Studii universitare de Masterat [603510]

Universitatea POLITEHNICA din București
Facultatea de Ingineria și Managementul Sistemelor Tehnologice

Departamentul de Teoria Mecanismelor și a Roboților

Studii universitare de Masterat

Programul de studii
Consultanță în proiectarea sistemelor mec anice
CPSM

LUCRARE DE DI SERTAȚIE

SISTEME CU SEN ZORI PENTRU ORIENTAREA PERSOANELOR CU
DIZABILITĂȚI . STUDII DE CAZ .

Conducător științific,

Șl. dr. ing. Ileana Dugăeșescu

Student: [anonimizat],

TODIRIȚE ISABELA

2018 – 2019

Cuprins
CAPITO LUL I . Senzori. Descriere general ă …………………………………………………………………
I.1. Studiu privind principiile de funcționare ale senzorilor de proximitate ……..
Capitolul I I . Descriere a generală a elementelor hardware ale sistem elelor aflate în studiul
II.1 …………… …………………………………………………………………..
Capitolul II I Sisteme pentru măsurarea distanței. Studii de caz ………………………………………
III.1. Sistem pentru măsurarea distanței care utilizează un singur senzor ultrasonic
HC-SR04 …………… ………………………………………………………………………………………………………………………… .
III.2. Sistem pentru măsurarea distanței care utilizează un singur senzor ultrasonic HC -SR04 și
un ecran LCD ..………………………………………………………………………………………………
III.3. Sistem pentru măsurarea di stan ței care utilizează t rei senzori ultrasonici HC -SR04
…..…… ……….12
Capitolul I V. Concluzii …………………………………………………………………………………………………………………..
Bibliografie ………………………………………………………………………………………………………………………………… ..

CAPITOLUL I. Senzori. Descriere general ă

Introducere

Senzorii s unt dispozitive care pot măsura diferite proprietăți , caracteristici ale mediului precum:
temperatura, distanța, rezistența fizică, greutatea etc.
Sistemul senzorial mai este numit și sistem de măsurare. El asigură măsurarea unor mărimi fizice și
eventual perceperea unor modificări semnificative a le acestor mărimi. Datorită sistemului senzorial se pot
pune în evidențã caracteristicile geometrice și chimice ale obiectelor din mediul de lucru. Senzorii datorită
caracteristicilor pe care le au, pot explora zon a de lucru, zona de contact, zona apropiată, cea îndepărtată,
iar senzorii foarte puternici pot explora și zone foarte îndepărtate.

Senzorii care oferă informații despre mediul ambiant se mai pot împărți la rândul lor în două
categorii : senzori cu contact , mai precis acei senzori care culeg informația din mediu prin atingere (senzor
tactil), respectiv senzori fără contact , care preiau informația din mediu de la distanță (cameră video, senzor
ultrasonic, senzor infraroșu).
Un senzor poate fi activ sau pasi v.
Senzorii activi sunt acei senzori care emit energie în mediu pentru a putea observa anumite
caracteristici ale acestuia, spre deosebire de senzorii pasivi care primesc energie din mediu pentru a putea
prelua informația.

Propriet ățile și caracteristic ile senzorilor

De asemenea, toate tipurile de senzori sunt caracterizate printr -o serie de proprietăți, cele mai
importante fiind:
– Sensibilitatea : reprezint ă raportul dintre semnalul de ieșire și semnalul de intrare;
– Liniaritatea : exprimă dacă raportul dintre intr are și ieșire este constant;
– Intervalul de măsurare : diferența între distanța minimă și cea maximă măsurabilă;
– Timpul de răspuns : timpul necesar pentru ca informația de la intrare să fie observabilă la ieșire;
– Acuratețea : diferența între semnalul măsurat si semnalul real;
– Repetabilitatea : diferențele între măsurători succesive ale aceleiași entități;
– Rezoluția : exprimă cea mai mică unitate de incrementare a semnalului măsurat;
– Prețul senzorului ;
– Puterea de calcul necesară pentru a interpreta rezultatele;
– Tipul de semnal la ieșire ;
– Greutatea, mărimea și cantitatea de energie consumată pentru a face o măsurătoare.

Clasificarea senzorilor

În momentul de față , pe piață se găsește o mare varietate de tipuri de senzori. O clasificare de bază a
acestora ar putea fi:

– Senzori de distanță – senzori care oferă informații despre distanța între senzor și obiectul de
măsurat din mediu;
– Senzori de poziție – senzori care oferă informații despre poziția obiectului, pe care au fost fixați, în
termeni absoluți;
– Senzo ri de mediu – senzori care oferă informații despre diverse proprietăți și caracteristici ale
mediului (exemplu: temperatură, culoare, fum, umiditate);
– Senzori inerțiali – senzori care măsoară proprietăți de mișcare a obiectului pe care au fost fixați.
Din punct de vedere a implementării în practică putem găs i:

Senzori de contact
Cel mai des întâlnit tip de senzori de contact este reprezentat de senzorii tactili. Termenul de senzor
tactil se referă la un traductor care este sensibil la atingere, forță s au presiune. Acești senzori pot fi
piezorezistivi, piezoelectrici, capacitivi sau electrorezistivi.

Senzori în infraroșu (IR)

Senzorii în infraroșu (IR) fac parte din categoria de senzori de distanță. Metoda lor de funcționare
constă în faptul că fie care senzor este echipat cu un emițător și un detector. Emițătorul transmite un fascicol
de lumină în spectrul infraroșu (de regulă sunt folosite lungimi de undă în intervalul 880 -990nm), fascicol
care se propagă în mediu, iar apoi se reflectă de obiectele aflate la distanță. Fascicolul reflectat este captat
de componenta detector, urmând apoi ca printr -un calcul matematic, să se estimeze o distanță între senzorul
în infraroșu și obiectul detectat din mediu.

Senzori ultrasonici

Acești senzori sunt înt âlniți în literatura de specialitate și sub denumirea de sonar, senzorii
ultrasonici folosesc un principiu oarecum asemănător cu senzorii IR., dar în loc de a transmite fascicole
luminoase, ei folosesc semnale acustice. Un emițător transmite un semnal acus tic în mediu, urmând apoi
ca reflecția acestuia să fie recepționată de componenta detector a senzorului. Timpul în care semnalul este
receptat înapoi de senzor precum și atenuarea semnalului reprezintă aspecte specific e tipuri de senzori
sonar.
Sunetele transmise de senzori sunt de regulă în spectrul de sunete ultrasonice, având o frecvență
foarte înaltă pentru a nu putea fi detectate de urechea umană.
Sensibilitatea unui senzor ultrasonic nu este uniformă, ci consistă dintr -un lob principa l și câteva
loburi laterale mai mici. De asemenea, această sensibilitate diferă de la un senzor la altul.

