală sincronă împart un ceas comun. Acest lucru conduce la un transfer mai direct, adesea mai rapid dar necesită cel puțin un cablu suplimentar între dispozitivele de comunicare. Exemple de interfețe sincrone includ SPI și I2C.

Asincron înseamnă că datele sunt transferate fără suport de la un semnal de ceas extern. Această metodă de transmisie este perfectă pentru minimizarea firelor necesare și a pinilor de intrare/ieșire (I/O), dar înseamnă că trebuie făcute eforturi suplimentare pentru a transfera și primi datele în mod fiabil. Este atât de comună încât atunci când majoritatea oamenilor spun "comunicare serială", ei vorbesc despre acest protocol, asincron. Protocolul serial fără ceas este utilizat pe scară largă în electronica încorporată, dacă dorim să adăugăm un modul GPS, unul Bluetooth, un LCD serial sau multe alte dispozitive externe practic vorbim de protocolul serial fără ceas (asincron).

Protocolul serial asincron are un număr de reguli încorporate – aceste reguli sunt defapt mecanisme care ajută la asigurarea unui transfer de date robust și fără erori. Aceste mecanise sunt:

Biții de date;

Biții de sincronizare;

Paritatea;

Rata de transfer.

Figura 3.11: Pachet de date

Prin varietatea acestor mecanisme de semnalizare vom descoperii că nu există o modalitate singulară de a transmite datele serial. Protocolul este extrem de configurabil, partea critică este aceea de a ne asigura că ambele dispozitive sunt configurate să folosească același protocol.

Rata de transfer specifică cât de repede sunt trimise datele printr-o linie serială; deobicei această valoare fiind exprimată în bps (biți pe secundă). Ratele de transfer pot fi setate la orice valoare în limita rezonabilului – singura cerință este ca ambele dispozitive să funcționează la aceeași rată. Una dintre cele mai frecvente rate de transfer, în special pentru lucruri simple în care viteza nu este critică, este de 9600 bps (octeți pe secundă). Alte viteze standard sunt: 1200, 2400, 4800, 19200, 38400, 57600 și 115200. Cu cât este mai mare rata de transfer cu atât datele sunt transmise/primite mai rapid, dar există anumite limite la care datele pot fi transmise. De obicei, nu veți vedea viteze care depășesc 115200 bps (octeți pe secundă) – este destul de rapid pentru majoritatea microcontrollelor iar ridicând viteza prea mult vom începe să vedem erori atunci când datele sunt primite deoarece ceasurile și perioadele de eșantionare nu pot ține pasul. Fiecare bloc (de obicei un octet) de date transmise este de fapt trimis într-un pachet de date sau cadru de biți. Cadrele sunt create prin adăugarea de biți de sincronizare și biți de paritate la datele noastre la fel ca in figura 3.11.

Partea cea mai importantă a fiecărui pachet serial sunt datele transportate. Cantitatea de date pe care fiecare pachet o poate transmite poate fi setată la orice valoare între 5 și 9 octeți, mărimea standard a unui pachet de date este de 8 octeți dar și celălalte valori au utilitatea lor; un pachet de date pe 7 octeți poate fi mai eficient decât unul pe 8 mai ales dacă transferăm doar caractere ASCII care sunt pe 7 octeți.

Biții de sincronizare sunt doi sau trei octeți speciali transferați cu orice pachet de date serial, ei sunt octeții de start și octeții de sfârșit, acești octeți marcând începutul și sfârșitul unui pachet. Octetul de start este indicat de o linie de date inactivă care merge de la 1 la 0 în timp ce bitul de oprire va trece înapoi în starea inactivă, ținând linia la 1.

Dispozitive de intrare

In introducerea acestui capitol am stabilit ca dorim sa cream un proces automat de colectare al deseurilor lemnoase, ca urmare trebuie sa avem o metoda de detectie a functionarii echipamentului care produce rumegus, spre exemplu un fierastrau circular, un abric, un strung de lemn sau chiar o masina de slefuit si o metoda de monitorizare a nivelului de deseu din recipientul de colectare.

Pentru partea de detectie a pornirii sau opririi al utilajului generator de deseu lemnos, am ales sa folosim un senzor de curent care are la baza efectul Hall.

Senzorul ACS712 oferă soluții economice și precise pentru detectarea curentului alternativ sau curentului continuu în domeniul industrial, comercial, și in sistemele de comunicații. Pachetul dispozitivului ca cel din figura 3.12 permite o implementare ușoară de către client. Aplicații tipice includ controlul motorului, detectarea și gestionarea sarcinii, modul de comutare la surse de alimentare și protecție împotriva defecțiunilor la supracurent.

Figura 3.12: Dispunere pini senzor ACS712

Constructiv, senzorul Hall este o plăcuță paralelipipedică foarte subțire din material semiconductor, purtător de sarcini pozitive și negative. Efectul Hall în plăcuță depinde nu numai de concentrația electronilor și golurilor, dar și de mobilitatea acestora.

