SISTEM ANTI -INCENDIU COMANDAT CU ARDUINO Coordonator științific : Absolvent Sl. Dr. Ing. Avram Adrian Neiconi Andrei -Ovidiu TIMIȘOARA 2018 2… [606294]

UNIVERSITATEA “POLITEHNICA” DIN
TIMI ȘOARA

FACULTATEA DE ELECTRONICĂ, TELECOMUNICAȚII ȘI
TEHNOLOGII INFORMAȚIONALE
DEPARTAMENTUL ELECTRONICĂ APLICATĂ

LUCRARE DE LICENȚĂ
SISTEM ANTI -INCENDIU COMANDAT CU ARDUINO

Coordonator științific : Absolvent: [anonimizat]. Avram Adrian Neiconi Andrei -Ovidiu

TIMIȘOARA
2018

2

1.Introducere sisteme inteligente
De-a lungul timpului sistemele inteligente au evoluat foarte mult, cea mai mare evoluție
având loc în ultimii ani. În acest moment există aplicații care pot fi realizate pe mai multe plăci de
dezvoltare, având aceleași funcționalități.
O placă importantă de dezvoltare, cu aplicații diverse, este Raspberry Pi . Raspberry Pi este
un SBC (Single -Board Computer) având dimensiuni reduse și un cost redus, cu scopul de a
promova învățarea noțiunilor de bază din domeniul informaticii. Diferențele între o placă
Raspberry Pi și un calculator personal (PC) sau laptop constau atât în dimensiun ea redusă a plăcii
cât și în puterea mai mică de calcul a acesteia – aceasta nu are aceleași performanțe precum un PC
desktop care are un cost și o dimensiune de câteva ori mai mari. Se poate compara placa Raspberry
Pi cu o tabletă dar fără a avea ecran și tastatură. Aceasta a cunoscut mai multe forme în ultimii ani,
evoluând de la o placa simplă cu puține porturi și cu o putere de procesare redusă, la ultimul model
de la ora actuală care are o putere de procesare asemănătoare cu cea a unui PC, diferite por turi si
conexiuni.
Noua placă de dezvoltare Raspberry Pi 3 Model B+ este construită în jurul unui SoC quad
core ARM Cortex -A53 tactat la 1,4Ghz cu suport pentru instrucțiuni pe 64 de biți. Suportă nativ
atașarea unui modul Gigabit Ethernet prin USB, cât ș i dual -band Wi -Fi sau Bluetooth. Aceasta are
și suport pentru PoE (Power over Ethernet), pentru a facilita alimentarea plăcii printr -un cablu de
rețea. Caracteristicile sale si platforma open source bazata pe Linux il fac versatil, potrivit pentru
aplicati i obisnuite precum home entertainment, navigare internet, vizionare multi -media, light
gaming, dar este cel mai folosit in aplicatii de dezvoltare precum automatizari, robotica, etc.
Pe parte de software, această placă are ca sistem de operare Rasbian, ac easta este un sistem
de operare orientat către mediul educațional. Acesta vine preinstalat cu mai multe suite de aplicații
cum ar fi Python, Scratch, Sonic Pi, Java, Mathematica și altele.

3
Chiar dacă are dimensiuni reduse (85mm x 56mm), Raspberry Pi este un calculator com-
plet permițând funcționalități obișnuite precum rularea unui sistem de operare (Linux sau Win-
dows) și rularea de aplicații utilizator (jocuri, editoare de text, medii de programare, redarea de
muzică și filme, aplicații de teleconferință, aplicații Internet).
În plus, placa Raspberry Pi oferă posibilitatea de a conecta diverse componente electronice
specifice sistemelor embedded: senzo ri, butoane, ecrane LCD sau pe 7 segmente, drivere de mo-
toare, relee etc. Posibilitatea de a personaliza sistemele de programe (sistemul de operare, aplica-
țiile) și posibilitatea de interconectare cu alte componente electronice fac din placa Raspberry Pi
un sistem de calcul ce poate sta la baza unor proiecte personale extrem de interesante și de puter-
nice – un calculator ce poate fi integrat în sisteme electronice și mecanice proiectate și realizate de
utilizator.
În ciuda dimensiunii reduse placa Raspberry Pi 3 dispune de periferice integrate numeroase
acoperind complet funcționalitatea unui sistem de calcul (audio, video, porturi USB, conectivitate
de rețea):
• Procesor SoC pe 64 de biți din familia ARMv8 -A, Broadcom BCM2837 , ce lucrează la o
frecvență de 1.2GHz și dispune de 4 nuclee de tip ARM Cortex -A53;
• 1GB de memorie RAM (folosită și ca memorie video, partajată cu procesorul grafic);
• Procesor grafic Broadcoam VideoCore IV 3D integrat pe aceeași pastilă de siliciu ca și pro-
cesorul principal;
• Ieșire digitală video / audio HDMI ;
• Ieșire analogică video (composite video) / audio mixtă prin intermediul unei mufe jack 3.5mm;
• Mufă de rețea RJ45 Ethernet 10/100 Mbit/s ;
• Conectivitate WiFi 802.11n ;
• Conectivitate Bluetooth 4.1 / BLE ;
• 4 porturi USB 2.0 ;
• 40 de pini de intrare / ieșire (GPIO) ;
• Slot card de memorie microSD (utilizat pentru instalarea sistemului de operare);
• Conectori dedicați pentru cameră video (CSI) și afișaj (DSI);

4

Pentru a pune în funcțiune placa Raspberry Pi 3 avem nevoie de următoarele componente
suplimentare:
• Cablu HDMI și un monitor / televizor cu intrare HDMI. În cazul în care nu dispunem de
un monitor / televizor cu intrare HDMI putem utiliza un adaptor HDMI -DVI sau un adap-
tor HDMI -VGA , depinde de intrarea monitorului pe care îl utilizăm.
• Alimentator de rețea cu ieșire de 5V, minim 2.5A și mufă microUSB. Este recomandată
utilizarea alimentatorului oficial sau a unui alimentator de calitate care asigură o tensiune
corectă și un curent suficient pentru alimentarea plăcii Raspberry Pi 3. În cazul în care
utilizăm un alimentator ieftin putem distruge placa din cauza fluctuațiilor de tensiune sau
putem întâmpina probleme în utilizare din cauza curentului insuficient debitat de sursa de
tensiune.
• Tastatură și mouse USB. Sunt necesare pentru instalarea și configurarea inițială a sis-
temului. Dacă, ulterior, se utilizează sistemul de la distanță, tastatura, mouse -ul și moni-
torul nu mai sunt necesare. O variantă mai simplă, și mai comodă, este utilizarea unui dis-
pozitiv mixt tastură / touchpad fără fir .
• Card de memorie microSD, capacitate minimă 8GB (16GB recomandat), clasă de vi-
teză 10. Cardul de memorie va stoca sistemul de operare la fel ca și hard -disk-ul în cazul
unui sistem de calcul de tip PC sau laptop. Este foarte importantă utilizarea unui card mi-
croSD de calit ate și de viteză adecvată din cauză că utilizarea unui card de calitate
îndoielnică poate conduce la probleme de funcționare extrem de neplăcute: blocări în

