Specializarea: Electronică Aplicată – Sibiu, 2017 – UNIVERSITATEA “LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU FACULTATEA DE INGINERIE DEPARTAMENTUL DE CALCULATOARE ȘI… [613378]

UNIVERSITATEA “LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU
FACULTATEA DE INGINERIE
DEPARTAMENTUL DE CALCULATOARE ȘI INGINERIE ELECTRICĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Conf.dr.ing. M ihai Bogdan

Absolvent: [anonimizat]: Electronică Aplicată

– Sibiu, 2017 –

UNIVERSITATEA “LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU
FACULTATEA DE INGINERIE
DEPARTAMENTUL DE CALCULATOARE ȘI INGINERIE ELECTRICĂ

SISTEM DE DETECȚIE ȘI
ALARMARE LA INCENDIU

Coordonator: Conf.dr.ing. M ihai Bogdan

Absolvent: [anonimizat]: Electronică Aplicată

– Sibiu, 2017 –

Rezumat
Prin proiectul de licentă mi -am propus realizarea unui sistem de detecție și alarmare la
incendiu care poate să aibe rol de protecție, prin detectarea și alarmarea în cât mai scu rt timp
posibil a apariției unui început de incendiu.
Sursele hardware folo site în cadrul lucruri sunt: platforma de dezvoltare Arduino Uno,
utilizată în scopul comunicărilor de date cu modulul de flacără, modulul SD, senzorul de
temperatură LM35, buzzer, led și blocul de comandă. Rezultatele vor fi afișate prin
protocolul I2C pe LCD 1602 pentru mai multe indicații.

CAPITOLUL I – Prezentarea lucrării
1.1 . Context
Sistemele de detecție și alarmare la incendiu se stabilesc în funcție de riscul de
incendiu, tipul de clădire , de importanța contrucțiilor și de parametrii ce trebuie
supravegheați, cum ar fi:temperature din încăpere, fumul, degajarea de gaze periculoase sau
explosive, flăcări.
1.2 . Motivația și scopul lucrării
Motivul principal al alegerii acestei teme este din dorința de documentație în acest
domeniu pe care l -am studiat. Am ales Arduino deoarece este o sursă deschisă și ieftină
pentru implementarea proiec telor.
Un alt motiv al alegerii acestui proiect , este că tot mai multă lume este interesată de
achiziț ionarea sau realizarea de dispoz itive pentru o protecție cât mai sigură.
Obiectivele lucrării constă în realizarea unui sistem ce comunică prin interme diul
mediului de dezvoltare Arduino .
Principalele ținte sunt:
 Studiul și programarea platformei de dezvoltare Arduino Uno;
 Realizarea unui material de prezentare a diferitelor module și senzori la o placă
Arduino;
 Simularea întregului ansamblu;
 Realizarea practică unui PCB care include toate blocurile olosite , formând un sistem
de detecție și alarmare la incendiu.

1.3 . Conținutul lucrări
Lucrarea conține:
 Capitolul I conține o introducere a lucrării;
 Capitolul II conține noțiuni teoretice fundamentale necesare pentru realizarea lucrării;
 Capitolul II conține etapele necesare pentru realizarea sistemului;
 Capitolul IV conține și dezvoltarile ulterioare posibile a cestei lucrări;
 Bibliografia;

 La finalul lucrării se găsesc anexele ce conțin: l egenda figurilor și structura
programului.
1.4. Aplicabilitate
Această lucrare poate fi utilizată la achiziționarea și monitorizarea datelor pentru
situații de risc ,dar poate fi disponibilă și studenților la desfășurarea activităților de laborator,
atât la disciplina Măsurări electrice și electronice cât și la disciplina Microcontrollere.

CAPITOLUL II – Considerații teoretice
2.1. Introducere în Arduino
Arduino este o companie de software și hardware care dezvoltă si proiectează
calculatoare (hardware) open -source, care produce atât plăcuțe de dezvo ltare bazate pe
microcontrol lere, 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.
Arduino este o platf ormă care a apărut in anul 2005 , datorită unor profesori si studenți
italieni. Denumir ea provine din limba latină care înseamnă „bun prieten” . La aceea vreme
studenții foloseau o plă cuță de dez voltare BASIC Stamp care costa î n jur de 100 de
dolari,ceea ce era considerată foarte scumpă pentru studenți.Studentul Hermando Barragan a
creat platform a de dezvoltare Wiring care a servit la început ca bază pentru Arduino.
Platforma de dezvoltare arduino este una dintre cele mai facile ș i ieftine pentru
dezvoltarea proiectelor la ora actuală făcândo ceea mai accesibilă din punct de vedere
financiar tuturor pasionaț ilor de proiecte DIY.1
Placuțele arduino sunt disponibile comercial sub formă de kituri asamblate sau
preasamblate. Specificațiile schemelor sunt disponibile pentru orice utilizator, permițând
oricui să fabrice plăcuțe Arduino.
Arduino se gasește sub diferite variante și denumiri în funcție de
dimensiuni,performanțe și capabilități. Cele mai utilizate plăci Arduino sunt Arduino Uno ș i
Arduino Mega la care se pot adăuga diferite module pentru a îmbunâtății performanțele
aplicației dorite.
Procesorul este capabil să ruleze cod scris într -un limbaj de programare care este
foarte similar cu limbajul C++.
Platforma Arduin o este alcătuită din două părți:
 partea software – care cuprinde mediul Arduino Programming Language;

1 DYI – (Do it yourself) termenul se folosește la construirea si modificare unui lucru fară
ajutorul unui expert.

 partea hardware – care cuprinde un p rocesor principal MCU -ul ATmega 328
sau 168 dezvoltat de ATMEL.
Aceste plăci pun la dispoziția utilizatorului mai mul ți pin i I/O , analogici ș i digitali,
care pot fi conectați cu mai multe module, circuite și senzori . Plăcile au o i nterfață de
comunicare serială , inclusiv USB pe unele module , pentru a incărca programe din
calculatoarele personale.
Partea de software a platformei Arduino este integrată într -o interfată grafică de tip
mediu de dezvoltare integrat (IDE) bazat pe proiectul de programare Processing , care include
support pentru limbaje de programare ca C si C++.

2.1.1. Instalare Drivere Arduino
Pentru a putea programa pe platforma Arduino primul pas pe care trebuie să il facem
este să in stalăm driver -ul pe calculator ca pentru orice alt dispozitiv hardware.
Driver -ele sunt disponibile în mediul de dez voltare, pe care îl vei descarcă de la
adresa http://arduino.cc/en/Main/Software . Descarcă arhiva .zip și apoi dezarhiveaz -o într-
un director la alegerea ta. Conectează apoi placa Arduino la portul USB2. PC-ul va detecta că
ai un nou dispozitiv , și îți va cere să instalezi driver -ul pentru el.[1]

2.1.2. Anatomia unui program Arduino
Programul platformei de dezvoltare Arduino are două părți ,partea de setup () și partea
de loop(). În partea de setup codul este rulat o singură dată , atunci când este alimentată placa
(sau este apăsat butonul ’’Reset’’) .
În partea loop ,este rulat un ciclu repetitiv (de la prima linie de cod până la ultima)
atâta timp cât placa este alimentată.
Exemplu:
Void setup () {

2 USB – Universal Serial Bus

// codul scris aici rulează o singura dată
}
Void loop () {
// codul scris aici rulează tot timpul
}

2.1.3. Comunicarea între Arduino și ecosistem
Arduino dispune de un ecosistem de dispositive foarte bine dezvoltat . Orice fel de
informație pe care ne -am dori să o culegem din mediu ,orice fel de conexiune cu alte sisteme
ai avea nevoie, există o șansă foarte mare să găsim un dispozitiv pentru Arduino capabil sa
îți ofere ceea ce ai nevoie. Comunicarea între Arduino si ecosistem se poate face prin :
 prin interfață serială;
 prin interfața I2C;
 prin SPI;
Preluarea informației din me diu se poate face cu o varietate de dispozitive create
special pentru Arduino .Exemple de senzori disponibili : senzori de distanță (capabili s ă
măsoare de la cațiva centimetri pană la 7 -8 metri), senzori de sunet,senzori de câmp
electromagnetic ,senzori de flacără, senzori de fum,senzori de gaz ,senzori de monoxid de
carbon ,senzori presiune,senzori umiditate,senzori de tip giroscopic,senzori de flux lichid(ca
cei folosiți la pompe),senzori de lumină,senzori capabili să detecteze doar o anumită
culoare,senzori ce determină nivelul de alcool din aerul respirat,senzori de prezentă.
Dacă dorim să ne conectăm ș i cu alte sisteme ,există plăci de rețea Ethernet pentru
arduino pentru Arduino care pot să comunice informații prin Internet,dispozitive capabile să
stoghe ze date ,dispozitive să trasmită date prin conexiunea radio ,plăci de rețea WIFI
,dispozitive GSM pe ntru Arduino (capabile să trimită/recepționeze SMS -uri,să inițieze
apeluri de voce sau să trimită date prin rețeaua 3G) sau conectori Bluetooth pentru conectarea
Arduino cu telefonul mobil sau laptop.