Efectul Hall este un efect galvanomagnetic , acest efect constă în apariția unui câmp electric transversal (denumit câmp electric Hall EH) și a unei diferențe de potențial într-un metal sau semiconductor parcurse de un curent electric, atunci când ele sunt introduse într-un câmp magnetic, perpendicular pe direcția curentului.

Fie că este vorba de conductori metalici sau de semiconductori, tensiunea Hall poate să întrețină într-un circuit exterior un curent electric, ceea ce permite realizarea de generatoare Hall. De asemenea, efectul Hall poate fi folosit pentru măsurarea câmpurilor magnetice, obținându-se traductorii Hall.

Senzorii pe baza efectului Hall sunt folosiți pentru a măsura:

Câmpurile magnetice;

Intensitatea curenților electrici: senzori de curent.

Senzorii de poziție fără contact, utilizată mai ales în automobile, pentru detectarea poziției față de un ax de rotație (cutie de viteze, …).

Senzori Hall în sistemele de măsurare a vitezei în transportul feroviar.

Senzori Hall sub tastatura instrumentelor muzicale moderne (organe, organe digitale, sintetizatoare), evitându-se astfel uzura, care este des întâlnită la comutatoarele electrice convenționale.

Monitorizarea nivelului de rumegus si deseuri lemnoase din recipientul de colectare al acestuia se va face montand un senzor de distanta in partea superioara a recipientului. Am ales ca senzorul sa fie unul care sa se bazeze pe locatie acustica.

Senzorii de locație acustici au calități superioare celor optici impunându-se într-o serie de aplicații. Acești senzori sunt recomandabili la aplicații în medii gazoase și în condiții grele sau care exclud utilizarea fenomenului optic printre care prezența aburilor, prafului sau perturbații optice de la sudură prin arc electric.

Senzorul ultrasonic HC-SR04 este unul dintre cei mai populari și ușor de utilizat senzori de distanță. Este compatibil cu Arduino și prezintă câteva avantaje față de senzorii de distanță analogici: necesită doar pini I/O digitali si are imunitate mai mare la zgomot. Acesta are o precizie de 3mm și măsoară la un unghi de 15˚.

Senzorul emite o unda ultrasonica de 40.000 Hz care călătorește prin aer pana când atinge un obstacol, unda este reflectata si apoi detectata de receptor, timpul in care unda parcurge traseul descris este luat ca bază pentru calcularea distanței

Figura 3.13: Dispunere pini senzor HC-SR04

Modulul HC-SR04 cu ultrasunete are 4 pini prezentati in figura 3.13, GND, VCC, Trig și Echo. Conectorii de la GND și VCC ai modulului trebuie să fie conectați la pinii de la GND și cei de 5 volți de pe placa Arduino, respectiv pinii de Trig și Echo la orice pin digital I / O de pe placa Arduino.

Figura 3.14: Diagrama semnale sonore senzor HC-SR04

(Sursa: https://forum.arduino.cc/index.php?topic=507194.0)

Pentru a genera ultrasunetele trebuie să setați pinul Trig high timp de 10 μs ca in figura 3.14. Aceasta va trimite 8 cicluri sonice care vor călători cu viteza sunetului și vor fi recepționate în pinul Echo. Pinul Echo va scoate timpul, în microsecunde, unde au fost transmise undele sonore.

Modul receptor IR cu telecomanda. Comunicatia infraroșu (IR) este utilizata pe scara larga și ușor de implementat in tehnologia fără fir, care are multe aplicații utile. Cele mai proeminente exemple din viata de zi cu zi sunt telecomenzile, senzorii de miscare si termometrele cu infrarosu. Un sistem tipic de comunicare în infraroșu necesită un transmițător IR și un receptor IR. Transmițătorul arată exact ca un LED standard, cu excepția faptului că produce lumină în spectrul IR în locul spectrului vizibil.

Receptorul IR este o fotodiodă și un pre-amplificator care convertește lumina IR într-un semnal electric. Receptoarele diode IR arata de obicei ca in figura de mai jos.

Figura 3.15: Dispunere pini Modul Receptor IR 1838b

Lumina IR este emisă de becuri, de soare, și de orice altceva care produce căldură. Asta înseamnă că există zgomot de lumină IR în jurul nostru. Pentru a preveni ca acest zgomot să interfereze cu semnalul IR, este utilizată o tehnică de modulație a semnalului.

În modularea semnalului IR, un codificator de pe telecomandă convertește un semnal binar într-un semnal electric modulat. Acest semnal electric este trimis la LED-ul de transmisie. LED-ul de transmisie convertește semnalul electric într-un semnal IR iar receptorul IR demodulează semnalul luminos IR și îl convertește înapoi în binar înainte de a transmite informațiile către un microcontroler.

De fiecare dată un buton de pe telecomandă este apasat, este generat un cod unic hexazecimal. Această informație este modulată și trimisă prin IR către receptor. Pentru a descifra ce tastă este apăsată, modulul de recepție trebuie să știe ce cod corespunde fiecărei taste de pe telecomandă.

Tiparul în care semnalul IR modulat este convertit în binar este definit printr-un protocol de transmisie IR precum Sony, Matsushita, NEC și RC5.