5
funcționare, resetarea aleatorie a sistemului, pierderi de date etc. Dacă este posibil, se reco-
mand ă utilizarea cardului microSD oficial .
• Dacă sistemul va fi utilizat într -o rețea locală pe cablu este necesar și un cablu de rețea
UTP – patch -cord. Dacă se utilizează placa într -o rețea locală WiFi nu este necesar. Conec-
tivitatea de rețea (conectivitatea Internet) nu este obligatorie pentru funcționarea plăci i dar
este recomandată deoarece altfel nu se pot realiza actualizările de securitate ale sistemului
de operare, nu se pot menține corect setările de dată și oră și, bineînțeles, se pierde o
funcționalitate importantă a sistemului.
• Opțional, dar recomandat, este utilizarea și a unei carcase pentru placa Raspberry Pi. Ma-
nipularea plăcii fără nici un fel de protecție poate conduce la deteriorarea acesteia datorită
descărcărilor electrostatice (descărcarea sarcinii electrice statice a corpului uman în cir-
cuitul electronic prin atingerea componentelor conductoare a acestuia), a șocurilor me-
canice și a murdăriei (praf, lichide, grăsimi).
Următorul pas, necesar înainte de punerea în funcțiune a plăcii Raspberry Pi 3, este pregătirea
cardului microSD pentru instalarea sistemului de operare. Placa Raspberry Pi 3 poate rula diverse
distribuții ale sistemului de operare Linux și o versiune minimală a sistemului de operare Microsoft
Window s 10 (prin versiune minimală înțelegem o variantă ce nu poate fi folosită ca platformă
desktop ci doar ca platformă pentru aplicații – Windows 10 IoT Core ). În continuare vo m exem-
plifica instalarea distribuției Linux Raspbian , sistemul de operare oficial al plăcii Raspberry Pi,
sistem de operare foarte ușor de utilizat și recomandat pentru începători. Alte sisteme de operare
recomand ate de fundația Raspberry Pi (producătorul plăcii Raspberry Pi) pot fi explorate în pagina
de download a site -ului fundației.
În cazul în care utilizați cardul microSD oficial al plăcii Raspberry Pi instalarea sistemului
de operare este foarte simplă deoarece cardul de memorie conține utilitarul NOOBS ( New Out Of
Box Software ) ce facilitează instalarea diverselor sisteme de operare specifice plăcii Raspberry Pi.
Pentru pornirea instalării sistemului de operare se inserează cardul în slotul microSD al plăcii și se
pornește sistemul (trebuie să vă asigurați că aveți toate echipamentele conectate corect: tastatură,
mouse, cablu HDMI). După inițializare utilitarul NOOBS vă permite alegerea sistemului de ope-
rare pe care doriți să -l instalați.
În cazul în care placa nu este conectată la Internet (prin cablu sau prin WiFi) singura opți-
une de instalare va fi sistemul de operare Raspbian al cărui kit de instalare se află deja pe cardul

6
de memorie. Toate celelalte sisteme de operare necesită conectivitate Internet pentru instalar e.
Conexiunea la Internet se poate realiza prin conectarea cu un cablu la o rețea ce oferă setări auto-
mate (DHCP) sau configurând accesul WiFi (opțiunea Wifi networks din partea de sus a ferestrei
anterioare). După confirmarea sistemului de operat dorit, u tilitarul NOOBS va instala automat sis-
temul de operare – acest proces durează câteva zeci de minute.
După finalizarea procesului de instalare sistemul va reporni și putem deja să lucrăm cu
placa Raspberry Pi.
Posibilitatea de a personaliza sistemele de programe (sistemul de operare, aplicațiile) și
posibilitatea de interconectare cu alte componente electronice fac din placa Raspberry Pi un sistem
de calcul ce poate sta la baza unor proiecte personale extrem de interesante și de puternice – un
calculator ce poate fi integrat în sisteme electronice și mecanice proiectate și realizate de utilizator,
ca de exemplu:
1.Comanda unui display cu cristale lichide
Datorită costului redus, a factorului de formă mic al Raspberry Pi și a faptului că rulează
Linux, aces t dispozitiv se poate utiliza în aplicații precum un PVR, player de muzică și NAS. O
cale bună de a extinde această aplicație o reprezintă un display digital care să indice ce emisiune
TV este înregistrată curent, ce melodie este redată sau alte informații utile.
Există un număr de căi diferite prin care un display poate fi interfațat cu un Raspberry Pi, iar un
exemplu detaliat cum să se comande direct un display LCD 16×2.

7
2.Construirea unui server de monitorizare a energiei
Acest sistem dă posibilitatea hardware a monitorizării și afișării, împreună cu firmware -ul
necesar și aplicația web de procesare, înregistrare și vizualizare a datelor.
3. Automatizarea casei
Adăugarea unui hard ware precum Pi -Face permite controlul unor sar cini grele precum
lumini și motoare și poate fi utilizat la crearea unui sis tem de auto matizare a casei bazat pe
Raspberry Pi. Aceasta poate însemna controlul de la distanță a luminilor și electrocasnicelor
conform unui program sau la activarea anumitor senzori sau, de ce nu, c a răspuns la un anumit
consum energetic. Dacă este nevoie, pentru control vor fi adăugate și dispozitive de comutare
suplimentare precum relee, contactoare etc.

4. Aplica ții cu senzori
Aplicațiile senzoriale simple implică senzori de căldură, lumină, gaz și multe altele.
Însă, în numeroase aplicații este nevoie de implicarea unor senzori mai complecși precum un
accelerometru cu 3 axe sau un senzor ultrasonic. Există în acest sens aplicații de interfațare la
Raspberry PI. Cu anumiți senzori se pot realiza si sisteme de alarmă.

8
O altă placă de dezvlotare importantă este Arduino. Arduino este o companie open –
source care produce atât plăcuțe de dezvoltare bazate pe microcontrolere, cât și partea
de software destinată funcționării și programării acestora. Pe lângă acestea include și o comunitate
uriașă care se ocupă cu creația și distribuirea de proiecte care au ca scop crearea de dispozitive
care pot sesiza și controla diverse activități sau procese în lumea reală.
Există mai multe familii de microcontrolere care s -au dezvoltat: 8400. 3300, PIC 16CXX,
80C51, ATMega328, etc.
Un microcontroler este un calculator pe un chip, micro sugerează mărimea redusă a dispo-
zitivul iar controler ne spune că dispozitivul poate fi folosit pentru a controla obiecte, procese sau
evenimente.
Primele controlere au fost realizate în tehnologii pur analogice, folosind componente elec-
tronice discrete și/sau componente electromecanice (de exemplu relee). Cele care fac apel la teh-
nica numerică modernă au fost realizate inițial pe baz a logicii cablate (cu circuite integrate nume-
rice standard SSI și MSI ) și a unei electronici analogice uneori complexe, motiv pentru care "stră-
luceau" prin dimensiuni mari, consum energetic pe măsură și, nu de puține ori, o fiabilitate care
lăsa de dorit.
Microcontrolerele pot fi găsite în componența oricărui tip de aparate. Orice aparat care
măsoara, stochează, comandă, calculează sau afișează informații este o potențială gazdă pentru un
microcontroler. De exemplu orice automobil fabricat astăzi este echi pat cu cel puțin un microcon-
troler care comandă motorul mașinii și adesea chiar mai multe pentru comanda sistemelor adițio-
nale din automobil. În calculatoarele de birou (PC) se pot găsi microcontrolere în tastatură, mode-
muri, imprimante si alte periferice. În echipamentele de testare fac posibilă adăugarea unor facili-
tați ca de exemplu memorarea rezultatelor măsurării, afișarea mesajelor si formelor de undă. Pro-
dusele de larg consum care includ microcontrolere sunt camere video, video recordere, compact –
disc playere și altele.

9
Un microcontroler este similar unui microprocesor. Ambele conțin o unitate centrală de
prelucrare sau CPU (central processing unit). CPU execută instrucțiuni care îndeplinesc operațiile
de bază logice, matematice și de mișcare a infor mației. Pentru a construi un calculator complet,
microcontrolerul necesită memorie pentru păstrarea datelor și programelor și inetrfețe de intrare
ieșire I/O pentru conectarea dispozotivelor externe cum ar fi tastatura si monitorul. Spre diferența
de micro procesor, microcontrolerul este un calculator pe un chip deoarece el conține și memorie
și interfețe de intrare ieșire pe lângă CPU. Deoarece mărimea memoriei și inetrfețele care încap pe
un chip sunt limitate, microcontrolerele țin să fie utilizate în sis teme mai mici care necesită doar
un microcontroler și cateva elemente adiționale. Cele mai populare microcontrolere sunt 8051 pro-
duse prima dată de firma Intel și 68HC11 a firmei Motorola.
Prima placuță Arduino a fost lansată in anul 2005 și avea ca obiect iv oferirea unei soluții
ieftine și simple, atât pentru începatori cât și pentru profesiniști, pentru a crea dispozitive capabile
să interacționeze cu mediul, cu ajutorul unor senzori și sisteme de acționare.