În zona mecanică, există motoare de curent continuu (ut ilizate pentru
robotică) ,motoare pas cu pas,servomotoare,led -uri,matrici.Pentru afișarea informației
achiziționate de către Arduino se folosesc ecrane LCD ,incepând cu cele mai simple (LCD 16
caractere si două coloane pana la ecrane LCD cu afișare grafică).
Interfața serială
Comunicarea serială este o comunicare de ti p digital ,reprezentată sub formă de I/O
,în care biți dintr -un 1byte(8 biți) sunt transferați unul câte unul, într -o secvență sincronizată
pe un singur fir (la fel cum se întâmplă într -o rețea de calculatoare, doar că folosind un
protocol mult mai simplificat).Pentru o comunicare bidirecțională este nevoie de 2 pini unul
Tx (transmitere) și unul Rx (recepție).Pe placă de dezvoltare acești doi pini sunt identificați
prin ieșirea digitală 0 si 1,i ar starea lor (1/0) este semnalizată de cele două leduri.
Această comunicare serială se întâmplă întotdeauna între Arduino și calculator, atunci
când Arduino este programat.O comunicare serial ă se întâmplă întotdeauna la o anumită rată
de transfer, care de termină viteza cu care se transmit biții pe fir. Cele mai com une rate de
transfer sunt:9600,19200,57600,115200 biți/sec.
Interfața I2C (Inter Integrated Circuits)
Este o magistrală sincronă,bidirecțională de viteză mare.Exemplu de comunicare
I2C:este comunicarea dintre procesor cu bateria din ansamblul unui laptop. Acel procesor
este util in unitatea centrală printr -un protocol I2C. A fost invetat inițial de către “PHILIPS”
pentru receptoarele de televiziune.[2]
Comunicarea I2C este un mod interesant d e comunicare,în sensul că necesită doar
două fire de comunicare,și permite conectarea a oricât de multe dispositive (cu adrese
diferite).
Fiecare dispozitiv I2C are o adresă (care se poate sau nu modifica). De obicei, vei
întâlni dispositive I2C cu adresă fixă (pe care nu o poți modifica),sau dispositive la care vei
putea alege adresa I2C dintr -o listă de câteva adrese prestabilite (lucru pe care de obicei îl
faci prin conectarea unui pin de adresă -marcat de obicei ADDR -la prinl GND, sau VCC, sau
SDA – serial data , sau SCL – serial clock ).

Pentru ca un sistem să comunice pe I2C se conectează circuite integrate care au patru
linii ,două linii de semnal denumite SDA – serial data si SCL – serial clock ,GND – masă și
VCC – alimentare.
Această structură este o structură multi -master, adică se pot conecta mai multe
circuite care pot avea rolul de master. Un circuit master este un circuit care inițiază un
transfer de date și care generează semnale de tact pentru a permite realizarea unui transfer de
date. Circuit ul adresat de master se numește slave.
Protocolul de tr ansfer al datelor pe magistrala I2C presupune inițierea transferului
prin aducerea magistralei într -o condiție de ,,start’’, transferul propriu -zis și încheierea
transferului prin aducerea magistralei într-o condiție de ,,stop’’. Condiția de ,,start’’ este
definită prin trecerea linie SDA din 1 logic în 0 logic, în timp ce linia SCL este menținută la
nivel ridicat, 1 logic.Condiția de ,,stop’’ este definită prin trecerea liniei SDA din 0 logic în 1
logic în timp ce linia SCL este menținută la nivel ridicat,1 logic.
Datele transmise trebuie să fie stabile pe durata impulsurilor de tact. Datele sunt
transferate pe magistrală în formă de grupări a câte 8 biți. După fiecare octet transmis,
masterul trebuie s a verifice dacă datele recepționate de către slave sunt bune. Verificarea
datelor transmise se face cu ajutorul biților de paritate.
Primul lucru pe care îl faci atunci când am nevoie să comunic cu un dispozitiv I2C
este să caut o librărie deja scrisă pent ru dispozitivul respectiv.
În cazul Arduino UNO, pinii I2C pentru Arduino sunt pinul ana logic 4 (care este
pinul SDA), ș i pinul analogic 5 (care este pinul SCL). Pentru a folosi un dispozitiv I2C, vei
conecta pinul SDA al dispozitivului cu pinul SCL al Arduino.În plus, în funcție de dispozitiv,
s-ar putea să fie necesar să conectezi și pinul de adresă la GND sau la VCC (În cele mai
multe cazuri, pinul de adresă este deja conectat,dar nu întotdeauna). [3]

Fig.2.1.3.a. Transmisia datelor pe I2C

SPI (Ser ial Periperial Interface)
SPI este o interfață sincronă standard de mare viteză, ce operează în mod full duplex.
Numele ei a fost dat de Motorola.
Ea este folosită ca o modalitate de comunicare cu dispozitivele de tipul master -slave.
Un dispozitiv este mas ter (de obicei Arduino), și celelalte dispositive sunt slave. Pentru
programul de Arduino se găsesc librării scrise de altcineva care încapsule ază comunicarea cu
dispozitivul.
Comunicarea SPI se face folosind patru canale (fire de conexiune):
 MISO – firul de conecxiune prin care dispozitivele slave trimit date către
master.
 MOSI – firul de conexiune prin care dispozitivul master trimite date către
slave.
 SCK – firul de conexiune prin care este trasmins clock -ul (ritmul de
comunicație).
 SS (Slave Select) – acest canal este specific SPI,deoarece permite conectarea
pe același bus a mai multor dispositive, fiecare dispozitiv având atașat câte un
canal Slave Select.

Fig. 2.1.3 . b. SPI bus: single master și single slave
Atunci când valoarea din acest canal este LOW, dispozitivul slave comunică cu
master -ul. Când valoarea Slave Select este HIGH, atunci dispozitivul ignoră comunicarea
SPI. În acest caz, putem conecta pe același canal SPI oricât de multe dispositive ,cu condiția
că fiecărui dispozitiv să îi atașezi câte un canal Slave Select.
În cazul Arduino UNO, pinii de SPI sunt MISO – pinul digital 12, MOSI – pinul
digital 11, SCK – pinul digital 13. Pinul Slave Select este pinul 10.În cazul în care trebuie sa
conectăm mai mult e dispositive SPI, vom folosi mai mulți pini Slave Select,nu doar pinul
digital 10, fiecare dispozitiv fiind conectat cu câte un pin Slave Select distinct.

2.2. Microcontrollere
La modul general un controler (”controller” – este un termen de origine ang lo-
saxonă,cu un domeniu de cuprindere foarte larg) este, actualmente, o structură electronică
destinată controlului unui proces sau, mai general,unei interacțiuni caracteristice cu mediul
exterior,fără să fie necesară intervenția omului.
Un microcontroller (MCU3) este un mic computer pe un singur circuit integrat care
conține un nucleu de proce sare, periferice intrate/ieșire ș i memorie. Memoria programului
este sub formă de RAM ( memorie volatilă – datele se pierd dacă alimentarea cu energie
electrică se întrerupe ), precum și o cantitate mică de memorie de acces de tip RAM(memorie
nevolatilă).
Toate aplicațiile în care se utilizează microcontrolere fac parte din categoria așa
ziselor sisteme încapsulate -integrate (”embedded systems”), la care existența unui sistem de
calcul incorporat este (aproape) transparentă pentru utilizator.
Printre multe domenii unde utilizarea lor este practic un standard se pot menționa:
în indr ustria de automobile (controlul aprinderii/motorului , climatizare, siteme de
alarmă,diagnoză,etc. ), în așa zisa electronică de consum ( sisteme audio,televizoare,camera
video, telefonie mobilă,GSP -uri, jocuri electronice,etc. ),în aparatură electrocasnică (mașini
de spălat,frigidere,aspiratoare), în controlul mediului de climatizare ( sere,hale industrial ), în
industria aerospațială, în mijloacele moderne de măsurare – instrumentație ( aparate de
masură, senzori și traductoare inteligente ), la realizarea de periferice pentru calculatoare,
medicină și în indu stria de automobile.
Un microcontroller conține :
 O unitate de centrală de procesare (CPU4);
 Memorie de tip ROM/PROM/EEPROM/FLASH și memorie RAM;
 Porturi de intrare / ieșire ;
 Timere (numarătoare) ;
 Sistem de întreruperi;
 Porturi seriale;

3 MCU – Microcontroller Control Unit (unitatea centrală de control)
4 CPU – Central processing unit (Unitate centrală de procesare)

 ADC5 etc.