Considerații teoretice privind transmiterea ultrasunetelor

Ultrasunetele reprezintă un caz particular al undelor acustice și sunt vibrații mecani ce cu frecvențe
mai mari de 20 000 Hz. Aspectele dimensionale legate de propagarea ultrasunetelor sunt:
– lungimea de undă
– viteza de propagare

– atenuarea atmosferică
– reflectivitatea obiectelor țintă
– atenuarea geometrică
– frecvența
– efectul Doppler
– influ ența zgomotelor
Lungimea de undă
În fizică, lungimea de undă este un parametru de bază al oricărui fenomen ondulatoriu care se
propagă în spațiu și anume reprezintă distanța parcursă de undă pe durata unei oscilații, ori distanța dintre
două puncte din s pațiu între care defazajul relativ al oscilațiilor este de 2π radiani.
Astfel de fenomene pot fi de exemplu undele electromagnetice (lumina, undele radio etc.) și undele
mecanice (sunetele, undele seismice etc.). Prin extensie, pentru orice fenomen care s e repetă în spațiu,
perioada de repetare se poate numi lungime de undă. De exemplu în matematică dacă o funcție sinusoidală
are ca argument poziția în spațiu, atunci distanța la care funcția își repetă valorile se numește lungime de
undă.
Lungimea de undă este legată de viteza de propagare a undei respective și de frecvența ei.

Viteza de propagare a sunetului

Viteza sunetului este unul dintre parametrii care descriu propagarea sunetului printr -un mediu.
Această viteză depinde de proprietățile mediului d e propagare, în particular de elasticitatea și densitatea
acestuia.
În aer și alte gaze viteza sunetului depinde în primul rând de temperatură. De exemplu, la 0 °C
viteza sunetului este de 331,5 m/s, iar la 20 °C aproximativ 343,4 m/s. Presiunea are un ef ect mic, iar
umiditatea nu are aproape nici un efect asupra vitezei.

Atenuarea atmosferică

Pe parcursul propagării ultrasunetelor, o parte din energia acestora este absorbită de mediu.

Reflectivitatea obiectelor țintă

Directivitatea suprafeței o biectului țintă determină cât din energia reflectată e direcționată înapoi
spre receptor. Din moment ce majoritatea obiectelor împrăștie semnalul într -un mod izotropic, ecoul se
disipă din nou.
Cu cât e mai mare dezacordul între impedanțele din tre cele două m edii, cu atât mai multă energie
va fi reflectată înapoi la sursă.
Atenuarea geometrică

Creșterea suprafeței frontului de undă pe parcursul propagării ultrasunetelor duce la amortizarea
intensității acestora.

Sensibilitatea unui senzor ultrasonic nu est e uniformă, ci consistă dintr -un lob principal și câțiva
lobi secundari mai mici. De asemenea, această sensibilitate diferă de la un senzor la altul.

Efectul Doppler

Efectul Doppler constă în variația frecvenței unei unde emise de o sursă de oscilații, dacă aceasta
se află în mișcare față de receptor. Efectul Doppler poate fi constatat atât în cazul undelor electromagnetice
(inclusiv lumina), cât și în cazul undelor elastice (inclusiv sunetul).
Frecvența măsurată crește atunci când sursa se apropie de r eceptor și scade când sursa se depărtează
de receptor.

Influența zgomotului

În general, două tipuri de zgomote pot afecta performanțele senzorilor ultrasonici: zgomotul
mediului înconjurător și zgomotul auto -generat.
În general cele două mărimi sunt de natură diferită, mărimea de la intrare fiind o mărime fizică
neelectrică iar mărimea de la ieșire o mărime electricǎ sau o mărime care poate fi evaluată electric. În cazul
sistemelor ideale, mărimea y reprezintă întotdeauna valoarea generată de senzor pen tru stimulul x de la
intrare. Dacă se consideră că funcționarea senzorului nu este afectată de nici un alt parametru caracteristica
de transfer este de forma: y = f(x). În realitate, pe lângă mărimea fizică de influență x, funcționarea
senzorului este afec tată de o serie de parametri perturbatori, care pot proveni din surse externe sau interne .
Senzori GPS

Sistemul de poziționare globală prin satelit (Global Positioning System) a fost inițial dezvoltat de
către Departamentul de Apărare al SUA începând cu anul 1973. Sistemul este alcătuit din aproximativ 21
de sateliți și permite oricărui receptor autorizat să -și calculeze poziția și viteza cu care se deplasează.
Sistemul GPS nu poate fi folosit în interiorul clădirilor, deoarece el necesită ca între recep tor și satelit să
existe vizibilitate directă. Momentan există mat multe implementări ale serviciului, printre care SPS
(Standard Positioning System) disponibil pentru civili, respectiv PPS (Precise Positioning System),
disponibil pentru armată.
SPS are o acuratețe de aproximativ 100m pe orizontală, fapt pentru care nu este folosit prea mult.

Senzori video
Senzorii vizuali sunt reprezentați de regulă camere video. În momentul de față senzorii de imagine
folosesc două tehnologii: CCD și CMOS.
Camere le video obțin o cantitate mare de informații din câmpul lor vizual. Procesarea acestor date
poate necesita o putere de calcul ridicată, mai ales dacă se dorește obținerea unor performanțe optime din
informațiile culese.
Aplicațiile senzorilor vizuali sun t extrem de variate:
– control și inspecție: starea suprafețelor, culori, aspect, forme, contur și dimensiuni;
– verificare: prezența sau absența unui obiect;
– identificări și localizări de obiecte: în plan (2D) sau în spațiu (3D);

– urmărirea unui contur.

Erori întâlnite în cadrul măsurării cu ajutorul senzorilor

Orice model al unui senzor ar trebui să includă și un model intern al zgomotului care poate afecta
senzorul în momentul citirii informației. Problema recuperării informației din mediu utilizând da tele primite
de la senzor poate fi destul de complexă.
Orice tip de senzor poate fi afectat de mai multe tipuri de erori. Dintre acestea, cele mai importante sunt
erorile incidentale, erorile sistematice.

Erorile incidentale apar ocazional și pot avea un efect neprevăzut asupra informației, ele provenind în
cea mai mare parte de la măsurători efectuate greșit.

Erorile sistematice au o influență predictibilă asupra acurateții informației, acestea provenind de la o
interpretare greșită a parametrilor în a lgoritmii de estimare, sau din cauza unor neconcordanțe în modelare.

I.1 Studiu privind principiile de funcționare ale senzorilor de proximitate

Senzori de proximitate capacitivi

Principiul de funcționare:

1. Principiul de funcționare al senzorilor de proximitate capacitivi diferă numai într -o mică măsură de
funcționarea celor inductivi. Deosebirea principală este că în locul bobinei se folosește un electrod de forma
unei plăci cilindrice. În timpul funcționării ia naștere un câmp capacitiv între elect rod și pământ, deci și
între senzor și pământ. (Practic, una din liniile de alimentare este pământul).

Fig. nr. I.1.1 . Senzor de proximitate capacitiv – camp capacitiv – /1/

2. Când în apropierea senzorului nu se găsește nici un obiect de detectat, câmpu l format este stabil.

Fig. nr. I.1.2. Senzor de proximitate capacitiv – camp capacitive stabil /1/

3. Când obiectul de detectat este în apropierea senzorului capacitiv, sarcina negativă și cea pozitivă
a obiectului se separă. Sarcinile pozitive ale ele ctrodului atrag cele negative ale obiectului de detectat, iar
sarcinile pozitive ale obiectului sunt atrase de către pământ. Cum sarcinile negative sunt mai aproape de
electrod crește capacitatea electrostatică a electrodului. Aceasta este detectată de sen zor și astfel obiectul
este detectat.