Placuțele Arduino sunt disponibile sub diferite forme, cu diferite numere de porturi și cu
diferite puteri de porcesare. Există 16 versiuni de hardware Arduino, cele mai importante fiind:
Arduino Diecimila in Stoicheia; Arduino Duemilanove (rev 2009b); Arduino UNO; Arduino
Leonardo; Arduino Meg a; Arduino MEGA 2560 R3; Arduino Nano; Arduino Due; LilyPad
Arduino; Arduino Yun.
O plăcuță Arduino este compusă dintr -un microcontroler Atmel AVR de 8-, 16- sau 32 -biți
(deși începând cu 2015 s -au folosit microcontrolere de la alți producători) cu compon ente
complementare care facilitează programarea și încorporarea în alte circuite.

10
Arduino și plăcuțele Arduino -compatibile folosesc plăcuțe de expansiune cu circuite
imprimate numite shield -uri, care se conectează la pinii disponibili pe Arduino. Shield -urile au
capacități de a controla motoare, GPS, Ethernet, LCD sau de prototipare.
Un aspect important la Arduino este că acesta dispune de conectori standard, care permit
utilizatorului să conecteze plăcuța cu procesorul la diferite shield -uri. Unele shield -uri comunică
cu Arduino direct prin pinii digitali sau analogici, dar altele sunt adresabile individual prin
magistrala serială I²C permițând utilizarea mai multor module în paralel. Până în anul 2015
plăcuțele Arduino oficiale au folosit cipuri Atmel din seria megaAVR, în special ATmega8,
ATmega168, ATmega328, ATmega1280 și ATmega2560, iar în 2015 au fost adăugate cipuri de
la alți producători.
O multitudine de alte procesoare au fost folosite de dispozitive compatibile Arduino. Multe
plăcuțe includ un r egulator liniar de 5 V și un oscilator cu cuarț de 16 MHz (sau un rezonator
ceramic în unele variante), deși anumite plăcuțe, cum ar fi LilyPad, funcționează la 8 MHz și nu
necesită regulator, datorită restricțiilor de formă.
Un microcontroler instalat pe Arduino vine preprogramat cu un bootloader care simplifică
încărcarea programelor pe memoria flash a cipului, în comparație cu alte dispozitive care necesită
programatoare externe. Acest aspect face Arduino o soluție simplă, permițând programarea de pe
orice computer ordinar. În prezent, bootloader -ul optiboot este bootloader -ul implicit instalat pe
Arduino UNO.
La nivel conceptual, când se folosește mediul de dezvoltare integrat Arduino, programarea
tuturor plăcuțelor se face prin conexiune serială. Imple mentarea acesteia diferă în funcție de
versiunea hardware. Unele plăcuțe Arduino au implementate convertoare de nivel logic pentru a
realiza conversia între nivelele logice RS -232 și cele TTL. Plăcuțele Arduino din prezent sunt
programate prin USB, având i ntegrate cipuri de conversie USB -serial, cum ar fi FTDI FT232.
Unele modele UNO, mai noi, folosesc un cip AVR separat programat să funcționeze ca un
convertor USB -serial, care poate fi reprogramat printr -un port ICSP dedicat. Alte variante, cum ar
fi Ardui no Mini și versiunea neoficială Boarduino, folosesc adaptoare detașabile USB -serial,
cabluri, Bluetooth sau alte metode.

11
Plăcuța Arduino are expuși mulți dintre pinii de intrare/ieșire ai microcontrolerului, pentru
ca aceștia să fie folosiți de alte circui te. Diecimila, Duemilanove și UNO oferă 14 pini digitali de
intrare/ieșire, dintre care 6 pot produce semnale PWM și 6 intrări analogice care, de asemenea, pot
fi folosite ca intrări/ieșiri digitale. Acești pini sunt accesibili prin partea superioară a plă cuței, prin
intermediul unor barete mamă cu pasul între pini de 2,54 mm.
Pe partea de software, programele pentru Arduino se pot scrie în orice limbaj de
programare folosind un compilator special care producă un cod mașină binar. Atmel oferă un
mediu de de zvoltare pentru microcontrolerele sale, AVR Studio și mai nou, Atmel Studio.
Arduino oferă un mediu integrat de dezvoltare (IDE), care este o aplicație cross -platform,
scrisă în Java. Acesta își are originile în mediul de dezvoltare pentru limbajul de prog ramare
Processing și în proiectul Wiring. Este proiectat pentru a introduce programarea în lumea artiștilor
și a celor nefamiliarizați cu dezvoltarea software. Include un editor de cod cu funcții ca
evidențierea sintaxelor, potrivirea acoladelor și spațier ea automată și oferă mecanisme simple cu
un singur click, pentru a compila și a încărca programele în plăcuța Arduino. Un program scris în
IDE pentru Arduino se numește sketch .
Arduino IDE suportă limbajele de programare C și C++ folosind reguli speciale de organi-
zare a codului. Arduino IDE oferă o librărie software numită Wiring, din proiectul Wiring, care
oferă multe proceduri comune de intrare și ieșire. Un sketch tipic Arduino scris în C/C++ este
compus din două funcții care sunt compilate și legate de program main() , într -un program execu-
tabil cu o execuție ciclică:
A. setup () : o funcție care este rulată o singură dată la începutul programului, când se inițializ-
ează setările.
B. loop () : o funcție apelată în mod repetat până la oprirea alimentării cu energie a plăcuței.
Arduino oferă un mediu de dezvoltare simplu pentru aplicații din cele mai diverse, de la
cele mai simple la cele mai complicate:
1. Robotul Arduino
Acest poriect este considerat un proiect ușor de realizat. Acest robot poate să fie program at să se
miște folosind diferiți senzori pentru a evita diferite obstacole.

12
2.Sisteme pentru casă inteligentă
Cu ajutorul plăcii de dezvoltare Arduino se pot realiza sisteme de control a unei case de la distanță.
Ca de exemplu cu ajutorul unui senzor de te mperatură se poate realiza un termostat controlat cu
ajutorul unui telefon inteligent sau a unui computer. Un alt exemplu de proiect pentru o casă
inteligentă este realizarea unui sistem de alarmă anti -incendiu sau anti -efractie, iar cu ajutorul
diferitelo r shild -uri se poate realiza controlarea la distanță sau trimiterea unei alerte.
3.Comanda unui display cu cristale lichide:
xistă un număr mare de aplicații cu Arduino, iar un exemplu este acela de a comanda direct un
display LCD 16×2 pentru afișarea diferitelor informații cum ar fi afișarea unor informații primite
de la senzorii conectați la placa în vederea realizării unui proiect final.

13
2. Module smart system
Dicționarele din prima parte a anilor '70 nu cuprind cuvântul "senzor". Acesta a apărut
odată cu dezvoltarea microelectronicii, împreună cu alte noțiuni de mare impact, cum ar fi cele de
„microprocesor”, „microcontroller”, „transputer”, „actuator” etc., adăugând o noțiune nouă unei
terminologii tehnice având o anumită redundan ță. Astfel, o mare parte din elementele tehnice
senzitive sunt încadrate în categoria de traductor. Un traductor este un dispozitiv care convertește
efecte fizice în semnale electrice, ce pot fi prelucrate de instrumente de măsurat sau calculatoare.
În un ele domenii, în special în sfera dispozitivelor electro -optice, se utilizează termenul de
detector (detector în infraroșu, fotodetector etc.). Traductoarele introduse într -un fluid sunt
denumite, uneori, probe. O categorie largă o constituie sistemele term inate în " -metru": de
exemplu, "accelerometru" pentru măsurarea accelerației, "tahometru" pentru măsurarea vitezei
unghiulare.
Ce este senzorul? Trebuie spus că nu există o definiție unitară și necontestată a
„senzorului”, motiv care lasă mult spațiu pent ru interpretări, ambiguități și confuzii. Mulți autori
preferă să folosească sintagma „senzori și traductoare”, în cadrul căreia, fie pun pe picior de
egalitate senzorul și traductorul, utilizând, alternativ sau preferențial, unul dintre termeni, fie
consi deră că unul reprezintă o categorie ierarhică superioară, incluzându -l pe celălalt. De multe ori
se mai utilizează și noțiunea de „captor”, care amplifică semnele de întrebare, întrucât în limba
franceză, termenul „capteur” este utilizat pentru a desemna e lementele tehnice, care în această
carte au fost numite „senzor”.
Denumirea senzorului provine din cuvântul latin „sensus”, care însemnă simț și înainte de
a fi adoptat pentru sisteme tehnice, a fost și este utilizat pentru a desemna capacitățile organelor
de simț ale oamenilor și ale organismelor vii, de a culege și prelucra informații din mediul
înconjurător și a le transmite creierului. În acest proces mărimile fizice, neelectrice, sunt convertite
în semnale electrice, pe care creierul le poate prelua și interpreta și pe baza cărora coordonează
acțiunile mușchilor. Modelul din biologie îl întâlnim, în mare măsură, la sistemele mecatronice,
astfel că nu este inutilă o scurtă trecere în revistă a sistemelor senzoriale ale omului, cu unele
comentarii privind contribuția acestora în supervizarea proceselor de producție de către om.

