Sistem de supraveghere-semnalizare [307973]

Universitatea “Politehnica” din Timișoara

Facultatea de Mecanică

Departamentul de Mecatronică & [anonimizat]: Studenți:

Prof. dr. ing. Valer DOLGA Mihuț Marius Cosmin

Lazăr Mihai Iulian

Timișoara, 2018

UNIVERSITATEA POLITEHNICA TIMIșOARA aprobat ……………(data)

DEPARTAMENTUL DE MECATRONICă

…………………………………

PLAN TEMATIC

pentru lucrarea de licență

Lucrarea de licență acordată student: [anonimizat]……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Data eliberării temei…………………………..

Tema a fost primită pentru rezolvare.

Data…………………. Coordonatorul lucrării

…………………………………. ……………………………….

(semnătura) (semnătura)

Capitalul 1. Introducere

Obiectivul capitolului constă in prezentarea sistemelor mecatronice si a senzorilor utlizati in aceasă ramură.

Mecatronica este o combinație sinergetică între mecanica de precizie, sistemele electronice de control și comandă, și informatică, ce servește proiectării, realizării, punerii în funcțiune și exploatării de sisteme automate inteligente.

Fig.1.1 Aplicații ale mecatronicii

[http://www.mecatronica.ro/ce_este_mecatronica.html]

Termenul "mecatronică" a fost utilizat pentru prima dată în anul 1975 de către concernul japonez Yaskawa Electric Corporation, fiind o prescurtare a cuvintelor mechanics + elctronics [ ]. Apartenența domeniilor Mecanică-Electronică-Informatică la mecatronică este ilustrată în figura 1.2 [ ].

În România introducerea specialității de mecatronică a fost în anul 1991 la universitățile din Suceava, Iași și Brașov. Mai târziu, s-a introdus și la universitățile din Cluj, București și Timișoara. [http://www.mecatronica.ro/ce_este_mecatronica.html]

Fig.1.2 Structura sistemului mecatronic[https://mdm.utcluj.ro/old/Revista/capa.htm]

La început, mecatronica a fost înțeleasă ca o completare a componentelor mecanicii de precizie, aparatul de fotografiat cu blitz fiind un exemplu clasic de aplicație mecatronică.

Cu timpul, noțiunea de mecatronică și-a schimbat sensul și și-a extins aria de definiție: mecatronica a devenit știință inginerească bazată pe disciplinele clasice ale construcției de mașini, electrotehnicii, electronicii și informaticii.

Scopul acestei științe este îmbunătățirea funcționalității utilajelor și sistemelor tehnice prin unirea disciplinelor componente într-un tot unitar.

Totuși, mecatronica nu este același lucru cu automatica sau cu automatizarea producției. Aceștia sunt termeni care apar și în afara domeniului mecatronică, dar sunt și incluși în el. Mecatronica poate fi definită ca o concepție novatoare a tehnicii de automatizare pentru nevoile ingineriei și educației.

S-a născut ca tehnologie și a devenit filosofie care s-a răspândit în intreaga lume. În ultimii ani, mecatronica este definită simplu: știința mașinilor inteligente.

Ca o concluzie, se poate spune că mecatronica este o sferă interdisciplinară a științei și tehnicii care se ocupă în general de problemele mecanicii, electronicii și informaticii. Totuși, în ea sunt incluse mai multe domenii, care formează baza mecatronicii, și care acoperă multe discipline cunoscute, cum ar fi: electrotehnică, energetică, tehnică de cifrare, tehnica microprocesarii informației, tehnica reglării și altele.

Elementele electrice și electronice au început să fie incluse în sistemele mecanice încă din anii '40. Utilajele din acea perioadă ar putea fi numite prima generație a mecatronicii. Apariția mecatronicii este rezultatul firesc al evoluției în dezvoltarea tehnologică. Sistemele mecatronice sunt caracterizate de faptul că stochează, procesează și analizează semnalele obținute și execută sarcini adecvate.

Se consideră că primul utilaj complet din punct de vedere al conceptului mecatronic a fost mașina-unealtă comandată numeric (CNC) pentru producția elicelor de elicopter, construită la Massachusetts Institute of Technology din SUA, în 1952.

Dezvoltarea informaticii la începutul anilor '70 a fost marcată de apariția microprocesorului, caracterizat printr-o înaltă fiabilitate și flexibilitate deosebită, oferind în același timp gabarit și preț scăzut; toate acestea au permis înlocuirea elementelor electronice analogice și de decizie clasice, sistemele electronice devenind astfel mai complexe dar în același timp mai ușor de utilizat. Această etapă poate fi numită a doua generație a mecatronicii.

Mecatronica a început să se dezvolte în mod dinamic după anii '80, perioadă în care era deja proaspăt definită, iar conceptul suferea permanent perfecționări. A fost o perioadă de dezvoltare în direcția obținerii elementelor integrate, menite să asigure pe deplin controlul utilajelor, mașinilor și sistemelor complexe.

Acesta a fost începutul celei de a treia generații a mecatronicii, al cărei obiect de interes sunt sistemele multifuncționale și cu o construcție complexă.

Printre produsele mecatronice întâlnite în mod curent se numără:

imprimantele

copiatoarele din noua generație

mașinile de cusut și de tricotat cu comandă numerică

motorul cu ardere internă controlat electronic

sistemele antifurt

sistemele antiderapante (ABS) și pernele de aer din tehnica automobilistică

roboții și manipulatoarele

echipamentele medicale

protezele de înalta tehnologie

Tot produse mecatronice sunt și camerele video miniaturale, CD-playere și alte micromasini, dar și mașinile agricole mari și cele stradale din noua generație, sistemele cu gabarit mare și liniile de producție automate.

Producătorii de automobile creează tot mai des autovehicule mecatronice dotate cu sisteme de execuție complicate, programate și comandate prin calculator.

În prezent, cel mai complex sistem mecatronic din lume este cel care asigură închiderea și deschiderea canalului de acces către portul din Rotterdam, elementele sistemului având o întindere de peste 300 m.

Utilajele mecatronice sunt ansambluri care integrează elemente componente simple sau complexe ce îndeplinesc diferite funcții, acționând în baza unor reguli impuse. Principala lor sarcina este funcționarea mecanică, deci producerea de lucru mecanic util, iar esența lor este posibilitatea de a reacționa inteligent, printr-un sistem de senzori, la stimulii exteriori care acționează asupra utilajului luînd deciziile corespunzătoare pentru fiecare situație.