Fig. nr. I.1. 3. Separarea sarcinilor negative de cele positive la detectarea obiectului /1/

Principiul de funcționare

1. Senzorul de proximitate inductiv constă dintr -o bobină î nfășurată în jurul unui miez de ferită
situat în capul de sesizare. Aplicând o frecvență înaltă, se generează un câmp magnetic oscilant în jurul
capului de sesizare. Câmpul magnetic este monitorizat de un circuit intern. Când un obiect metalic intră în
câmpul magnetic, câmpul induce curent electric în obiectul de detectat. Valoarea curentului indus crește
odată cu apropierea obiectului de suprafața frontală a senzorului. Acest curent cauzează un efect de
transformator. Ca urmare, atât energia cât și oscilaț ia scad în bobină. Până la urmă, oscilația încetează
complet pe măsura apropierii obiectului. Circuitul intern observă încetarea oscilației și comută ieșirea.
Având în vedere că funcționarea se bazează pe un câmp electromagnetic, efectele de mediu influenț ează
mai puțin funcționarea senzorilor de proximitate în comparație cu senzorii fotoelectrici. Funcționarea
senzorului de proximitate nu este afectată de apa, ulei sau de alte impurități.

Senzori ecranați:

Senzori de proximitate inductivi

2. Acești senzori au un cilindru de ecranare dispus în jurul miezului de ferită. Ca urmare, câmpul
electromagnetic scade în fața capului de sesizare.

Fig. nr. I.1. 4. Senzor de proximitate inductive – capul de sesizare a senzorului

Senzorul ui i se poate monta în față o suprafața metalică. Astfel, se poat e asigura protecția mecanică
a senzorului.

Fig. nr.I.1. 5. Montare suprafeță metalică pentru protecția senzorului /1/

Aceasta limitează însă distanța de detecție, dar senzorul poate fi montat în așa fel încât obiectele
metalice de lângă el să nu -l influe nțeze.

Senzori neecranați:

3. Spre deosebire de senzorii ecranați, în acest caz în jurul miezului de ferită nu se găsește nici un
clilindru de ecranare. Diferența dintre cele două tipuri de senzori se poate vedea cu ochiul liber.

Fig. nr. I.1.6 Snzo r de proximitate inductive neecranați /1/

Senzorul neecranat asigură o distanță de detecție mai mare decât senzorul ecranat cu același
diametru. La același diametru, distanța de sesizare a senzorului neecranat este aproximativ dublă.

Odată cu creșterea câmpului, crește și posibilitatea de influențare laterală a senzorului. De aceea, nu
poate fi fixat la același nivel cu suprafața metalică.
Pentru evitarea problemelor de detecție, trebuie să luăm în considerare următoarele ecuații:
Dimensiunea minimă (d): (d) >= 3 × ( ∅) diametrul senzorului de proximitate, de ex emplu în cazul unui
senzor M30 ecranat: (d) >= 3 × 30 mm = 90 mm.

Fig. nr. I.1.7 Așezarea corectă a senzorului de proximitate în raport cu diametrul acestuia /1/

Capitolul I I. Descriere a generală a elementelor hardware ale sistem elor aflate în studiu

In acest proiect m i-am propus să realizez mai multe sisteme care utilizează platforme pe
bază de procesoare și microcontrolere, sisteme care pot fi de folos perso anelor cu deficiențe de vedere .
La sistemele p e bază de microcontrolere se pot conecta o suită de senzori, dispozitive de afișare,
dispozitive pentru redarea, amplificarea sunetelor etc.

Platforma Arduino

Placa Arduino este un microsistem cu microcontroller și procesor. Procesoarele utilizate p ână în
2015 au fost cele produse de către firma ATMEL, după anul 20 15 s-au utilizat și alte procesoare, dar totuși
cele de la ATMEL au rămas mai populare.
Arhitectura procesoarelor este cea de tip RISC (Reduced Instruction Set Computer).
Microcontrolerele au un set de instrucțiuni mai redus, ceea ce le permite aplicațiilor de control, să
realizeze activitățile mult mai rapid.
Avantajele microsistemelor pe bază de microcontrolere și microprocesoare RISC, sunt de luat în
seamă pentru că oferă cost mai mic a l componentelor, un set mai mic de instrucțiuni , prin urmare durat a
de realizare a setului de instruc țiuni este mai mic ă.
Aceste microsisteme sunt dotate cu U.C.P pentru a putea lucra în timp real, sunt dotate cu interfețe
seriale , paralele, clock (timer), sistem propriu pentru supravegherea timpilor de execuție a l programelor
și al instrucțiunilor, procesor de semnale, toate acestea în primul rând pentru a putea fi programate.
Porturile seriale sunt implementate hardware pe platforma Arduino printr -un cont roler special numit
UART (The Universal Asynchronous Receiver/Transmitter).
La conectarea plăcii Arduino la calculator, acest chip se conectează la magistrala paralelă a computer -ului
prin intermediul interfeței seriale .
Chipul are definit un protocol de tip UART, care permine ca pe linia serială să se conecteze doar două
dispozitive, indiferent dacă pe acea linie serială sunt deja conectate mai multe. Acest dezavantaj duce
uneori la arderea celorlalte componente care s -au conectat serial.

Fig. nr. II.1 Protocolul UART
Sursa foto: : https://profs.info.uaic.ro/~arduino/index.php/

Acestă problemă a fost remediată prin implementarea protocolului I2C. Acest protocol permite
conectarea la o li nie serială a 1008 componente, iar fiecare I2C poate conenta 108 dispozitive.

Fig. nr. II. 2 Protocol I2C
Sursa foto: https://profs.info.uaic.ro/~arduino/index.php/Comunicare_I2C
Pentru a mări viteza de transfer dintre calculator și platformă, placa Arduino a re un buffer de memorie de
16KB , care poate ajunge până la 64KB (el diferă ca mărime de la un model la altul). Acest buffer oferă
posibilitatea de stocare a datelor, în timp ce datele procesate ies pe portul serial.
Odată cu trecerea anilor, porturile seriale au suferit modificări, în sensul măririi vitezei de transfer. Aici
pot aminti ESP (Enhanced Serial Port) sau Super ESP (Super Enhanced Serial Port), port uri de mare vite ză.
Porturile seriale sunt implementate din punct de vedere software cu ajutorul porturilor de tip COM.
Aceste porturi se regăsesc în mediul de dezvoltare a platformei, Arduino IDE.
În cadrul mediului de dezvoltare Arduino IDE , softul alocă un port serial de tip COM, ca de exemplu COM3,
COM5, COM6, etc. Acest port permite mediului de dezvoltare să facă legătura dintre componenta
software și cea hardware la nivel serial.
Componenta software a platformelor Arduino este destinată programării microcontroller -ului, a tuturor
componentelor conectate la placă sau co nectate între ele , în vederea realizării unui ansamblu func țional
Plăcile pot comunica cu PC -ul prin intermediul interfețelor seriale , inclusiv USB și astfel se pot încărca
sursele de cod în memoria f ash a plăcii.
Programarea microcontrolerelor se poate face prin intermediul mediului de dezvoltare Arduino IDE . Acest
mediu de dezvoltare a luat naștere pe baza proiectului Processing și a celui numit Wirring și are suport
pentru limbajele C/C++. Arduino I DE are inclus un editor de texte pentru a permite editarea liniilor de cod,
dar a fost gândit astfel încât să poată evidenția sintaxele , iar programul obținut se numește sketch .
Procedurile de I/O sunt oferite utilizatorului din cadrul proiectului Wiring, bibliotec a oferită utilizatorilor
purtând același nume.
Orice sketch are următoarea structură:
(1) Setup () -aceasta este funcția care va rula o singură dat ă la începutul programului, odată cu
inițializarea setărilor
Observație: Marea majoritate a p lăcilor au un buton de Reset. După resetarea plăcilor această
funcți a setup() va prelua noile setări.

