Licenta Ispasadrianflorin2 [301945]

PROIECT DE DIPLOMĂ

Absolvent: [anonimizat]:

Mecatronică

Conducător Știintific:

Prof. Dr. Fiz. ZAMFIRA Sorin

ISPAS Adrian Florin

PROIECTAREA ȘI REALIZAREA UNUI SISTEM MECATRONIC SISTEM DE DETECȚIE A RADIAȚIILOR ULTRAVIOLETE

PROIECT DE DIPLOMĂ

Program de studii: Mecatronică

Rezumat

Scopul acestei lucrări de diplomă este de a analiza, de a proiecta și construi un sistem mecatronic de detectare și măsurare a nivelului de radiații ultraviolete din mediul înconjurător având ca scop auxiliar informarea prin afișare a [anonimizat]. Implementarea acestui sistem se va realiza în două etape urmărind posibilitatea de miniaturizare a prototipului sub forma unui ceas de mână ce poate să ofere sfaturi cu privire la măsurile de protecție necesare împotriva arsurilor solare sau ale altor boli datorate expunerii la radiații UV peste nivelul admis.

Analiza principală a [anonimizat] (orizontalărespectiv la 45 de grade față de sol). A doua fază a [anonimizat], acest lucru având ca scop informarea utilizatorului după introducerea nivelului de sensibilitate al pielii la expunerea radiațiilor UV.

Sistemul mecatronic de detectare și măsurare al indicelui UV prezentat in cadrul acestui proiect are în componența sa următoarele elemente:

Carcasa realizată prin printare 3D

[anonimizat]’s [anonimizat] a [anonimizat]. [anonimizat]-held prototype that can provide advice on the necessary protection measures against sunburn or other diseases due to exposure to UV radiation above the admitted level.

The main analysis of the system will be carried out by taking mesurement about ultraviolet radiation during a day, the sensor will have two sampling positions (horizontal at 45 degrees from the ground). A second stage of testing will be achieved by designing a system that can simulate different levels of UV radiation with the help of a [anonimizat], a [anonimizat].

The mechatronic system for detecting and measuring the UV index presented within this paper consists of the following elements:

The 3D print case

A User arm fastening system

A lithium-polymer battery

A System of action and data display

LISTA SIMBOLURILOR FOLOSITE

Fig. – Figura

(L x l x h) – Lungime x lățime x înălțime

d- [anonimizat]

g- Gram

V – [anonimizat] – Volt Amper

A – Amper

mA – Miliamper

mm – Milimetru

nm- Nanometru

M – Metru

ms- Milisecundă

s- Secundă

Cc – Curent continuu

mW – Miliwatt

°C – Grad Celsius

UV- Ultraviolet

Introducere

Degradarea stratului de ozon datorate poluarii excesive face ca numarul de cazuri de persoane ce sufera de boli de piele sau arsuri solare sa creasca, deaceea realizarea unui dispozitiv ce poate sa ajute la prevenirea acestor situatii prin info

STADIUL ACTUAL AL CERCETARILOR ȘI REALIZARILOR PRIVIND SISTEMELE MECATRONICE DE DETECTARE ȘI MĂSURARE A NIVELULUI DE RADIAȚII ULTRAVIOLETE

Noțiuni generale

Radiațiile Ultraviolete

Radiațiile neionizante ocupă prima parte a spectrului electromagnetic. Acesta cuprinde:

câmpuri electrice și magnetice statice (0 hertzi),

câmpuri electrice și magnetice variabile în timp (pană la 100 kHz,

câmpuri de joasă frecvență),

câmpuri electromagnetice (radiofrecvență, 100 kilohertzi – 300 gigahertzi),

radiația infrarosie (300 gigahertzi – 400 terahertzi sau în funcție de lungimea de undă, între 1 mm – 750 nm, divizate de obicei în IR-A (0.78 –1.4 micrometri), IR-B (1.4–3 micrometri) și IR-C (3 micrometri – 1 mm)

radiația vizibilă (luminoasă) intre 790 – 400 terahertzi sau între 380 nm – 760 nm )

radiațiile ultraviolete (315 nm – 100 nm). Spectrul ultraviolet este împărțit în alte 3 benzi spectrale: ultraviolete C (100-280 nm), ultraviolete B (280-315 nm) și ultraviolete A (315-400 nm).

Pentru ultimele trei tipuri de radiații de mai sus este mai uzuală clasificarea în funcție de lungimea de undă. După radiațiile ultraviolete, având frecvențe mai mari, urmează radiațiile cu energie foarte mare – radiațiile ionizante. Specific pentru radiațiile neionizante este faptul că nu au suficientă energie ca prin interacțiunea cu materia vie să rupă legaturile dintre molecule sau să rupă un electron din atom.

Radiația solară cuprinde: radiațiile infraroșii, radiațiile luminoase și radiațiile ultraviolete. Deși radiația UV reprezintă doar 5 % din radiația solară care atinge suprafața Pământului, aceasta are un rol important din punct de vedere biologic deoarece are cea mai mare energie din spectrul optic. Radiația UV are suficientă energie pentru a produce modificări fotochimice care pot iniția efecte biologice cu efecte potențial negative, numite uneori “efecte actinice”. Radiația solară este puternic atenuată de stratul de ozon al Pământului, limitând radiația UV terestră la lungimi de undă mai mari decat aproximativ 290 nm. Așa cum s-a amintit anterior, în funcție de efectele biologice pe care le determină, spectrul UV este împărțit astfel:

Radiația UV A: 315 – 400 nm, ajunge în totalitate la suprafața Pământului. Are rol de bronzare dar poate duce la scăderea imunității, determină efecte biologice prin acțiune asupra ADN-ului prin mecanisme indirecte, efecte asupra tegumentelor și ochilor și favorizează îmbătrânirea prematură a pielii.

Radiația UV B: 280 – 315 nm, este parțial reținută de stratul de ozon. Au efecte notabile mai ales în lunile de vară, în miezul zilei (orele10-16); la altitudine crește cu 10 % cu fiecare 1000 m. Efectul ei este amplificat prin reflexie pe zăpadă, nisip, apă. Are rol în activarea provitaminei D, în vitamina D dar poate duce la degradarea pielii – arsuri, mutații genetice și carcinogeneză.

Radiația UV C: 100 – 280 nm, este absorbită în mare parte de stratul de ozon al atmosferei. Are cea mai mare energie dintre cele trei tipuri de radiații UV.

Radiația UV este folosită într-o varietate mare de activități medicale, procese industriale și în scopuri cosmetice: industria cernelii și a plasticelor (UVA, UVB), procese de fotorezistență (toate UV), simulare solară (toate UV), bronzare (UVA, UVB), teste de decolorare (UVA, UVB), dermatologie (toate UV) și stomatologie (UVA). Chiar dacă principalele lungimi de undă folosite sunt în banda UVA, sunt prezente aproape întotdeauna și radiații cu lungimi de undă mai mici – UVB și UVC sau lumină violetă.

Dacă până în 1980 se considera că efectele negative semnificative rezultădin expunerea la lungimi de undă mai mici de 315 nm, în prezent se recunoaște că aceste efecte sunt produse de radiația UVA în doze substanțial de mari.

Agenția Internațională pentru Cercetarea Cancerului (International Agency for Research on Cancer – IARC) a clasificat radiațiile UV – indiferent de sursa acestora (solară sau artificială) – în grupa 1 de risc, ceea ce înseamnă că sunt carcinogene pentru oameni.

Riscurile expunerii la Radiațiile UV [2]

Manifestări clinice: efectele nocive apar numai în condiții de expuneri prelungite, repetate și la ore nepotrivite, la nivel cutanat și ocular.

Manifestări cutanate

arsurile solare

reacțiile (dermatitele) fotosenzitive care pot fi de două feluri:

fototoxice – nonalergice

alergice

leziuni precanceroase

leziuni canceroase

Manifestări oculare

fotokeratoconjunctivita

cataractă

leziuni retiniene si uveale

Efecte asupra pielii

Pielea dispune de mijloace naturale de apărare și anume: pigmenții melanici, cheratina din epiderm, învelișul pilos, acidul uriconic. Atunci când apare o injurie solară intensă apar modificări.

Structura pielii:

Epiderma. Celulele de la acest nivel produc melanina, pigment care colorează pielea și închide porii, ceea ce asigură protecție împotriva ultravioletelor, dacă nu există expunere excesivă.

Derma. Celulele de la acest nivel le înlocuiesc pe cele ale epidermei în 28 zile. La acest nivel se găsesc bulbii firelor de păr, glandele sudoripare și sebacee, vasele limfatice și nervii.

Acțiunea prelungită a radiației UV are efecte nedorite:

formarea radicalilor liberi prin excitarea și ruperea moleculelor,

produc fluorescenta prin modificarea acidului uriconic care reprezintă ecranul solar natural al pielii.

poate induce și un eritem intirziat.

Manifestări dermatologice [2]

După expunerea la radiații UV apare inițial un fotoeritem – o înroșire a pielii – care este o reacție inflamatorie cutanată datorată potențăriii efectelor ultraviolete de către substanțele depozitate în piele. Este proporțională cu intensitatea radiației, iar în timp apare fotopigmentarea.

Leziunile eritemato – veziculare de pe tegumentul expus nu depăsesc zona de expunere la radiațiile UV, nu sunt pruriginoase, se ameliorează în timp, după dezvoltarea toleranței.

Aceasta este dermatita solară primara care poate fi:

acută, așa cum este eritemul solar

cronică (cheratoza solară, cheilita solară). Apare prin acțiunea prelungită a acțiunii radiațiilor UV și determină procese distrofice ale epidermului si dermului, efecte mutagene, efecte cancerigene (efect citocid asupra celulelor Langerhans) si un eritem tardiv. Manifestarea cutanata de fotosensibilizare poate fi localizată la anumite segmente ale corpului: față, gât, umeri, membre superioare sau generalizată la nivelul intregului corp uman.