Trăsăturile caracteristice ale utilajelor mecatronice sunt următoarele:

Multifuncționalitatea, adică posibilitatea de a realiza diferite procese tehnologice, de exemplu prin schimbarea programului;

Inteligența, reprezentând capabilitatea mașinii de a comunica cu mediul și de a lua decizii;

Flexibilitatea, adică posibilitatea de a modifica fără dificultăți majore construcția utilajului pe etape de proiectare, producție sau exploatare, de exemplu prin folosirea construcției modulare;

Posibilitatea de a fi conduse de la distanță, ceea ce impune cunoașterea și utilizarea unor interfețe complexe de comunicare;

Evoluție permanentă, datorită dinamicii cerințelor pieței și a posibilităților tehnologice de execuție.

Un important aspect al mecatronicii este acela că mașinile și utilajele mecatronice sunt exemplu al imitării naturii.

Principala caracteristică a utilajelor mecatronice este capacitatea de a se adapta în permanență la condițiile externe și de a da informații (sub forma semnalelor mecanice, electrice, pneumatice, optice, etc) printr-o automatizare de nivel ridicat.

Sistemele mecatronice sunt dotate cu senzori și traductoare care preiau semnalele din mediu, cu sisteme programate de transformare și interpretare a acestor semnale și dispozitive de comunicație, precum și cu elemente de execuție care acționează corespunzător asupra mediului.

1.1 Senzori in sistemele mecatronice

Este un dispozitiv tehnic care reacționează calitativ sau cantitativ prin proprii mărimi măsurabile, la anumite proprietăți fizice sau chimice ale mediului din preajma lui. Ca parte componentă a unui aparat sau sistem tehnic detector poate măsura/înregistra de exemplu presiunea, umiditatea, câmpul magnetic, accelerația, forța, intensitatea sonoră, radiații.

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.

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.

Simțul auzului permite omului recepționarea undelor sonore din domeniul "audio", având frecvențe cuprinse între aproximativ 16 Hz și 16 kHz. Rata de transfer a informației auditive este de circa 2.104 biți/s.

Foarte importantă, inclusiv în procesele de producție, este sensibilitatea cutanată a omului, asigurată de multipli receptori implantați în piele(Fig.1.2.1).

Au fost identificate următoarele forme de sensibilitate cutanată: sensibilitatea tactilă, sensibilitatea termică și sensibilitatea dureroasă.

Simțul mirosului (olfactiv) (102 biți/s) și cel gustativ (10 biți/s) sunt extrem de utile omului în viața de zi cu zi, dar utilizate de om într-un număr restrâns de procese de producție.

Fig.1.2.1 Procesarea informației [http://webbut.unitbv.ro/carti%20on-line/BSM/BSM/capitol4.pdf]

Sistemele mecatronice trebuie să fie capabile să identifice, în anumite condiții și limite, parametri ai mediului ambiant și să reacționeze la modificări ale acestora.

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. În funcție de tipul mărimii fizice de intrare senzorii pot fi clasificați în:

absoluți, când semnalul electric de ieșire poate 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 reprezintă originea pentru cea următoare.

Clasificarea senzorilor 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

Capitolul 2. Analiza variantelor constructive

2.1 Introducere

Obiectivul capitolului constă în prezentarea variantelor constructive pe baza funcțiilor de baza, și alegerea componentelor utilizate în cadrul proiectului.

Tema lucrării noastre de licență constă în proiectarea unui sistem de siguranță într-o celulă de lucru a unei firme. Pentru a realiza acest sistem avem nevoie de o cameră web pentru a transmite imaginile la supraveghetorul așezat în camera de control și o alarmă pentru avertizarea unui pericol iminent.

Sistemul de supraveghere video (sau CCTV – closed circuit television ) este un sistem de televiziune care operează în buclă închisă. Comparativ cu televiziunea publică care este disponibilă oricărei persoane care are un receptor TV, imaginile obținute de sistemul de supraveghere video sunt disponibile numai utilizatorilor ce au drepturi de acces la buclă închisă. În septembrie 1968, Olean, New York a fost primul oraș din Statele Unite care a instalat camere video de-a lungul străzii principale de afaceri, într-un efort de a lupta împotriva criminalității.  în timpul anilor 1980 supravegherea video a început să se răspândească în întreaga țară, vizând în special zonele publice.

Un sistem de alarmă (sau sistem antiefracție) este un ansamblu de echipamente electronice interconectate, al cărui scop este de a detecta și semnala prezența persoanelor sau evenimentelor nedorite.Aceste sisteme de detecție se montează cel mai des în spații interioare (apartamente, spații comerciale, case și vile, depozite, etc), dar și pot fi montate la exterior (dacă se folosesc echipamente speciale de exterior).

În zilele noastre o atenție tot mai sporită e acordată siguranței personalului din fabrici datorită numeroaselor accidente petrecute. Normele impuse pentru sigurață sunt tot mai ridicate, iar acest sistem de supraveghere e creat pentru evitarea oricărui risc de pătrundere a opearatorului într-o zona de risc.

2.2 Analiza funcțiilor de realizat

Nivel_0

Nivel_1

NIVELUL_0. Stă la baza tuturor funcțiilor. Acest nivel reprezintă tema proiectului, iar pentru realizarea acestuia, este necesară implinirea tuturor funcțiilor ce rezultă la NIVELUL_1.

NIVELUL_1. Funcțiile principale se descompun in continuare la NIVELUL 2.

NIVELUL_2. Funcțiile secundare se descompun in continuare la NIVEL_3 și așa mai departe.

2.2.1 Funcția sistem de comandă

Pentru funcția sistem de comandă sunt prezentate variante de materializare prezentate în tabelul 2.2.1

Ca placa de dezvoltare dintre cele de mai sus, am ales să utilizăm, Raspberry pi 3 B+, deoarece este un întreg computer miniaturizat până la dimensiunile unui buletin, a cărui versatilitate îl face perfect pentru foarte multe aplicații de toate tipurile.