Fig.2.2.Schema bloc a unui microsistem [2]

2.2.1. Unitatea centrală de procesare

Fig. 2.2. Schema bloc a unui microcontroller

5 ADC – Analog to Digital Convertor (convertor analog digital)

Modul în care evolează microcontrollerele este unul foarte rapid, datorită gradului
foarte ridicat de integrare a tranzistorilor pe cip care crește cu 56% pe an. Pe lângă toate
acestea și dimensi unea microprocesoarelor se reduce de la 10 microni în 1974 la 0,16 în
2014. Astfel se ajunge la situația în care un sistem în anul 2014 să aibe dimensiunea de 3 ori
mai mică ca același sistem cu aceleași funcții dar produs în 2003, chiar mai mult, sistemul din
2015 să aibe și cel puțin 4 funcții în plus.
Este hardware -ul înt r-un sistem informatic care exec ută instrucțiunile unui program de
calculator realizând operațiile aritmetice si logice, precum și operațiile de intrare/ieșire ale
sistemului .

Fig.2. 2.1. S chema unei unități centrale de procesare
Regiștrii sunt locații de memorie cu rolul de a ajuta prin executarea operațiilor
matematice sau a altor operații cu date unde se vor găsi datele. Avem două entități
independente (memoria și CPU) care sunt int erconectate, și astfel orice schimb de informație
este ascunsă ca și funcționalitatea sa. Dacă, de exemplu,dorim să adăugăm conținul a două
locații de memorie și întoarcem rezultatul înapoi în memorie,vom avea nevoie de o conexiune
între memorie si CPU.

2.2.2 . Memoria
Realizează stocarea programelor și datelor necesare acestora, de capacitate mai mare
decât regiștrii procesorului dar mai lentă decât aceștia.

Unitatea de măsura elementară a memoriei este bitul (Binary Digit). Definiția bitului :
probabil itatea unui element cu două stări să ia una dintre ele. Un bit6 este cantitatea de
informație necesară reducerii la jumătate a incertitudinii. O succesiune de biți din memoria
internă poate corespunde unei instrucțiunii,unei date reprezentând valori numeri ce, text,
diverse coduri (imagini ,sunet ,text ).

Fig. 2.2.2 . Schemă generică de memorie
Este organizată în diviziuni (locații sau cuvinte) de o mărime egală cu ceea a
numărului de biți ce poate fi procesată simultan de procesor. O locație de memorie este
caracterizată de adresă si de conținut. Un cuvânt de adresă pe m biți poate indexa un spațiu de
locații de memorie. Operațiile de scriere și de citire se realizează cu o linie de control
numită R/W (read after write). Dacă R/=1, atunci se citește din memorie iar daca W/R=1,
atunci se citește din locația selectată. [4]

2.2.3 . Bus (magistral ă)
Bus-ul are rolul de a interconecta CPU cu memoria principală și dispozitivele
periferice. Este formată dintr -o mulțime de fire paralele prin care sunt transmise
adrese,date,semnale de comandă și control,întreruperi.

6 Dezvoltat prin magnetizare (la temperaturi apropiate de 0 absolut),  o radia ție (o schimbare de
temperatură) poate transforma un 0 în 1 și invers  pierderea informației (de exemplu: durata de viață a
unui disk magnetic este de 100 de ani, cea a unui stick USB de aproximativ 7 -10 ani) .

Reprezintă practic un set de reguli și mijloace de a realiza transferul într -un sistem de
calcul. Constituie o cale de a transporta informații între două dispozitive/numite sursă și
destinație. Din p unct de vedere al dialogului pe magistrală (al coordonării transferului de
informații) modulele inplicate se pot afla într -una din următoarele stări: Master sau Slave.
2.2.4 . Întreruperile
O într erupere este definită ca un mec anism hardware oferit de către platform a pe care
rulează aplicația, prin care se întrerupe șirul cu rent de execuție și se rulează o altă bucată de
cod în funcție de anumiți stimuli externi. Spre exemplu, o aplicație ar putea fi intreruptă în
momentul în care este apăsat un buton p entru a executa altă bucată de cod ce tratează acest
eveniment. [5]
Întreruperile pot fi generate de: pinul de întrerupere INT, de timere, de porturile
seriale, porturile paralele etc.

2.2.5 . Porturi de intrare și ieșire I/O
Porturile de intrare respective ieșire (I/O – input/output) sunt dedicate uzului general
și reprez intă cele mai simple periferice prin care microcontrolerul comunică cu lumea
exterioară. Prin intermediul acestui modul se poate controla orice dispozitiv de la un LED,
diferite m otoare de current continuu sau pas cu pas, roboți industriali,etc.
Porturile I/O integrează un circuit de tip open – drain pentru pini setați ca ieșire
(output) și care poate fi activat respectiv dezactivat din soft.
Integrează un circuit de pull -up pent ru pini setați ca intrare (input) și care poate fi
activat respective dezactivat din soft.
Monitorizează anumiți pini și la schimbarea stării pinului poate genera o cerere de
întrerupere.
Un port are trei regiștrii:
 Registrul TRISx – controlează direcția pinilor unui port. Un ‘1’ pe bi tul de
corespunzator unui pin ,î l desemnează ca pin de intrare iar un ‘0’ pe bitul
corespunzător îl desemnează ca pin de ieșire;

 Registrul PORTx – controlează citirea sau scrierea datelor de pe port. Când registrul
port este citit,se citește starea prezenta a pinilor I/O. Înstrucțiunile care se referă la
porturi sunt de tip citește – modifică – scrie.
 Registrul LATx – controlează stocarea datelor de pe port.
2.2.6 . Timer -ul
Timer -ul este un circuit de temporizare și/sau nu mărare independentă de
funcționalitatea CPU (unitatea centrală de procesare) care este incrementat de la 0 la o
valoare absolută. În momentul în care ajunge la valoarea maximă se semnalizează prin
setarea unui fanion. În momentul resetării,timer -ul trimite un semnal spre sistemul de
întreruperi.
Utilitatea timere -lor este pentru măsurarea timpului:
– Generarea de întârzieri hardware precise;
– Generarea de semnale PWM;
– Citirea anumitor dat e din exteriorul microcontrolerului la un anumit interval de timp.
Mărimea registrului timer este în funcție de tipul microcrontroller -ului și de ti pul
timerului ales.
2.2.7 . Convertor Analog Digital (ADC)
Convertorul analog -digital este componenta principală a oricărui sistem de achiziție
de date.
Principala măsură a acestor aproximații este dată de numărul de biți pe care se face
conversia.

Fig.2.2.7.(A) ADC; (B) caracteristica intrare -ieșire a unui convertor analog -digital
Convertorul analog -digital reprezint ă un bloc sau un circuit care poate accepta o
mărime analogică (curent,tensiune) la intrare, furnizând la ieșire un număr care cons tituie o
aproximare a valorii analogice a semnalului de la intrare. Convertorul analog -digital
generează o valoare pe 10 biți (respectiv pe cați biți este realizat ADC -ul).
La intrarea convertorului analog -digital este aplicat un semnal analogic din care
rezultă la ieșirea acestuia un semnal digital (șir de numere).
2.2.8 . Watchdog -ul
Watchdog -ul este un cronometru electronic care este folosit pentru detectarea ș i
recuperara defecțiunilor computerului (erori,bucle infinite,etc.). În timpul funcționării
normale, microprocesorul se resetează în mod regulat timer -ul Watchdog pentru a preveni
desincronizarea.
2.2.9 . Tipuri de arhitecturi
Arhitectură de tip Harvard
Conține un bus separat pentru date și instrucțiuni. Când codul intrucțiunii se află pe
bus-ul instrucțiuni, pe bus -ul de date se află datele instr ucțiuni anterioare. Structura
microcontroller -ului este mai complexă, dar performanțele de viteză sunt mai bun e.
Arhitectura de tip von Neumann
În cazu l acesta există un singur bus folosit pentru circulația datelor și a instrucțiunilor.
Când un controller cu o astfel de arhitectură adresează memoria, bus -ul de date este folosit
pentru a transfera codul instrucți uni, apoi pentru a transfera date. Accesul fiind realizat în 2
pași, este destul de lent.