Dermatita solară secundara este declanșată secundar de expunerea la ultraviolete și se datorează existeței unor substanțe chimice aplicate pe piele sau ingerate care reacționează la soare. Acestea se regăsesc în diverse creme, parfumuri, produse cosmetice, medicamente, antibiotice, tetracicline, sulfamide, medicamente pentru tratarea bolilor psihice, a hipertensiunii și in anticoncepționale.

Arsura solară are manifestări cutanate asemănătoare dar dispare după câteva săptămâni și poate lăsa cicatrici inestetice.

Leziuni precanceroase [2]

Dermatita actinică cronică.Reprezintă un eritem difuz, de culoare închisăpe tegumentele expuse, cu evoluție spre atrofia pielii. Pe acest fond atrofic apar pete pigmentare care se acoperă cu scoame și hipercheratoză, formațiuni verucoase, cu teleangectazii.

Alte leziuni precanceroase sunt nevii pigmentari sau alunițele care în cazul modificării formei, dimensiunii sau culorii reprezintă un semnal de alarmă privind apariția melanomului malign.

Cancerul cutanat apare mai frecvent la cei cu leziuni precanceroase (xeroderma pigmentosum – cu afectare genetică) deoarece radiațiile UV pot determina mutații genetice (ADN) sau modularea răspunsului imun prin alterări biologice ce determină suprimarea răspunsului imun.

Principalele tipuri de tumori care pot apare sau a căror apariție este favorizată de expunerea la radiațiile UV sunt: carcinoamele epidermoide – spinocelulare și bazocelulare, keratoacantoame, tumori dermice, tumori vasculare, tumori pigmentare.

Melanomul malign

Persoanele cu o susceptibilitate mai mare de a dezvolta melanomul malign sunt cei cu afecțiuni genetice, piele albă cu dificultate la bronzat, numeroase alunițe și veruci, fragilitate cutanată la traumatisme termice, cei ce trăiesc în climat tropical, cu mult soare. Semnalul de alarmă în ceea ce privește apariția melanomului este modificarea dimensiunii, formei sau culorii unei alunite ori a unei tumori cutanate. Pentru a evalua aceste modificări specialiștii recomandă folosirea regulii ABCDE a Societații Americane a Cancerului de Piele. Acronimul se referă la următoarele semne clinice:

de la asimetrie. Dacă desenăm o linie pe mijlocul melanomului,. cele două jumătați nu sunt simetrice. Aceasta este diferența față de o aluniță comună benignă care este rotundă și simetrică.

de la bordură sau margine. Melanoamele sunt neregulate, cu marginile în zig-zag sau zdrențuite.

de la culoare. Alunițele suspecte au o varietate de nuanțe de cafeniu sau negru și nuanțe neobișnuite (roșu amestecat, alb și albastru).

de la diametru. Melanomul este mai mare de 6 mm în diametru sau de mărimea unei gume de creion.

de la evoluție. Modificările de culoare, de formă, de dimensiune, supradenivelarea.

Și pruritul sau sângerarea leziunii reprezintă semne distinctive de melanom. În plus, apariția de noi leziuni la persoanele de peste 40 ani necesită consultul unui specialist.

EFECTE FOTOIMUNE [2]

Alergia solară: este o reacție cutanată a sistemului imunitar la lumina solară manifestată prin erupții cu caracter de prurit, iritația și înroșirea pielii care apar la câteva minute de la expunerea la soare și dispar la scurt timp (ore – 1 zi). Are caracter recidivant, leziunile sunt de tip urticarian, apărând mai frecvent la persoanele atopice. La soare se pot agrava unele leziuni sistemice cum sunt: LED (lupus eritematos diseminat), porfiria, pelagra, dermatomiozita pemfigus, herpes simplex și leziunile limfoproliferative.

EFECTE OCULARE

Pot să apară datorită expunerii prelungite și fără protecție (ochelari de soare) la radiații UV. Acestea sunt: leziuni ale polului anterior al ochiului, leziuni ale corneei (keratite) și leziuni ale conjunctivei (conjunctivită acută bulbară). Aceste leziuni pot duce la înrăutățirea vederii și a organelor vizuale. Radiația UV cu lungime de undă mai mare de 295 are penetrabilitate mai mare și afectează cristalinul, irisul și chiar retina, accentuând leziunile retiniene și uveale, mai ales la cei cu afakie.

ALTE EFECTE

Insolația are următoarele simptome: edeme de căldură la nivelul extremităților (măini, picioare, scalp) sau erupții, transpirație, frisoane, dureri de cap, amețeli și stare de leșin, greață și febră. Se tratează prin hidratare cu cât mai multe lichide (ceai, apă, săruri de rehidratare dar mai des și în cantități mici) se recomandă învelirea în prosoape umede sau comprese reci pentru a scădea temperatura corpului; se pot administra antipiretice și AINS.

Fenotipurile de piele [2]

-Tipul 1: piele deschisă, sensibilă, cu pistrui, ochi deschiși, păr blond, nu se bronzează ci se arde;

– Tipul 2: aproape similar cu cel anterior, bronzare lentă cu arsuri dacă stă neprotejat mai mult de 20 minute;

-Tipul 3: piele de culoare medie, ochi de culoare închisă sau deschisă, păr șaten, bronzare rapidă și simplă, adesea cu arsuri. Va trebui să evite expunerea în timpul prânzului (12-16), să poarte pălărie și ochelari să-și protejeze nasul, gâtul, buzele, cu creme protectoare;

-Tipul 4: piele maronie puțin sensibilă, cu ochi culoare închisă, păr de culoare închisă sau șaten. Se bronzează rapid, durabil, cu arsuri ocazionale

-Tipul 5: piele închisă, prea puțin sensibilă, ochi și păr închise la culoare. Se bronzează uniform (pot sta neprotejați și timp de 60 minute)

-Tipul 6: piele neagră prea puțin sensibilă, au ochii închiși la culoare, păr negru. Se ard foarte rar, pot sta neprotejați și 90 de minute.

Riscul de îmbolnăvire datorită expunerii la radiațiile UV crește spre tipul 1 de piele.

Indicele de radiații UV [2]

Indicele UV reprezintă estimarea nivelului de UV la suprafața Pământului; s-a definit cu scopul de a ajuta populația să se protejeze în condițiile unui cer senin. Se calculeazăîn funcție de parametrii enunțați; cu cât este mai mare, nivelul expunerii este mai mare și există riscul deteriorării pielii și ochilor. Dacă vrem să aflăm singuri indicele de radiație UV, ne putem uita la propria umbră. Dacă aceasta este mai mare decât înalțimea persoanei respective, atunci nivelul UV este scăzut și invers.

INDICELE UV: între 0-2; RISC SCĂZUT. Pentru o piele care se înroșește repede sunt indicate creme cu factor de protecție 15 si ochelari de soare. Factorul de protecție solară (sun protection factor) este o măsură a timpului pânaă la apariția unui eritem (înroșirea pielii – faza de început a apariției arsurilor datorită expunerii la soare) pe pielea tratată cu factorul de protecție, față de timpul apariției acestei reacții fără nici un factor de protecție.

INDICE UV între 3-5; RISC MEDIU. Se recomandă ochelari de soare, șepci, pălării cu boruri largi, îmbrăcăminte ușoară, din materiale naturale: in, bumbac, de culori deschise, creme cu SPF15, aplicate la 2 ore.

INDICELE UV între 6-7; RISC CRESCUT. Pe lângă ochelarii de soare și pălărie, expunerea trebuie redusă pana în ora 10 și reluată după ora 16 iar cremele aplicate trebuie să aibă factor de protecție ridicat.

INDICELE UV între 8-10; RISC FOARTE CRESCUT de radiații UV. Se va evita cu desăvârșire expunerea la soare între orele 10-16.Trebuie să avem neapărat pălărie cu boruri late, ochelari de soare, să folosim SPF50+ și să se caute locuri cu umbră.

INDICELE UV între 10-11; RISC EXTREM DE CRESCUT. În aceste condiții este recomandată evitarea ieșirii afară, o piele neprotejată se poate arde în doar câteva minute.

MIJLOACE DE PROTECȚIE ÎMPOTRIVA RADIAȚIEI UV

creme înpotriva radiațiilor UV

îmbrăcăminte

ochelari de protecție.

Cremele antisolare trebuie alese astfel încât să asigure protecție completă, atât împotriva UVB cât și împotriva UVA. Factorul de protecție solară înscris pe ambalaj se referă de fapt doar la protecția împotriva radiația UVB. Dacă se folosesc creme care au doar factor de protecție pentru UVB atunci nu se produc arsuri dar există risc de apariție a cancerului deoarece radiațiile de tip A au lungime de undă mai mare, deci și penetrabilitate mai mare și pot determina în timp modificări celulare de tip cancerigen.Trebuie alese produse rezistente la apă, adecvate fiecărui tip de piele și de preferință să nu conțin parfumuri sau parabeni.

În funcție de tipul de piele, se folosesc creme cu factor de protecție de la FPS 15 până la 50. Crema se aplică în pelicula subțire, recomandabil cu 20 minute înainte de expunerea la soare și de fiecare dată după ce s-a intrat în apăși este preferabil să se aplice pe tot parcursul expunerii la soare.

Pielea din jurul ochilor și a buzelor are nevoie de protecție solară, mai ales că este delicată și se poate arde cu ușurință. Este de preferat folosirea unui balsam de buze cu FPS de minimum 15, aplicabil ori de câte ori este nevoie.