Este utilizat în aproximativ tot ceea ce se poate face și cu un PC obișnuit. Dar, față de acesta, Raspberry P3 B+ oferă posibilitatea realizării unor conexiuni hardware directe cu alte dispozitive prin intermediul pinilor GPIO, precum diverși senzori de temperatură, lumină sau umiditate, dar și presiune atmosferică, relee, drivere de motoare și altele. Pinii GPIO sunt așezați în zona din lateralul plăcii și pot fi controlați din orice limbaj de programare care rulează pe această placă Raspberry P3 B+ (Python, C, C+ +, Java, PHP, .NET etc).

Așadar această plăcuță este cea mai potrivita pentru proiectul nostru.

2.2.2 Funcția senzorială

Pentru funcția senzorială sunt prezentate mai multe variante de materializare prezentate în tabelul 2.2.2.

Din analiza criterială a variantelor prezentate am decis sa folosim senzorii PIR. Având nevoie de doi de astfel de senzori, am ales sezonrul PIR RE200B și Senzorul PIR HC-SR501.

Acești senzori se bazează pe tehnologia infraroșu având o sensibilitate și fiabilitate ridicată, au o rază de detectare de aproximativ 7m și sunt unii dintre cei mai utilizați senzori pir.

2.2.3 Funcția de supraveghere

Pentru funcția de supraveghere sunt prezentate mai multe variante de materializare prezentate în tabelul 2.2.3.

După analiza acestor variante de camere video am ales sa utilizăm pentru proiectul nostru camera raspberry Pi deoarece este special creată petru placa de dezvoltare Raspberry pi 3 B+, având o conexiune sigură, foarte ușor de pus in aplicare si de a fi progrmată in modul dorit de utilizator.

Pe lângă toate aceastea e o cameră de 8 MP ce filmează HD, ideală pentru proiectul nostru.

2.2.4 Funcția de alarmare

Pentru funcția de alarmare sunt prezentate mai multe variante de materializare prezentate în tabelul 2.2.4.

Dintre alarmele prezentate anterior, am ales să folosim Mini Difuzorul XHD SFB-55 DC deoarece este o alarmă rezistentă, cumpusă dintr-un material durabil. Are un număr mare de decibel, de aceea sunetul alarmei este unul puternic, nu necesita un nivel ridicat de cunostiinte pentru montare, conectându-se la modulul Raspberry foarte ușor. Raportul preț/calitate al acestui difuzor este unul foarte bun.

2.2.5 Funcția de memorare

Pentru funcția de memorare sunt prezentate mai multe variante de materializare prezentate în tabelul 2.2.5.

Din analiza criteriala a variantelor prezentate am optat ca, pentru funcția de momorare, să uilizăm cardul de memorie MicroSD deoarece modulul Raspbery Pi 3B+ are incorporat un slot special proiectat pentru acest tip de card.

2.2.6 Funcția de interfațare grafică

Pentru funcția de interfațare grafică sunt prezentate mai multe variante de materializare prezentate în tabelul 2.2.6.

Placa de dezvoltare Raspberry Pi 3 b+, in proiectul nostru, se conectează la interfața grafică prin cablu HDMI. Smarthphone-ul nu dispune de conectare HDMI,el putând fi conectat la placă doar prin Wi-fi. După analiza critearială a varintelor rămase, am ales monitorul ca și interfață grafică.

2.2.7 Funcția de alimentare

Pentru funcția de alimentare sunt prezentate mai multe variante de materializare prezentate în tabelul 2.2.7.

După analiza criterială a variantelor de surse de alimentare, am optat pentru alimentatorul Raspberry Pi, deoarece, in comparație cu acumalatorii si bateriile care au o sursa de energie finită și existând riscul sa se epuizeze intru-un moment crucial, alimentatorul Raspberry Pi, conectat la o sursa de curent, reprezintă o sursă de energie inepuizabilă. Alimentatorul este creat special pentru această placă, având exact tensiunea necesara pentru alimentarea lui.

2.3 Concluzii

Pentru realizarea oricărui proiect ce implică parte practică, trebuie să analizăm mai multe variante de materializare a sistemelor. În funcție de cerințele referitoare la performanțele acestora, după o analiză criterială a celor mai favorabile trei variante, se alege varianta cea mai optimă dintre ele.

După alegerea variantei celei mai favorabile a fiecărui sistem în parte, urmează asamblarea acestora, iar rezultatul opținut reprezintă partea practică a proiectului.

Capitolul 3. Structura Sistemului mecatronic

3.1 Introducere

Obiectivul acestui capitol este prezentarea componentelor utilizate in cadrul proiectului și a codului creat pentru acest proiect.

Prin senzor se înțelege dispozitivul tehnic destinat înzestrării mașinilor cu simțuri. Are rolul determinării unei sau unor proprietăți, și, în funcție de nivelul de integrare, poate avea funcții mai simple sau mai complexe.

Senzorul cuprinde traductorul/traductoarele pentru transformarea mărimii de intrare într-un semnal electric util, dar și circuite pentru adaptarea și conversia semnalelor și, eventual, pentru prelucrarea și evaluarea informațiilor. Senzorul care include și unitățile micromecanice și microelectronice de prelucrare, realizate prin integrare pe scară largă (LSI) sau foarte largă (VLSI), se întâlnește în literatura de specialitate și sub denumirile de "sistem senzorial" sau "senzor inteligent" (smart-sensor). Producerea senzorilor inteligenți este facilitată de dezvoltarea tehnicii microsistemelor, care permite integrarea în volume extrem de mici atât a traductoarelor de diferite tipuri, cât și a micromecanicii și microelectronicii de prelucrare.

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 acest lucru nu este nici necesar și nici posibil, tinzându-se spre limitarea funcțiilor senzoriale la cele strict necesare impuse de utilizările concrete ale acestuia.

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..

3.2 Structura hardware

3.2.1 Raspbery pi3 b+

Raspberry Pi este o placă de dezvoltare de tip SBC (Single Board Computer) –  un sistem de calcul nemodular implementat pe un singur cablaj electronic. Chiar dacă are dimensiuni reduse (85mm x 56mm), Raspberry Pi este un calculator complet permițând funcționalități obișnuite precum rularea unui sistem de operare (Linux sau Windows) și rularea de aplicații utilizator (jocuri, editoare de text, medii de programare, redarea de muzică și filme, aplicații de teleconferință, aplicații Internet). Diferențele între o placă Raspberry Pi și un calculator personal (PC) sau laptop constau atât în dimensiunea redusă a plăcii cât și în puterea mai mică de calcul a acesteia – nu are aceleași performanțe de calcul precum un PC desktop care are un cost și o dimensiune de câteva ori mai mari. Putem compara placa Raspberry Pi cu o tabletă sau cu un sistem de tip NetBook dar fără a dispune de ecran și tastatură. În plus, placa Raspberry Pi oferă posibilitatea de a conecta diverse componente electronice specifice sistemelor embedded: senzori, butoane, ecrane LCD sau pe 7 segmente, drivere de motoare, relee etc. 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.