Fig.2.2.9 . Arhitectura von -Neumann vs Arhitectura Harvard

2.3. Senzori
Senzorii au apărut odată cu dezvoltarea microelectronicii, împreună cu alte noțiuni de
mare impact, cum ar fi cele de ,,microprocesor’ ’, ,,microcontroller’’ , etc.,adăugând o nouă
noțiune unei terminologii tehnice. Denumirea provine din limba latină ’’sensus=simț’’.
Majoritartea elementelor tehnice sunt încadrate în categoria traductoarelor. De foarte multe
ori noțiunea de sensor are înteles de traductor și invers, ambele având semnificația unui
dispozitiv de măsurare a unei mărimi fizice.
Traductorul este un echipament component al unui sistem automat, care transformă o
mărime de măsurat în valori (corespunzătoare) ale altei mărimi fizice, în scopul măsurării ei
sau/și reglării mersului procesului tehnic . Locul traductorului în cadrul sistemului automat
este între instalația care conține sediul procesului și elemental de comparație al dispoz itivului
de automatizare. El este situat deci în calea informațională,având sensul de transmisie de la
process către sistemul de conducere. [6]
După natura mărimii masurate se întâlnesc traductoare pentru mărimi electrice
(curenți,frec vențe,puteri,reziste nțe,etc) și traductoare pentru mărimi neelectrice
(presiuni,temperature,viteze,etc).

După forma mărimi (semnalului) obținute la ieșirea din traductor întâlnim traductoare
analogice ( dependentă după o funcție continuă ), traductoare cu impulsuri (unde rezul tatul
măsurării este furnizat sub formă numerică). [6]

Fig.2.3 .a. Structura general a unui traductor.
,,Senzorul este un dispozitiv tehnic care reacționează calitativ sau cantitativ prin
propriile mărimi măsurabile, la anumite proprietăți fizice sau chimice ale mediului din
preajma lui. Ca parte component ă a unui aparat sau sitem ethnic detector poate
măsura/înregistra rea, de exemplu preasiu nea, umiditatea, câmpul magnetic,accelerația,
forța,intensitatea sonoră,radiații,etc’’.
Senzorul este un dispozitiv care măsoară o mărime fizică (masă,
presiune,temperatură, umiditate etc.) și o transform ă într-un semnal care poate fi citit de către
un ob servator printr -un instrument sau poate fi prelucrat.
Senzorul este diferit fața de traductor prin:
 Măsurare – realizează măsurătorile asemănător cu organele umane de simț;
 Dimensiune – dimensiunile senzorului sunt mult mai mici fată de cele ale unui
traductor;
 Senzorii permit determinarea unei hărții a unei scene care poate investiga mai ușor.

Fig.2.3.b. Structura unui sistem sensorial
2.3.1. Clasificarea senzorilor
În momentul actual există peste mai mult de 100 de mărimi fizice, iar dacă se iau în
calcul și senzorii pentru diferite substanțe chimice, numărul lor este de ordinul sutelor. Se pot
pune in evidență circa 2000 de tipuri distincte de senzori, oferite în 100.000 de variante, pe
plan mondial.
Datorită marii diversități a principiilor de con versie a mărimilor fizice n 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 câ teva dintre cele mai
importante :
a) După tipul de sensor: [7]
1. Activ : consummator de energie, de exemplu radar (măsurarea distanțelor prin
emitere de radiații electromagnetice)
2. Pasiv : de exemplu fotorezistența cu care se poate măsura intensitatea luminii.

b) După mărimea furnizată la ieșire:
 Analogici ;
 Digitali.
c) După mărimea de intrar e:

 Senzori pentru mărimi geometrice (lungime, arie, volum,nivel,unghi) ;
 Senzori pentru mărimi mecanice (fortă,presiune,debit) ;
 Senzori de temperatură ;
 Senzori pentru mărimi fotometrice ;
 Senzori pentru mărimi de material(densitate,vâscozitate) ;
 Senzori pentru compoziție și concetrație ;
 Senzori pentru radiații.
d) După tehnologiile u tilizat e pentru realizarea lor:
 Tehnologii ale materialelor feromagnetice ;
 Tehnologii ale materialelor piezo -ceramice ;
 Tehnologii ale mic roeelectronicii și microsistemului etc.
e) După semn alul de ieșire :
 Senzori binar ,care reprezintă la ieșire numai două valori distincte ;
 Senzori cu un număr mare de valori, pentru măsurarea unei mărimi într -o
anumită plajă care pot fi analogici sau numerici.
f) După domeniul în care sunt utilizați :
 În industrie ;
 În medicină ;
 În industria medicală ;
 În transporturi etc.
g) După tipul mărimii fizice de intrare senzorii pot fi clasificați în :
 Absoluți, când semnalul electric de ieșire poate reprezenta toate valorile
posibile ale mărimi fizice de intrare ;
 Incrementali, când nu poate fi stabilită o origine pentru toate punctele din
cadrul domeniului de măsurare, ci fiecare reprezentând originea pentru
ceea urmatoare.
h) După regimul static :
 rezoluție ;
 sensibilitare ;
 repetabilitate ;
 caracteristica statică histerezis .

2.4. Traductoare de radiații

Marea majoritate a traductoarelor de radiații sunt traductoare active, energia necesară
funcționării lor este din radiație al cărei intensitate se măsoară. Funcționarea ace stor
traductoare se bazează pe fenomenele care apar în diferite material sub acțiunea radiațiilor
luminoase sau nucleare.

Fig.2.4. Structura generală a acestor traductoare.
Deoarece mărimea de studiat este de valoare foarte mică se recurge la modularea unei
mărimi purtătoare de către radiație. Elementul modulator poate fi adaptat la diverși
parametrii, în cazul acesta se pot măsura prin intermediul radiațiilor alte mărimi cum ar fi
deplasare, viteză sau alt e mărimi neelectrice.
Există trei tipuri de radiații: radiații luminoase, radiații nucleare și radiați termice. În
cazul primelor două tipuri de radiații,radiația acționează direct asupra electronilor din
structura materialului și produce o modificare a c onductivității a lor, sau determină apariția
unui camp electric pe suprafețele materialului. Radiațiile termice sunt radiații care sunt
absorbite de material, provoacă încălzirea materialului. Aceste radiații se măsoară cu ajutorul
traductoarelor de temper atură .
2.4.1 . Traductoare pentru radiații luminoase
Radiațiile luminoase se transmit prin unde electromagnetice cu lungime de undă
cuprinsă între 0.01qm și 100qm, care corespunde unei game de fracvență
Acest spectru se împarte în: 0,01 –> 0,4qm – radiație ultraviolet
0,4 –> 0,76 qm – spectrul vizibil
0,76–> 100 qm – spectrul infraroșu.
Mărimi caracteristice radiației luminoase

1. Flux luminos – ø – [lumen – lm] este enegia luminoasă pe care o emite o sursă în
unitate de timp. Caracterizează o sursă luminoasă.
2. Intensitatea luminoasă – -[candela -cd] este raportul dintre fluxul luminous emis
de o sursă punctiformă într -un unghi solid infinit mic.
3. Luminanța – L – [cd/ ] se mai numește și strălucirea suprafeței
4. Culoarea – este o caracteristică a luminii invizibile și depinde de lungimea de undă a
luminii.
5. Factor de transmisie – caracterizează mediul în raport cu lumina și se definește ca
raportul dintre fluxul lumi nous obținut după trecerea luminii prin mediul respective și
flux incident.

2.4.2 Elemente sensibile radiațiilor luminoase
Elementele sensibile radiațiilor luminoase convertesc radiația luminoasă în semnal
electric și se numesc fotodetectoare. Pot fi de două feluri: generatoare, furnizează o tensiune
electromotoare proporțională cu intensitatea luminoasă, și parametrice, când radiația
luminoasă produce modificarea parametrului unui element de circuit.
1.Fotodioda – sunt dispositive semiconducto are care răspund la particule cu valori
ridicate de energie și fotoni. Fotodioda operează prin absorție de fotoni sau de particule
încărcate și generează un flux de curent într -un circuit extern,proporțional cu puterea
incident. Pot fi folosite pentru a de tecta prezența sau absența de cantități infime de lumină și
pot fi calibrate pentru măsurători extreme deprecise de la intensități sub 1 pW/cm2 la
intensități mai mari de 100mW/cm2.
Fotodioda se folosește invers polarizat. Caracteristica tensiune -curent es te
asemănătoare cu caracteristica diodelor normale, doar că se deplasează caracteristica spre
dreapta cu creșterea intensității luminoase. La o tensiune de polarizare constant ă curentul
crește proporțional cu creșterea iluminării.Semiconductoarele folosite sunt:germanium,siliciu,
indiu -arsen.Există variante pentru domeniul vizibil,respective infraroșu. Sensibilitatea
spectra lă depinde de materialul din care este confec ționat , de exemplu fotodioda de germaniu
este sensibil pentru alfa=1,6m,iar pentru cel de indiu -arsen a alfa=3,5qm

.
Fig.2.4.2. a.Simbol fotodiodă.
2.Fototranzistor – ca construcție este asemănator cu tranzistorul, doar că comanda
lor se face prin intensitate luminoasă în loc de curent de bază.Pot fi cu baza accesibilă sau
inaccesibilă. Sensibilitatea lor este mult mai mare ca a fotodiodelor,aproximativ de 500 de
ori.