14
Cea mai solicitată și importantă funcție senzorială este cea vizuală, care asigură cantitatea
preponderentă de informație, având și cea mai mare viteză de transfer (cc.3.106 biți/s ). Vederea
facilitează omului cvasi -totalitatea acțiunilor de investigare a mediului – identificarea obiectelor și
a configurației, poziției și orientării lor, aprecierea distanțelor. Extraordinara perfecționare a
simțului vizual explică, poate, absența al tor senzori de investigare la om, cum ar fi cei ultrasonici,
cu care sunt dotate specii de animale, ca lilieci delfini, balene ș.a. Funcția ochiului nu se rezumă
la simpla preluare a unei imagini pe retină și transmiterea ei către creier, ci presupune și o serie de
reglări inteligente, prin intermediul mușchilor optici, ale cristalinului și irisului, precum și o
prelucrare și compresie a datelor transmise.
Simțul auzului permite omului recepționarea undelor sonore din domeniul "audio", având
frecvențe cupr inse între aproximativ 16 Hz și 16 kHz. Rata de transfer a informației auditive este
de circa 2.104 biți/s. Acest simț stă la baza comunicației dintre oameni; asigură și funcții de
investigare a mediului, prin receptarea unor sunete, precum și funcții de s upraveghere a procesului
de producție, în baza unor semnale sonore provenite de la sisteme de avertizare, a unor zgomote
anormale.
Foarte importantă, inclusiv în procesele de producție, este sensibilitatea cutanată a omului,
asigurată de multipli receptori implantați în piele. Au fost identificate următoarele forme de
sensibilitate cutanată: sensibilitatea tactilă, sensibilitatea termică și sensibilitatea dureroasă. Cele
trei feluri de sensibilitate cutanată nu sunt răspândite uniform pe suprafața pielii. S ensibilitatea
tactilă este dezvoltată, în special, pe pielea de pe fața volară a vârfurilor degetelor, iar sensibilitatea
termică este mai accentuată pe fața dorsală a mânii, unde există și o sensibilitate dureroasă
accentuată. Receptorii cutanați sunt spe cializați.
Nivelul de dezvoltare a capacităților senzoriale ale unui sistem mecatronic se determină, în
general, după modul în care acesta reușește să realizeze funcții de recunoaștere similare cu cele ale
omului. Între sistemele de recunoaștere ale omului si ale unui sistem mecatronic există însă două
mari deosebiri:
• omul are posibilități multiple de recunoaștere, fiind dotat cu organe de simț complexe, care
îi asigură capacitățile de vedere, auz, miros, gust și percepție tactilă; la un sistem
mecatronic a cest lucru nu este nici necesar și nici posibil, tinzându -se spre limitarea
funcțiilor senzoriale la cele strict necesare impuse de utilizările concrete ale acestuia;

15
• un sistem mecatronic poate fi dotat cu facilități senzoriale pe care nu le întâlnim la om ,
asigurate, de exemplu, de senzorii de proximitate inductivi, capacitivi, fluidici, sau cei de
investigare, bazați pe radiații ultrasonice sau radiații laser și funcționând pe principiul
radarului.
Există astăzi senzori pentru mai mult de 100 de mărimi fizice, iar dacă se iau în considerare și
senzorii pentru diferite substanțe chimice, numărul lor este de ordinul sutelor. Se pot pune în
evidență circa 2000 de tipuri distincte de senzori, oferite în 100.000 de variante, pe plan mondial
[ROD03]. Datorită marii diversități a principiilor de conversie a mărimilor fizice în mărimi
electrice, precum și a soluțiilor de implementare a acestor principii, există și o multitudine de
criterii de clasificare a senzorilor, dintre care vor fi enumerate câteva dintre ce le mai importante:
Senzorii pot fi clasificați în funcție de tehnologiile utilizate pentru realizarea lor:
• Tehnologii ale materialelor feromagnetice;
• Tehnologii ale materialelor piezo -ceramice;
• Tehnologii ale microeelectronicii și microsistemelor;
• Tehnolog ii ale staturilor subțiri;
• Tehnologii ale staturilor groase;
• Tehnologii pentru materiale sinterizate;
• Tehnologii ale foliilor etc.
În funcție de tipul mărimii fizice de intrare senzorii pot fi clasificați în:
• absoluți, când semnalul electric de ieșire po ate reprezenta toate valorile posibile ale
mărimii fizice de intrare, raportate la o origine (referință) aleasă;
• incrementali, când nu poate fi stabilită o origine pentru toate punctele din cadrul
domeniului de măsurare, ci fiecare valoare măsurată reprezi ntă originea pentru cea
următoare.

16
Foarte importantă este clasificarea în funcție de tipul mărimii de ieșire, în:
• senzori analogici, pentru care semnalul de ieșire este în permanență proporțional cu
mărimea fizică de intrare;
• senzori numerici (digitali), la care semnalul de ieșire poate lua numai un număr limitat de
valori discrete, care permit cuantificarea semnalului fizic de intrare.
Privind problema semnalului de ieșire din punctul de vedere al numărului de valori posibile,
pot fi puse în evidență alt e două clase distincte:
• senzori binari, care prezintă la ieșire numai două valori distincte;
• senzori cu un număr mare de valori, pentru măsurarea unei mărimi într -o anumită plajă;
pot fi analogici sau numerici.
Un alt criteriu de clasificare ține cont de numărul elementelor traductoare și de numărul de
dimensiuni atribuite valorilor măsurate și clasifică senzorii în scalari (un traductor, o dimensiune),
vectoriali (măsurări după trei direcții ortogonale) și matriciali (un anumit număr de traductoare
dispu se după o matrice mono -, bi- sau tridimensională).
Senzorii pot fi clasificați și în funcție de domeniul în care sunt utilizați:
• În industrie Robotică, fabricație flexibilă, controlul calității, activități de birou etc.
• În protecția mediului
• În transporturi
• În automatizarea clădirilor și locuințelor
Dacă analiza se extinde la nivelul diferitelor domenii de utilizare, pot fi utile și pertinente noi
criterii de clasificare. De exemplu, în cazul senzorilor utilizați în robotică, una dintre principal ele
clasificări are al bază sistematizarea proprietăților și parametrilor robotului și mediului.
Cele două ramificații principale permit gruparea senzorilor în două categorii mari: § Senzorii
interni (denumiți de unii autori și intero -receptori), care serv esc la obținerea unor informații legate
de funcționarea robotului, cum ar fi poziția relativă a elementelor cuplelor cinematice, vitezele și
accelerațiile liniare și unghiulare, deformațiile elementelor lanțului cinematic ș.a. § Senzori externi