Fig 3.2.1.1 Raspbery pi

În ciuda dimensiunii reduse placa Raspberry Pi 3 dispune de periferice integratenumeroase 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 procesorul 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);

Fig. 3.2.1.2 Raspbery Pi

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 adaptor 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 sistemului. Dacă, ulterior, se utilizează sistemul de la distanță, tastatura, mouse-ul și monitorul nu mai sunt necesare. O variantă mai simplă, și mai comodă, este utilizarea unui dispozitiv mixt tastură / touchpad fără fir.

Card de memorie microSD, capacitate minimă 8GB (16GB recomandat), clasă de viteză 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 microSD de calitate și de viteză adecvată din cauză că utilizarea unui card de calitate îndoielnică poate conduce la probleme de funcționare extrem de neplăcute: blocări în funcționare, resetarea aleatorie a sistemului, pierderi de date etc. Dacă este posibil, se recomandă 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. Conectivitatea de rețea (conectivitatea Internet) nu este obligatorie pentru funcționarea plăcii 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. Manipularea plăcii fără nici un fel de protecție poate conduce la deteriorarea acesteia datorită descărcărilor electrostatice (descărcarea sarcinii electrice statice a corpului uman în circuitul electronic prin atingerea componentelor conductoare a acestuia), a șocurilor mecanice și a murdăriei (praf, lichide, grăsimi).

Hardware-ul este partea fizică a unui sistem informatic, constituită din ansamblul de componente electrice, electronice și mecanice care împreună pot primi, prelucra, stoca și reda informații, sub diverse forme de semnale electrice, acustice sau optice, spre deosebire de software, care este partea logică — cea care comandă hardware-ul prin intermediul unor programe (aplicații, sisteme de operare și drivere) — și de datele asupra cărora operează respectivul sistem de calcul.

Termenul este un cuvânt englez care se pronunță aproximativ hard-uer și se traduce uzual cu echipament solid sau și cu articole de fierărie (de menaj).

Hardware este ansamblul elementelor fizice și tehnice cu ajutorul cărora datele se pot culege, verifica, prelucra, transmite, afișa și stoca, apoi suporturile de memorare (dispozitivele de stocare) a datelor, precum și echipamentele de calculator auxiliare — practic, toate componentele de calculatoare și rețele de calculatoare concrete, tangibile

3.2.1.1 Utilizarea plăcii Raspberry Pi 3 de la distanță

De multe ori este mai comod sau pur și simplu natura proiectului impune accesul la distanță pentru utilizarea plăcii Raspberry Pi. Prin acces la distanță nu se înțelege neapărat faptul că placa se află la mare distanță ci că nu este accesată de la o tastatură și un monitor direct conectate. În acest fel putem utiliza placa fără a bloca un set de periferice dedicate.

Pentru a putea să ne conectăm la placa Raspberry Pi prin intermediul rețelei este necesar să cunoaștem adresa IP a acesteia. Dacă alocarea adreselor IP în rețeaua locală în care se utilizează placa se realizează în mod static este suficient să ne notăm adresa alocată după instalarea sistemului de operare utilizând comanda ifconfig în aplicația Terminal.

Dacă placa se conectează într-o rețea locală ce alocă dinamic adresele IP asta înseamnă că la fiecare repornire este posibil ca adresa IP să se modifice și nu avem altă posibilitate decât să ”scanăm” rețeaua pentru a descoperi ce adresă a fost alocată pentru placa Raspberry Pi. Scanarea se face cu aplicații specifice, de exemplu: Angry IP Scanner sau nmap.

După instalare, aplicația Angry IP Scanner permite verificarea întregii plaje de adrese dintr-o rețea locală și raportează ce adrese IP sunt active (sunt alocate) și ce servicii rulează sistemele de calcul respective:

Figura 3.2.1.3 Angry IP Scanner

Pentru accesul la distanță în linie de comandă se utilizează programul ssh ce permite deschiderea unei sesiuni de tip terminal de pe un alt sistem de calcul. Este necesară instalarea unui client ssh pe sistemul de pe care se va face accesul. Cel mai cunoscut client ssh pentru Windows este putty, sistemele Linux au clientul ssh instalat implicit:

Fig 3.2.1.4 Putty

Pentru accesul la distanță beneficiind de interfața grafică pusă la dispoziție de sistemul de operare vom utiliza programul VNC. La fel ca și în cazul ssh este necesară instalarea pe sistemul de pe care se face accesul a unui client specific. Unul dintre cei mai cunoscuți clienți VNC este RealVNC:

Figura 3.2.1.5 VNC Viewer

3.2.2 Camera Rasbery pi

Camera Rasbery Pi este capabilă sa filmeze și să facă poze full HD. Fiind un produs oficial Raspberry Pi, se pot folosi librările puse la dispoziție de către fundație, pentru a crea diverse efecte. Sunt foarte multe exemple, în care această camera este folosită pentru înregistrări de tip time-lapse sau slow-motion. Pentru alimentarea sistemului se poate utiliza o baterie externă USB sau un alimentator de rețea de 5V, minim 1A (se poate utiliza alimentatorul oficial al plăcii Raspberry Pi 3).

Conectarea camerei video necesită un cablu special deoarece conectorul de pe placa Raspberry Pi Zero are o dimensiune mai mică decât conectorul de pe placa Raspberry Pi.

Pentru punerea în funcțiune a sistemului mai avem nevoie de un card microSD pe care să copiați sistemul de operare (se recomandă utilizarea unui card de memorie de calitate). Se recomandă utilizarea versiunii Lite a sistemului de operare Raspbian pentru a nu încărca microprocesorul cu execuția interfeței grafice utilizator și a altor servicii ce nu sunt necesare. Pentru testare s-a utilizat versiunea 2018-03-13-raspbian-stretch-lite.