Dispozitive de iesire

Dispozitivele de iesire folosite in acest proiect se pot clasifica in doua categorii, cele pentru afisare si avertizare si cele care sunt implicate in actionarea trapelor adica microservomoroarele mentionate la inceputul capitolului.

Pentru a stabili o bună comunicare între operator și sistemul automat, unitățile de afișare joacă un rol important. Și astfel sunt o parte importantă a sistemelor încorporate. Unitățile de afișare – mari sau mici, lucrează pe același principiu de bază. Pe lângă unitățile de afișare complexe precum afișajele grafice și dispozitivele 3D, trebuie să luam in considerare lucrul cu afișaje simple, cum ar fi unitățile de 16×1 și 16×2.

Afisajul LCD 1602 va avea 32 de caractere în total 16 in prima linie și alte 16 pe linia a doua. Aici trebuie să înțelegem că în fiecare caracter există 5×10 pixeli, astfel încât pentru a afișa un caracter, toți cei 50 de pixeli trebuie să lucreze împreună.

În LCD 1602 există 16 pini, la fel ca in figura 3.14, dacă există o lumină de fundal, în cazul în care nu există lumină de fundal, vor exista doar 14 pini. Dintre cei 14 pini există 8 pini de date (7-14 sau D0-D7), 2 pini de alimentare (1 & 2 sau VSS & VDD sau GND & + 5v), al 3-lea pentru controlul contrastului (V0) și 3 pini de control (RS & RW & E).

Figura 3.16: Dispunere pini afisaj LCD 1602

In tebelul de mai jos se va prezenta fiecare pin al afisajului detaliat cu fiecare functie al lui.

Tabelul 3.1 Descriere pini afisaj LCD 1602

Spre deosebire de plăcile normale de dezvoltare, interfața unui LCD cu un Arduino este destul de ușoară. Cu aceasta nu trebuie să ne facem griji cu privire la trimiterea și primirea datelor. Trebuie doar să definim numerele de pin și va fi gata să afișeze date pe ecranul LCD.

Arduino IDE permite utilizatorului să utilizeze LCD-ul în modul de 4 biți. Acest tip de comunicare permite utilizatorului să reducă utilizarea pinilor pe placa de dezvoltare, spre deosebire de alte placi de dezvoltare, nu trebuie să fie programată separat pentru utilizarea acestuia în modul de 4 biti, deoarece Arduino este configurat pentru a comunica în mod 4 biți.

Cu toate acestea, aceste afișaje au o mică problemă. Atunci când sunt conectate la un microcontroler in cazul nostru Arduino, aceste display-uri necesită practic multi pini de conectare ocupând practic aproape toate I/O-urile disponibile și lăsând microcontrolerul cu mai puține ieșiri pentru celelalte dispozitive.

Această problemă a fost rezolvată datorită comunicării pe magistrala I2C. Afișajul LCD1602 are un microcip integrat care gestionează acest tip de comunicație, iar toate informațiile de intrare și ieșire sunt limitate la numai doua intrari pe langa alimentare.

I2C este un tip de magistrală serial creată de Philips, care utilizează două linii bidirecționale, denumite SDA (Serial Data Line) și SCL (Serial Clock Line).

Figura 3.17: Dispunere pini placa I2C

Interfața I2C (Inter Integrated Circuits) este o interfață serie, apărută din necesitatea de a realiza sisteme ieftine cu microcontrolere, destinate în principal conducerii proceselor industriale. Un astfel de sistem este constituit, de regulă, dintr-unul sau mai multe microcontrolere și o serie de echipamente periferice in cazul nostru un afisaj LCD Conectarea acestora printr-o interfață serie satisface cerințele enunțate. Viteza mică de transfer, caracteristică interfețelor serie, nu constituie un neajuns pentru aplicațiile principale avute în vedere.

Protocolul de transfer al datelor pe magistrala I2C presupune inițierea transferului prin aducerea magistralei într-o condiție de START, transferul propriu-zis și încheierea transferului prin aducerea magistralei într-o condiție de STOP. Condiția de START (S) este definită prin trecerea liniei SDA din 1 în 0, în timp ce linia SCL este menținută la nivel ridicat. Condiția de STOP (P) este definită prin trecerea liniei SDA din 0 în 1, în timp ce linia SCL este menținută la nivel ridicat, conditii illustrate in figura 3.17

Figura 3.18: Conditiile protocolului de transfer I2C

Pentru a folosi protocolul I2C cu un ecran LCD și Arduino, există o bibliotecă specială care poate fi descărcată și inclusă în cod. Numele acestei bibliotecii este Crystal Liquid I2. Puteți adauga libraria direct in Arduino IDE. Selectați Schiță> include Bibliotecă> Adăugați Biblioteca ZIP din meniu. Fizic tot ce trebuie sa facem e sa conectam placa I2C la afisaj si apoi pinul SDA la pinul A4 de pe Arduino si pinul SCL la pinul A5 de pe placa de dezvoltare.

Pentru a avertiza operatorul sau pe cei prezenti in atelier ca recipientul de colectare al rumegusului a ajuns la limita maxima de umplere, vom folosi un buzer pentru a genera un sunet de alarma.