(2) Loop() – această funcție este ciclică, ea are ca scop execuția instruc țiunilor din componența ei
atât timp cât placa este alim entată.
Sketch -ul realizat cu ajutorul mediului de dezvoltare Arduino IDE poate fi încărcat în memoria plăcii
și apoi va fi interpreta t de către microcontrol er datorită faptului că microcontrol erul are preinstalat un
program numit bootloader.
Bootloader -ul este un program special af lat la începutul memoriei program și el poate comunica
cu portul USB sau cu protocolul UART și poate prelua datele de la un PC sau de la un alt dispozitiv. Ca
exemplu, pentru placa Arduino Uno ca bootloader găsim programul Optiboot. Bootloader -ul este un
fișier.hex care rule ază atunci când a fost pornită placa Arduino. Este asemănător cu BIOS -ul care rulează
pe PC -uri. Are două proprietăți, cea care este activată prima este cea de inspectare și anume verifică portul
serial dacă cumva se trimit date de la PC prin care se încearcă programarea acestuia. Dacă pe portul serial
este sesizată o astfel de acțiune, atunci informația primită pe portul serial va fi depozitată într -o memorie
de tip IC într -o locație specific ă, pentru a fi supraînscris bootloader -ul. Codu l creat prin intermediul
interfeței Arduino IDE și apoi încărcat pe placă resetează chipul platformei. Acestă acțiune oprește IC-ul și
îl repornește din nou, astfel încât repornirea să poată fi realizată din nou, dar cu noile acțiuni.
În cazul în care nu a fost sesizată o nouă operație de încărcare de cod, acesta predă controlul chip –
ului, iar chip -ul la rândul lui rulează codul deja stocat în memorie și face această acțiune atât timp cât
placa este alimentată.
Familia de pl ăci Arduino

Fig. nr. II.3 Platforme Arduino
Sursa foto: https://www.digikey.com/en/maker/blogs/2019/how -to-debug -your -arduino
Placa Arduino Leonardo
Descriere generală
Acest tip de placă are în comp onen ță un microcontroler bazat pe ATmega32 µ4.
Are 20 de intrări/ieșiri digitale, dintre care șapte pot fi utilizate ca ieșiri PWM și 12 ca intrări analogice; un
oscilator de cristal de 16 MHz; o conexiune micro USB; o mufă de alimentare; un antet ICSP; și un buton
de resetare. Poate fi conectat la un PC prin intermediul unui cablu USB sau poate fi alimentat de la un
adaptor AC -to-DC (de curent alternativ la cur ent continu) , sau de la o baterie. Placa Leonardo diferă de
toate plăcile anterioare prin faptul că ATmega32 µ4 are incorporat ă comunicarea prin intermediul
interfeței de tip USB, eliminând necesitatea unui procesor secundar.

Variante constructive

Fig. nr. II.4 Variante contructive pentru placa Arduino Leonardo
Sursă foto: https://www.digikey.com/en/product -highlight/a/arduino/leonardo -board

Parametri tehnici :
– 20 pini digitali
– 12 canale de intrare analog
– 7 canale PWM
– 32 KB memorie de tip Flash • – 2.5 K B memorie de tip SRAM
• – 1 KB memorie programabilă de tip EEPROM
• – 16 MHz frecvența clock -ului

Placa Arduino Leonardo poate fi alimentat ă prin conexiunea micro USB sau USB de la o sursa
de alimentare externă. Sursa de alimentare este selectată automat , de către placă .
Puterea externă (non -USB) poate proveni de la un adaptor AC -DC ( de curent alternativ la curent
continuu) conectat la o priz ă și apoi la mu fa de alimentare a plăcii.
În cazul aliment ării de la o baterie conectarea se poate realiza prin utilizarea pinilor Gnd și Vin de pe
placă .
Pinul Vin se utilizează atunci când se dorește alimentarea de la o sursă externă, care trebuie să fie o
sursă de energie reglată. Tensiunea de intrare pe plac ă, trebuie să fie de 5 volți și conexiunea se poate
realiza printr -o mufă de tip jack atunci cân d este conectată la o sursă externă .

Placa Arduino Leonardo (with header ) -Cod produs A000057

Tabel nr. 1 Specifica ții tehnice pentru placa Arduino A000057

Din specificațiile tehnice se observă că una dintre caracteristici este cea care se referă la f aptul că
această placă are protecție la curent. Se mai poate observa că din memoria de tip flash de 32kB, 2.5kB se
utilizează de către bootlooder .
Placa Arduino Leonardo (without header )-Cod produs A000052
Aceast ă placă are un microcontrol er pe 8 biți ș i procesor din familia AVR. Legăturile altor
componente cu această placă se pot realiza doar prin lipirea pinilor, pentru că după cum îi spune și
denumirea nu are capete de legătură.

Fig. nr. II.5 Placa Arduino Leonardo fără pini -Parametri constructivi
Sursa foto: https://www.digikey.com/catalog/en/partgroup/arduino -leonardo -without -headers/63974

Placa Arduino Leonardo ETH-Cod produs A0000 22
Aceasta placă spre deosebire de plăcile A000057, este dotată cu microcontroler W5 500 TCP/IP cu
ajutorul căruia se pot realiza proiecte IoT, astfel se vor putea controla senzorii, servomotoarele prin
intermediul Internetului , în calitate de client sau de server .
În caz ul acesta, m icrocontroler -ul ATmega32 µ4 în memoria sa are incorporat (prin ardere)
programul bootlooder. Acesta comunică utilizând protocolul AVR109.

Tabel nr. 2 Specificații tehnice pentru placa Arduino A000022 -23

După cum reiese din specificațiile teh nice, bootloader -ul din memoria de tip flash de 32kB
utilizează doar 4kB.

Placa poate fi alimentată și printr -o sursă de alimentare externă, printr -un sistem opțional
Power over Ethernet (PoE) sau utilizând conexiunea micro USB. Extern (non -USB) se poate alimenta
de la un adaptor AC -DC sau de la o baterie.
Placa poate funcționa cu o sursă externă de 6 până la 20 de volți.
Întotdeauna trebuie verificat dacă plăcii i se furnizează dintr -o sursă externă mai puțin de 7V, în astfel
de situații se observă că placa devine instabilă .
Nici în situațiile în care placa este alimentată cu mai mult de 12V nu este o alegere potrivită, pentru
că regulatorul de tensiune de pe placă se poate supraîncălzi și poate deteriora placa.
Intervalul recomandat este de la 7 la 12 volți.
Modulul PoE a fost conceput pentru a extrage energia dintr -un cablu UTP, Cat 5 . Modulele
PoE respe ctă standardele IEEE 802.3 a, f, standard care permite ca d omeniul tensiun ii de intrare să
fie compatibil cu intervalul de 36V până la 57V , protecție la suprasarcină și protecție la scurtcircuit
Fiecare din cei 14 pini digitali de pe placa Leonardo ETH poate fi utilizat atât ca intrare cât și ca ieșire,
utilizând funcțiile pinMode(), digitalWrite() și digitalRead() .
Leonardo ETH are o sigu ranță resetabilă care protejează portul USB -ul calculatorului de
șocuri și supra sarcini . Deși majoritatea calculatoarelor oferă propr iile protecți i intern e, siguranța
asigură un nivel suplimentar de protecție. De exemplu dacă se aplică mai mul t de 500 mA, la portul
USB siguranța va întrerupe automat conexiunea până când acțiunea care a provocat scurt curcuitul
sau supraîncărcarea va fi îndepărtat ă și a fost restabilit circuitul, dacă este cazul.
Este dotat cu un cititor de carduri microSD, care poate fi utilizat pentru stocarea fișierelor care pot fi
distribuite în rețea, de exemplu.