Pentru îmbrăcăminte se recomandă purtarea șepcilor, a pălăriilor cu boruri largi, haine ușoare, din materiale naturale: in, bumbac, de culori deschise.[2]

Surse de radiații UV

Radiațiile UV la care oamenii sunt expuși, provin în mare parte de la soare, dar sunt o mulțime de alte surse de radiații UV ce se găsesc în diverse produse sau sisteme:

Lampa fluorescentă ultravioletă fără strat fosforescent emite o lumină UV cu lungime de undă ce poate atinge maxim 254 nm. Dacă se adaugă un strat fosforescent, acestea pot emite lumina UVA, UVB.

Lampa cu lumina neagră este o lampă care emite lumina UV și foarte puțină lumină vizibilă. În locul sticlei transparente a tubului se folosește o sticlă de culoare violet închis. Această sticlă se numește sticlă Wood și blochează aproape toată lumina vizibilă cu lungime de undă de peste 400 nm.

Diodele laser UV pot fi construite în așa fel încât să emită lumină din categoria UV. Lungimile de undă disponibile sunt 262, 266, 349, 351, 355 si 375 nm.

LED-urile UV pot avea diferiteutilizări în industria cosmeticelor sau în industria manufacturării planșelor de serigrafie, aceste leduri au lungimea de undă de aproximativ 395nm.

[3]

Sisteme moderne de detectarea a Radiațiilor Ultraviolete

The Global Solar UV Index (UVI) [4]

UVI (prezentat în figura 2.2.1) este un produs ce a reușit să implementeze detectarea de radiații ultraviolete într-un device de dimensiunile și forma unui ceas de mână și poate să ofere următoarele informații utilizatorului:

Sfaturi cu modalitațile de prevenire a arsurilor solare pentru tipurile de piele selectate de utilizator

Nivelul de radiații ultraviolete curent

Data și ora sub forma aleasă de utilizator

Specificații tehnice [4]:

Display de tip LCD (cu iluminare)

Rezistență la apă

Un senzor pentru detectarea de radiații ultraviolete sub formă de fotodiodă

Baterie ne-reincarcabila

UV HAWK 2 Ultraviolet Sunlight Meter [5]

UV HAWK™ 2este un aparat perfect pentru măsurarea intensității luminii ultraviolete oricând și oriunde. Degradarea stratului de ozon poate să crească riscul de a fi afectat de razele ultraviolete dăunătoare. Razele ultraviolete cresc riscul de a cauza arsuri solare, cancere de piele, cataractă si disfuncții ale sistemului imunitar. UV HAWK 2, are un design ce conferă portabilitatea și datorită faptului că este rezistent la apă, acesta poate să fie folosit oriunde (la mare, pe munte, în grădină sau în diferite activități recreative).

Din punctde vedere tehnic, acesta prezintă un display de tip LCD pentru afișarea informațiilor de la senzori, posibilitatea de a seta 4 tipuri de sensibilitate de piele, funcționează cu ajutorul unei baterii de tip CR2032, are o greutatede 57 de grame, dimensiunile acestuia sunt de 5.8 x 3.3 x 1.2 cm (Fig.2.2.2.1.).[5]

Solarmeter® Model 6.5 UV Index Meter []

Instrumentele de măsură a indicelui UV folosite de programul US E.P.A./NWS este poziționat către cer perpendicular cu linia orizontului. Prin urmare sistemul Solarmeter Model 6.5 este conceput să funcționeze asemănător. Radiațiile solare măsurate în acest fel includ radiațiile directe cât și cele difuze.

Această măsuratoare în poziție orizontală reprezintă o medie a intensității solare pe care corpulul uman o absoarbe în timpul unei posturi verticale sau orizontale. Dacă totuși poziția corpului subiectului este una înclinată față de cea verticală atunci acesta poate să fie expus unui indice UV de intensitate mai ridicată decât valoarea anterioară.

Senzorul acestui dispozitiv este alcătuit dintr-o fotodiodă cu joncțiunea de carburăde siliciu cu un strat de sticlă de protecție și încapsulat ermetic.

Tabel 2.2.3.1. Specificații ale sistemului Solarmeter Model 6.5 [6]

Apogee instruments- SU-100-SS / SU-420 []

Descrierea sistemului:

Lungime de undă de 250-400 nm în care acest senzor are o sensibilitate cât mai mare, putând să se preia informații de la lumina solară sau lămpile UV specializate.

Ieșirile senzorului sunt fie digitale fie analogice. Semnalul în tensiune analogică este unul neamplificat. Semnalul digital de ieșire include un conector de tip USB și un sistem portabil de măsurare. Pentru achiziția de date prin USB se poate folosi și un calculator personal cu un software de specialitate. Unitatea de măsură portabilă are un display digital pentru afișarea valorilor și se poate achiziționa cu un senzor integrat în partea superioară a acestuia sau se poate atașa un senzor prin intermediul cablului specificat mai sus.

Tabel.2.2.4.1. Specificații ale sistemelor Apogee instruments- SU-100-SS / SU-420

Designul patentat al carcasei senzorului sub formă de semisferă facilitează scurgerea apei și a prafului, aceasta ajutând la minimizarea erorilor de citire prin păstrarea detectorului curat, fără ca praful să stea în calea radiațiilor. Senzorul se regăsește într-o bază din aluminiu anodizat iar componentele electronice sunt acoperite de un strat de rășină protectoare: Fig.2.2.4.1.

Domeniile de utilizare includ măsurarea de radiații UV din mediul înconjurător, folosirea senzorului pentru măsurători în laborator ale surselor artificiale de radiații UV (lămpi germicide), sau pentru a monitoriza abilitățile diferitelor materiale de a filtra sau de a suporta radiațiile UV.

CONSIDERAȚII PRIVIND PROIECTAREA SISTEMELOR MECATRONICE

Structura generală a unui sistem de achiziție și afișare de date

Structura unui sistem încorporat (embedded) []

Termenul „sistem înglobat” sau „sistem încorporat” provine de la expresia în engleză embedded system. Sistemul încorporat este o combinație de hardware (un mic calculator bazat pe un microprocesor sau microcontroler) și software specializat (software înglobat), proiectat să îndeplinească o anumită funcție, sau a câtorva sarcini, de obicei în timp real (aproape instantaneu).

Unul dintre primele sisteme încorporate moderne a fost Apollo Guidance Computer (AGC) în 1967, sistemul de ghidare al misiunii lunare Apollo, dezvoltat la Massachusetts Institute of Technology (MIT). Fiecare misiune lunară a fost echipată cu două sisteme AGC, un sistem de ghidare inerțial și unul pentru modulul lunar. A fost primul sistem de calcul care a folosit circuite integrate.

Primul vehicul de explorare a planetei Marte Mars Rover era dotat cu 5 microprocesoare Intel 8085 pe 8 biți.

În zilele noastre termenul „sistem înglobat” nu mai este definibil în mod strict, deoarece toate aceste sisteme sunt deseori miniaturizate, flexibile, extensibile sau și programabile. Asta este cazul de exemplu încă de la micii asistenți digitali personali (PDA), care dispun deja de un sistem de operare, software și/sau firmware, de mai multe aplicații precum și de conectori pentru aparate periferice suplimentare. Cu atât mai mult la telefoanele mobile de tip smartphone etc. Un calculator de uz general este, de asemenea, alcătuit din numeroase sisteme încorporate. De exemplu, există un sistem încorporat la nivelul tastaturii, altul la nivelul plăcii video, apoi altele la nivelul modem-ului, hard disk-ului, plăcii de sunet, etc.

Caracteristici []

Caracteristica principală este abilitatea de a executa o sarcină anume, care uneori necesită un procesor extrem de rapid (sau chiar și mai multe). De exemplu, sistemele de control al traficului aerian ale unei țări pot fi văzute ca sisteme înglobate, deși pot conține calculatoare de tip mainframe precum și rețele întregi între aeropoarte și stațiile de radar (care și ele la rândul lor pot conține propriile sisteme înglobate ș.a.m.d.).

În prezent, sistemele înglobate sunt de obicei deosebit de rapide, miniaturizate, fiabile (sigure în funcționare) și convenabile ca preț, profitând de toate tehnologiile avansate și de producția în masă.

Un sistem înglobat este de obicei parte dintr-un dispozitiv mai mare, cu componente mecanice și hardware, constituind „inteligența” acestuia. Se deosebește de un calculator universal, cum este de exemplu orice PC, care acoperă o largă paletă de aplicații. Într-un sistem încorporat, toate unitățile se asamblează și lucrează împreună în funcție de program.

Procesoare []

Procesoarele încorporate pot fi împărțite în două categorii largi:

Microprocesoare (μP) – utilizează circuite integrate separate pentru memorie și periferice. Spre deosebire de piața calculatoarelor personale, se utilizează multe arhitecturi de bază ale CPU. Sunt folosite atât arhitectura Von Neumann, cât și arhitectura Harvard. Se găsesc procesoare RISC, precum și procesoare non-RISC. Cele mai multe arhitecturi provin din mai multe variante și forme diferite, dintre care multe sunt fabricate de mai multe companii diferite. Pentru sistemele înglobate cu volum foarte mare de date sunt folosite system-on-chip (SoC), și single-board computer (SBC). SoC este un sistem cu un chip care conține toate circuitele electronice necesare pentru un sistem complet. SoC au în compoziție memorie (RAM și ROM), microprocesorul, interfețe periferice, interfețe I/O, convertoare și alte componente necesare sistemului. Acesta poate fi implementat ca un circuit integrat specific aplicației (ASIC) sau FPGA.

Microcontrolere (μC) -„Inima” unui sistem înglobat constă de obicei dintr-un microcontroler sau dintr-un Digital Signal Processor (DSP). Microcontolerele au periferice pe cip, reducând astfel consumul de energie, mărimea și costul.

Periferice []

Dispozitivele periferice asigură comunicarea dintre sistemele incorporate și utilizator.

Interfețe de comunicație serial (SCI): RS-232, RS-422, RS-485 etc.