Cu un dispozitiv pasiv sau un difuzor, trebuie să-i trimiteți un semnal sonor "AC" și puteți controla sunetul. Cu suficient hardware și software se pot face chiar diferite sunete sau se poate face chiar muzica. Singurul dezavantaj, pe lângă o mică programare suplimentară este că ii ia mai mult timp procesorului pentru a genera sunetul. Aceasta ar putea fi o problemă dacă programul, sau schita face multe alte lucruri în același timp. Un difuzor piezo poate fi cotrolat direct de Arduino, iar un difuzor obișnuit consuma mai mult curent și are nevoie de un amplificator.

Un buzzer activ generează sunetul în sine, avand incorporate un generator de frecventa. Deci, puteți să-l porniți și să-l opriți doar cu un pin Arduino, la fel cum porniți și opriți un LED. Cu toate acestea, majoritatea buzzer-elor au nevoie de un pic mai mult curent, astfel încât vom avea nevoie de un tranzistor pentru a amplifica puterea.

Figura 3.19: Dispunere pini Modul Buzzer Activ

In figura 3.18 este un modul buzzer mic care funcționează în jurul ariei de frecvență audibilă de 2 kHz, si il vom folosi doar pe macheta proiectata, insa pentru un atelier in care zgomotul produs de utilaje este foarte mare un buzer de dimensiuni mai mari este necesar. Acesta este un buzzer activ, ceea ce înseamnă că produce sunet singur, fără a avea nevoie de un generator de frecvență externă.

Servomotoarele (sau servo) sunt dispozitive electrice autonome care rotesc sau împing părți ale mecanismelor cu mare precizie. Servo-urile se găsesc în multe locuri: de la jucării la electronice de acasă la mașini și avioane. De exemplu o mașină, un avion sau un elicopter cu comandă radio, va utiliza cel puțin câteva servomecanisme. Într-o mașină sau aeronavă model, servomotoarele mișcă manetele înainte și înapoi pentru a controla direcția sau pentru a regla suprafețele aripilor. Prin rotirea unui arbore conectat la accelerația motorului, un servo reglează viteza unei mașini sau a unei aeronave. Servomotoarele, de asemenea, se folosesc în dispozitivele pe care le folosim în fiecare zi, cum ar fi dispozitivele electronice, precum playerele DVD și Blu-ray DiscTM, pentru a extinde sau retrage tăvile pentru discuri.

Figura 3.20: Imagine Microservomotor TowerPro SG90

(Sursa: http://www.towerpro.com.tw/product/sg90-7/)

Simplitatea unui servo este printre caracteristicile care le fac atât de fiabile. Inima unui servo este un motor de curent continuu (DC), similar cu cel pe care îl puteți găsi într-o jucărie ieftină. Aceste motoare funcționează pe bază de energie electrică de la o baterie sau o sursa de tensiune și se rotesc la turații ridicate, dar scot un cuplu foarte mic.

Un aranjament de angrenaje ia viteza mare a motorului si il incetineste in timp ce in acelasi timp creste cuplul, acest mecanism numinduse un reductor. Concepția angrenajului din carcasa servomotorului transformă ieșirea într-o viteză mult mai lentă de rotație, dar cu un cuplu mai mare (forță mare, distanță mică). Cantitatea de muncă efectivă este aceeași, doar mai utilă. Pinioanele într-un servo motor ieftin sunt în general făcute din plastic pentru al păstra mai ușor și mai puțin costisitor.

Figura 3.21: Dispunere pini Microservomotor TowerPro SG90

Servo-urile sunt controlate prin trimiterea lor la un impuls de lățime variabilă. Firul de control este folosit pentru a trimite acest impuls. Parametrii pentru acest impuls sunt faptul că au un impuls minim, un impuls maxim și o rată de repetiție. Având în vedere constrângerile de rotație ale servomotorului, neutrul este definit ca fiind poziția în care servomotorul are exact aceeași valoare de rotație potențială în ambele directii. Este important să reținem că diferitele servomotoare vor avea diferite constrângeri în rotația lor, dar toate au o poziție neutră, iar poziția este întotdeauna în jurul valorii de 1,5 milisecunde (ms).

Unghiul este determinat de durata unui impuls care este aplicat firului de control. Aceasta se numește Modulația lățimii impulsurilor (PWM – pulse width modulation). Servo se așteaptă să vadă un impuls la fiecare 20 ms. Lungimea impulsului va determina cât de mult se roteste motorul. De exemplu, un impuls de 1,5 ms va face motorul să se întoarcă la poziția de 90 de grade (poziția neutră).

Pentru a înțelege modul de implementare a modulării a lățimii de impuls, este necesar mai întâi înțelegem ce face. Modularea lățimii pulsului (PWM) este o modalitate de a furniza un semnal variabil dintr-un semnal dat. PWM face acest lucru prin schimbarea lățimii impulsului, care la rândul său, modifică ciclul de funcționare al unei unde pătrate pentru a modifica la randul ei cantitatea de energie furnizată componentei atașate, in cazul nostru un servomotor, aceasta variază deoarece semnalul preia ciclul de funcționare și face media semnalului de ieșire. Deci, cu cât este mai mare procentajul ciclului de functionare, cu atât este mai mare puterea semnalului de ieșire.