17
(denumiți d e unii autori și extero -receptori), utilizați pentru culegerea unor informații asupra
mediului înconjurător și asupra interacțiunii robot/mediu; servesc la identificarea prezenței și
stabilirea tipului, poziției, orientării, culorii sau a altor proprietăți ale obiectelor din mediu, la
identificarea unor obstacole, la determinarea forțelor de interacțiune robot/mediu.
Un criteriu care poate permite clasificarea senzorilor externi este cel referitor la contactul cu
obiectele din mediu. Un senzor care măsoară pozițiile/deplasările în cuplele cinematice este un
senzor intern, un senzor de investigare, care baleiază mediul înconjurător pe principiul radarului,
este un senzor extern fără contact, un senzor tactil este un senzor extern cu contact direct, iar un
senzor de forță/moment este un senzor extern cu contact indirect, întrucât forțele de interacțiune
cu mediul nu sunt exercitate direct asupra senzorului, ci sunt resimțite de acesta prin propagarea
lor de -a lungul unor elemente intermediare.
Senzorii fără con tact pot servi la recunoașterea obiectelor, a poziției și orientării lor și la
controlul calității. Senzorii de proximitate sunt senzori de zona foarte apropiată; ei furnizează
informații despre existența obiectelor și sunt montați pe efectorul final sau î n apropierea acestuia.
Senzorii optici sunt senzori de zonă apropiată, iar cei de investigare de zonă îndepărtată. Montarea
acestora se poate face și în afara robotului, în spațiul său de lucru.
Informațiile de la senzorii cu contact sunt generate prin cup lare directă sau indirectă. Cuplarea
indirectă permite măsurarea forțelor și momentelor care solicită un întreg sistem mecanic, de
exemplu, efectorul final. În cazul cuplării directe, informația este generată de contactul nemijlocit
dintre senzor și obiect .
Alegerea și aprecierea unui anumit tip de senzor are la bază o serie întreagă de parametri dintre
cei mai diferiți, cum ar fi: dimensiunile, greutatea, costul, gradul de protecție electrică, domeniul
de măsurare, consumul de energie, natura semnalelor de ieșire și complexitatea lanțului de
prelucrare a acestora, sensibilitatea, rezoluția, precizia, fidelitatea, repetabilitatea. Problema
definirii unor caracteristici (sensibilitate, rezoluție, precizie) este mai dificilă decât în cazul
traductoarelor, într ucât senzorul reprezintă o categorie mai complexă, ce poate include un număr
mare de traductoare, la care se adaugă circuite electronice de achiziție, prelucrare și evaluare a
semnalelor.

18
Există, pe de alta parte, o varietate foarte mare de senzori, funcți onând după principii complet
diferite și având caracteristici specifice grupei din care fac parte. Orice senzor poate fi privit însă
ca o "cutie neagră", la intrarea căreia se aplică mărimile fizice care urmează a fi măsurate, ieșirea
fiind constituită din semnale electrice, adecvate transmiterii către sistemul de comandă.
Clasificarea acestor senzori se poate face după mai multe criterii, astfel:
După modul de exprimare a mărimii deplasării:
• senzori de poziție (absoluți) care furnizează valoarea absolută a deplasării, ce corespunde
poziției curente a elementului mobil al cuplei cinematice considerată față de originea unui
sistem de coordonate atașat cuplei;
• senzori de deplasare (relativi) care dau mărimea relativă a deplasării, rezultată ca o
diferență a valorilor corespunzătoare coordonatelor finale și inițiale ale elementului mobil.
După natura semnalului furnizat de senzor:
• senzori numerici incrementali care transformă deplasarea reală, care este o mărime
continuă, într -o succesiune de impulsuri;
• senzori numerici absoluți la care deplasarea reală este exprimată cu ajutorul unui grup de
semnale binare ce corespund unui număr codificat în binar;
• senzori analogici la care deplasarea reală este transformată într -o mărime continuă,
modulată în amplitudine sau în fază.
După natura mărimii de intrare:
• senzori liniari pentru măsurarea deplasărilor rectilinii;
• senzori rotativi care măsoară deplasările unghiulare.
Termenul de sistem inteligent este destul de general și identifică o clasă largă de dispozitive
inteligente care sunt de obicei energetic -autonome și conectate în permanență. Acestea includ
funcționalități cum ar fi detectarea, acționarea și controlul. Pentru a sprijini aceste funcții, acestea
trebuie să includă componente sofisticate și eterogene și subsisteme, cum ar fi dispozitive de
procesare a semnalului digital, dispozitive analogice pentru comunicații RF și comunicații fără fir,

19
elemente discrete, senzori și actuatori pentru diferite aplicații, surse de energie și dispozitive de
stocare a energ iei.
Datorită naturii lor eterogene, modulele inteligente sunt capabile să furnizeze o gamă largă
de servicii, iar aplicarea acestora poate să ofere soluții pentru a aborda marile probleme sociale,
economice și provocările de mediu precum și controlul medi ului și al poluării, eficiența energetică
la diferite scări.
Comunitatea sistemelor inteligente clasifică în mod tradițional sistemele inteligente după
gradul lor de autonomie, adica atât din punct de vedere al nevoii reduse de supraveghere externă,
cât și din punct de vedere economic. Acest lucru a dus la existența a trei ” generații ” de sisteme
inteligente:
1. Prima generație de sisteme inteligente integrate: Astfel de sisteme au fost deja
implementate cu succes în multe domenii, de exemplu, la dispoziti ve personale de monitorizare a
stării de sănătate a persoanelor sau în cadrul sistemelor de siguranță auto.
2. A doua generație de sisteme inteligente integrate: Aceasta adaugă funcții de percepție și
acestea sunt sistemele predictive și adaptive, cu posib ilitatea de auto -testare. Mai mult decât atât,
acestea include sisteme de conectivitate la internet și tehnologii avansate de economisire a
energiei.
3. A treia generație de sisteme inteligente integrate: adaugă percepții omenești pe lânga
cele din a doua generație. Aceste interacționează independent și fară control sau decizii externe.
Ele implementează opțiuni ca auto -calibrare, auto -testare. Cel mai bun exemplu de la această
categorie este mașina autonomă.
Diferitele generații de sisteme evoluează la vi teze diferite. Dacă pentru sistemele de primă
generație optimizările sunt încă o provocare, pentru cele de a doua și a treia generație trebuie încă
evaluate știința elementară, materialele și procesul de fabricație. Coexistența acestor generații de
sisteme sugerează că adoptarea unei abordări coprinzătoare de proiecte va realiza produse
competitive astăzi și le va menține pe viitor.
Tehnoligiile actuale și tendințele pieței arată că sistemele inteligente sunt utilizate intr -o
gamă tot mai largă de contexte și medii, de la sarcinile de zi cu zi, la sarcini complexe si critice.

20
Arhitectura și implementarea fiecărui sistem trebuie să respecte cerințele și constrângerile
aplicaților în termeni de funcționalitate, performanță, autonomie și securitate, iar în ace elași timp
trebuie sa mențină costurile de proiectare si fabricare cât mai joase.
Aceste tehnologii se pot utiliza în următoarele domenii:
1.Transport. Scenariile de transport includ terenuri (rutier, off -road, feroviar, cablu și
conducte); mare și aer (ad ică aer și spațiu) pentru oameni și bunuri în general. Sistemele inteligente
pot fi utilizate într -un vehicul în mișcare sau pot face parte din infrastructuri și rețele pentru
imbunătățirea și reglementarea transportului. Dispozitivele inteligente din acea stă gamă sunt cele
de tipul sisteme de amplificare, GPS, eterogene bazate pe senzori, motor, sisteme de detectare și
control, sisteme electronice de control al stabilității pentru vehicule, senzori de parcare, dispozitive
de detectare și monitorizare a fur tului de automobile etc.
2. Telecomunicații. Acest domeniu de aplicare se ocupă de transmiterea generică a
informațiilor (audio, video, text, date de la senzori, evenimente de alarmă) prin diferite medii, cum
ar fi cablu, aer, apă sau vid. Sistemele inteli gente sunt de obicei folosite pentru a îmbunătăți
performanța și fiabilitatea infrastructurilor existente sau pentru a explora noi domenii și potențiale.
În această categorie, exemple posibile sunt date de comutatoarele cu fibră optică MEMS, recoltarea
energiei și repetoarele radio autonome, dispozitive optice bazate pe MEMS pentru comunicații cu
lumină și filtre și antene compatibile RF MEMS.
3. Militar și de apărare. Acest câmp de aplicare include dispozitivele folosite în apărarea
țărilor de amenințări s trăine și interne și include în special sisteme de comandă, control,
comunicații, computing, inteligență, supraveghere, recunoaștere și orientare. Exemplele includ
sisteme de monitorizare a forțelor amicale, echipamente și muniții, sisteme de recunoaștere a
forțelor opuse și a terenului, microrobot de supraveghere, sisteme de direcționare îmbunătățite de
senzori, evaluarea daunelor de luptă și detectarea și recunoașterea atacurilor nucleare, biologice
și chimice.
4. Siguranță și securitate. Acest domeniu de aplicare include sisteme inteligente destinate
întârzierii, prevenirii și protecției împotriva accidentelor sau a infracțiunilor, care pot provoca
efecte adverse asupra oamenilor sau organizaților. Exemplele includ senzori de cădere liberă,
sisteme de det ectare a substanțelor chimice / radiaților, sisteme anti -furt și anti -intruziune.