Interfață de comunicație sincronă: I2C, SPI, SSC și interfața sincronă îmbunătățită (ESSI)

Interfețe analogice: CNA și CAN).

Serial Bus Universal (USB)

Carduri de memorie: (SD, CompactFlash etc.)*Rețele: Ethernet, LonWorks etc.

Fieldbus-uri: CAN-bus, LIN-bus, PROFIBUS etc.

Timeri: PLL, Capture/Compare și procesoare de timp

General Purpose Input/Output: (Intrare/Ieșire cu scop general) (GPIO)

Convertor analogic-numeric/numeric-analogic (CAN/CNA)

Porturi de depanare: Porturile JTAG, ISP, ICSP, BDM, BITP și DB9.

Software []

Software-ul înglobat al sistemului este conceput pentru a ține cont de disponibilitatea memoriei de sistem și a vitezei microprocesorului. Software-ul pentru sistem este scris într-un limbaj de nivel înalt și apoi compilat pentru a obține o funcție specifică într-o memorie nevolatilă din hardware.

Clasificări []

Există o mare diversitate de sisteme incorporate care realizează funcții foarte diferite. Sistemele încorporate pot fi clasificate în două categorii: Pe baza performanțelor și cerințelor funcționale:

Sisteme autonome – playere MP3, camere digitale, console pentru jocuri video, cuptoare cu microunde, sisteme de măsurare a temperaturii etc.

Sisteme în timp real – sistem în care timpul la care se furnizează ieșirile este semnificativ; sunt împărțite în două categorii: sisteme în timp real soft și sisteme în timp real hard. Marea majoritate a sistemelor în timp real sunt sisteme în timp real soft. (ex. telecomanda tv).

Sisteme de rețea – sunt legate de o rețea pentru accesarea resurselor. Rețeaua conectată poate fi LAN, WAN sau internet. Conexiunea poate fi realizată prin cablu sau fără fir. Acest tip de sistem încorporat are cea mai rapidă creștere în aplicațiile de sisteme înglobate.

Sisteme mobile – utilizate în dispozitive mobile, cum ar fi, telefoane mobile, camere digitale, PDA etc.

Pe baza performanțelor microprocesorului sau microcontrolerului:

Sisteme la scară mică – sunt proiectate cu un singur microcontroler de 8 sau 16 biți, care poate fi activat de o baterie. Pentru dezvoltarea software-ului la aceste sisteme, principalele instrumente de programare sunt un editor, limbaj de asamblare, și un mediu de dezvoltare (IDE).

Sisteme la scară medie – conțin un microcontroler de 16 sau 32 biți, RISC sau DSP, hardware și software de programare mai complex (C, C++, JAVA, Visual C++, RTOS, depanare, cod sursă, IDE.

Sisteme complexe – au o complexitate foarte mare de hardware și software, care pot necesita ASIP, PLA, IP-uri, procesoare SPARC sau configurabile. Acestea sunt folosite pentru aplicații de vârf care necesită co-design de hardware și software și componente care trebuie asamblate în sistemul final.

Tipuri de semnale []

Noțiunea de semnal este o noțiune centrală în electronică și telecomunicații. Întrucît am arătat că electronica este o tehnologie a prelucrării informației, apare întrebarea: cine conține și transportă informația? Răspunsul electroniștilor: semnalele. Un semnal este o mărime fizică purtătoare de informație. Cel mai adesea, este o funcție scalară de variabila timp, ca în exemplele uzuale următoare:

Tensiunea sau curentul furnizate de un traductor de temperatură – Tensiunea de la intrarea unui amplificator de putere

Tensiunea de la ieșirea modulului tuner radio

Tensiunea de la bornele microfonului

Câmpul electromagnetic produs în antena telefonului mobil (la emisie sau la recepție)

Poziția acului la un aparat indicator cu ac

Presiunea aerului în sistemele pneumatice de măsurare și comandă a proceselor (se folosește în mediile cu potențial de explozie)

Poziția deschis-închis a releului electromagnetic cu care se comandă funcționarea centralei termice

Succesiunea de valori afișate de ecranul unui voltmetru digital (numeric)

Poziția pedalei de accelerație, transmisă către carburator

Uneori, folosim semnalul în varianta înregistrată (memorată), în scopul reconstituirii informației inițiale sau în scopul prelucrării. Exemple:

Înregistrarea vocii pe bandă de magnetofon

Înregistrarea vocii de pe un CD

Înregistrarea numerică a tensiunii afișate pe ecranul osciloscopului

Înregistrarea numerică a vitezei vântului într-un punct

Înregistrarea cursului valutar pe un interval de timp

Există și alte variante de semnale, cu alte variabile sau altă dimensiune a funcției, cum ar fi: – Denivelarea unui material aproape plan, măsurată în lungul unei axe (funcție scalară de variabilă spațială) – Semnalul de temperatură, în grosimea unui perete (funcție scalară de timp și de spațiu) – Imaginea dată de o cameră de luat vederi (funcție scalară de două variabile spațiale) – Secvența de imagini date de aceeași cameră (funcție scalară, de timp și de două variabile spațiale) – Semnalul vocal stereo (două funcții scalare de variabila timp, care formează o funcție vectorială de variabila timp) – Semnalele de tensiune de la ieșirea unui traductor de înclinare față de verticală (funcție vectorială de variabila timp).

Proprietățile pe care trebuie să le îndeplinească o mărime fizică pentru a purta informația (implicit: pentru a fi folosită ca semnal) sunt: să poată fi prelucrată (adică să poată fi depusă informație, să se poată extrage informație și să se poată aduce modificări informației purtate de acea mărime), să poată fi transmisă la distanță, să fie puțin afectată de perturbații.

Deși nu este necesară întotdeauna, este foarte utilă o altă proprietate: posibilitatea semnalului de a fi memorat (întregistrat). Tehnica numerică a simplificat enorm problema memorării.

Mărimile folosite ca semnale sunt: tensiunea electrică, curentul electric, deplasarea mecanică, presiunea aerului. Semnalul în deplasare este folosit în unele sisteme mecanice simple. Semnalul în presiune este folosit în automatizarea sistemelor cu pericol de explozie. Semnalul în curent este folosit în transmiterea semnalelor de la traductoare, pe distanțe mari, în medii perturbate (este mai puțin afectat de perturbțiile prin inducție, decât semnalul în tensiune). Semnalul în tensiune este folosit în tehnica audio, video, echipamente de automatizare, măsurări electronice, comunicații, radio. Este cel mai potrivit pentru prelucrarea analogică (dacă prelucrarea este numerică, nu mai are importanță mărimea fizică din care a provenit semnalul numeric suspus prelucrării). Exemple de prelucrări ale semnalelor:

Filtrare pentru eliminarea zgomotului

Transmitere la distanță

Extragerea semnalului util din transmisiunea radio

Separarea a două surse de informație

Compresia și criptarea transmisiunilor

Afișarea și măsurare poziției obstacolelor cu sonar, radar, ecograf (imagine)

Recunoașterea obiectelor din imagine

Măsurare directă sau prin model

Semnale analogice și numerice (digitale) []

Forma sub care se prezintă semnalele depinde de natura mărimii și de scopul în care folosim semnalul. Din punctul de vedere al continuității în timp și în valori, folosim două variante:

– Semnal analogic (continuu în timp și în valori)

– Semnal numeric (discontinuu în timp și în valori, se mai numește semnal în timp discret și cu valori discrete. Semnalul în timp discret se mai numește semnal eșantionat)

Modelul matematic al semnalului analogic este o aplicație pe mulțimea numerelor reale, cu valori în mulțimea numerelor reale (sau un interval de numere reale). Se poate observa în Fig 3.1.2.1 că apare înregistrarea fotografică a unui semnal de pe ecranul osciloscopului. Este un semnal analogic. Semnalul acustic care sosește la un microfon, semnalul electric pe care îl produce microfonul, poziția acului unui instrument de măsură cu ac, semnalul captat de antena unui receptor radio, semnalul electric produs de o cameră video analogică, semnalul afișat de tubul catodic al unui televizor, timpul indicat de un ceasornic mecanic – toate sunt semnale analogice, fiind continue în timp și în valori.

Modelul matematric al unui semnal numeric este un șir de numere, deci o aplicație pe mulțime numărabilă (mulțimea numerelor întregi), cu valori în restricții ale mulțimii numerelor raționale sau mulțimii numerelor întregi. Numerele reprezintă valorile aproximate ale eșantioanelor unui semnal analogic.Exemple: numerele succesive indicate de un voltmetru cu afișaj numeric, indicația de temperatură a unui termometru digital, timpul afișat de un ceas digital, semnalul muzical înregistrat pe CD, semnalul produs de o cameră video digitală.

Chiar și indicația ceasului cu afișor cu cristale lichide (LCD = Liquid Crystal Display), care imită pozițiile limbilor unui ceas clasic, este tot semnal digital, întrucât ocupă un număr finit de poziții pe afișor, pe care le modifică la momente discrete. Avantajele semnalelor numerice:

Posibilitate nelimitată de memorare

Posibilități mari de prelucrare

Imunitate sporită la perturbații

Versatilitatea circuitelor de prelucrare

Dezavantajele semnalelor numerice:

Circuite mai complicate pentru prelucrare (această particularitate dispare, odată cu dezvoltarea tehnicii numerice)

Prelucrare încă insuficient de rapidă, pentru frecvențele mari

Conversia ADC și DAC []

Majoritatea semnalelor pe care le folosim provin din „lumea” analogică. Există metode de conversie a semnalelor din analogic în numeric (analog-to-digital conversion) și din numeric în analogic (digital-to-analog conversion). Scopul conversiei A/N (sau ADC = Analog-to-Digital Conversion) este preluarea semnalului în formă numerică, pentru prelucrare sau pentru memorare (exemple: memorarea concertului pe CD, prelucrarea numerică a semnalului din imagine). Scopul conversiei N/A (sau DAC = Digital-to-Analog Conversion) este reconstituirea semnalului analogic, pentru transmisiune, afișare sau pentru scopuri audio-video.