Fig.2.4.2.b.Simbol fototranzistor.
3.Fotorezistență – Sunt componente pasive care își modifică rezistivitatea sub
influnența intensității luminoase. Materialul semiconductor din care este făcut determină
lungimea de undă pentru care este sensibil.

Fig.2.4.2.c. Simbol fotorezistentă
4.Fototiristor – Funcționează ca și tiristoarele obișnuite în circuite de comandă,
comanda făcându -se prin intensitatea luminoasă.
CAPITOLUL III – Proiect tehnic
3.1. Descrierea proiectului
În acest capitol voi descrie modul de proiectare care au dus la realizarea fin ală a
acestui ”Sistem de detecție și alarmare incendiu”. Realizarea acestui proiect a necesitat
cunoștințe atât din domeniul electronici cât și programării.

În figura de mai jos (Fig 3.1 ) este prezentată schema bloc a proiectului. Aceasta am
realizat -o pe un sait online, specializat pe diagrame bloc și anume https://www.draw.io/ ,care
conține următoarele blocuri funcțional e: Blocul de alimentare, regulator 5V, Arduino Uno,
blocul de detec ție,releu, modulul SD,senzorul de temperatură LM35,LCD,buzzer,led.

Fig 3.1.Schema bloc a sistemului

3.1.1 . Schema electrică

Fig.3.3.1. Schema electrică

Arduino Uno reprezintă blocul principal al sistemului,acesta realizând comunicarea cu
toate celelalte blocuri.
Datorită problemelor de comunicare care au apărut dintre Arduino și celelalte
dispozitice și module în urma conexiunilor cu fire și breadboard am decis să realizes un PCB
pe care sunt amplasate toate componentele și modulele folosite și să îl conectez pe partea
superioară a plăcii Arduino Uno.
3.2 Alimentare
Blocul de alimentare are rolul de a prelua tensiunea de la intrare, din exterior și a o
stabiliza prin intermediul stabilizatorului de tensiune NCV4274. Elementul central al blocului
îl reprezintă stabilizatorul de tensiune care oferă la ieșire 5V.Stabilizatorul este protejat la
scurt -circuit sau la variații bruște de temperatură.

Fig.3.2. Blocul de alimentare

Prin conectorul J1 alimentăm toată placa cu ajutorul unei surse exterioare de 12V.
Puntea de diode are rolul de protecție în cazul în care bornele sunt inversate ,plus pe GND și
invers.
Condensatorul C1 de 1000uF, electrolitic, este folosit pentru filtrarea eventualelor
spik-uri venite de pe linia de alimentare.

Am ales o sursă de 12V deoarece am avut nevoie de acționarea bobinei din re leul
folosit pe pcb -ul realizat și de către ventilator.
Deoarece Arduino și toate blocurile folosesc o ten siune de 5V iar aceasta trebuie să
fie o tensiune constantă, fără ca aceasta să varieze am ales să folosesc un regulator de
tensiune de 5V, numit NCV4274 pe care l -am achiziționat de pe un produs rebut din fabrică.
Pentru o bună funcționare a regulatorului , i-am pus pe alimentare cât și pe ieșire condensatori
de cuplaj C2 și C3 de uF pentru ca aceștia să acționeze ca un filtru trece -jos, iar frecvențele
înalte să nu treacă astfel reușind să avem o tensiune cât mai constantă.Valoarea acestora este
conform da tasheet -ului.
Regulatorul de tensiune NCV 4274
NCV4274 este un regulator de tensiune de precizie cu o capacitate de ieșire de 400
mA disponibil în capsule DPAK, D2PAK și SOT -223.
Tensiunea de ieșire are o precizie de ± 2,0% sau ± 4,0%, în funcție de versiune cu o
tensiune maximă de abandon de 0,5 V, cu o intrare de până la 40 V. Curentul de rep aus
consumat este de doar 150uA cu o sarcină de 1 mA . Această componentă este ideal ă pentru
domeniul automotive și pentru toate echipamentele în care aliment area microprocesoarelor
este facută cu ajutorul unei baterii.
Regulatorul este protejat împotriva alimentarii inverse , scurt -circuit, și condiții de
suprasarcină.
Ieșirea este controlată de un trimmer de precizie ș i de un amplificator de eroare.
Ieșirea PNP are un control de saturație pentru reglare, î n timp ce te nsiunea de intrare este
scazută prevenind supra saturaț ia. Limita de cur ent ș i monitarizarea tensiunii sunt reglate
pentru a oferi semnale de funcționare în siguranță procesorului ș i circuitel or de control.
Caracteristici :
– 2.5, 3.3 V, 5.0 V, 8.5 V, 2.0% tensiuni de ieș ire;
– 2.5, 3.3 V, 5.0 V, – 4.0% Output Options ;
– mai pu țin de 150uA la un c urent de sarcină de 1mA ;
– 400mA curent maxim de ieș ire;
– protecț ie de scurt -circuit ;
– tensiune maximă de intrare 60 V( tensiune de vâ rf).

Fig.3.2.a Diagrama bloc NCV4274 [8]

Fig.3.2.b. Schema de montare în circuit [8]

Fig.3.2.c. Curentul și tensiunea de ieșire în funcție intrare [8]

3.3. Descrierea plăcii de dezvolatare Aduino U no

Fig.3.2. Arduino Uno

Placa de dezvoltare Arduino Uno cuprinde:
 microcontrollerul ATmega328 ;
 6 intrări analogice (A0 -A5);
 14 intrări digitale/pini dintre care 6 pot fi folosiți și ca pini de ieșire PWM7;
 oscilator;
 conexiune USB;
 mufă de alimentare 7-12V;
 2 pini de 5V, 1 pin de 3.3V 1 pin de Vin, 3 pini de GND;
 buton pentru reset;
 mufă ICSP (In circuit Serial Programming).

7 PWM – Pulse -width modul ation (semnal cu factor de umplere)

Placa de dezvoltare Arduino Uno are următoarele caracteristici fizice:
 Lungime – 68.5mm;
 Lățime – 53,4mm;
 Greutate – 25g.
Intrările analogice (A0 -A5) sunt folosite pentru citirea semnalelor analogice. La acești
pini se poate conecta diferiți senzori analogici;
Intrările și ieșirile pinilor digitali sunt folosite pentru semnale digitale, care pot avea 2
stări, 0 sau 1.
Placa d e dezvoltare Arduino Uno conține toate comp onentele necesare pentru
funcționarea microcontroller -ului, conectându -se foarte ușor la calculator prin cablul USB
prin care se și alimentează . De asemenea placa se aliment ează și separat atunci când sunt
conect ați mai mulți consumatori pe placă care au nevoie de un curent mai mare de câteva sute
de mA pentru a funcționa.
Nucleul de bază al plăcii il reprezintă microcontroller -ul ATmega16U2, care este
programat să funcționeze ca un convertor ed la USB la Serial.
Specificațiile microcontroller -ului ATmega328 : [9]
 Tensiunea de lucru – 5V;
 Tensiune de intrare recomandată – 7-12V;
 Pini digitali I/O și pini analogici de intrare – 14 digitali, 6 analogici;
 DC pentru pinii I/O – 40mA;
 DC pentru pinul de 3.3V – 50mA;
 Memorie – Flash de 32KB, SRAM 2 KB, EEPROM 1 KB;
 Viteza de clock – 16MHz ;
 Intervalul de temperatură : 40 -85 C;
 Arhitectură RISC ;
 Microc ontroller din familia Atmel AVR.