Proiectarea machetei

Proiectarea machetei fizice s-a realizat intr-un program de modelare 3D, Autodesk Fusion 360. In figura 3.21 este prezentata o ilustratie cu urmatoarele elemente:

Unitatea de control – Arduino UNO;

Afisaj LCD

Buzer Alarma

Recipient de colectare al deseului;

Trape

Motoare CC (ex. Utilaje atelier)

Senzori de curent

Modul releu;

Bec (ex. Aspirator atelier)

Figura 3.22: Ilustratie grafica macheta. Proiectare realizata in Autodesk Fusion 360

Pentru proiectarea sistemului este necesara adaptarea unor instalatii deja existente in atelier precum cea de ventilatie si chiar si cea electrica. Aceasta modificare presupune instalarea trapelor la fiecare utilaj separat. Intr-un atelier de tamplarie, fie el si un atelier de dimensiuni mici, exista mai multe utilaje, precum fierastrau circular, masina de slefuit, abric, masina de gaurit, masina de frezat si altele in functie de amploarea productiei, insa pe macheta s-a decis sa se monteze, pentru a simplifica circuitul, doar doua trape, utiliajele din atelier fiind pe macheta simbolizate de doua motoare de curent continuu.

Deschiderea trapelor

Pentru deschiderea trapei este nevoie de un senzor de curent montat pe cablul de alimentare care sa detecteze faptul ca utilajul a fost pornit. Acelasi senzor ce va fi folosit pe macheta se poate la fel de bine folosi si in atelier, singura diferenta este ca in programul unitatii de comanda va trebui modificat pragul la care ea va porni mecanismul trapei.

Pornirea aspiratorului

In acelasi timp in care microcontrollerul a deschis trapa, el va comanda mai departe un releu care va porni automat si aspiratorul pentru deseuri din atelier, pe macheta acest lucru va fi simbolizat de un bec alimentat la 230V.

Nivelul de deseu

Monitorizarea nivelului de rumegus din recipientul aspiratorului este o operatiune importanta intr-un atelier, daca recipientul se umple si nu exista nici o metoda de a atentiona operatorii, rumegusul poate infunda filtrele si aspiratia va scadea considerabil. De aceea monitorizarea se va face cu un senzor ultrasonic montat in partea superioara a recipientului, care va masura distanta de la capac pana la nivelul de rumegus. Pe macheta se va proiecta un recipient la care se va putea glisa o bucata de plagaj pe directie verticala, pentru a imita modul de umplere. La fel ca la recipientul aspiratorului si la cel de pe macheta se va monta acelasi senzor pentru a detecta nivelul.

Interfata cu utilizatorul

Sistemul cu toate ca este unul automat va avea si un mod manual pentru operatiuni de mentenanta, care va fi reprezentat pe macheta de un comutator. In pozitia lui pe modul automat se va putea folosi sistemul cu toate functiile de mai sus, insa cand comutatorul este mutat in modul de mentenanta, toate functiile de mai sus vor fi oprite si doar atunci se va putea folosi o telecomanda pentru a inchide s-au deschide trapele, pentru a opri sau porni aspiratorul si pentru a opri alarma nivelului de rumegus pentru executarea operatiunii de golire a recipientului.

Avertizarea operatorilor din atelier cat si pe macheta a faptului ca sacul de rumegus este plin se face prin doua metode, una acustica in care un buzer emite un sunet de alarma si una vizuala cu ajutorul unui afisaj LCD pe care este redat nivelui in procente de deseu si mesajul “Alarma”.

In continuare se va prezenta in figura 3.23 o schema de montaj in care sunt afisate toate componentele sistemului si legaturile lor fizice cu unitatea de comanda, adica placa de dezvoltare Ardunino UNO.

Figura 3.23: Schema de montaj realizata in Fritzing

Asamblarea si testarea machetei

Asamblarea machetei se face pe o placa de plastic si toate componentele se monteaza pe distantieri hexagonali insurubati in placa la locurile stabilite in proiectare, iar managementul cablurilor se va face cu ajutorul unor canale pentru cabluri din PVC cu dimensiuni potrivite pentru marimea machetei.

Figura 3.24: Imagine cu asamblarea machetei

Dupa ce toate modulele au fost fixate in pozitiile stabilite si toate cablurile trase prin canale si conectate la module s-a trecut la testarea fiecarui modul in parte. Fiecaruia din module i s-a scris un program, care ulterior a fost transmis la placa de dezvoltare, si care verifica functionalitatea in paramentrii optimi a modulului.