Arduino Uno

Fig. nr. I.6 Placa Arduino Uno -Descriere g eneral ă
Sursa foto: https://www.fecegypt.com/uploads/dataSheet/1522237550_arduino%20uno%20r3.pdf

Componentele plăcii
Placa Arduino Uno are incorporat un microproc esor Atmel® picoPower® și un microcontroler
ATmega328/ P , un CMOS de putere redusă pe 8 biți, bazat pe arhitectura RISC AVR® , îmbunătățită.
Acest ansamblu microproce sor- controler e xecută instrucțiuni puternice într -un singur ciclu de ceas și
poate realiz a transferuri apropiate de 1 MIPS pe MHz. A stfel dispozitivul optimizează consumul de energie
versus procesare cu viteză mare.
Caracteristici tehnice:
Echipamente Atmel®AVR® de înaltă performanță, au putere scăzută
Arhitectura avansată RISC oferă:
– 131 Instrucț iuni puternice
– ciclu unic de ceas pentru execuție
– 32 x 8 registre de lucru cu scop general
– Operație complet static ă
– Până la 20 MIPS (Million Instructions Per Second ) până la 20MHz
– Multiplicator On-chip 2 -cycle (pe fiecare ciclu se multiplică de două ori)
Segmente de memorie nevolatilă de înaltă rezistență
– 32 KBytes memorie flash programabilă
– 1 KBytes EEPROM

– SRAM internă de 2KB ytes
– Cicluri de scriere/ștergere: 10.000 pentru memoria Flash/100.000 pentru memoria
EEPROM
– Reținere date: 20 de ani dacă este utilizat la 85° C/100 de ani dacă este utilizat la 25° C
– Are s ecțiune de cod opțională de pornire cu bi ți independenți de blocare

Fig. nr. I.7 Diagrama bloc a arhitecturii AVR
Sursa foto: https://cdn.sparkfun.com/assets/c/a/8/e/4/At mel-42735 -8-bit-AVR-Microcontroller -ATmega328 –
328P_Datasheet.pdf

Pentru a maximiza performanța și paralelismul, tehnologia AVR folosește o arhitectură
Harvard – cu un sistem separat de memorii și magistrale pentru programe și date. Instrucțiunile din
memoria programului sunt executate cu ajutorul unui singur nivel de pipelining. În timp ce se execută
o instrucțiune, următoarea instrucțiune este pre -preluată de la memorie program. Acest concept
permite ca instrucțiunile să fie executate în fiecare ciclu d e ceas. Memoria de tip p rogram este
memorie Flash reprogramabilă în sistem.
Fișierul de înregistrare cu acces rapid poate accesa cele 32 de registre de lucru pe 8 biți, cu un singur
ceas , ciclu de acces timp. Aceasta permite o funcționare a unității logice aritmetice cu un singur ciclu
(ALU). Pentru ALU (Unitatea Aritmetică și Logică) , doi operanzi sunt extra și din fișierul de
înregistrare, operația este executată și rezultatul este stocat înapoi în fișierul de înregistrare – într-
un singur ciclu de ceas.
Șase din cele 32 de registre pot fi utilizate ca trei indicatoare de adresă indirectă pe 16 biți
pentru Data Space , abordare care să permită calcule eficiente de adrese. Unul dintre acești indicatori
de adresă poate fi, de asemenea, utilizat ca un indicato r al adresei pentru a căuta tabele în memoria
programului de tip Flash. Aceste registre de funcții suplimentare sunt registrele X, Y și Z pe 16 biți .
Fluxul de programe este furnizat prin instrucțiuni de tip jump și apeluri condiționate și
necondiționate, capabile să apeleze direct întregul spațiu de adrese. Cele mai multe instrucțiuni AVR
au un singur format de cuvânt pe 16 biți. Fiecare adres ă de memorie a programului conține o
instrucțiune de 16 sau 32 de biți.
Spațiu l memorie i program de tip flash es te împărțit în două secțiuni, secțiunea programul ui de boot
și secțiunea de aplicați i

În timpul apelurilor pentru întreruperi și subrutine, adresa de retur Program Counter (PC) este
stocată pe Stack. (memorie de tip stivă).
Stack -ul este efectiv alocat în SRAM -ul general și prin urmare, dimensiunea Stack -ului este
limitată numai de dimensiunea totală a SRAM și de spațiul alocat utiliz ării SRAM -ului. Toate
programele de tip utilizator trebuie să inițializeze SP (Stack Pointer) la lansare.
În cadrul rutinei de resetare a plăcii (realizată înainte de executarea subrutinelor sau întreruperilor).
Stack Pointer (SP) este citit/scris în zona accesibilă în cadrul spațiul I/O.
Datele din SRAM pot fi ușor accesate prin cele cinci adresări diferite , moduri acceptate în arhitectura
AVR.
Spațiile de memorie di n arhitectura AVR sunt hărți de memorie liniară și regulată.
Un modul de întrerupere flexibil are registrele sale de control în spațiul I/O cu o întrerupere globală
suplimentară
Toate întreruperile au un vector separat de întrerupere în vectorul de înt rerupere. Întreruperile au
prioritate în funcție de poziția vectorului de întrerupere. Cu cât este mai mică adres a vector ului
întrerupere, cu atât este mai mare prioritatea.
Spațiul de memorie I /O conține 64 de adrese pe ntru funcțiile periferice ale CPU ca Registry Control,
SPI, și alte funcții I /O.

Caracteristici ale perifericelor
– două timere/numărătoare pe 8 biți, cu prescalare separată și modul de comparare
– un timer/numărător pe 16 biți cu p rescalare separată, modul de comparare și modul
de captare
– numărător de timp real cu oscilator separat
– șase canale PWM
ADC cu 6 canale pe 10 biți în pachetul PDIP (și cu m ăsurarea temperaturii )
– Două interf ețe serial e SPI Master / Slave
– Un USART serial programabil
– Interfață serială orientată pe doi octeți (Philips I2C compatibil)
– Timer programabil Watchdog cu oscilator separat pe c hip
– Un comparator analogic pe c hip
-sistem de î ntrerupere și de Wake -up la schimbarea pinului
Caracteristici speciale ale microcontrolerului:
– Resetare la pornire și detectare programabilă de marcare
– Oscilator intern calibrat
– Surse externe și interne de întrerupere
– șase moduri de repaus: inactiv, reducerea zgomotului ADC, economisirea energiei, pornire,
starea de așteptare și extindere în așteptare
Dotările de tip I/O și pachetele asociate acestora
– 23 linii I /O prog ramabile
Tensiune de operare: – 1,8 – 5,5V
Interval de temperatură: – -40 ° C până la 105 ° C
Consum de energie la 1MHz, 1.8V, 25 ° C