21
5. Sisteme pentru casă automatizată. Sistemele inteligente menite să îmbunătățească
confortul, eficiența energetică și securitatea clădirilor rezidențiale intră în această c ategorie.
Exemple sunt încălzirea distribuită, sistemul de management al energiei, sisteme de monitorizare
acustică, comutare audio / vizuală și distribuție sisteme de control al luminii.
6. Echipamentelor de laborator. Tehnologiile avansate integrate din ziua de astăzi permit
fabricarea unor instrumente eficiente din punct de vedere compacte și precise utilizate pentru
analiză, măsurare și manipulare într -o gamă largă de domenii. În această categorie, posibilele
exemple sunt spectrometrele și interferometr ele.
7. Medical. Această categorie include sisteme destinate să îmbunătățească, în general,
sănătatea, prin furnizarea de diagnostic, tratament, îngrijire și sprijin pacienților din sistemele de
sănătate. De obicei, în acest domeniu sunt implicate diferite discipline, inclusiv biologie,
genetică, fiziologie, fizică și bioinginerie. Având în vedere importanța acestora, domeniile de
aplicare au crescut și sunt disponibile diverse exemple, cum ar fi biochipurile,
microinstrumentarea pentru microinjecție și man ipulare celulară, microsisteme care
interacționează corpul uman, inclusiv senzori și sisteme microfluidice active pentru tele –
monitorizarea datelor fiziologice umane, și îmbrăcăminte inteleigentă pentru monitorizarea
sănătății.
8.Un alt domeniu de utilizar e este cel de generarea, distribuție și recoltare a energiei
electrice. În acest scenariu de aplicații, sistemele inteligente convertesc energia din diferite surse,
stochează și distribuie energia electrică către utilizatori. Recoltarea energiei se referă, de obicei,
la procesul prin care energia este derivată din surse externe, capturate și stocate pentru
dispozitive mici, autonome la scară redusă. Sistemele bazate pe senzori pentru controlul
turbinelor eoliene, brățările multifuncționale de recoltare a en ergiei sunt doar câteva exemple din
această problemă studiată din ce în ce mai mult astăzi pentru diminuarea amprentei de carbon.
9. Aplicații pentru consumatori. Electronica de consum se referă la echipamente destinate
uzului de zi cu zi, cel mai adesea î n divertisment, comunicare și productivitate în birou. Acest
segment de piață include comunicarea celulară, calculul personal, fotografia digitală, multimedia
și de divertisment, aparate de fitness, jocuri de noroc, și este caracterizat prin timp de ciclu rapid,
preț scăzut al produsului și difuzie largă.

22
Exemplele inteligente de sistem din această categorie include module microsensor cu
scop general, sisteme de accelerometru de detectare a impactului pentru căști de sport, sisteme de
analiză a vântului pe ape, sisteme de reducere a vibrațiilor în produsele sportive (rachete de tenis,
cluburi de golf etc.), module de iluminare inteligente, dispozitive de realitate augmentată, ecrane
interactive și muzee interactive.
Noile module inteligente de iluminat devin populare în domeniul aparatelor de iluminat
din clădiri. Modulele inteligente de iluminare sunt dispozitive multi -featured care extind funcțiile
lor dincolo de iluminat, prin adăugarea de funcții de securitate, siguranță, confort și de control
wireless pe ntru dispozitivele de iluminare. Pentru a oferi această gamă largă de funcționalități,
module inteligente de iluminat integrează componente din diferite domeniile tehnologice, prin
urmare, ele pot fi incluse în clasa de sisteme de electronică inteligentă.
Pentru toate sistemele inteligente blocurile de bază sunt conceptual similare, totuși, în
fiecare exemplu, implementarea specifică poate fi foarte diferită. O clasificare generală a
blocurile de bază este următoarea:
• Sursa de energie: dispozitive de recolt are capabile să transforme energia unei surse fizice
în energie electrică, cum ar fi celule solare (de exemplu, celule fotovoltaice), generatoare
de energie termică (de exemplu, generatoarele de energie termoelectrică) și generatoare
de energie mecanică (d e exemplu, dispozitivul de curățare piezoelectric).
• Stocarea energiei: dispozitive capabile să stocheze o cantitate limitată de energie electrică
în formă de potential cinetic, chimic sau în alte forme de energie și restabilirea energiei
stocate la cerere. Principalele tipuri de dispozitive de stocare a energiei care sunt utilizate
în general pentru sisteme embedded inteligente sunt baterii, supercapacitoare (sau
ultracapacitoare) și celule de combustie.
• Conversia energiei: Sunt componente care transformă energia electrică. Funcționalitatea
lor este fundamentală pentru a transfera energia în cadrul sistemului și, prin urmare,
pentru a realiza alimentarea cu energie a tuturor componentelor din sistem. Dispozitivele
de conversie a energiei pot fi împărțite în convertoare DC -DC, convertoare AC -DC,
convertoare DC -AC și convertoare AC -AC.

23
• Dispozitive de putere: Sunt componente de management al energiei, cum ar fi diode de
putere, tiristoare, FET și MOSFETs.

• Senzori: Sunt dispozitive capabile să detecteze evenimente sau modificări ale unei
cantități fizice și să le transforme într -un semnal electric. Exemplele sunt MEMS, senzori
electro -optici, senzori de imagine, termocuple, și senzori acustici.
• Actuatori: Sunt dispozitive capabile să transforme semnalul electric într -o altă formă de
energie, cum ar fi motoare electrice, diode emițătoare de lumină și difuzoare.
• Digital: Blocuri hardware digitale pentru procesarea și stocarea informațiilor digitale,
cum ar fi procesoare sau nuclee de procesare pentru semnal digital (DSP), acceleratoare
digitale, dispozitive de c ontrol pentru dispozitive și ASIC -uri specifice aplicațiilor.
Această categorie include software -ul încorporat executat de blocurile hardware.
Sistemele integrate inteligente sunt produse cu tehnologii și materiale foarte diferite. Prin
urmare, pe lângă pr oiectarea componentelor individuale și subsistemelor, principala provocare
pentru designerii de sisteme inteligente constă în integrarea unui număr de funcționalități,
materiale și tehnologii. În general, există două dimensiuni de integrare care reprezintă
principalele obstacole în calea proiectări sistemelor inteligente: tehnologice și metodologice.
Așa cum am experimentat deja în alte domenii (de exemplu, design digital și analogic)
problemele tehnologice au fost prima preocupare pentru oamenii din domeni ul cercetării și cel
industrial. Producătorii de astăzi sunt capabili să ambaleze toate componentele mai dens,
combinând diferitele domenii într -un singur pachet. Acest lucru este posibil datorită tehnologiilor
avansate de ambalare, cum ar fi System -in-Package (SiP) și cip de stivuire (3D IC) cu viraje prin
silicon (TSV). Tehnologia SiP este bună deoarece permite combinarea componentelor și a Sursă de
energie Dispozitive
de stocare a
energiei Conversia
energiei Dispozitive de
putere
Senzori Acuatori Digital(de
procesare, stocare
de informații) Analog mixed
signal & RF