Trapa – pentru functionalitatea ei s-a scris un program care incearca sa o inchida si sa o deschidă la maxim, prin mai multe incercari s-a identificat care este inceputul si capatul de cursa al trapelor urmand ca aceste constante sa fie folosite in codul sursa al sistemului;

Modulul Buzzer – testarea lui s-a facut cu un program care imita un sunet de alarma, iar prin acest fel s-a verificat si nivelul sunetului;

Afisajul LCD – pentru acesta s-a scris un program care afiseaza un text ales de utilizator, cu ajutorul acestui program se determina contrastul potrivit afisajului, reglabil de pe placa modulul I2C;

Senzorul Ultrasonic – acestuia i s-a scris un program care sa afiseze pe Monitorul Serial distanta pana la un obiect si s-a verificat corectitudinea masuratorii;

Senzorul de Curent – pentru functionalitatea senzorului s-a scris un program care sa afiseze pe Monitorul Serial valoarea data de curentul consumat de motorul de pe macheta;

Modulul Receptor IR – pentru functionalitatea modulului s-a scris un program care sa afiseze pe Monitorul Serial valoarea data de fiecare tasta apasata pe telecomanda.

Dupa testarea si verificarea modulelor individual, s-a tecut la scrierea codului sursa si verificarea acestuia si a intregului sistem.

Capitolul 4

Rezultate si Concluzii

Lucrarea de fata implementeaza un model functional al unui Sistem de Colectare a Deseurilor intr-un atelier de tamplarie comandat automat. Proiectul incepe cu o prezentare teoretica a unui sistem cat si a diverselor solutii disponibile pe piata. În cadrul acestei prezentări teoretice s-a determinat care sunt elementele pe care trebuie să le conțină modelul realizat, astfel încât functionarea acestuia să fie cât mai apropiată de comportarea unui sistem real.

Lucrarea a necesitat o analiză detaliată a cerințelor de proiectare în urma cărora au fost stabilite o serie de obiective ce se doresc a fi atinse la finalul implementării soluției tehnologice de automatizare:

Deschiderea corecta a trapelor;

Monitorizarea in timp real al nivelului de rumegus;

Pornirea sistemelor de alarma la momentul corect;

Analizând cele prezentate până acum se poate spune că proiectul și-a atins scopul. Au fost implementate toate funcțiile principale ale sistemului, iar acestea funcționează în condiții corecte. În plus se poate spune că pe durata realizării sistemului s-au atins diverse noțiuni de utilizarea a microcontrolerelor.

Modelul realizat se va folosi pentru demonstrarea funcționalității a unui astfel de sistem, la un preț mai redus și ca poate fi la fel de bine folosit si la scară mai mare.

Modelul sistemului are mai multe limitari, in primul rand numarul trapelor care pot fi atasate sistemului este conditionat de numarul de iesiri digitale PWM ale placii de dezvoltare, în al doilea rand macheta a fost realizata cu componente si echipamente de mica putere ceea ce a dus la un cost scazut a realizarii a acesteia.

In aceste conditii sistemul va putea fi dezvoltat pe viitor adăugânui o statie cu senzori pentru monitorizarea a puritatii aerului din atelier și chiar un sistem de recuperare a rumegusului si transportul lui la o masina de facut peleti, pentru a fi folositi ca si combustibil, acest sistem putand deveni un exemplu real de „Smart Dust Collecting”.

Bibliografie

Anexa 1

Codul sursa aferent sistemului

#include <Servo.h>              //Librarie pentru Servomotoare

#include <Wire.h>               //Librarie pentru Comunicare I2C

#include <LiquidCrystal_I2C.h>  //Librarie pentru Afisaj LCD

#include <IRremote.h>           //Librarie pentru Modul Receptor IR

#define Button_1 0xFFA25D       //Definire Butoane Telecomanda

#define Button_2 0xFF629D

#define Button_3 0xFFE21D

#define Button_4 0xFF22DD

#define Button_Q 0xFF6897

#define Button_H 0xFFB04F

int receiver = 12;           //Definire Pin Receptor IR

uint32_t Previous;

IRrecv irrecv(receiver);     //Creare Instanta noua a Receptorului IR

decode_results results;      //Variabila pentru stocare Date de la Telecomanda

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);

int       BeepPin = 10;         //Definire Pin Buzzer Alarma

int       RelayPin = 11;        //Definire Pin Releu Aspirator

const int HallPin1= A1;         //Definire Pin 1 Senzor Curent

const int HallPin2= A2;         //Definire Pin 2 Senzor Curent

int       Val1= 0;          //Variabila care stocheaza Valoare Senzor Curent 1

int       Val2= 0;          //Variabila care stocheaza Valoare Senzor Curent 2

const int TrigPin = 9;      //Definire Pin Trigger Senzor Ultrasonic

const int EchoPin = 8;      //Definire Pin Echo Senzor Ultrasonic

long      Dur;       //Variabila care stocheaza Durata Emitere-Receptie Semnal

int       Dist;      //Variabila care stocheaza Distanta Nivel Deseu-Senzor

float     Sonic = 0.034/2;  //Constanta care stocheaza Viteza Sunetului

int       Qty;              //Variabila care stocheaza Procentul de Deseu

char      Alarm = ' ';      //Variabila pentru Afisaj Alarma

bool      Gate1 = 0;        //Variabila Booleana Trapa 1 Inchis/Deschis Afisaj

bool      Gate2 = 0;        //Variabila Booleana Trapa 2 Inchis/Deschis Afisaj

Servo     ServM1;           //Creare obiect Servo pentru Control Servo 1

Servo     ServM2;           //Creare obiect Servo pentru Control Servo 2

const int ManualPin = 13;   //Definire Pin Mod Manual

int       Manual = 0;       //Variabila care stocheaza Mod Manual Oprit/Pornit

char      ModManual = ' ';  //Variabila pentru Afisaj Mod Manual

int       Strokebegin = 0;  //Constanta care stocheaza Poz Inceput de cursa

int       Strokeend =75;    //Constanta care stocheaza Poz Capat de cursa

void beep(unsigned char delayms)  //Creare Functie Buzzer Alarma

{

digitalWrite(BeepPin, HIGH);    //Setare Pin Buzzer Alarma Pornit

delay(delayms);