– Mod activ: 0.2mA
– Mod de pornire: 0.1μA
– Mod de economisire a energiei: 0,75μA

Fig, nr . I.8 Diagrama Arhitecturii AVR – implementată pe placa Arduino Uno
Sursa foto: https://cdn.sparkfun.com/assets/c/a/8/e/4/Atmel -42735 -8-bit-AVR-Microcontroller –
ATmega328 -328P_Datasheet.pdf

Fig. nr. I.9 Configurația pinilor
Sursă foto: https://cdn.sparkfun.com/assets/c/a/8/e/4/Atmel -42735 -8-bit-AVR-Microcontroller –
ATmega328 -328P_Datasheet.pdf

Descrierea dispozitivului de afișare
Dispozitive le de afișare sunt pe bază de led-uri sau cristale lichide, care pot afișa matrice de puncte.
Un caracter de tip font poate fi afișat utiliz ând o matrice de 5×8 puncte sau 5×10 puncte. Aceste puncte
se pot găsi pe un singur rând al display -ului sau se pot repeta pe mai multe rânduri, dacă display -ul permite
acest lucru. Din punct de vedere constructiv putem întâlni dispozitive de afișare cu 16 caractere x2 linii
sau 20 de caractere x4 linii de afișare.
Dispozitivele de afișare se găsesc într -o gam ă variată de modele, pornind de la culorile cu care se
poate afișa, culori le de fundal, cu sau fără lumină de tip bachlight.

Fig. nr. I.12 Dispozitive de afișare cu 16 caractere x2 rânduri
Sursa foto:
https://www.tme.eu/Document/0e5094927beb0f841dea92648aef9c36/Raystar_backlight%26color%20
matching.JPG

Fig. nr. I.13 Dispozitiv de afișare cu 20 caractere x 4 rânduri
Sursa foto: https://www.robomania.ro/lcd -20-4

În cadrul proiectului am utilizat un dispozitiv cu 16 caractere x2 linii și din acest motiv această
categorie, va fi explicată în această lucrare.
La achiziționarea unui astfel de display trebuie luat în seamă faptul că dispozitivul având
proprietatea de a afișa, trebuie să cunoaștem ce seturi de caractere poate afișa și acest lucru se poate
afla din documentația tehnică citind parametrul special code. Special code cu conținutul :CS (Character
Standard) – English and Cyrillic standard font standardul pentru Europa.
Orice dispozitiv de afișare pentru a putea funcționa este construit pe baza unui controller specializat și
care la rândul lui trebuie să fie legat de un microprocesor intern.

Fig. nr. I.14 Schema de p rincipiu a unui LCD cu 16 caractere x2 linii
https://www.tme.eu/en/details/rc1602b -biw-csx/lcd -alphanumeric -displays

Microprocesorul (MPU) poate fi pe 4 biți sau 8 biți.
Registrii utili zați de către microcontroler sunt unul de instrucțiun i (IR) și unul de date (DR).
Registrul IR stochează codurile instrucțiunilor care pot proven i doar de la MPU, iar DR stochează date de
la DDRAM și CGRAM. Aceste două registr e pot fi selectate de către semnalul RS (Register Selector),
selecție pe care o poate realiza MPU -ul.
Tabel nr. 3 Operații realizate în funcție de semnalele furnizate de către MPU
RS
(Register
Selector) R/𝐖̅ Operații
0 0 Registrul IR scrie o operașie internă (de exemplu ștergere de ecran)
0 1 RF (Read busy Flag) și contorul de adrese trece la una dintre adr ese de
la DB0 la DB 7
1 0 Scriere date din registru DR la DDRAM ori CGRAM
1 1 Citire date de la DDRAM ori CGRAM la DR

Tipuri de semnale
RS- semnal pentru selectarea regiștrilor, semnal care poate fi inițiat de către MPU
AC (Address Counter) reprezintă contor ul de adrese. Acesta este cel care atribuie adrese atât pentru DDRAM
cât și pentru CGRAM.
BF (Busy Flag) reprezintă un semnal care în combinație cu celelalte semnale RS sau R/W poate declanșa
anumite acțiuni ale microcontrol er-ului sau a DDRAM -ului, sau a CGRAM -ului.
Când BF este 1, controlerul LCD-ului se află în modul de funcționare internă, iar următo area Instrucțiune nu va
fi acceptată. Când RS= 0 și R/W̅=1, BF permite ieșirea microcontrol er-ului să adreseze DB7.
Următoarea instrucțiune va fi scrisă după ce BF devine 0 .
E- semnal care poate proveni de la MPU și este cel care dă start -ul citirii sau scrierii de date.
DB0 la DB3 reprezintă magistrale de date bidirecționale, de tip low, care leagă plnii DB0 cu MPU, DB1 cu MPU,
respective DB3 cu MPU. Aceste magistrale sunt utilizate la transferul și recepția datelor de la MPU și controlerul
display -ului. Acești pini nu sunt utiliza ți la operarea pe 4 biți.

DB4-DB7 reprezintă magistrale de date bidirecționale, de tip high, care leagă p inii DB4 cu MPU, DB5 cu MPU,
respectiv DB7 cu MPU. DB7 poate fi utilizat și ca BF.
COM1 la COM16 sunt 16 linii de ieșire a LCD -ului. COM9 la COM16 sunt ieșiri care nu pot fi selectate atunci
când duty factor este 1/8, iar COM12 la COM16 nu sunt selectate pentru duty factor egal cu 1/11.
Parametrii display -ului
1. Tipul de afișare: STN (Super-Twisted Nematic display ). Acesta este un tip de afișare
monoc romă cu cristale lichide cu matrice pasivă. Deși este tehnologia anilor1980, ea a fost
îmbunătățită astfel încât față de cea standard (TN), moleculele sunt răsucite, prin urmare
orientatarea moleculară a cristalului lichid față de câmpul electric a fost mo dificată de la180 la
270 de grade. În aceste condiții s -a obținut un prag electro -optic mai bun putându -se adresa
matricea pasivă, iar în aceste condiții matricea care avea mai multe linii și coloane. Această
tehnologie necesită putere mai mică și este mai puțin costisitoare decât vatianta TFT LCD,
cunoscută la laptop -uri.
Dacă se dorește un display care să nu fie monocrom, atunci se utilizează tipul CSTN, cu
filtre roșii, verzi și albastre, care au ca timp de afișare 100ms în raport cu TFT de 8 ms sau mai
puțin.
STN-ul a cunoscut și alte modificări DSTN (cu strat dublu STN), FRSTN (cu răspuns
rapid), FSTN (cu film) care oferă un contrast mai mare și o claritate mai mare.
2. Numărul de cicluri de funcționare ( duty cycles ) este dat de factorul de funcționare (duty
factor )

Fig. nr. I.15 Implementarea fonturilor pe liniile de afișare a display -ului
Sursa foto: https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/
Astfel reiese că ciclurile de funcționare pot fi:
– 1/8 pentru o linie de 5×8 puncte cu cursor
– 1/11 pentru o linie de 5 × 10 puncte cu cursor
– 1/16 pentru două linii de 5 × 8 puncte cu cursor

Fig. nr. I.16 Implementarea unui caracter de tip font utilizând cele două metode: 5×8 puncte și 5×10 puncte
Surs a foto: https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/