Figura 3.2.2.1 Camera Rabery Pi

Caracteristici tehnice:

Compatibil cu Raspberry Pi;

Rezoluție foto: 8MP;

Rezoluție video: 1080p 30fps, 720p 60fps, 640x480p 60/90fps;

Conexiune CSI (camera serial interface).

3.2.3  Senzor PIR HC-SR501

Un senzor pasiv în infraroșu (senzor PIR) este un dispozitiv electronic care măsoară radiația infraroșie (IR) provenită de la obiecte aflate în câmpul său vizual. Aparent mișcarea este detectată atunci când un corp cu o anumită temperatură (cum ar fi un om sau un animal) trece prin fața sursei infraroșu (adică un alt corp, obiect) cu o altă temperatură, cum ar fi un perete. Acest lucru înseamnă că senzorul detectează căldura de la trecerea unui obiect prin câmpul de acțiune al senzorului și acel obiect rupe câmpul pe care senzorul l-a determinat anterior ca fiind “normal”. Orice obiect, chiar unul de aceeași temperatură ca și obiectele din jur va activa senzorul PIR dacă corpul se deplasează în câmpul vizual al senzorului3.

Toate corpurile emit energie sub formă de radiații. Radiațiile infraroșii sunt invizibile pentru ochiul uman, dar pot fi detectate de dispozitive electronice concepute în acest sens.

Un detector de mișcare este un dispozitiv de recunoaștere a mișcărilor de corpuri (obiecte, persoane) în vecinătatea lui. Un astfel de detector conține un mecanism fizic sau un senzor electronic care cuantifică mișcarea și care poate să fie integrat sau conectat la alte dispozitive care să alerteze utilizatorul de prezența unui obiect în mișcare în raza de acțiune a senzorului. Detectoarele de mișcare sunt o componentă vitală a sistemelor de securitate atât pentru locuințe cât și pentru firme (companii).
Senzorul infraroșu pasiv este cel mai utilizat senzor în detectoare de mișcare. Se adaptează optim la detecția mișcărilor ce provoacă schimbări în poziționarea unghiulară față de el a corpurilor, atunci când ele se află în raza de acțiune a senzorului.

Tensiune de operare: 5V – 20V
Curent: 65mA
Output digital TTL: 3.3V / 0V
Delay ajustabil: 0.3sec – 5min
Range: 110°, 7 metri
Trigger L/H
Temperatură de operare: -15°C – +70°C

Dimensiuni: 32mm x 24mm

Senzorul infraroșu HC-SR501 este folosit pentru a detecta prezența oamenilor. Este des utilizat în aprinderea sau stingerea automată a luminii într-o încăpere atunci când o persoană ajunge sau parasește o incintă.

Senzorul este bazat pe tehnologia IR, oferă fiabilitate în proiectele tale și o tensiune mică de operare.

Suportă o tensiune de alimentare mai ridicată (5 – 20 V ) și are un consum mai mare. Are o rază de sensibilitate de 110 ˚ și detectează obiecte până la o distanță de 7m.

Capacul alb de plastic funcționează ca o lentilă divergentă ce îi permite senzorului să detecteze obiecte pe o raza mult mai mare. Senzorul face “citiri” la intervale de timp ajustabil, cuprinse între 0.3 sec și 5 min.

Figura 3.2.3.1 Senzor pir HC SR 501

3.2.4 Senzor PIR RE200B

Senzorul cu infraroșu pasiv , (în engleză, prescurtat PIR) reacționează la schimbarea temperaturii cauzată de schimbarea fluxului de radiații (în principal radiație termică în infraroșu, lungimea de undă fiind de aproximativ 10 µm) de la oameni, animale și vehicule aflate în vecinătatea senzorului. Senzorul (de mișcare) cu infraroșu nu răspunde la diferențele termice statice, care sunt cauzate prin mijloace naturale cum ar fi expunerea la lumina soarelui – percepe numai semnale de schimbare, cum ar fi atunci când o persoană intră în raza de sensibilitate infraroșie (detecție) a senzorului.

În fața senzorului propriu-zis – în distanța focală – se găsește o cupolă sferică sau cilindrică de lentile mici curbe convexe albe, din material plastic noros, dar este în mod clar în infraroșu transparent. Aceste lentile multiple colectează lumină în infraroșu. Lumina în infraroșu ajunge la senzorul propriu-zis care transformă această energie infraroșie în energie electrică, care poate fi analizată de un circuit de procesare (procesor) și care va diferenția alarmele false de alarmele reale.

Figura 3.2.4.1 Senzor PIR RE200B

3.3 Structura software

3.3.1 Instalarea sistemului de operare

Înainte de punerea în funcțiune a plăcii Raspberry Pi 3, pregatim cardulu 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 Windows 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 vom exemplifica instalarea distribuției Linux Raspbian, sistemul de operare oficial al plăcii Raspberry Pi, sistem de operare foarte ușor de utilizat și recomandat pentru începători.

În cazul în care utilizăm 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 operare pe care dorim să-l instalăm:

Figura 3.4.1 Noobs

În cazul în care placa nu este conectată la Internet (prin cablu sau prin WiFi) singura opțiune de instalare va fi sistemul de operare Raspbian al cărui kit de instalare se află deja pe cardul de memorie. Toate celelalte sisteme de operare necesită conectivitate Internet pentru instalare. Conexiunea la Internet se poate realiza prin conectarea cu un cablu la o rețea ce oferă setări automate (DHCP) sau configurând accesul WiFi (opțiunea Wifi networks din partea de sus a ferestrei anterioare). După confirmarea sistemului de operat dorit, utilitarul NOOBS va instala automat sistemul de operare – acest proces durează câteva zeci de minute.

Figura 3.4.2 Instalare

După finalizarea procesului de instalare sistemul va reporni și putem deja să lucrăm cu placa Raspberry Pi.

În cazul în care nu dispunem de un card microSD cu NOOBS preinstalat putem utiliza un card microSD de calitate pe care să copiem utilitarul NOOBS – se downloadează și se dezarhivează pe cardul microSD. O alternativă la utilizarea programului NOOBS este copierea directă a sistemului de operare pe cardul microSD. Copierea nu se poate face direct, ca în cazul NOOBS, ci se realizează prin transferul unui fișier imagine cu ajutorului unui utilitar specializat, de exemplu: Etcher sau Win32DiskImager. Se downloadează imaginea de sistem de operare dorit (varianta LITE nu include interfața grafică) și se copiază pe cardul de memorie. După această operație cardul de memorie va conține sistemul de operare deja instalat, gata de utilizare. Cardul de memorie se poate introduce în slotul plăcii și se poarte porni sistemul.