digitalWrite(BeepPin ,LOW);     //Setare Pin Buzzer Alarma Oprit

delay(delayms);

}

void setup()

{

lcd.begin(16,2);                //Initializare Afisaj LCD

ServM1.attach(5); //Atasare Semnal Servomotor 1 la un Pin Digital PWM

ServM2.attach(6);        //Atasare Semnal Servomotor 2 la un Pin Digital PWM

pinMode(TrigPin, OUTPUT);   //Setare Pin Trigger Senzor Ultrasonic ca Iesire

pinMode(EchoPin, INPUT);    //Setare Pin Echo Senzor Ultrasonic ca Intrare

pinMode(BeepPin,  OUTPUT);      //Setare Pin Buzzer Alarma ca Iesire

pinMode(RelayPin, OUTPUT);      //Setare Pin Releu Aspirator ca Iesire

pinMode(ManualPin, INPUT);

irrecv.enableIRIn();            //Pornire Modul Receptor IR

Serial.begin(9600);             //Pornire Comunicare Seriala

}

void loop()

{

lcd.clear();                    //Resetare Afisaj LCD

digitalWrite(TrigPin,  LOW);    //Resetare Pin Trigger Senzor Ultrasonic

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(TrigPin,  HIGH);   //Setare Pin Trigger Pornit pentru 10 us

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(TrigPin,  LOW);    //Setare Pin Trigger Oprit

Dur = pulseIn(EchoPin, HIGH);   //Citeste Pin Echo/Returneaza timpul parcurs

Dist= Dur*Sonic;   //Calculeaza distanta de la Senzor pana la Nivel Deseu

Qty = map(Dist,3,17.8,100,0);   //Calculeaza in procente

Serial.print("Dust: ");

Serial.println(Qty);          //Afisare Procent Deseu pe Monitorul Serial

//Afisare Informatii pe Afisajul LCD

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Dust ");

lcd.print(Qty);

lcd.print("% ");

lcd.setCursor(10,0);

lcd.print(Alarm);

lcd.setCursor(15,0);

lcd.print(ModManual);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Gate1-");

lcd.print(Gate1);

lcd.setCursor(8,1);

lcd.print("Gate2-");

lcd.print(Gate2);

digitalWrite(BeepPin ,HIGH);

if(Qty > 85){                 //Conditie Pornire Alarma

beep(500);

Alarm = 'A';                //Afisare Alarma

}

else {

Alarm = ' ';

}

Val1 = analogRead(HallPin1); //Citire Pin Analog Senzor Curent 1

Val2 = analogRead(HallPin2); //Citire Pin Analog Senzor Curent 2

Serial.print("Value1 = ");

Serial.print(Val1);   //Afisare Valoare Senzor Curent 1 pe Monitorul Serial

Serial.print("Value2 = ");

Serial.println(Val2); //Afisare Valoare Senzor Curent 2 pe Monitorul Serial

delay(250);

Manual = digitalRead(ManualPin); //Citire Pin Digital Mod Manual

if(Manual == LOW){               //Conditie Mod Manual Pornit

ModManual = 'M';

digitalWrite(BeepPin ,LOW);

if (irrecv.decode(&results)){   //Decodificare semnal IR de la Telecomanda

if (results.value==0xFFFFFFFF){ //Conditie Apasare continua pe Telecomanda

results.value=Previous;

}

//Cazuri Taste Telecomanda

switch(results.value) {

case Button_Q :{

digitalWrite(RelayPin, HIGH); break;}

case Button_H : {

digitalWrite(RelayPin, LOW); break;}

case Button_1 : {

ServM1.write(Strokebegin);

Gate1 = 1;break;}

case Button_2 : {

ServM1.write(Strokeend);

Gate1 = 0;break;}

case Button_3 : {

ServM2.write(Strokebegin);}

Gate2 = 1;break;{

case Button_4 :

ServM2.write(Strokeend);

Gate2 = 0;break;}

}

//Afisare Date de la Telecomanda pe Monitorul Serial

Serial.println (results.value, HEX);

irrecv.resume();

}

Previous=results.value;

}

else{                                   //Conditie Mod Manual Oprit

ModManual = ' ';

if (Val2 >= 530){                    //Conditie Pornire Trapa 2

ServM2.write(Strokebegin);

digitalWrite(RelayPin, LOW);

Gate2 = 1;

}

else{

digitalWrite(RelayPin, HIGH); //Conditie Oprire Trapa 2

ServM2.write(Strokeend);