3. Driving Scheme -: raportul bias – raport al tensiunilor de polarizare , care depinde de rata de
multiplexare a LCD -ul

Parametrul LCD bias indică cât e puncte de referință ale tensiun ișor trebuiesc create pentru a putea
funcționa un LCD. Acesta se calculează în funcție de rata de multiplexare a LCD -ului.
Tabel nr. 4 Rată de multiplexare & Bias
Rata de
Multiplex are Static 1/2
1/3
1/4 1/7 1/8 1/11 1/12 1/14 1/16 1/24 1/32 1/64
Bias 2 3 4 5 6
1/2
Bias 1/3
Bias 1/4 Bias 1/5 Bias

Tehnica de multiplexare diferă de tehnica statică prin faptul că utilizează mai multe planuri de fundal
(backplane) față de tehnica de multiplexare statică, unde era utilizat un singur plan de fundal și un
singur plan comun. În cazul mai multor segmente sau plane de fundal, există pentru fiecare segment o
linie de control, care poate fi conectată la mai multe alte segmente. Această metodă multiplexează
fiecare linie de control și minimizează numărul de interconectări. Prin urmare această metodă
micșorează numărul de conexiuni externe, îmbunătățește fiabilitatea dispozitivului și crește densitatea
de afișare.
O rată de multiplexare mai mare duce la o calitate ridicată a afișajul ui, un interval operational de
temperatur ă, dar și o complexitate mai mare a circuitelor de comandă și un soft specisalizat pentru
MPU, necesar pentru buna funcționare a tuturor componentelor. Ca și în cazul LCD -urilor convenționale,
pentru a preveni acțiu nea electrochimică ireversibilă de distrugere a afișajului, tensiunea la toate
locațiile segmentelor trebuie să provoace periodic inversarea polarității astfel încât tensiunea DC netă să
fie 0V și să fie aplicată . Segmentelor commune trebuie să li se aplic e tensiunea de polaritate opusă.
Pentru a controla un LCD, cu un raport de multiplexare ridicat trebuiesc generate formr dre undă cu
multiple niveluri de tensiuni (numite și tensiuni bias) .
Tensiunile de polarizare necesare sunt de obicei generate în cadru l unei rețele de împărțire a
voltajului pe bază de rezistori. Dacă circuitul este de tip Op -amp rețeaua este formată din rezistori și
condensatori, iar în cazul în care este un circuit de comparare de tip fereastră este compus din rezistori
și bazat pe un amplificator operațional fără feedback. , iar Vdd este la 5 volți iar numărul de rezistențe
din rețea este dat de numărul punctelor de tensiune de referință prestabilite
Valorile rezistențelor sunt determinate de punctele de referință de tensiune necesare ș i de distorsiunea
posibilă a formei de undă. Deoarece un LCD este un sistem cu încărcare capacitivă, valorile tensiunilor
trebuie să fie scăzute pentru a micșora distorsiunile sau pentru ale diminua. Pentru a se putea realiza
compararea punctelor de tensiu ne se utilizează un comparator Op -amp sau comparator de tip fereastră,
care de fapt este un circuit electric care utilizează două comparatoare Op -amp pentru a produce o ieșire
cu două stări care indică dacă tensiunea de intrare se încadrează sau nu într-un anumit interval sau într-
o fereastră de valori prin utilizarea a două tensiuni de referință.

Fig. nr. I.17 Ilustrarea grafică a valorilor de referință de tip fereastră
Sursa foto: https://www.electronics -tutorials.ws/opamp/op -amp -comparator.html

Compar atorul Op-amp compară un nivel de tensiune analogic cu un alt nivel de tensiune analogic sau cu
o anumită tensiune de referință prestabilită, VREF și produce un semnal de ieșire bazat pe această
comparație de tensiune. Cu alte cuvinte, comparatorul de tens iune Op-amp compară amplitudinile a
două intrări de tensiune și determină care este cea mai mare dintre cele două.

Fig. nr. I.18 Schema de principiu a unui comparator de tip fereastră pentru tensiuni de referință
prestabilite
Sursa foto: https://www.elec tronics -tutorials.ws/opamp/op -amp -comparator.html

Se afișază o tensiune de referință superioară și o tensiune de referință inferioară pentru că rețeaua de
divizoare de tensiune furnizează un set de tensiuni de referință pentru circuitele individuale de
com parator op -amp. Pentru a produce cele patru tensiuni de referință vor fi necesare cinci rezistoare.
Joncțiunea la perechea inferioară a rezistoarelor va produce o tensiune de referință care este o cincime
din tensiunea de alimentare 1/Vcc , folosind reziste nțe de valoare egală. A doua pereche 2/5 Vcc, a treia
pereche 3/5 Vcc și așa mai departe, aceste tensiuni de referință crescând cu o valoare fixă de o cincime
(1/5) față de 5/5 Vcc, care este de fapt Vcc.

Fig. nr. I.19 Schema electrică pentru realizarea tensiunilor de polarizare cu ajutorul unui Op -amper –1/5 Bias
Sursa foto: https://www.pacificdisplay.com/lcd_multiplex_drive.htm

4. Tensiune de alimentare: 5V;
5. Intensitatea curentu lui: 2 mA
5. Tensiune alimentare backlight: 4.2V
6. Intensitatea curentului lumină de fundal: 250 mA.
Reprezentarea caracterelor prin intermediul memoriilor DDRAM , CGRAM și CGROM
Caracterele ca re urmează a fi reprezentate pe display, mai întâi trebuiesc generate și apoi afișate.
DDRAM (Display D ata RAM) reprezintă memoria utilizată la stocarea datele de afișare reprezentate
în codur i de caractere pe 8 biți. Display -ul pentru a putea afișa are nevoie de o relație bine stabilită între
adresele DDRAM ale cara cterelor și pozițiile acestora pe ecranul cu cristale lichide. stochează datele afișate
reprezentate în codurile de caractere pe 8 biți. S e poate extin de capacitatea la 80 × 8 biți sau la 80 de
caractere. Zona din datele de afișare RAM (DDRAM) care nu este utilizată pentru afișare poate fi utilizată ca
memorie RAM generală de date.
CGROM ( Character Generator R OM) reprezintă memoria care stochează tiparele caracterelor .
Generatorul de caractere ROM generează șabloane de caractere 5 × 8 puncte sau 5 × 10 punc te pentru
caractere pe 8 biți. Poate genera 208 de modele de caractere de 5 × 8 puncte și 32 de modele de
caractere de 5 × 10 puncte. Modelele de caractere definite de utilizator sunt de asemenea disponibile
prin metoda de programare mask – programmend ROM
CGRAM (Character Generator RAM) reprezintă memoria RAM care generează caractere
după model
În generatorul de caractere RAM, utilizatorul poate rescrie modelele de caractere în
funcție de program. Pentru 5 × 8 puncte, opt modele de caractere pot fi scrise , iar pentru 5 × 10
puncte pot fi scrise patru modele de caractere. ele fiind memorate în CGROM.