Etapele conversiei AD și DA:

Eșantionarea și reținerea eșantionului („sample and hold”)

Cuantizarea eșantionului (reprezentarea printr-un nivel discret)

Codarea numerică a nivelului cuantizat, prin care este reprezentat eșantionul

În Fig 3.1.2.1este reprezentată o scurtă secvență dintr-un semnal analogic, precum și eșantioanele obținute de la acest semnal. Semnalul a fost eșantionat la intervale egale (perioada de eșantionare). În Fig 3.1.2.2sunt reprezentate aproximările eșantioanelor, ca urmare a cuantizării. Se observă că fiecare eșantion ia doar valori discrete, dintr-o mulțime finită. În partea inferioară a Fig 3.1.2.1sunt scrise codurile numerice ale nivelurilor rezultate prin cuantizare (numere în baza 2). Aceasta este forma în care sunt prelucrare în calculatorul numeric, sau sunt memorate, sau sunt transmise prin sisteme de comunicații numerice.

În Fig 3.1.2.3apare semnalul analogic reconstituit din forma numerică (conversia N/A sau DAC). Se observă că el este similar cu semnalul original, dar nu este identic. Proprietatea caracteristică este aceea că el este recontituit din aproximări ale eșantioanelor. Aspectul de funcție în scară provine din aproximarea semnalului doar prin valori discrete. Valorile funcției între momentele de eșantionare sunt aproximate prin menținerea valorii de la ultimul moment de eșantionare.

Interfața I2C [11]

Interfața I2C (Inter Integrated Circuits) este o interfață seriale, 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 (de intrare/ieșire, memorie etc.). Conectarea acestora printr-o interfață serie satisface cerințele enunțate. Viteza mică de transfer, caracteristică interfețelor seriale, nu constituie un neajuns pentru aplicațiile principale avute în vedere (conducerea proceselor).

Realizarea unui sistem I2C presupune interconectarea unor circuite integrate (specializate) prin numai trei linii: două de semnal și una de masă. Cele două linii de semnal sunt denumite "serial data" (SDA) și "serial clock" (SCL). Fiecare circuit integrat are o adresă unică și poate funcționa fie ca transmițător, fie ca receptor, în funcție de tipul circuitului. De exemplu, un circuit pentru comanda unui afișaj cu cristale lichide poate fi numai receptor, în timp ce un circuit de memorie RAM poate fi atât transmițător cât și receptor (evident, nu simultan).

Dintr-un alt punct de vedere, un circuit integrat din sistem poate fi coordonator sau executant.

Circuitul integrat coordonator este circuitul care inițiază un transfer de date și tot el generează semnalele de tact pentru a permite realizarea unui transfer. Orice alt circuit integrat adresat de coordonator este subordonat.

Structura I2C este o structură multi-coordonator, adică se pot interconecta mai multe circuite care pot avea rolul de coordonator.

Deoarece este posibil ca într-un sistem să existe mai multe circuite care pot avea rolul de coordonator, este necesară o procedură de arbitrare a cererilor de transfer care ar putea să apară simultan. Pentru conectarea la magistrala I2C fiecare circuit integrat este prevăzut cu câte un etaj de interfață pentru fiecare linie a magistralei (Fig 3.1.3.1). Ambele linii, SDA și SCL sunt linii bidirecționale, conectate la plusul sursei de alimentare prin câte un rezistor (rezistor “pull-up”). Dacă magistrala este liberă, ambele linii sunt la nivel ridicat. Etajele de ieșire ale fiecărui circuit care se conectează la magistrala I2C trebuie să aibă o ieșire de tip colector în gol sau drenă în gol, pentru a putea permite realizarea funcției ȘI-cablat.

Rata maximă de transfer pe magistrală este de 100 kbit/s. Ultimile realizări de circuite integrate destinate să funcționeze în sisteme I2C admit rate maxime de transfer de 400 kbit/s. Numărul de circuite care se pot conecta la magistrală este limitat numai de capacitatea maxim admisă pentru fiecare linie, care este de 400 pF.

Protocolul de transfer pe magistrala I2C []

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. Ambele condiții sunt ilustrate în figura Fig 3.1.3.2. Ele sunt generate întotdeauna de către coordonator.

Datele trebuie să fie stabile pe durata impulsurilor de tact. Modificarea datelor se poate face pe durata pauzelor dintre impulsurile de tact (Fig.3.1.3.3).

Datele sunt transferate pe magistrală sub formă de octeți. După transmiterea fiecărui octet transmițătorul trebuie să afle dacă acesta a fost recepționat în bune condiții de către receptor. Aceasta se face prin procedura de acceptare (Fig.3.1.3.4). După transmiterea celui de-al 8-lea bit, transmițătorul lasă în starea sus linia de date SDA; dacă recepția s-a facut corect (fiecare bit a fost preluat, s-a verificat paritatea, cuvântul recepționat în registrul de deplasare pentru recepție a fost preluat de registrul tampon pentru recepție), atunci receptorul trage jos linia SDA pe durata celui de-al 9-lea tact de pe linia SCL.

Numărul de octeți care poate fi transmis în cadrul unui transfer nu este limitat. În cadrul unui octet, primul bit transferat este bitul cel mai semnificativ (Fig.3.1.3.5). După primele opt impulsuri de tact necesare transmiterii unui octet urmează un al nouălea impuls, utilizat pentru recunoașterea efectuării transferului (a se vedea mai sus). Dacă, după recepția unui octet, receptorul nu admite un nou octet (pentru că, de exemplu, tratează o întrerupere internă), el poate menține linia SCL la nivel coborât pentru a forța transmițătorul într-o stare de așteptare. Transferul poate continua când receptorul este gata, situație indicată prin eliberarea liniei SCL. În felul acesta se face adaptarea vitezei de transmisie după viteza celui mai lent participant. Întotdeauna, primul octet transmis după condiția de START reprezintă adresa unui subordonat, împreună cu tipul operației solicitate (scriere sau citire). Primii șapte biți ai acestui octet reprezintă adresa. Tipul operației este precizat de bitul 8, notat R/W. Astfel, dacă R/W = 1, coordonatorul va citi date de la subordonatul adresat iar dacă R/W = 0, coordonatorul va transmite date subordonatului adresat. Un transfer complet este ilustrat în Fig.3.1.3.6.

Utilizarea tehnicii de recunoaștere a transferului este obligatorie pentru asigurarea unui transfer corect. Impulsul de tact corespunzător fiecărui octet, denumit impuls de recunoaștere, este generat de coordonator. Transmițătorul eliberează linia SDA pe durata impulsului de recunoaștere. Receptorul trebuie să aducă linia SDA la nivel coborât și să o mențină așa pe toată durata impulsului de recunoaștere, ceea ce garantează efectuarea corectă a transferului octetului respectiv. În general, un receptor adresat trebuie să recunoască fiecare octet transmis. Există și excepții, care însă nu fac obiectul acestei tratări.

Dacă un receptor subordonat nu recunoaște adresa care i-a fost trimisă pe magistrală (de exemplu, nu poate recepționa date pentru că execută o funcție în timp real), subordonatul trebuie să lase linia SDA la nivel ridicat. În această situație, coordonatorul poate genera o condiție de STOP pentru a abandona transferul.

Dacă receptorul subordonat recunoaște adresa care i-a fost trimisă, dar, după transferul unui număr oarecare de octeți, nu mai poate recepționa alții, atunci coordonatorul trebuie să abandoneze din nou transferul. Pentru aceasta, după primul octet care nu mai poate fi recepționat, subordonatul nu mai generează recunoașterea, adică lasă linia SDA la nivel ridicat. În această situație, coordonatorul poate genera condiția de STOP pentru a abandona transferul.

Dacă circuitul coordonator este receptor și nu mai poate recepționa date, atunci el semnalează aceasta transmițătorului subordonat prin faptul că nu mai generează recunoașterea după ultimul octet pe care îl poate recepționa. În această situație, transmițătorul subordonat trebuie să elibereze linia SDA pentru a permite coordonatorului să genereze o condiție de STOP.

Magistrala Serială Universală[]

Utilizarea tehnicii de recunoaștere a transferului este obligatorie pentru asigurarea unui transfer corect. Impulsul de tact corespunzător fiecărui octet, denumit impuls de recunoaștere, este generat de coordonator. Transmițătorul eliberează linia SDA pe durata impulsului de recunoaștere. Receptorul trebuie să aducă linia SDA la nivel coborât și să o mențină așa pe toată durata impulsului de recunoaștere, ceea ce garantează efectuarea corectă a transferului octetului respectiv. În general, un receptor adresat trebuie să recunoască fiecare octet transmis. Există și excepții, care însă nu fac obiectul acestei tratări. Dacă un receptor subordonat nu recunoaște adresa care i-a fost trimisă pe magistrală (de exemplu, nu poate recepționa date pentru că execută o funcție în timp real), subordonatul trebuie să lase linia SDA la nivel ridicat. În această situație, coordonatorul poate genera o condiție de STOP pentru a abandona transferul. Dacă receptorul subordonat recunoaște adresa care i-a fost trimisă, dar, după transferul unui număr oarecare de octeți, nu mai poate recepționa alții, atunci coordonatorul trebuie să abandoneze din nou transferul. Pentru aceasta, după primul octet care nu mai poate fi recepționat, subordonatul nu mai generează recunoașterea, adică lasă linia SDA la nivel ridicat. În această situație, coordonatorul poate genera condiția de STOP pentru a abandona transferul. Dacă circuitul coordonator este receptor și nu mai poate recepționa date, atunci el semnalează aceasta transmițătorului subordonat prin faptul că nu mai generează recunoașterea după ultimul octet pe care îl poate recepționa. În această situație, transmițătorul subordonat trebuie să elibereze linia SDA pentru a permite coordonatorului să genereze o condiție de STOP.