3.3.2 Limbajul de programare utilizat pentru programarea sistemului: Python

Python este un limbaj de programare dinamic multi-paradigmă, creat în 1989 de programatorul olandez Guido van Rossum. Van Rossum este și în ziua de astăzi un lider al comunității de dezvoltatori de software care lucrează la perfecționarea limbajul Python și implementarea de bază a acestuia, CPython, scrisă în C. Python este un limbaj multifuncțional folosit de exemplu de către companii ca Google sau Yahoo! pentru programarea aplicațiilor web, însă există și o serie de aplicații științifice sau de divertisment programate parțial sau în întregime în Python. Popularitatea în creștere, dar și puterea limbajului de programare Python au dus la adoptarea sa ca limbaj principal de dezvoltare de către programatori specializați și chiar și la predarea limbajului în unele medii universitare. Din aceleași motive, multe sisteme bazate pe Unix, inclusiv Linux, BSD și Mac OS X includ din start interpretatorul CPython.

Python pune accentul pe curățenia și simplitatea codului, iar sintaxa sa le permite dezvoltatorilor să exprime unele idei programatice într-o manieră mai clară și mai concisă decât în alte limbaje de programare ca C. În ceea ce privește paradigma de programare, Python poate servi ca limbaj pentru software de tipul object-oriented, dar permite și programarea imperativă, funcțională sau procedurală. Sistemul de tipizare este dinamic iar administrarea memoriei decurge automat prin intermediul unui serviciu „gunoier” (garbage collector). Alt avantaj al limbajului este existența unei ample biblioteci standard de metode.

Implementarea de referință a Python este scrisă în C și poartă deci numele de CPython. Această implementare este software liber și este administrată de fundația Python Software Foundation.

3.3.3 Programarea sistemului

Programul necesar pentru funcționare sistemului este următorul:

import RPi.GPIO as GPIO

import time

import subprocess

import threading

import picamera

camera = None

pir1 = 26

pir2 = 24

alarm = 32

ok = 0

def setup():

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

GPIO.setup(pir2, GPIO.IN)

GPIO.setup(pir1, GPIO.IN)

GPIO.setup(alarm, GPIO.OUT)

def camera_th():

global ok, camera

if camera != None:

camera.start_preview()

time.sleep(10)

camera.stop_preview()

time.sleep(2)

ok = 0

def main():

global ok, camera

Continuarea in Capitolul 8 ANEXE

La inceputul programului am importat toate bibleotecile de care avem nevoie:

“import RPi.GPIO as GPIO” această librărie e responsabilă cu pinii input și output;

“import time” e responsabilă cu timpii de așteptare;

“import threading” crează un process nou;

“Import picamera” controlează camera video.

Avem primul senzor responsabil pentru alarmă “pir1=26” conectat pe pinul 26; senzorul doi responsabil pentru cameră “pir2=24” conectat pe pinul 24; alarma propriu-zisă “alarrma =32” e conectată la pinul 32 și dispunem de o variabilă suplimentară “ok=0” care e folosită pentru activarea si dezactivarea camerei. Funcția “set_up” activează toți pinii folosiți anterior.

Aceasta este o funcție care activează camera. In primul rand algoritmul verifică dacă camera este setată, in caz pozitiv, camera este activată prin comanda: “camera.start_preview()”, stă pornită 10 secunde ( timpul se poate modifica prin schimbarea cifrei dintre paranteze), după care este dezactivată prin comanda: “camera.stop_preview()”.

Această funcție “def main()” este funcția principal a programului. În consolă, toate mesajele suunt afișate prin comnda “print ""”.

Se setează pinii, se așteapta două secunde pentru configurarea corespunzătoare a piinilor și se afișează mesajul ca cei doi senzori sunt pregătiți pentru a detecta mișcarea. Camera se setează, iar după pornirea ei,întreabă intr-o buclă infinită daca senzorul responsabil pentru camera pir2 este activat. În caz afirmativ, automat pornește camera video și se afișează imaginea pe monitor. Următorul pas este de verificare a senzorului responsabil pentru alarmă, pir1, daca acesta esti pozitiv (detectează mișcarea) alarma pornește. Pornirea alrmei se realizează prin cumutarea ieșirii acesteia de la 0V “LOW” la 5 V “HIGH” . Alarma ramane pornita pana cand senzorul responsabil numai detecteaza miscare, iar oprirea ei se realizeaza prin comutarea de la 5 V “HIGH” la 0 V “LOW”, dupa care asteapta un timp sa se reseteze senzorul.

3.4 Concluzii

Toate componentele pe care le am denumit ca fiind comoponete hardware sunt capabile sa primească ,să prelucreze și să redea informații sub formă de semnale.

Structura software reprezintă, in cazul nostru, progamarea componentei hardware, Raspberry Pi. Pentru a realiza acest lucru este nevoie de a cunoaște intr-un mod avansat limbajul de programare Phyton.

Capitolul 4. Tehnologia de realizare a sistemului

4.1 Introducere

Obiectivul capitolului este prezentarea modului de conectarea al componentelor.

Pentru realizarea oricărui proiect ce implică un sistem, in mod implicit, trebuie sa recurgem la îmbinarea anumitor componente.

Asamblarea reprezintă procedeul de realizare a modelului constructiv de o complexitate superioară, ce utilizează anumite componente principale din contrucția aparatelor. Asamblările, in funcție de de posibilitatea de desfacere, se clasifică in asamblari demontabile si asamblari nedemontabile.

Asamblarile nedemontabile sunt folosite atunci când, asupra legaturii dintre piese, nu se mai intervine, componentele ramanand asamblate chiar daca se intervine asupra sistemului.

In functie de procesul care sta la baza imbinarii, acestea se clasifica in:

• Asamblări realizate prin deformații plastice;

• Asamblări cu solidificare de material: îmbinare prin sudare, lipire, chituire, încleiere, încastrare;

Asamblările demontabile au avantjul ca piesele care realizază imbinarea pot fi montate si demontate in mod repetat, fara a se distruge. Însă, dezavantajul este ca datorita vibratiilor si socurile dinamice pot conduce la desfacerea legaturii, care, automat pot duce la accidente deoseebite. Cele mai cumune asamblări demontabile intalnite la constructia elementelor electronice sunt:

• asamblările prin filet;

• asamblările prin pană sau efect de pană.