3.3.1. Descrierea schemei electrice – Arduino Uno

Fig. 3.2.1. Descrierea schemei electrice – Arduino Uno [10]

Microcontroller -ul ATmega 328 face parte din familia Atmel și reprezintă component a de
bază a plăcii de dezvoltare Arduino Uno.
ATmega328 este un circuit bazat pe o arhitectură RISC8 și are o memorie FLASH de
32Kbytes (cu 0.5 KB folosiți pentru bootloader), o memorie EEPROM de 1KB și o memorie
RAM de 2 KB. Are 23 de linii de uz general, 32 de regiștrii, 3 timere (1 timer pe 16 biți și 2
timere pe 8 biți),întreruperi interne,programato r USART, interfață Serială, SPI, I2C, convertor
Analog digital, oscillator intern cu o interfață de 8 MHz.
Microcontroller -ul are 28 de pini,care reprezintă:
 Pin Vcc – pin de alimentare;
 GND – pin de masă;
 XTAL1,XTAL2 – reprezintă pinii pentru oscilatorul de quartz;
 AREF, AVCC,AGND – 3 pini pentru convertorul A/D;
 RESET – pin pentru resetarea softului;
 14 pini digitali – 6 pot fi folosiți și pentru semnale de PWM;
 6 pini analogici.

Microcontroller -ul ATmega328 are 3 porturi:
 PORTB (PB0 – PB5) – port digital;
 PORTC (PC0 – PC5) – port analogic;
 PORTD (PD0 – PD7) – port digital.
În figura de mai jos (Fig.3.2.2.) este ilustrat microncontroller -ul ATmega328 cu
configurația pinilor.
Pinii analogi ai microcontroller -ului ATmega328 sunt folosiți pentru achiziționarea
semnalelor analogice. Fiecare pin analogic poate fi programat să genereze o rezoluție de 10 biți.
Pinii analogici sunt numerotați de la A0 – A5.

8 RISC – – Reduced Instruction Set Computer

Pinii digitali funcționează la o tensiune de 5V, iar fiecare pin poate să trimită sau să
primeas că un curent de 40mA. Fiecare pin are în componența sa câte un resistor de o valoare
cuprinsă între20 – 50kΩ, implicit deconectat.

Fig.3.2.2. Schema ATmega328 [10]
Caracteristiciile pinilor analogici:
 pinul 23 (PC0) – A0 – implicit este pin analogic; este conectat prin pinul 1 la conector -ul
AD;
 pinul 24 (PC1) – A1 – implicit este pin analogic; este conectat prin pinul 2 la conector -ul
AD;

 pinul 25 (PC2) – A2 – implicit este pin analogic; este conectat prin pinul 3 la conector -ul
AD;
 pinul 26 (PC3) – A3 – implicit este pin analogic; este conectat prin pinul 4 la conector -ul
AD;
 pinul 27(PC4) – A4 (SDA) – este pinul folosit pentru comunicarea I2C și este
întrebuințat pentru Serial Data; este conectat prin pinul 5 la conector -ul AD;
 pinu l 28 (PC5) – A5 (SCL) – este pinul folosit pentru comunicarea I2C și este
întrebuințat pentru Serial Clock; este conectat prin pinul 6 la conector -ul AD.

Caracteristicile pinilor digitali:
 pinul 2 (PD0) – RXD – este pin serial pentru recepționarea datelor seriale asincrone;
fizic este conectat prin pinul 1 la conector -ul IOL;
 pinul 3 (PD1) – TXD – este pinul serial folosit pentru transmiterea datelor seriale
asincrone; fizic este conectat prin pinul 2 la conector -ul IOL;
 pinul 4 (PD2) – INT – este pinul d e întrerupere externă; poate fi configurat să genereze
întreruperi la o valoare mică, pe front descrescător sau crescător; fizic este conectat prin
pinul 3 la conector -ul IOL;
 pinul 5 (PD3) – INT2 – este pinul de întrerupere externă; diferența față de pinu l 4 este
faptul că poate fi folosit pentru PWM; este conectat prin pinul 4 la conector -ul IOL;
 pinul 6 (PD4) – T0 – este pin de intrare/ieșire; este conectat prin pinul 5 la conector -ul
IOL;
 pinul 11 (PD5) – T1 – este folosit pentru semnale PWM; fizic este conectat prin pinul 6
la conector -ul IOL;
 pinul 12 (PD6) – AIN0 – este folosit pentru semnale PWM; fizic este conectat prin pinul
7 la conector -ul IOL;
 pinul 13 (PD7) – AIN1 – este pin de intrare/ieșire; fizic este conectat prin pinul 8 la
conector -ul IO L;
 pinul 14 (PB0) – ICP – este pin de intrare/ieșire; fizic este conectat prin pinul 1 la
conector -ul IOH;

 pinul 15 (PB1) – OC1 – este pinul folosit pentru semnale PWM; fizic este conectat prin
pinul 2 la conectoru -ul IOH;
 pinul 16 (PB2) – SS – este pinul folosit pentru comunicarea SPI; este semnalul Slave
Select; fizic este conectat prin pinul 3 la conector -ul IOH;
 pinul 17 (PB3) – MOSI – este pinul folosit pentru comunicare SPI; este semnalul de
Master In Slave Out; fizic este conectat prin pinul 4 conector -ul IOH;
 pinul 18 (PB4) – MISO – este pinul folosit pentru comunicarea SPI; este semnalul de
Master Out Slave In; fizic este conectat prin pinul 5 la conector -ul IOH;
 pinul 19 (PB5) – SCK – este folosit pentru comunicarea SPI; este semnalul de clo ck;
fizic este conectat prin pinul 6 la conector -ul IOH;
 pinul 7 (GND) – este pinul de masă; este conectat prin pinul 7 la conector -ul IOH;
 pinul 8 (AREF) – este pinul de referință analogic; este conectat prin pinul 8 la conector –
ul IOH;

Placa de dezvolt are Arduino Uno mai conține un grup(8 pini) care sunt folosiții la diferite
funcții:
 pin 1 – nu are nici o funcție;
 pin IOREF – este utilizat ca referință pentru shield -ul Arduino pentru a comuta tensiunea
de funcționare a plăcii; este conectat prin pinul 2 la grupul de pini numit POWER;
 pin RESET – este utilizat pentru resetarea softului a plăcii Arduino; este conectat prin
pinul 3 la grupul de pini numit POWER;
 pin 3,3V – reprezintă tensiunea utilizată pentru senzorii care necesită acestă tensiune de
alimentare cu un curent generat de 50 mA; este conectat prin pinul 4 la grupul de pini
numit POWER;
 pin 5V – este tensiunea folosită pentru componente ec necesită această tensiune de
alimentare; este conectat prin pinul 5 la grupul de pini numit POWER;
 pin GND – este folosit ca masă pentru componentele conectate la Arduino; este conectat
prin ponul 6 la grupul de pini POWER;
 pin GND – acest pin este folosit pentru componentele conectate la o sursă externă de
alimentare; este conectat prin pinul 7 la grupul de pini numit POWER;

 pin Vin – reprezint ă tensiunea de intrare dintr -o sursă externă; este conectat prin pinul 8
la grupul de pini numit POWER.

Mufa ICSP ( In Circuit Serial Programming ) conține un grup de 6 pini care sunt folosiți
pentru reprogramarea microcontroller -ului, sau mai pot fi utilizați pentru comunicarea cu alte
microcontrollere, acestea permitând comunicarea prin SPI ( Serial Peripheral Interface Bus ).
Mufa ICSP conține următorii pini:
 pinul 1 – MISO;
 pinul 2 – 5V (alimentare);
 pinul 3 – SCK;
 pinul 4 – MOSI;
 pinul 5 – RESET;
 pinul 6 – GND (pinul de masă).
Pinul 9 și 10 (XTAL1 și XTAL2) sunt folosiți pentru oscilatorul cu quartz. Oscilatorul
cu quartz are o frecvență de 16 MHz. Condensa tori cu valoarea de 22pF puși în paralel
formează împreună capacitatea parazită, dată de cablajul utilizat, capacitatea de sarcină
pentru cristalul de quartz și au rolul de a ajuta la intrarea în osculație a cristalului de quartz.
Pinul 1 al microcontroll er-ului ATmega328 este conectat la 5V printr -un resistor de
pull-up și reprezintă pinul de RESET. Valoarea rezistorului este de 10kΩ. Pinul are rolul de a
reseta microcontroller -ul. Funcția de RESET mai poate fi activat ă și prin apăsarea butonului
care s e găsește pe placă, fiind conectat tot la pinul de RESET.
Pe placă se mai găsește un LED verde care semnifică că placa este alimentată. Led-ul este
înseriat cu 2 rezistori de 1kΩ în paralel și este conectat între 5V și GND.
Microcontroller -ul ATmega16U2 este cel de al -doilea microcontroller de pe placa de
dezvoltare Arduino Uno, ilustrat în (Fig.3.2.3) de mai jos. El face parte tot din familia Atmel
este programat și folosit ca un convertor de la USB la Serial.