În sistem există gazda. Intefața dintre gazdă și sitemul USB se numește Host Controller; poate fi o combitnație hardware, software sau firmware. Gazda are implicit un hub care se numește Root Hub și pune la dispoziție unul sau mai multe puncte de legătură numite porturi.

Hub-urille și funcțiile USB sunt referite global ca dispozitive USB. Un hub furnizează puncte de legătură suplimentare, iar o funcție furnizează facilitați suplimentare sistemului.

Dispozitivele USB [8] recunosc protocolul USB, răspund la operații standard și recunosc informația descriptivă din informația vehiculata în magistrală. Dispozitivele și gazda USB vor fi descrise mai amănunțit in unul din subcapitoele următoare.

În ceea ce privește inițiatorul transferurilor de date pe magistrală, acesta este doar gazda. Protocolul folosit este protocol prin interogare (de tip polled). Dat.ele vehiculate pe magistrală sunt grupate în pachete; o tranzacție de magistrală implică transmiterea a cel mult trei pachete. Fiecare tranzacție începe prin trimiterea de către gazdă a pachetului de semalizare –tocken packet- care descrie tipul și sensul tranzacției, adresa dispozitivului USB și numărul nodului destinație (endpoint). Dispozitivul adresat se autoselecteaza prin decodificarea adresei ce-i corespunde. Urmează transferul de date de la gazdă spre dispozitivul adresat sau invers, după cum este specificat în pacheul de semnalizare.

Receptorul răspunde în această tranzacție printr-un pachet de dialog- handshake packet- prin care se confima sau nu încheierea cu succes a transferului de date.

Aspectele electrice și mecanice ale interfeței sunt reglementate foarte precis în specificațiile de magistrală. Semnalele electrice sunt vehiculate sub formă de semnal diferențial (D+ și D-) și sunt posibile două rate de transfer: 12 Mbps (full-speed) și 1.5 Mbps (low-speed). Ambele rate de transfer sunt suportate în aceeași magistrală prin comutare dinamică automata între moduri. Semnalul de ceas este transmis codificat simultan cu datele diferențiale. Codificarea utilizata este NRZI cu împănare de biți (bit-stuffing).

Transportarea semnalelor se face printr-un cablu cu patru fire conductoare (Fig 3.1.4.2) . Semnalul util este transportat pe două conductoare torsdate. Pe celelalte două conductoare cablul mai transportă tensiunea de alimentare normala de +5V (VBUS) și potentialul de referință (GND). În acest fel pot fi alimentate prin cablul de legătură dispozitive conectate la magisrală.

Toate dispozitivele au o conexiune în sus (upstream), și una sau mai multe conexiuni în jos (downstream). Conectorii pentru aceste legături nu sunt interschimbabili, eliminând posibilitatea de buclare la hub.

Alimentarea dispozitivelor este o problemă de magistrală la USB. Gazda poate furniza alimentare dispozitivelor USB conectate direct. Din punctul de vedere al alimentării, dispozitivele pot fi:

Dispozitive care dispun de sursă (self powered device)

Dispozitive care se alimenteaza prin cablu (bus powered device)

Un atu al USB-ului este siguranța crescută a transferurilor de date, se poate spune că este o magistrala robustă. La asigurarea acestei calități își dau concursul o serie de factori: principii funcționale, accesorii implementate în acest scop, restricții constructive bine definite. Acesta este principalul motiv pentru care semnalele putătoare de informație sunt semnale electrice diferențiale.

Atributul special de tip plug-and-play al USB-ul arata usurința cu care acesta este utilizat. USB-ul acceptă cuplarea și decuplarea de dispozitive în orice moment, sistemul software adapându-se dinamic la aceste modificări deoarece este permanent într-un proces de inventariere a magistralei. Un dispozitiv USB este plasat fizic în structură prin atașarea la portul hub. Hub-ul dispune de indicatori de stare la fiecare port pentru a semnaliza cuplarea sau decuplarea unui dispozitiv. Gazda sesizează semnalizarea la hub și atribuie o adresă unică dispozitivului, constatând ulterior daca dispozitivul este o funcție sau un hub. La decuplare hub-ul dezactivează portul și indica gazdei acest eveniment, tratat de software.

Tipuri de transferuri USB []

Transferuri de control – sunt folosite pentru configurare și comandă și obligatoriu trebuie să fie suportate de toate perifericele

Transferuri cu volum mare de date – permit dispozitivelor să schimbe cantități mari de informație cu gazda pe măsură ce magistrala devine disponibilă (camere digitale, scannere sau imprimante)

Transferuri prin întreruperi – pentru periferice de intrare controlate de om (tastatura, mouse, joystick), care au nevoie sa comunice rar cu cantitari mici de date (aceste date fiind caractere, coordonate sau semnalizări de evenimente organizate în unul sau mai mulți octeți)

Transferuri izocrone – asigură un acces garantat la magistrală, flux de date constant și tolerează erorile de transmisie (aceste tipuri de date sunt continue și în timp real la toate nivele). Acest tip de date este folosit pentru fluxuri de transfer în timp real cum ar fi sistemele audio

Consideratii teoretice privind componentele sistemului

Arduino Nano

Arduino Nano este o paltformă de dimensiuni mici, compatibilă cu breadboard-uri și are la baz[ microcontroller-ul Atmega328P. Are mai mult sau mai putin aceleași funcționalități ca o paltforma Arduino UNO, diferența fiind lipsa mufei de alimentare si faptul că această platformă utilizează un cablu Mini USB. []

Display-uri de tip OLED []

Display-urile de tip OLED(Organic Light-Emtting Diode) sunt componente electronice în formă de folie foarte subțire luminoasă făcută dintr-un material organic semiconductor. Comparând cu LED, tehnologia OLED este ieftină, neavând nevoie de un monocristal scump. În ceea ce privește luminozitatea OLED-urilor, în ultima vreme s-au făcut mari progrese, fiind acum posibil să se renunțe la iluminarea suplimentară a fundalului/suportului. Marele avantaj al tehnologiei vine din faptul ca OLED ofera control la nivel de fiecare pixel si astfel display-ul poate afisa cel mai profund negru si cea mai realista si intensă paletă de culori. Sunt două familii de OLED: cele care au la bază mici molecule și cele care folosesc polimeri.

OLED-ul funcționează fară backlight pentru că emite lumina vizibilă. Prin urmare, poate afișa niveluri de negru mai intens și pot fi mai subțiri și mai luminoase decât un LCD. În condiții de lumina redusă (ca de exemplu o camera întunecata), un ecran OLED poate atinge un raport de contrast mai mare decât un LCD, indiferent dacă LCD-ul foloseste lămpi fluorescente reci sau backlight.

Tabel 3.2.2.1 Caracteristici display OLED

Senzorul de detectare a Radiațiilor Ultraviolete

Datorita dimensiunilor reduse și consumului de curent redus,senzorul pentru detectarea radiațiilor UV model ML8511 este una dintre cele mai bune alegeri pentru integrarea funcției de detectare a radiațiilor UV într-un sistem alimentat de la baterie sau în stațiile meteo alimentate cu panouri solare.

Tabel 3.2.3.1 Caracteristici senzor UV

PROIECTAREA SISTEMULUI DE DETECTARE A RADIAȚIILOR ULTRAVIOLETE

Determinarea cerintelor sistemului

În urma ceretarilor realizate în determinarea necesitaților unui sistem de detectare a indicelui de radiație UV, am descoperit că principalele cerințe pe care produsele trebuie să le satisfacă sunt mărimea redusă, durata de viață a bateriei cât mai mare si totodată rapiditatea de a procesa măsuratori din mediul înconjurator.

Asadar, pentru a rezolva problema dimensiunilor reduse trebuie să se foloseasca cât mai multe componente de tip SMD separate sau incorporate în module existente pe piata.Pentru alegerea bateriei trebuie să se țina cont de eficiența modelului ales, bateriile reîncarcabile fiind mai puțin dăunatoare mediului înconjurator datorită duratei de viață mai lungi.

Posibilitatea de a prelua datele din sistem direct pe calculator pentru a putea observa evoluția gradului de deteriorare a stratului de ozon si maximele atinse de radiații în zona habitată de utilizator indică nevoia unei conexiuni de tip USB sau folosirea unei tehnologii wireless. Pentru a păstra costul și consumul de curent cât mai mici putem ajunge la concluzia că varianta optimă este folosirea conexiunii de tip USB.

Justificarea alegerii componentelor

Pentru o implementare cât mai simplă și mai rapidă am căutat pe piață sisteme de dezvoltare ușor de programat și de conectat la sistemele periferice. Cea mai buna alegere in acest scop este una din platformele Arduino, acestea având un cost scăzut și o mulțime de biblioteci și exemple de cod din care să ne putem inspira in realizarea unui sistem cât mai bine organizat. Costul redus și rapiditatea de prototipare au fost principalele motive în alegerea tuturor componentelor fiecare componentă fiind mai întai analizată din punct de vedere tehnic si funcțional.

Arduino Nano îndeplinește toate cerințele sistemului având o conexiune de tip USB, dimensiuni de 42,18X17,78X11,2 mm (LxlxH), 6 intrari de tip analogic multiplexate pe 10 biți si alți 13 pini programabili cu intrări sau ieșiri pentru conectarea unor sisteme periferice de afișare sau a unor butoane cu posibilitatea de a putea fi programate de utilizator.