24
subsistemelor cu diferite procese și tehnologii mixte, folosind ambalaje avansate IC de ultimă oră
tehnologii cu un impact minor asupra fluxului de design IC chip.
Cu toate acestea, cererea pentru dispozitive mai rapide, mai ieftine și mai performante ridică
nevoia de noi metodologii de proiectare și simulare. Astfel de metodologii sunt fundamentale
pentru explorarea sp ațiului de proiectare pentru a găsi cel mai eficient compromis între
performanța și resursele implicate, precum și pentru evaluarea și validarea comportamentului
sistemului, ținând cont de interacțiunile dintre componentele strâns cuplate de difertite tipu ri.
Având în vedere dezvoltarea unui sistem complex, este posibil să se identifice mai multe
etape principale caracterizate prin particularitățile lor specifice: definirea arhitecturii,
implementarea proiectului și validarea acestuia, ingineria produselor și industrializarea.
În faza de proiectare sunt analizate specificațiile aplicației, este definite arhitectura
sistemului de obicei în urma unei abordări de sus în jos și sunt identificate blocurile de
construcție adecvate dacă sunt disponibile trebuie dez voltate. Echipa de dezvoltare este rugată să
propună o soluție capabilă să acopere funcționalitățile aplicațiilor susținute de un studiu detaliat
de fezabilitate. Pentru a realiza această sarcină într -un mod durabil, sistemele similare sunt
evaluate atunci când este posibil. Analiza de fezabilitatea menționată are o importanță primară,
deoarece este pilonul cu ajutorul căruia ia decizia de a continua sau nu dezvoltarea.
Luând în considerare ritmul în care sunt prezentate produsele noi pe piață, pentru a
acorda un nivel adecvat de competitivitate, un alt factor cheie este capacitatea de a avea o
evaluare rapidă și eficientă în special cu privire caracteristicile sale inovatoare. Nu poate fi
neglijat faptul că în faza de fezabilitate, sunt deseori abordate mai multe propuneri, arhitecturi și
tehnologii diferite, sunt adoptate multe metrici pentru a identifica, de la început, cea mai bună
abordare. De asemenea, în acest scop, capacitatea de a evalua rapid scenarii diferite, înlocuirea
blocurilor, încercarea dife ritele componente de bază reprezintă un avantaj evident pentru a obține
oo mai bună conștientizare a tuturor etapelor de dezvoltare viitoare. Integratorii de sisteme
inteligente au de obicei instrumente separate pentru a modela mediul.
Designul îmbină uni tăți eterogene din secțiune transversală, separată și domenii slab
corelate. Subsistemele sunt concepute pe baza diverselor ipoteze și tehnici, și sunt în mod tipic
modelate cu sisteme digitale, multifizice, sau modele analogice, disponibile la case de con strucții

25
specializate. Componentele implicate sunt de obicei descrise folosind diferite limbi, bazându -se
pe diferite modele de calcul și modelare de parametrii care trebuie simulați împreună la diferite
niveluri de abstractizare.
Blocul de bază al unui ci rcuit digital a fost un singur tranzistor sau celulă standard de ani
de zile. Astăzi nucleul unui microprocessor poate fi instanțiat și conectat în rețea de un designer
cu aceeași simplitate cu care un flip -flop putea fi inserat într -un design acum 20 de a ni.
Principala diferență este că acum această operațiune aparentă imediată implică pe de o parte un
design mai larg interdisciplinar, iar pe de o altă parte și capabilitățile avansate ale uneltelor
software.
Designerul trebuie să știe descrierea fiecărei i nteracțiuni, inclusiv modul de comunicare,
scara de timp și nivelul detaliilor sale. Instrumentul de design ar trebui să permită instanțiarea și
conectarea diferitelor modelele de componente, apoi simularea întregului sistem. Modelul
fiecărei componente ar trebui să fie suficient de precis pentru a arăta efectele relevante pentru
aplicație dar suficient de abstract pentru a nu încetini excesiv simularea.
Diferitele modelele de componente selectabile pot fi utile, în funcție de nivelurile
variabile ale detaliilor privind cerințele de aplicare și valorile de valabilitate definite (de
exemplu, temperatura și frecvența). Modelele de componente care urmează să fie utilizate, care
compun o "bibliotecă" pentru sistemul integrator, pot avea surse diferite, în f uncție de specificul
de dezvlotare al acestora, dar trebuie să fie specificate într -un format comun de citit de platforma
de proiectare. De asemenea, ar trebui să fie posibilă modelarea materialelor care nu sunt
miniaturizate, dispozitive electrice sau mec anice.
În mare, modelul de dispozitiv pentru a instanțare ar trebui să apară ca o "cutie neagră"
parametrizabilă pentru a ascunde detaliile de proiectare care nu pot să fie apreciate de
integratorul de sistem și să limiteze complexitatea designului.

26
3.Arduino și modulele folosite
Arduino UNO este o platformă de dezvoltare foarte simplu de utilizat, dar totuși cu multe
arii în care aceasta se dovedește a fi utilă în mod deosebit pentru pasionații de electronică, progra-
mare și în final robotică. Este vo rba despre o soluție open – source ce include atât un modul
hardware cât și interfațarea software cu acest, mai exact un IDE proprietar ce folosește limbajul
Wiring, foarte asemănător cu limbajul C.
Platforma folosește următoarele componente :
– pinii de intrări analogice – (A0-A5), care să ia în valorile -analogice care urmează să fie convertite
pentru a fi reprezentate cu un număr de serie 0 -1023, printr -un convertor analogic la digital (ADC).
– ATmega328 cip – 8-biți microcontroler care procesează schita de programat.
– Built -in LED -uri – în scopul de a obține acces sau controlul acestor pini, va trebui să schimbați
configurația celor 13 pini în cazul în care acesta este conectat.
– Oscilator Cristal – ceas care are o frecvență de 16MHz
– DC Jack – în caz ul în care sursa de alimentare (AC -DC adaptor sau baterii) ar trebui să fie conec-
tată. Acesta limitează valori de intrare între 6 -20V, dar recomandat valori de 7 -12V
– Digital I / O pins – pinii de intrare și de ieșire (0 -13) din care 6 dintre ei (3, 5, 6, 9, 10 și 11)
prevăd, de asemenea PWM (Pulse Width modulație), ieșirea prin utilizarea funcției analogWrite
() Pinii (0 (RX) și 1 (TX)) sunt, de asemenea, folosiți pentru a transmite și a primi date seriale.
– Antet ICSP – pini pentru "In -Circuit Serial Pr ogramming", care sunt o altă metodă de programare.
– Indicator – LED care se aprinde atunci când placa este conectată la o sursă de alimentare.
– Pini de putere – pini care pot fi folosiți pentru a furniza un circuit cu valori VIN (tensiune de la
DC Jack), 3.3V și 5V.
– butonul de reset – un buton care este apăsat ori de câte ori aveți nevoie pentru a reporni schița
programată în placă.
– Port USB – permite utilizatorului să se conecteze cu un cablu USB la un PC, placa pentru a în-
cărca schițe sau să furnize ze o sursă de tensiune de la placă. Acest lucru este, de asemenea, utili-
zat pentru comunicarea serială prin intermediul monitorului de serie de la software -ul Arduino
Uno.

27
Lângă pinii analogici arătați mai există o secțiune de pini notată POWER .
Acestia sunt ( începând de lângă pinul analog A0) :
• 1 Vin – intrarea pentru tensiune din sursă externă (input Voltage)
• 2 GND – negativul pentru tensiune din sursă externă (ground Voltage)
• 3 GND – negativ. Se folosește pentru piesele și componentele montate la arduino ca și
masă/împământare/negativ.
• 4 5V – ieșire pentru piesele și componentele montate la arduino. Scoate fix 5V dacă placa
este alimentată cu tensiune corectă (între 7 și 12 v)
• 5 3,3V – ieșire pentru piesele și senzorii care se alimentează la aceast ă tensiune. Tensiu-
nea de ieșire este 3.3 volți și maxim 50 mA.

USB
Pini digitali
Microcontroler
Pini analogici
GND Pin 5V Pin 3,3V Alimentare

28
Modulele utilizate în acest proiect sunt:
Servomotor SG90 : Acest mini servo motor este proiectat special pentru aplicații de putere mică.