Fig.3.2.3. Schemă ATmega16U2 [10]

ATmega1 6U2 are următoarele caracteristici:
 memorie FLASH 16KB;
 memorie EEPROM 512 bytes;
 memorie SRAM 512 bytes;
 22 linii de uz general intrare/ieșire;
 32 de regiștrii de lucru;
 2 timere;
 port serial SPI;
 USART;
 Clock intern de 8Mhz.

Acest microcontroller are 32 de pini:
 un pin de alimentare digital (VCC);

 un pin de alimentare (VCC);
 un pin de masă (GND);
 2 pini pentru quartz (XTAL1 și XTAL2) ;
 un pin de RESET;
 16 pini digitali;
 6 pini analogici;
 5 pini pentru USB (UCAP, UVCC, D -, D+, UGND).

ATmega16U2 are 3 porturi:
 PORTB (PB0 – PB7) – sunt folosiți pini de la PB1 la PB7;
 PORTC (PC2 – PC7) – nu sunt folosiți;
 PORT D (PD0 – PD7) – sunt folosiți doar pinii de la PD2 la PD5 și pinul PD7.

Mufa USB are 4 pini care sunt conectați astfel:
 Pinul 1 – este pinul USB -VCC;
 Pinul 2 – este pinul D – conectat la pinul 30 al microcontroller -ului printr -un rezistor;
 Pinul 3 – este pinul D+ conectat la pinul 29 al microcontroller -ului printr -un rezistor;
 Pinul 4 – este pinul USB pentru masă și este conectat la pinul 28 al microcontroller -ului.

ATmega16U2 are 5 pini pentru comunicarea USB:
 pinul 27 (UCAP) – pentru tensiunea de alimentare externă a regulatorului intern;
 pinul 28 (UGND) – pentru masă;
 pinul 29 (D+) – pentru viteză masimă pozitivă;
 pinul 30 (D -) – pentru vite ză maximă negativă;
 pinul 31 (UVCC) – pentru tensiunea de alimentare internă a regulatorului.

Regulatorul liniar de 3,3V – este ilustrat în schema din figura de mai jos (Fig 3.2.4.). La
placa de dezvoltare Arduino Uno se pot conecta senzori și dispositive ce funcționează la
tensiunea de 3,3V.

Aceast ă tensiune este obținută cu ajutorul regulatorului liniar LP2985 – 33DBVR.
Acesta este reprezentat prin 5 pini:
 un pin de alimentare;
 un pin de masă;
 un pin de ON/OFF;
 un pin de BTPASS;
 un pin de OUT.
Tensiunea care este aplicată pe intrarea VIN trece prin divizorul de tensiune format din
cei doi rezistori de 10kΩ. În urma divizorului se obține o tensiune egală cu jumătate din
tensiunea de la intrare. Această tensiune rezultată intră într -un comparator, unde se compara cu
tensiunea de 3,3V.
Dacă tensiunea rezultată este mai mare de 3,3V rezultă pe comparator 1 logic. Ieșirea
comparatorului intră în tranzistorul pMOS care va fi deschis de tensiunea rezultată din
comparator și la ieșirea din regulator se obține tensiunea de 3,3V.

Fig 3.2.4 . Schemă regulator liniar 3,3V [10]

3.4. Programare a plăcii de dezvoltare Arduino Uno
După descărcarea driverelor și ultimei versiuni a software -lui disponibil, compatibil cu
sistemul de operare, programarea pentru placa de dezvoltare Arduino Uno se realizează în
interfața grafică de tip IDE. Mediul de dezvoltare Arduino Uno se bazează pe un limbaj de
programare processing.
După ce instalarea s -a realizat cu success se pornește mediul de dezvoltare, ca și în
exemplul de mai jos .

Fig.3.3.1. Interfața cu Arduino

Fig.3.3.2 Conectarea platformei la portul USB

După conectarea plăcii și rularea programului, trebuie configurat med iul pentru placa de
dezvoltare aleasă .
Configurarea se realizează din Meniu:
 Tools – Board – Arduino / Genuino Uno;
 Tools – Port – COM4 (selectarea portului pe care connectăm placa).

Fig.3.3.3. Configurarea platformei

Fig.3.3.4. Configurarea portului USB

Semnificația butoanelor din mediul de programare Arduino IDE este reprezentată în
figura următoare (Fig.3.3.5).

Fig.3.3.5. Semnificația butoanelor din meniu
Acest mediu de dezvoltare conține o opțiune pentru monitorizarea serial. Folosind această
opțiune putem urmări în fereastra serială rezultatele pe care dorim să le afișăm. Această opțiune
este disponibilă din:
 Meniu – Tools – Serial Monitor;
 Apăsând Ctrl + Shift + M.

Fig.3.3.6. Opțiunea Serial Monitor
Un program scris în m ediul de dezvoltare Arduino IDE are două părții:
 Partea de setup () – este rulată o singură dată după alimetarea plăcii de dezvoltare;
 Partea de loop () – este rulată în buclă infinită atâta timp cât placa de dezvoltare este

Fig.3.3.7. Funcțiile void setup() și void loop()

3.5. Detector de flacără
Detectoarele de flacără sunt cele care răspund la radiația electromagnetică emisă de
flăcările unui incendiu.Un astfel de detector reacționează instantaneu în prezența unei flăcări,
dacă nu e prea mare dista nța la care acesta se găsește.
Dezavantajul pe care -l prezintă un detector de flacără constă în faptul că pentru detectare,
el trebuie ”vadă” flacăra, ceea ce îl face necorespunzător într -o zonă în care există mare
aglomerare sau unde este posibilă apariț ia unui incendiu mocnit.
În cazul proiectului meu ,detectorul îl reprezintă un modul de Arduino care este destinat
detectării și reacției la prezența unei flăcări sau a unui incendiu .
Specificațiile modulului:
– numărul de pini: 4 (A0,D0,VccDND);
– tipul de ieșire: Analog sau digital;
– tensiune de operare: 5V;
– dimensiune: 15,25mm x 33mm x 12,7mm;
– temperatură de operare:0˚C până la 60˚C;
– gamă: 10cm până la 80cm;
– unghi de detectare: 60 de grade.
Interfață:
 A0: Acesta este pinul de ieșire analogic care trebuie conectat la unul dintre pini analogici
de pe Arduino Uno;
 D0: Acesta este pinul de ieșire digital care poate fi conectat la unul dintre pini digitali de
pe Arduino Uno;
 Vcc:pinul pozitiv de alimentare care trebuie conectat la 5V de la Arduino;
 GND: pinul p ozitiv care trebuie conectat la GND de la Arduino.
Acest sensor este utilizat în următoarele scopuri:
1. Detectarea incendiilor;
2. Detectarea prin infraroșu.

Fig.3.5. Schema electrică – detector de flacără [12]
Elementul principal de detecție al modulului î l reprezintă fotodioda, care are o rază de
detecție între 0˚C – 60˚C.Aceasta poate fi utilizată pentru a detecta sursa de foc pe o lungime de
undă ,în intervalul 760nm – 1100nm.
În funcție de intensitatea lumini fotodioda generează un curent , iar cu legea lui ohm
aflăm nivelul de tensiune de pe resistor.Dacă am tensiune mai mare decât de pep rag îmi dă 1
logic.
3.6. Data logger
Un logger de date (de asemenea, datalogger sau înregistrator de date) este un dispozitiv
electronic care înregistrează date în timp sau în legătură cu locația, fie cu un instrument sau cu un
sensor construit.
În general, acestea sunt mici,alimentate de la baterie,portabile și echipate cu un
microprocessor,memorie internă pentru stocarea datelor de la senzori
Unul dintre benef iciile acestor logger de date este abilitatea de a stoca date automat în
timp real.
Componentele blocului de data logger al sistemului de detecție și alarmare la incendiu
sunt: modulul SD, senzorul de temperatură LM35.