Display-ul ales este unul realizat in jurul circuitului integrat SSD1306 ce oferă utiilizatorului posibilitatea de alege tipul de conexiune de date către microconroler (IIC sau SPI). Pentru a pastra câți mai multi pini liberi, în cazul în care dupa realizarea prototipului este necesară adăugarea altor subsisteme sau senzori, am ales să folosesc interfata IIC aceasta folosind numai doi dintre pinii microcontrolerului (A4 și A5).

Senzorul ML8511 a fost ales in urma analizarii modului de functionare simplist și a dimensiunilor reduse. Senzorul vine echipat cu un amplificator de semnal incorporat și o fotodioda ce acționează strict in lungimile de undă dorite.

Bateria de tip li-ion de 3.7 V 1000mAh a fost achiziționată pebaza unui calcul de consum al întregului sistem format din componentele mai sus mentionate. Aceasta oferă sistemului o durata de viata de 4,8h daca sistemul este pornit permanent și alimentat strict de la baterie. Daca considerăm că în timpul unei zile sistemul este pornit pentru maximum cinci minute pentru a analiza nivelul de radiații UV, atunci putem spune că sistemul va avea nevoie de reîncarcarea bateriei odata la 57 de zile.

Tabel 4.2.1 Consumul de curent al sistemului

Tabel 4.2.2 Timpul de funcționare al sistemului în urma unei încărcări

Proiectarea schemei electrice

Schema electrică a sistemului a fost realizată urmarind cerințele de inter-conectare a fiecarei componente. Totodata aici au fost identificate si componentele anexe necesare pentru realizarea sistemului.

În urmastabilirii schemei de cablare am început realizarea schemei electrice urmarind miniaturizarea sistemului și eliminarea componentelor de care nu avem nevoie. Din întreg arduino nano am pastrat microcontrollerul și cuarțul de ceas, urmând să adaug un regulator de tensiune de 3.3v si să înlocuiesc conectorul USB mini cu unul micro ce servește strict la alimentarii bateriei.

Pentru a putea realiza miniaturizarea sistemului am decis să reconstruiesc și unitatea de display cu componentele sale adiacente conform datasheet-ului oferit de producator, acest lucru având ca scop reducerea grosimii prototipului pentru oferi confortîn purtarea de către utilizator.

În toate aceste scheme electrice se poate observa existența unor componente numite „TEST”, rolul acestora fiind de a indica existenta unei suprafețe de cupru unde se potface măsuratori aferente cu ajutorul unui multimetru fara a exista pericolul de a scurtcircuita placa de tip PCB.

Toate componentele au în aproprierea lor amplasate, conform cu datasheet-ul producatorului, condensatori ceramici de decuplare conectați la pinul de alimentare și cea mai apropriată zona de masă.

Proiectarea PCB-ului

Pentru proiectarea PCB-ului s-a utilizat programul Altium Designer 14.

În proiectarea PCB-ului trebuie să se țină cont de regulile de plasare ale componentelor dupa cum urmeaza:

Poziționarea controlerului se face în asa fel încat toate componentele să poată ajunge cu traseele adiacente la pinii doriți printr-un traseu cât mai scurt și mai simplu;

O importanță foarte mare o are poziționarea cuarțului de ceas sau a oscilatorului ceramic, acesta trebuind să fie amplasat cât mai aproape de microcotroller și să poata fi înconjurat de un plan de masaFig.4.4.1.;

Condensatorii de decuplare se amplasează la o distanță cât mai mică de pinii de alimentare a circuitului integrat corespunzator (Fig.4.4.2);

Pad-urile de testare și programare a placuței sunt amplasate în așa fel încât suprafața acestora să fie cât mai ușor de utilizat;

Componentele care urmează să fie conectate prin intermediul unei benzi flexibile (display-ul) pot acoperi alte componente. Din acest motiv trebuie să se țină cont de înalțimea componentelor pasive din aproprierea acestora;

Plasarea componentelor ce alcătuiesc unitatea de alimentare a sistemului trebuie să fie amplasate la o distanță cât mai mică una față de cealaltă pentru a se putea păstra restul PCB-ului cât mai liber de paraziții ce pot apărea datorită unui sistem de alimentare de o calitate mai slabă (Fig.4.4.3);

Dacă după plasarea componentelor pe ambele suprafețe ale PCB-ului se observă probleme de spațiu pentru trasarea circuitelor atunci este necesară o rearanjare a componentelor în așa fel încât aceste probleme să dispară. Pentru a păstra un cost cât mai mic de construcție al prototipului, nu se vor pot adăuga straturi interne de cupru pentru traseele mai sus mentionate (Fig.4.4.4).

Urmatorul pas în proiectarea PCB-ului sistemului este trasarea circuitelor de legatură dintre componente ținând cont de reguile de trasare, determinate de curentul ce trece prin acestea si totodată de tipul de semnal ce va trece prin acel traseu. Regulile de trasare urmarite in proiectarea acestui PCB sunt următoarele:

Lățimea traseelor de alimentare trebuie să fie de cel putin 0.4 mm pentru a putea lăsa să treacă prin acestea un curent cât mai mare pentru alimentarea circuitelor integrate

(Fig.4.4.6);

Trasarea legăturilor de masă se face după conectarea celorlalte circuite deoarece aceasta se va face cu un plan de masă ce va înconjura întreaga placă pe ambele fețe;

Traseele ce auca scop transmiterea de semnal analogic de la senzor la microcontroller, trebuie să fie construite în așa fel încat lugimea acestora să fie cât mai mică și lățimea cât mai apropiată de cea a circuitelor de alimentare pentru a putea avea o cădere de tensiune cât mai mică pe acestea;

Toate traseele trebuie să ajungă la componentele electrice în așa fel încât să respecte modul în care acestea sunt conenctate în schema electrică;

Pentru trecerea dintr-un plan în altul a unui circuit se vor folosii VIA-uri de dimensiunile 0,6 mm, diametru interior si 1.3 mm, diametru exterior. Motivul pentru care se vor folosi aceste valori e pentru a putea lasa să treaca un curent cât mai mare prin acestea, pentru a facilita găurirea și pentru eventualele schimbări dupa printarea circuitului;

Pentru schimbarea direcției unui traseu trebuie să se țină cont ca aceasta să nu se realizeze în unghi de 90 de grade sau în unghi ascuțit, modalitatea corectă de schimbare a directiei unui traseu fiind exemplificata in Fig.4.4.9.

După plasarea componentelor și trasarea circuitelor ce le conectează pe acestea, proiectarea PCB-ului este aproape gata urmând verificarea. În acest pas se va verifica dacă toate componentele au fost conectate corect și că nu există trasee ce nu au fost conectate în totalitate. Acest lucru depinde de programul utilizat pentru design-ul PCB-ului. Acesta se poate face automat, iar unele programe indică utilizatorului și greșeli de trasare de la începutul realizarii.

Proiectarea carcasei prototipului

În proiectarea carcasei prototipului se vor lua ca referință dimensinile plăcii PCB a sistemului. Pentru realizarea acestuia se vor realiza câteva schițe. În dimensionarea carcasei au fost luate în considerare, mai întâi, dimensiunile interoare. Pentru lungime și lățime s-a măsurat cablajul iar pentru stabilirea grosimii s-au luat în considerare atât grosimea PCB-ului cât și grosimea componentelor ce vor fi asamblate pe acesta. Urmatorul pas este stabilirea unei grosimi, valoarea optima fiind 2 mm. După realizarea schței (Fig 4.5.1) se va crea un model 3D, in urma caruia se va obtine prototipul cu ajutorul printarii 3D.

Datorită dimensiunilor reduse ce au fost stabilite în capitolele precedente, s-a constatat că acesta are proporțiile optime pentru a putea fi implementat sub forma unui ceas de mănă. Acesta putea oferi utilizatorului posibilitatea de al purta oricând și oriunde fără să fie nevoit să il transporte într-o geantă sau în buzunar, lucru ce ar putea incomoda.

Dimensiunile PCB-ului au fost de: 32 respectiv 34 de mm; ceea ce inseamna ca dimensiunile minime ale carcasei vorfii de minim: 36 respectiv 38 de mm. Pe baza acestor valori se va realiza schița carcasei.

Design-ul carcasei poate fi caracterizat ca fiind simplu acesta având ca scop păstrarea unor forme cât mai usor de realizat prin metoda de prototipare aleasa. Așadar, după cum se poate obseva si in Fig.4.5.1. realizarea acestui prototip nu va fi bazat pe complexitate ci pe funcționalitate.

Pentru realizarea modelului 3D s-a folosit softul Solidworks, acesta oferind posibilitatea de efectua cât mai ușor design-ul. În urma realizării carcasei, s-a observat că aceasta trebuie modificată fiind nevoie să se adauge și elemente auxiliare ale carcasei precum butonul și mufa de alimentare.

În prima fază a modelarii 3D se crează un sketchcuun dreptughi având dimensiunile exterioare mentionate în schiță.Cu ajutorul comenzii Extruded Boss/Basese va obține un paralelipiped (Fig 4.5.2) de grosime 13 mm, aceasta dimensiune fiind ulterior și înălțimea totală a carcasei.

Pentru a obtine dimensiunile interioare ale carcasei, pe paralelipipedul obținut anterior se vaaplica funcțiaShellcu parametrul de grosime de 2 mm (Fig 4.5.3). Pentru a obține o formă cât mai estetică si ergonimică a carcasei, pe anumite muchii, se va aplica funcția Chamfer (Fig 4.5.4).

Următorul pas în modelarea 3D este cel de creare a suporților ce vor servi la prinderea unei curele (Fig 4.5.5). Dimensiunile acestora cât și distanța dintre ei, vor fi alese pe baza unei curele deja existente.

Ultimele finisaje aduce modelului 3D sunt crearea sloturilor pentru buton și mufa de alimentare (Fig 4.5.6).

Când modelul 3D este terminat, acesta va fi exportat in format STLpentru a putea fi printat 3D (materialul folosit: PLA). O dată terminat procesul de printare, prototipul va mai trece prin câteva operațiuni de finisare, pentru ca acesta să ofere confort la utilizare (Fig 4.5.7).