• asamblările prin efect elastic;

Pentru sistemul nostru, vom folosi doar asamblări demontabile și anume, vom conecta cabluri de alimentare pentru a asigura sursa de energie necesară, cabluri de legătură intre componente, și fire de conexiune de tip tată-mamă resptiv mama-tata pentru imbinarea senzorilor si alarmei cu placa de dezvolare Raspberry Pi.

Realizarea sistemului mecatronic de supraveghere si semnzalizare a presupus parcurgerea mai multor etape.

4.2 Cabluri, fire si elemnte periferice utilizate

In primul rând, pentru a face legatura intre placa de dezvoltare Raspberry Pi si monitor, avem nevoie de un cablu HDMI. Pentru a programa și a putea accesa sistemul plăcii de dezvoltare, avem nevoie de un mouse si o tastatură. Conexiune senzorilor și alarmei cu placa se face prin fire de legatura mamă-mamă, respective mamă-tată.

4.2.1 Cablu HDMI

HDMI (High-Definition Multimedia Interface/ interfață multimedia de înaltă definiție ) este o interfață video/ audio proprietară pentru transmiterea de date video și date audio digitale de la un dispozitiv sursă compatibil HDMI, cum ar fi un controler de afișaj , la un monitor de computer compatibil, televiziune digitală sau dispozitiv audio digital .

Mai multe versiuni de HDMI au fost dezvoltate și desfășurate de la lansarea inițială a tehnologiei, dar toate utilizează același cablu și conector. În afară de îmbunătățirea capacității audio și video, a performanțelor, a rezoluției și a spațiilor de culoare, versiunile mai noi au funcții avansate opționale cum ar fi conexiunile de date 3D , Ethernet și extensiile CEC (Consumer Electronics Control). HDMI este un înlocuitor digital pentru standardele video analogice .

Începând cu data de 6 ianuarie 2015 (doisprezece ani după lansarea primei specificații HDMI), au fost vândute peste 4 miliarde de dispozitive HDMI.

Figura 4.2.1 Cablul HDMI utilizat

4.2.2 Tastatura

Tastatura este o componenta periferică de tip hardware a calculatorului ce ne permite sa introducem  în unitatea centrală a plăcii litere, cifre și semnele special de care avem nevoie prin apăsarea unor taste. Tastatura folosita de noi este de  tipul QWERTY, acest tip de tastaturi este cel mai razpandit pe plan mondial. Un alt tip de tastatura des folosit este tastatura de  tipul QWERTYZ.

Tastatura este probabil cel mai vechi dispozitiv de intrare din structura computerelor moderne, ea fiind inventată încă înainte de apariția monitoarelor și a mausului. Fiecare tastă are asociat un număr de identificare care poartă denumirea de "cod de scanare". La apăsarea unei taste, tastatura trimite sistemului de calcul codul de scanare corespunzător tastei respective (un număr întreg de la 1 la „n” – numărul de taste). La primirea codului de scanare de la tastatură, calculatorul face conversia între numărul primit și codul ASCII corespunzător, în logică binară.

Figura 4.2.2 Tastatura utilizată

4.2.3 Mausul

Mausul este un dispozitiv periferic de tip hardware și este unul dintre cele mai importante in introducerea de comenzi ale calculatorului. A devenit aproape un "element" hardware standard al oricărui computer. De obicei mausul este un obiect mic echipat cu una sau mai multe taste, modelat astfel încât să poată fi apucat și mânuit ușor cu mâna. Principiul lui de funcționare se bazează pe recunoașterea de către computer a mișcării sale relativă la suprafața plană pe care este așezat și deplasat.

Mișcarea mausului este detectată de un senzor situat în partea sa inferioară, preluată, digitalizată și apoi printr-o interfațăadecvată transmisă computerului la care e atașat. Informația de mișcare a mausului în spațiul bidimensional (2D) este convertită tot în mișcare bidimensională (2D) a unui cursor identificator-indicator grafic pe ecranul unui monitor. Altfel spus, mișcarea mausului provoacă o mișcare corespunzătoare a cursorului pe suprafața ecranului monitorului, atașat și el calculatorului. Datorită acestei funcțiuni utilizatorul mausului poate decide (alege) și indica pe ecranul monitorului orice poziție dorită, ceea ce de obicei este interpretat de către computer drept o introducere de comandă, un element major al interfeței grafice cu calculatorul (Graphic User Interface, GUI). De la începutul anilor 1990 mausul împreună cu tastatura și monitorul au devenit pe plan mondial una din cele mai obișnuite interfață om-mașină, prezentă aproape la orice computer.

Figura 4.2.3 Mausul utilizat

4.3 Etapele parcurse pentru finalizare

4.3.1 Prima etapă

Pentru inceput, avem nevoie ca programul NOOBS sa fie instalat pe cardul de memorie. Aceasta operatie se face prin introducerea carului in laptop, downloadarea programului NOOBS si instalarea lui pe cardul de memorie.

Figura 4.3.1 Introducere card

4.3.2 A doua etapă

Etapa a doua consta in scoaterea cardului de memorie din calculator si implementarea acestuia in slotul plăcii aflate dedesubtul acesteia.

FIgura 4.3.2 Introducerea cardului în placă

4.3.3 A treia etapă

Consta in conectarea camerei video la placa de baza. Camera video fiind special proiectată pentru această placă, in mijlocul placii se afla un loc special de conectare. Printr-o simplă apasare a camerei, pozitionata in modul correct, camera si placa sunt conectate.

Figura 4.3.3 Conectare cameră video

4.3.4 A patra etapa

Dupa conectarea camerei,urmează conectarea alarmei care se face la pinii 32 si 39 dupa schema din figura 4.5.1. Firul maro reprezintă impamantarea si este conectata la pinul 39 iar firul rosu este legat la pinul 32.

Figura 4.3.4 Conectare alarmă

Figura 4.5.1 Pinii de conectare

4.3.5 A cincea etapă

Constă in conectarea senzorului pir HC HR-501. Firul din mijloc e conectat la pinul 26, pinul din stanga reprezintă impamantarea si e conectat la pinul 6, pinul din dreapta reprezinta masa si e conectat la pinul 2 care trasmite o tensiune de 5.5V.