Scopul acestui bloc este de a înreg istra automat temperature într -o anumită perioadă de
timp. Datele pot fi preluate și vizualizate într -un fișier Excel.
LM35
Acest sensor de temperatură analogic este un dispozitiv liniar, integrat ce primește la
ieșire o tensiune proporțională cu temperat ure în ˚C. Acesta este conectat la pinul analogic A1de
la Arduino.
LM35 este un sensor de putere mică, cost redus și cu o precizie de funcționare de -40˚C
până la 110˚C.
Acesta convertește tensiunea analogică în temperatură spre deosebire de senzori rezi stivi
nu are nevoie de un semnal condiționat.De aceea dezvoltarea de circuite pentru termistor nu ar fi
o soluție pentru aplicarea acestui circuit ieftin.Pin -ul de ieșire de tensiune (Vout) poate fi
conectat direct de ADC -ul plăcii Arduino.
Coeficienții sunt scalați pentru a oferi o rezoluție de 1˚C/bit pe un ADC de 8 biți, cu o
tensiune de referință 2.5V și 5V furnizând o soluție de low -cost pentru aplicații care necesită
măsurarea unei schimbări relative a temperaturii. Atunci când se măsoară modificar ea relativă la
o temperatură cuprinsă între +25˚C,o precizie de +/ -1˚C poate fi realizată la 0˚C până
la+70˚C.Un plus de imunitate la capacitățile parasite îl reprezintă realizarea PCB -ului.

Fig.3.6. a. LM35 – sensor de temperatură

Modul SD
Majoritatea microcontrollelor au o stocare extrem de limitată. De exemplu și
microcontroller -ul ATmega 328 de pe placa Arduino Uno are o memorie EEPROM 1 KB, însă
prea mică pentru a înregistra cât mai multe date citite de senzorul LM35. Astfel am d ecis să
folosesc un model SD unde să pot stoca cît mai multe date înregistrate de către sensor într -un
card microSD.
Modulul oferă cea mai bună performantă atunci când funcționează pe o interfată SPI.
Caracteristici:
 slot pentru card microSD;
 conversia nivelului logic se poate face la 5V sau 3,3V;
 interfața de comunicare este SPI;
 pini:3,3V;GND;Vcc;MISO;MOSI;SCK;CS.
 dimensiuni: L=38mm; l=18mm; h=1,6mm.

Fig.3.6.b. Modul SD – Arduino

3.7 LCD

3.8 Releu
Rolul acestui bloc este de a comanda o instalație de stingere a incendiului, cum ar fi
stropitoare cu apă.În momentul detectări focului Arduino va trimite un nivel logic ”1”

deschizând un mosfet care acționează un releu de 12Vși îi pornește ventilatorul ca re îmi va opri
incendiul.
Paralel cu releul se află o diodă care va proteja tranzistorul în momentul in care releul
este acționat.Atunci când releul este alimentat bobina va înmagazina o energie pe care o va
elibera atunci când vom opri curentul. Curentul eliberat de bobină circulă în sens opus celui
furnizat și poate distruge tranzistorul.Dioda evită ca acest curent să ajungă la transistor.

Fig.3.8.Blocul de comandă
3.9. Proiectare și r ealizare PCB
Industria realizării cablajelor imprimante home made a evoluat foarte mult în ultimii ani.
De la realizarea traseelor cu ajutorul peniței cu smoală,trecând mai apoi pe marker și finalizând
cu me toda toner transfer/CNC și foto rezist.
Un PCB este o placă cu rol de a susține mecanic și a face conexiunile între componentele
montate pe aceea placă. După modul de fabricare ele sunt monostrat sau multistrat, asta
înseamnă că pcb -ul nostru poate fi format dintr -un singur strat de cupru și un start izolator sau

mai multe straturi de cupru pe care vom monta component e SMD și THD. Plăcile au diferite
grosimi, ceea mai cunoscută fiind ceea de 1,6mm.
Ca și tehnologie de realizare a pcb -ului a m folosit tehnologia cu expunere la ultraviolet
(UV). Proiectarea și desenarea pcb -ului am realizato cu un soft specializat, și a nume cu
programul Dip -Trace. Am ales acest program datoită volumului mare de footprinturi pentru
componente THT și SMD. Un alt motiv a fost organizarea acestui program care are 4 module
principale:Schematic Capture,PCB layout,Component Editor,Pattern Edito r.
Următorul pas este acela de proiectare a layoutului urmat de realizarea cablajului
,pornind de la schema electrică prezentată anterior (Fig.3.3.1. Schema electrică). Pentru a fi cât
mai robust și usor de realizat, am ales proiectara pcb -ului în două s traturi, Top și Bottom. Fiind
component e sensibile, traseele trebuie să fie cât mai scurte, pentru a nu crește rezistența sau
apariția capacității lor parasite în circuit. Componentele le -am amplasat cât de mult posibil după
specificațiile producătorului ,funcționând totul adecvat.
În figurile de mai jos putem să admirăm pcb -ul.Acesta măsoară 59 x 62 mm.

Fig.3.9.a.Top

Fig.3.9.b. Bottom
După achiziționarea componentelor am stabilit dimensiunile plăcii și forma acesteia.
Apoi am plasat componentele pe blocuri funcționale și trasarea planului de masă. După am
continuat cu rutarea traseelor după schematic.
3.9.1 Realizare cablaj
Pentru realizarea fizică,cablajul va fi expus la ultraviolet (UV). După realizarea schemei
electrice și a layout -ului în progra mul DipTrace, am putut trece la realizarea propriu -zisă a PCB –
ului.P entru realizarea acestuia am avut nevoie de o plăcuță cu fotorezist și imaginea layput -ului
în format A4 pe o foaie de calc,stratul de sus (top) este listat normal ,iar statul de jos este listat în
oglindă (mirror).Se decupează foaia de calc și se suprapune peste cablajul dublu strat cu
fotorezist ,apoi urmează expunerea de câte 300s pe fiecare parte.După terminarea procesului de
expunere, plăcuța trebuie developată. Se folosește o soluție ce conține 1 litru de apă ușor
încălzită și o cantitate de 10 grame de sodă caustică ce trebuie dizolvată în apă.Placa poate fi
scoasă atunci când ne dăm seama că vopseaua s-a îndepărtat și ca traseele sunt foarte evidente și
netede.

Fig.3.9.a. Stașie de expunere UV Fig.3.9.b. Foaia de calc imprimată
Plăcuța este apoi scufundată într -o soluție de clorură ferică pentru ca excesul de cupru
dintre trasee să se corodeze.Are loc reacție chimică prin care cuprul care nu a fost expus razelor
UV,se va dizolva în clorură.Acest proces se va desfășura pe o perioadă nedeterminată,deoarece
plăcuța trebuie expusă până când traseele su nt clare.Timpul de corodare variază în funcție de
temperature la care se află clorura ferică. [11]

Fig.3.9.1.c. Baie cu sodă caustică Fig.3.9.1.d. Baie cu clorură ferică
După ce plăcuța a fost corodată,aceasta se va spăla c u alcool pentru ca fotorezistul de pe
aceasta să se spele.Următoarea operațiune efectuată va fi aceea găuri viasurile și de a lipi

componentele pe plăcuță.Lipiturile s -au efectuat cu ajutorul unei stații de lipit la o temperatură
de 380˚C, pentru a nu arde componentele utilizate.

BIBLIOGRAFIE
[1] ROBOFUN, CURS GRATUIT ARDUINO ȘI ROBOTICĂ – Curs 1 , pag 5.
[2] I. BERILIU, Protocoale de comunicații – Notițe de curs, 2015. Cauta la biblioteca si
inlocuieste nu lasa bibliografie asta de la beri sa nu comenteze
[2] Lucian N. VINȚAN – Organizarea si proiectarea microarhitecturilorde calcul(pentru uzul
studenților), Universitatea “Universitatea “L. Blaga” din Sibiu, 2010,
[3] ROBOFUN, MODALITAȚII DE COMUNICARE – Curs 4 ,pag 6.
[4] A.FLOREA, Arhitectura micropocesoarelor – Notițe de curs, 2015.
[5] Flaviu Nistor, Tudor Orlandea – Sisteme Incorporate în exemple simple – Editura
Universității ”Lucian Blaga” Sibiu 2012, pag 36.
[6] I.C. BOGHIȚOIU – CONTRUCTȚII ELECTRONICE PENT RU TINERII AMATORI –
Editura Albatro –București – 1989 ,pag 8.
[7] Agoston Katalin – Senzori și traductoare, Editura Universitații Petru Maior din Targul Mures
2001 , pag 7 -12.
[8] Datasheet_NCV4274
[9] Datasheet_ATmega328.
[10] https://www.arduino.cc/en/uploads/Main/Arduino_Uno_Rev3 -schematic.pdf

[11] Manual de electronică pentru amatori – Paolo Aliverti
[12] http://www.theorycircuit.com/arduino -flame -sensor -interface/