REALIZAREA SISTEMULUI DE DETECTARE A RADIATIILOR ULTRAVIOLETE

Realizarea standului experimental

Realizarea conexiunilor standului experimental

Pentru realizarea standului experimental se va folosi ca referință schema electrică de cablare din Fig.5.1.1. Aceasta are ca scop identificarea conexiunilor necesare pentru a alimenta cu energie electricăsistemul și totodată de a transmite semnalele de la senzor către microcontroller și de la microcontroller catre display.

Pentru a putea realiza conexiunile dintre pini, se vor folosi cabluri multifilare speciale pentru trasmisia de date. Acestea au o rezistență electrică cât mai mică pentru a putea lăsa să treacă semnalele cât mai puțin alterate și totodată căderea de tensiune pe acestea să fie cât mai mică, de nivelul micro-voltilor. Firele folosite sunt prezentate in Fig.5.1.2. impreuna cu materialele anexe si uneltele necesare realizarii standului experimental.

Materialele și uneltele folosite în realizarea standului experimental sunt: cositor cu diametrul exterior de 0.8mm, pistol de lipit cu temperatură regrabilă, cablaj de prototipare cu dimensiunile 70 x 40 mm (L x l), clește pentru tăierea firelor, șurubelniță tip Philips, șuruburi si piulițe diverse.

Pentru a crea standul experimental au fost mai întâi lipite componentele pe un cablaj de prototipare. În Fig 5.1.2 se pot observa conexiuniile dintre microcontroller și placă.

Realizarea carcasei standului experimental

Pentru crearea standului experimental sa realizat prin procesul de printare 3D o carcasa ce ajuta la pastrarea integritatii structurale a proiectului si totodata ofera utilizatorului o mai buna metoda de a manipula standul in utilizare.

Carcasa a fost facuta cat mai simplu pentru a pastra costul total cat mai redus asadar suporturile pentru butonul de alimentare si pentru mufa mini USB folosita la incarcarea variantelor de software actualizate si achizitia de date prin portul serial, au fost adaugate manual prin prelucari mecanice ale carcasei.

Asamblarea standului experimental

In procesul de asamblare al standului experimental sa realizat si asamblarea unui stand ce usureaza procesul de depozitare. Standul a fost creat prin debitarea mecanica manuala a unor placi de material plastic prin trasarea directa a formei carcasei in pozitia dorita.

In asamblarea suportului s-au folosit 3 placi de material plastic si 4 suruburi de prindere acest lucru pastrand o forma cat mai simpla de realizare, componentele fiind prezentate in Figura 5.1.6.

Realizarea PCB-ului sistemului

In procesul de minaturizare al sistemului creearea cablajul are un rol foarte important datorita diferitelor grosimi de cablaj gasite pe piata, deaceea sa ales utilizarea unui cablaj cu dublu strat de cupru tip FR4 de grosime de 1mm.

Cablajul FR4

FR4 este denumirea materialului compozit din rasina rezistenda la temperaturi ridicate si tesatura de fibra de sticla, laminata pe una sau doua fete cu un strat de foliede cupru de grosimi diferite in functie de calitatea ce se urmareste in productie.

Etapele procesului de manufacturare a cablajului printat al sistemului trebuiesc a fii respectate cat mai strict posibil, in cazul in careunul dintre pasi nu este realizat cu atentie acest lucru se poate observa prin rezultatul calitatii circuitului rezultat.

Prima etapa in realizarea cablajului este de a printa separat pe hartie lucioasa fetele cablajului rejultate in urma realizarii Layout-ului.

A doua etapa a procesului esteaceea de a elimina stratul de oxid de la suprafata cablajului prin utilizarea unui material abraziv fin si curatarea cat mai amanuntita cu apa si sapun pentru eliminarea grasimii.

A treia etapa este uscarea suprafetelor ce trbuie sa nu prezinte defecte

A patra etapa este aceea de a plasa circuitul (printat pe foaie lucioasa) pe suprafata cablajului tinand cont de orientarea unei fete fata de cealalta. Totodata pentru a ne asigura ca circuitul printat isi pastreaza pozitia in urmatorii pasi acesta trebuie sa fie lipit de suprafata cablajului prin intermediul unei bucati de banda adeziva.

A cincea etapa este reprezentata de transferul termic al toner-ului de pe suprafata foii de hartie pe suprafata cablajului prin intermediul unui laminator setat la o temperatura cat mai ridicata.

A sasea etapa reprezinta indepartarea stratului de hartie prin intermediul unei bai in apa rece

A saptea etapa este cea de corodare a materialului de surplus de cupru cu ajutorul unei substante acide (clorura ferica)

Ultima etapa este aceea de a curata din nou suprafata cablajului de rezidul de clorura ferica si totodata de toner-ul folosit in transferul circuitelor

La terminarea etapelor mai sus metionate rezultatul trebuie sa fie inspectat pentru identificarea ulterioarelor defecte de transfer, aliniere sau corodare.

Asamblarea si testarea sistemului

Asablarea sistemului reprezinta plasarea componentelor electrice pe placa de cablaj realizata, cu ajutorul unui pistol de lipit si a cositorului cu diametrul de 0.8mm, acest lucru trebuie sa fie facut cu o atentie cat mai mare si necesita indemanare, in productia in masa acest lucru fiind facut automat de catre masini programate numeric ce recunosc automat pozitia si tipul componentelor.

Pentru plasarea componentelor se foloseste ca referinta circuitul realizat in software-ul Altium Designer 14, acestea oferind toate informatiile necesare.

In procesul de lipise a componentelor pe cablajul printat se face si verificarea conecsiunilor dintre componente si trasee cu ajutorul unui multimetru setat in modul de verificare a continuitatii si se inspecteaza daca in procesul de lipire au fost create portiuni ce pot avea ca efect scurtcircuitarea traseelor.

Concluzie: In procesul de testare a PCB-ului cu minimul de componente necesare, prin incarcarea programului sofware realizat pentru a afisa informatiile necesare pe diplay, sa descoperit ca microcontroller-ul ales este unul de proasta calitate, prin numarului mare de incarcari esuate si a instabilitatii acestora. Numarul mare de incarcari de programe si calitatea slaba a microcontroller-ului au dus la defectarea permanenta a acestuia urmand sa se treaca la etapa de optimizare a sistemului pentu a elimina problemele anterior mentionate.

Optimizarea sistemului

Optimizarea sistemului in cadrul acestui sistem este necesara datorita problemelor intapinate in incercarea de reducere a costurilor, microcontroller-ul folosit fiind de proasta calitate, a rezultat in esecul finalizarii asamblarii sistemului.

Principiul pe care se va baza otimizarea sistemului este acela de a elimina posibilitatea de a utiliza un circuit integrat ce poate sa se defecteze in momentul incarcarii programului software sau a asablarii sistemului, prin utilizarea unei placi de dezvoltare deja asamblata la o dimensiune cat mai mica si cu minimul de componente auxiliare amplasate pe suprafata acesteia.

Sa ales ca si placa de de zvoltare, urmarind cerintele mentionate mai sus, placa Arduino Pro Mini aceasta fiin compatibila cu cea folosita in standul experimental si avand dimensiunile de 34 x 18 mm (L x l).

Utilizand schema electrica de cablare a standului experimental s-au realizat egaturile elecrice dintre componentele sistemului iar dispunerea modulelor a fost facuta in asa fel incat la momentul asablarii tuturor componentelor in carcasa sub forma de ceas sa se elimine cat mai mult spatiu posibil fara a fi posibila o eventuala scurcircuitare intre punctele descoperite de material dielectric.

Arduino Pro Mini este o platforma de dezvoltare realizata in scopul obtinerii unui rezultat cat mai capabil la un cost cat mai redus. Specificatiile aceste platforme sunt prezentate in Tabelul 5.4.1, iar din acestea se poate trageconcluzia ca sistemul miniaturizat va avea aceleasi performante ca si standul experimental, mai putin posibilitatea de a introduce datele achizitionate direct pe un calculator.

Datorita modalitatii de interconectare, asablarea sistemului se desfasoara prin suprafunerea componentelor avandu-se in vedere ca firele de legatura sa nu se suprapuna si sa ocupe cat mai putin spatiu din carcasa sistemului.

Bibliografie

Bazele sistemelor mecatronice, Adrian Dumitru, Universitatea Transilvania din Brașov

Ghid privind recomandarile pentru populatie in cederea protectiei fata de expunerea la radiatia ultravioleta naturala si artificiala, Fiz Violeta Calota Dr. Cristina Bunghez Dr. Andra Neamțu

http://www.cursuri.flexform.ro/courses/L2/document/Cluj-Napoca/grupa10/Lung_Liliana/site/surse.html(accesat la data 10.06.2018)

https://www.powerkiteshop.com/accessories/skywatchuvmaster.htm (accesat la data 10.06.2018)

http://www.questproductsinternational.com/product/uv-hawk-2-ultraviolet-sunlight-meter/ (accesat la data 10.06.2018)

https://www.solarmeter.com/model65.html

https://www.apogeeinstruments.com/uv/

https://ro.wikipedia.org/wiki/Sistem_%C3%AEnglobat

http://adit.ilearning.me/2015/02/27/embedded-system/

http://www.etc.ugal.ro/lfrangu/IETC3.pdf

https://profs.info.uaic.ro/~arduino/index.php/Comunicare_I2C

http://vega.unitbv.ro/~ogrutan/ti/cap7.pdf (accesat la data 10.06.2018)

https://www.robofun.ro/arduino-nano

https://ro.wikipedia.org/wiki/OLED

https://www.optimusdigital.ro/ro/senzori-senzori-optici/2944-senzor-de-lumina-uv-ml8511.html