Gate2 = 0;

}

if (Val1 >= 525){                     //Conditie Pornire Trapa 1

ServM1.write(Strokebegin);

digitalWrite(RelayPin, LOW);

Gate1 = 1;

}

else{

digitalWrite(RelayPin, HIGH); //Conditie Oprire Trapa 1

ServM1.write(Strokeend);

Gate1 = 0;

}

}

}

Anexa 2

Codul sursa aferent testarii trapei

#include <Servo.h> //Librarie pentru Servomotoare

Servo ServM1; //Creare obiect Servo pentru Control Servo 1

Servo ServM2;           //Creare obiect Servo pentru Control Servo 2

int Strokebegin = 0;    //Constanta care stocheaza Poz Inceput de cursa

int Strokeend =90;      //Constanta care stocheaza Poz Capat de cursa

void setup(){

ServM1.attach(5); //Atasare Semnal Servomotor 1 la un Pin Digital PWM

ServM2.attach(6);     //Atasare Semnal Servomotor 2 la un Pin Digital PWM

}

void loop() { //Comenzi pentru Oscilare Trape Inchis-Deschis

ServM1.write(Strokebegin);

delay(1500);

ServM2.write(Strokebegin);

delay(1500);

ServM1.write(Strokeend);

delay(1500);

ServM2.write(Strokeend);

delay(1500);

}

Codul sursa aferent testarii buzzerului

int buzzerPin = 10; //Definire Pin Buzzer

void setup()

{

pinMode(buzzerPin, OUTPUT); //Setare Pin Buzzer ca Iesire

}

void loop()

{

beep(500); //Beep le fiecare 500us

}

void beep(unsigned char delayms) //Creare functie Beep

{

digitalWrite(buzzerPin, HIGH);

delay(delayms);

digitalWrite(buzzerPin ,LOW);

delay(delayms

}

Codul sursa aferent testarii afisajului LCD

#include <LiquidCrystal_I2C.h> //Librarie pentru Servomotoare

#include <Wire.h>               //Librarie pentru Comunicare I2C

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 6, 7, 3, POSITIVE);

void setup()

{

lcd.begin();   //Initializare Afisaj LCD

lcd.clear();   //Resetare Afisaj LCD

lcd.print("Proiect Diploma"); //Afisare mesaj

}

void loop(){

}

Codul sursa aferent testarii senzorului ultrasonic

const int TrigPin = 9;      //Definire Pin Trigger Senzor Ultrasonic

const int EchoPin = 8;      //Definire Pin Echo Senzor Ultrasonic

long      Dur;       //Variabila care stocheaza Durata Emitere-Receptie Semnal

int       Dist;      //Variabila care stocheaza Distanta Nivel Deseu-Senzor

float     Sonic = 0.034/2;  //Constanta care stocheaza Viteza Sunetului

void setup()

{

pinMode(TrigPin, OUTPUT);   //Setare Pin Trigger Senzor Ultrasonic ca Iesire

pinMode(EchoPin, INPUT);    //Setare Pin Echo Senzor Ultrasonic ca Intrare

Serial.begin(9600);         //Porneste Monitor Serial

}

void loop()

{

digitalWrite(TrigPin,  LOW);    //Resetare Pin Trigger Senzor Ultrasonic

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(TrigPin,  HIGH);   //Setare Pin Trigger Pornit pentru 10 us

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(TrigPin,  LOW);    //Setare Pin Trigger Oprit

Dur = pulseIn(EchoPin, HIGH);   //Citeste Pin Echo/Returneaza timpul parcurs

Dist= Dur*Sonic;   //Calculeaza distanta

Serial.print("Distance: ");

Serial.println(distance); //Afiseaza Distanta pe Monitorul Serial

delay(500);

}

Codul sursa aferent testarii senzorului de curent

const int analogIn = A1; //Definire Pin Senzor Curent

int RawValue= 0; //Variabila care stocheaza Valoare Senzor Curent

void setup()

{

Serial.begin(9600); //Porneste Monitor Serial

}

void loop()

{

RawValue = analogRead(analogIn); //Citire Pin Analog Senzor Curent

Serial.print("Raw Value = " ); //Afiseaza Valoarea pe Monitorul Serial

Serial.print(RawValue);

delay(500);

}

Codul sursa aferent testarii receptorului infrarosu

#include <IRremote.h> //Librarie pentru Modul Receptor IR

int receiver = 13; //Definire Pin Modul Receptor IR

IRrecv irrecv(receiver); //Creare Instanta Noua Modul Receptorului IR

decode_results results;

void setup()

{

irrecv.enableIRIn(); //Initializare Receptor IR

Serial.begin(9600); //Pornire Monitor Serial

}

void loop()

{

if (irrecv.decode(&results)) { //Conditie Primire Semnal IR

Serial.println (results.value, HEX); //Afiseaza Rezultatele

irrecv.resume(); //Urmatoarea Valoare

}

}

Anexa 3

Arduino UNO ATMega 328/P – Datasheet

Anexa 4

SG90 Servo – Datasheet

Anexa 5

ACS712 – Datasheet

Anexa 6

HR-SR04 – Datasheet