Figura 4.3.5 Conectarea senzorului

4.3.6 A sasea etapa

Constă in conectarea celui de-al doilea senzor PIR RE200B la placa de dezvoltare. Firul galben este conectat la pinul 12 și reprezină împământarea, firul mov reprezintă masa și este conectat la pinul 4 care transmite o tensiune de 5.5 Viar firul portocaliu este conectat la pinul 22.

Figura 4.3.6 Conectarea senzorului doi

4.3.7 A șaptea etapă

Reprezintă conectarea cablului HDMI in slotul special creat pentru acesta si in slotul monitorului, pentru a face legatura intre placă si elemntul periferic ( monitorul).

Figura 4.3.7 Conectarea cablului HDMI

4.3.8 A opta etapa

Ultima etapă după conectarea tuturor elementelor este de a scris codul pentru programarea plăcii si executarea acestuia pentru a pune in funcțiune intregul sistem.

4.3.8 Executarea programului

4.4 Concluzii

Cablurile, firele si elementele periferice folosite sunt de o importanță deosebite în finalizarea proiectului, deoarece fără ele nu este posibilă asamblarea sistemelor și nici programarea plăcii. Realizarea oricărui proiect se face in diferite etape de lucru, care trebuie structurate si gândite foarte bine astfel încat eficiența de lurcru sa fie maximă.

Capitolul 5. Experiment

5.1 Introducere

Obiectivul acestui capitol este prezentarea modului de functionarea a sistemului de supraveghere si alarmare.

Un experiment (‘despre încercare’) este un set de observații sistematice desfășurate în contextul rezolvării unei anumite probleme sau chestiuni, pentru a sprijini sau dezminți o ipoteză sau cercetare privitoare la fenomene. Experimentul este un mijloc fundamental de cercetare empirică.

5.2 Funcționare

După finalizarea tuturor conexiunilor și a programarii sistemului creat, am realizat un fișier executabil. Prin accesarea fișierului executabil, programul rulează astfel:

Cei doi senzori nu sunt poziționați pe aceeași axa, cel pentru camera este poziționat mai în fața, decât cel pentru alarma, se poate observa și in poza urmatoare.

Figura 5.2 Poziționarea finală

Așadar, senzorul care face legatura cu camera, depistează prezența, iar camera pornește și afișeaza pe monitor filmarea, după 30 secunde camera se opreste, dacă în continuare senzorul depistează prezență, camera repornește și afișează pe monitor.

Dacă persoana se mai apropie de zona periculoasă, senzorul pentru alarmă va detecta prezența și va declanșa alarma, care va atenționa persoana că se află intr-o zonă de risc. Alarma va fi activă timp de 5 secunde, în cazul în care persoana nu se va retrage din zona de risc, senzorul va detecta in continuare prezența, iar alarma va reporni.

Pe tot parcursul funcționarii alarmei, camera va fi pornită deoarece senzorul care este conectat la cameră va sesiza prezență, el aflandu-se mai în față decât senzorul pentru alarmă.

Funcționarea se poate observa și în cadrul urmatorului video:

5.3 Concluzii

Așa cum se poate observa și în cadrul filmării de mai sus, după lansarea programului, datorită senzorilor care detectează mișcarea, camera și alarma funcționează în parametrii impuși de noi. Sistemul funcționează corect, iar persoana care este în zona avizată ca fiind o zona de risc, este atenționată, evitând astfel întregul pericol.

Capitolul 6. Concluzii finale

Sistemul mecatronic de supraveghere-semnalizare este foarte eficient pentru prevenirea accidentelor în zonele periculoase a celulelor de lucru.

Placa Raspberry Pi este ușor de utilizat și programat,avănd o multitudine de funcții incorporate, cum ar fi wi-fi,posibilitatea de navigarea pe internet și multe altele, putând fi folosită la majoritatea proiectelor ce necesită o placă de dezvoltare.

Datorită ramurilor extinse ale mecatronicii și roboticii, proiectele ce implică parte mecanică, senzori, sisteme elctronice de control si comandă se pot realiza independent, din cunoștiințele acumulate,

Acest sistem mecatronic de supraveghere-semnalizare poate avea mai multe utilizări, cum ar fi, sistem de securitate pentru locuințe, parcări, etc.

Bibleografie

Anexe

Anexa 2.

Anexa 3

Anexa 4. Programarea sistemului

Codul de programare:

import RPi.GPIO as GPIO

import time

import subprocess

import threading

import picamera

camera = None

pir1 = 26

pir2 = 24

alarm = 32

ok = 0

def setup():

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

GPIO.setup(pir2, GPIO.IN)

GPIO.setup(pir1, GPIO.IN)

GPIO.setup(alarm, GPIO.OUT)

def camera_th():

global ok, camera

if camera != None:

camera.start_preview()

time.sleep(30)

camera.stop_preview()

time.sleep(2)

ok = 0

def main():

global ok, camera

print "Setez senzorii"

setup()

print "Loading…"

time.sleep(2)

print "Detectare miscare la cei doi senzori…."

camera = picamera.PiCamera()

try:

while True:

if GPIO.input(pir2):

if ok == 0:

print "Primul senzor"

ok = 1

t1 = threading.Thread(target = camera_th)

t1.daemon = True

t1.start()

time.sleep(1)

if GPIO.input(pir1):

print ("Am detectat miscare la al doilea senzor. Am pornit alarma…")

GPIO.output(alarm,GPIO.HIGH)

while GPIO.input(pir1):

pass

print "Alarma oprita"

GPIO.output(alarm,GPIO.LOW)

time.sleep(0.5)

except Exception:

raise

finally:

GPIO.cleanup()

if __name__ == '__main__':

main()

declarație de autentificare a

lucrării de finalizare a studiilor*

Subsemnatul________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Legitimat cu ________________ seria ________nr.____________________________________

CNP__________________________________________________________________________

autorul lucrării_________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor de____________________________________________organizat de către Facultatea ____________________________ ________________________________din cadrul Universității „Politehnica” din Timișoara, sesiunea__________________________a anului universitar_________________________________, luând în considerare art. 39 din RODPI –UPT, declar pe proprie răspundere, că această lucrare este rezultatul propriei activități intelectuale, nu conține porțiuni plagiate, iar sursele bibliografice au fost folosite cu respectarea legislației române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.

Timișoara,

Data Semnătura,