Tensiune de alimentare 4,8 V
Viteza de funcționare 0,12s/60°
Cuplu în blocare la 4.8 V 1,8kgf*cm
Frecvență PWM 50Hz
Temperatura de funcționare -30°C -+60°C
Dimensiuni 21,5×11,8×22,7

Modul buzzer: La aplicarea unui semnal de 5V, modulul generează un sunet continuu,
de frecvență fixă, spre deosebire de buzzerul pasiv, care are nevoie de un semnal dreptunghiular.
Tensiune de alimentare 3.3V – 5V
Curent 30mA (MAX)

PWM=Portocaliu

VCC=Roșu
Masă=Maro

29
MQ-2 Modul senzor de gaz: Modulul este folosit pentru a detecta scurgerile de gaze în
incaperi mici sau mari și reprezinta o metoda de precautie pentru incendii sau pentru intoxicatii.
Senzorul are o sensibilitate ridicata și principalele gaze pe care le vizeaza sunt GPL -ul, izobutan,
propan, metan, alcool, hidrogen și fum. Senzorul dispune de un comparator, astfel că puteți citi
date ana logice în timp real sau puteți afla dacă concentrația de gaz a depășit o anumită limită.
Tensiune de alimentare 5V
Curent 150mA
Rezistență heater 33R
Temperatură de lucru -20°C – 50°C

Modul senzor de temperatură: Un senzor de temperatură cu ieșire binară (dacă tempe-
ratura este sub sau peste o valoare reglată din potențiometru).
Tensiune de operare 3.3V -5V
Output format Digital switching output (0 and 1)
Dimensiuni 3.2×1.4 cm
Senzor de temperatură termistor NTC
Plaja de temperatură -55°C / +125°C
Precizie + / – 0.5°C

30

Modul GSM / GPRS A6: Acest modul GSM/GPRS A6 quad -band este ideal pentru re-
alizarea proiectelor care au ca scop trimiterea și recepționarea de mesaje sub forma de text
(SMS) date, sau chiar voce.
Tensiune de alimentare 3V~3.5V
Benzi de operare 850 / 900 / 1800 / 1900MHz
Sensibilitate -105dBm
Putere maximă de trasmi-
sie 2W
Curent instantaneu maxim 2A
Curent in sleep mode 3mA
Standarde de comnuni-
care comenzi GSM07.07,07.05 AT și comenzi extinse Ai
Thinker
GPRS data traffic download 85.6Kbps, upload 42.8Kbps
Audio digital audio and analog audio support for HR, FR, EFR,
AMR speech coding

31
Support interfață de comandă TCP / IP
Dimensiune cablaj 3.8 x 2.6 cm
Lungime antenă 2.2 cm

LED -ul: Un LED (din engleză light-emitting diode , însemnând diodă emițătoare de
lumină ) este o diodă s emiconductoare ce emite lumină la polarizarea directă a joncțiunii p -n.
Efectul este o formă de electroluminescență. Un LED este o sursă de lumină mică, de cele mai
multe ori î nsoțită de un circuit electric ce permite modularea formei radiației luminoase. De cele
mai multe ori acestea sunt utilizate ca indicatori în cadrul dispozitivelor electronice, dar din ce în
ce mai mult au început să fie utilizate în aplicații de putere ca surse de iluminare.

32
Schemă Bloc:

Arduino UNO Senzor de
gaz Senzor de
temperatură
Modul
Buzzer LED Buton
RESET
Modul GSM
A6
Servomotor

33
Schemă electronica:

Comanda circuitului se realizează cu ajutorul plăcuței Arduino UNO, iar pe lângă aceasta, în
componența schemei se mai găsesc doi senzori(temperatură și gaz), un buzzer care generează un
semnal acustic atunci când este declanșată alarma, un LED care este alimntat printr -o rezistență și
care arată faptul că alarma este activat ă, dar care și pâlpâie atunci când senzorii sesizează fum sau
gaz, un micro -buton cu funcție de reset, un servomotor care deschide ușile de incendiu pentru
evacuare și un modul GSM pentru a trimite mesaj la un numar prestabilit cu privire la activarea
alarmei.
Pentru conectarea tuturor modulelor la placa Arduino se uitilizează un breadboard pentru a
asigura o flexibilitate mare. Pentru a putea conecta toate modulele la GND si 5V se conectează 2
trasee ale breadboard -ului la Arduino, unul la masă, iar celăl alt la 5V. Fiecare modul va veni
apoi conectat la masă și la alimentare direct pe breadboard.

34
Modulul GSM A6 este conectat direct la Arduino folosind pinii Rx respectiv Tx si GND. Acest
modul necesită alimentare proprie, având nevoie de 5V ca tensiune de intrare. Pentru almintare se
poate folosi un convertor DC sau un simplu incarcator de smartphone. Porturile seriale sunt folosite
pentru comunicarea dintre placa Arduino și un computer sau alte dispozitive. Toate plăcile
Arduino au cel puțin un port serial (cunoscut și ca UART sau USART). Plăcile pot comunica pe
pinii digitali 0 (RX) și 1 (TX), precum și cu computerul prin USB. Astfel, dacă se utilizează
comunicarea prin USB, pinii Rx și Tx trebuie să fie liberi. Se poate utiliza monitorul serial din
progra mul Arduino pentru a comunica cu o placă Arduino. Comunicarea serială pe pinii Tx / Rx
utilizează niveluri logice TTL (5V sau 3.3V în funcție de placă). La pinii Tx si Rx se conectează
modulul GSM. Pentu a încarca programul aferent acestei aplicați prin US B de pe un calculator,
este necesară întreruperea comunicației prin porturile Rx si Tx, iar după ce programul a fost
incărcat in memoria plăcii Arduino este necesară refacerea conexiunilor.
Modulul Buzzer are 3 pini dintre care unul este de comandă, iar ceilalți doi sunt de alimentare
și masă. Acestă nu necesită alimentare proprie, se poate conecta direct la pinul de 5V și la pinul
GND al plăcii Arduino. Pinul de commandă se poate conecta la unul din pinii 4,7 sau 8, aceștia
fiind pini standard de intrare /ieșire.
Servomotorul SG90 are de asemenea 3 prini dintre care unul este de comandă, iar ceilalți doi
sunt de alimentare respective masă. Nici acesta nu necesită alimentare proprie având o tensiune
de alimentare de 4,8V. Pinul de comandă al servomotorului poate fi conectat la Arduino la pinul
2 sau la pinul 3. Pinul 2 (External Interrupts) întrerupere externă. Acest pin poate fi configurat
pentru a declanșa o întrerupere la o valoare mică, un front crescător sau descrescător, sau o
schimbare în valoare. Pin ul 3 (External Interrupts + PWM) este de asemenea întrerupere externă.
Acesta este identic cu pinul 2, dar suplimentar, acesta poate fi folosit și pentru PWM (pulse with
modulation ). Pen tru servomotor există librăria “<Servo.h>” , care cuprinde numeroase funcții.
Metode standard din librăria Servo:
-attach(int) : Apeluri pinMode. Returnează 0 la eșec.
-detach () : Elibereaza un pin de la servomotor.
-write(int) : Setarea unghiului servomotorului în grade, de la 0 la 180.
-read () : Returnează valoarea setată la ultima scriere.

35
Senzorii de temperatură și de gaz sunt conectați la placă prin intermediul pinilor analogici A0
și A1. Pentru controlul servomotorului se utilizează un semnal PWM standard. Senzorii nu necesită
alimentare proprie, ei pot fi alimentați direct de la Arduino.Placa Arduino primește semnal
analogic de la senzori, semnal pe care îl procesează și în funcție de care comandă sirena, LED -ul,
servomotorul și modulul GSM. Există o serie de 6 pini pentru semnal analogic, numerotați de la
A0 la A5. Fiecare din ei poate furniza o rezoluție de 10 biți (adică maxim 1024 de valori diferite).
În mod implicit se măsoară de la 0 la 5 volți, deși este posibil să se schimbe limita supe rioară a
intervalului lor folosind pinul 15 AREF și funcția analogReference() . De asemenea, și aici
anumiți pini au funcții suplimentare descrise mai jos:
1. A0 standard analog pin
2. A1 standard analog pin
3. A2 standard analog pin
4. A3 standard analog pin
5. A4 (SDA ) suportă comunicarea prin 2 fire ( I2C (I-two-C) sau TWI (Two wire inter-
face)). Acest pin este folosit pentru SDA (Serial Data) la TWI.
6. A5 (SCL ) identic cu pinul 4, doar că acest pin este folosit pentru SCL (Serial Clock) la
TWI. Pentru controlul TWI se po ate folosi librăria Wire .