Fig. nr. I.20 Relația dintre adresele CGRAM, codurile caracterelor (DDRAM) și modelele pentru
caractere (CGRAM Data) pentru tiparul de 5×8 puncte
Sursa foto: https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/HD44780.pdf

Fig. nr. I.21 Relația dintre adresele CGRAM, codurile caracterelor (DDRAM) și modelele pentru
caractere (CGRAM Data) pentru tiparul d e 5×10 puncte
Sursa foto: https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/HD44780.pdf

Fig. nr. I.22 Tipurile de semnal și combinarea acestora atât pentru adresarea DDRAM,
CGRAM cât și pentru re alizarea citirii/scrierii de la/în interiorul DDRAM și CGRAM
Sursa foto: https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/HD44780.pdf

Circuitul de comandă al LCD-ului
Circuitul de command ă a display -ului este alcătuit din 16 semnale de commandă de tip
serial pentr u LCD și din 40 de semnale de comandă ale segmentel or regiștrilor pentru coduri de
memorie.

Fig. nr. I.23 Ilustrarea semnalelor de comandă (16 seriale și 40 de la degmentele
registrilorcoduri)
Când caracterul de tip font și numărul de linii sunt selecta te de către program, circuitul de
comandă selectează automat un semnal de comandă pentru unda de ieșire corespunzătoare,
iar celelalte semnale de comandă pentru undele de ieșire continuă să rămână în starea numită
non-selectation (stare nesectată). Trimite rea datelor seriale pornește întotdeauna de la
memoria CGRAM a tiparelor de date după ce s -a făcut corespondența codificărilor din CGROM,
corespunzător ultimei adrese de afișare din DDRAM.
Semnalele de comandă după ce au fost validate de către circuitul de comandă, LCD – ul va afișa
informația.
Sursa foto: https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/HD44780.pdf

Fig. nr. I.24 Afișare 8 caractere x1 linie pentru 5×8 și 5×10 puncte pe character
https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/HD44780.pdf

Fig. nr. I.25 Afișare 8 caractere x2 linii pentru 5×8 puncte pe character
https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/HD44780.pdf

Tipuri de interfețe utilizate de către display
Se observă că interfața LCD este una paralelă, ce ea ce în practică devine un mare inconvenient
pentru că înseamnă că la conectarea unui astfel de LC D trebuiesc legate cele 16 conexiuni ale
dispozitivul ui de afișare. Cu o astfel de situație m -am confruntat atunci când în proiect am utilizat un
display RC 1602d .

Fig. nr. I.26 LCD 1602d
Fiind un număr prea mare de conexiuni de făcut doar pentru conectar ea LCD -ului a trebuit să
adopt o altă soluție. A trebuit să caut o altă soluție fără să renunț la ideea de a utiliza un dispozitiv de
afișare.
Cautând un alt tip de interfață pentru display -uri, am constatat că interfața serială poate fi
conectată la LCD.

Fig. nr. I.27 Interfețele unui ecran LCD cu 16 caractere x 2 linii
Sursa foto: https://www.sparkfun.com/tutorials/289
In astfel de situații , avantajo asă a fost varianta cu interfață serială incorp orată și nu conectară, pentru că
nu reduceam cele 16 conexiun i. Prin urmare am înlocuit LCD -ul RC 1602d cu LCD 1602 cu interfață I2C
(Inter Integrated Circuit). Interfața I2C se mai găsește sub numele de TWI (Two -Wire-Interface) .
Interfața I2C are o magis trală care poartă același nume, iar linii de ieșire sunt doar patru, ceea ce
rezolvă problema.
I2C suportă până la 5 MB/s și funcționează în conformitate cu principiul master /slave. Masterul și slave –
ul sunt interconectați prin intermediul a patru linii: t ensiune de alimentare, masă, ceas (SCL) și date
(SDA). Pentru transferul octețilorprin intermediul interfeței I2C se definesc semnalele de pornire și oprire,
precum și un semnal de confirmare ACK sau de anulare NACK. Atunci când masterul dorește să
comunic e cu un slave, acesta trimite un octet al cărui 7 biți inferiori conțin adresa slavului dorit și al cărui
cel mai înalt bit îi spune slavului dacă acesta (masterul) dorește să trimită (prin intermediul unui semnal
de tip low -semnalul la scăzut) sau să prim ească date (prin intermediul unui demnal de tip high -semnal
înalt). Dacă transmisia de date cu masterul este prea rapidă pentru slave, acesta menține linia de ceas
SCL scăzută în timpul transmiterii de octeți individuali.

Descriere a senzorului ultraso nic HC -SR04 și a modului de func ționare a l acestuia

Fig. nr.I.28 Captură imagine față-spate a senzorului HC -SR04
Sursa fot o: https://www.mpja.com/download/hc -sr04_ ultrasonic_module_user_guidejohn.pdf
Senzorul ultrasonic HC -SR04 este capabil să măsoare distanțe cuprinse între 2cm și 400cm cu o
precizie care poate fi aproximată la 3mm. Modulul senzorului este compus din mai multe părți
funcționale: modulul care emit e semnalul sau transmițătorul, modulul care recepționează semnalul și
circuitul de comandă.
La punerea în funcțiune a senzorului, circuitul de comandă declanșază modulul transmițător.
Transmițătorul emite un tren de undă format din 8 semale, undă ultras onică direcțională cu
frecvența de 40 kHz . Odată cu emisia semnalului de către transmițător se declanșază un cronometru.
Pulsurile cu ultrasunete se deplasează spre exterior până se întâlnesc cu un obiect . Obiectul determină
ca undele să fie reflectate îna poi către senzor. Când semnalul reflectat de către obiect întâlnește din nou
senzorul , modulul de recepție preia semnalul. Receptorul ultrasonic după ce a detecta t undele
reflectate oprește cronometrul.

Fig. nr. I.4 Propagarea semnalelor Trigger și Echo
Sursa foto: https://www.mpja.com/download/hc -sr04_ultrasonic_module_user_guidejohn.pdf
Viteza de propagare a ultrasunete lor în aer este de aproximativ 340 m/sec. Pe baza numărului
contorizat de cronometru, distanța poate fi calculată între obiect și transmițător .
Formula de calcul pentru distanță este : D = C X T , unde
D reprezintă distanța între senzor și obiect, valoarea pe care doresc să o măsor
C reprezintă vite za de propagare a sunetului în aer
T reprezintă timpul în care a fost parcursă distanța dus și întors, din acest motiv acesta îl voi împărți la 2.
Specificațiile tehnice electrice ale senzorului:
Tensiune de alimentare: 5V – curent continuu

Curent consumat: 15mA
Distanță de funcționare: 2cm – 4m
Unghi de măsurare: 30 grade
Eroare de măsurare: 3mm
Durată semnal Input Trigger : 10µs , puls TTL
Semnal Output Echo: Semnal de tip TTL proportional cu distanța
Dimensiuni: 45mm x 20mm x 15mm
Specificațiile simbolurilo r pinilor:
Simbolizarea pinilor Semnificația pinilor
1 VCC Pin pentru alimentare la 5V
2 Trig Pinul tranmițătorului
3 Echo Pinul receptorului
4 GND Împământarea

Pentru a putea funcționa senzorul trebuie setate semnalele Trig și Echo pe L OW pentru a initaliza
modulul.
Pentru măsurarea distanței, pinul Trig trebuie apoi menținut pe HIGH, timp de 10 µs, pentru a inițializa
măsurarea prin trimiterea de unde, iat Echo va fi menținut pe HIGH un interval de timp , până când unda
trimisă ajunge din nou la senzor , într -un interval cuprins între150 µs până la 25ms.

Fig. nr. I.5 Figurarea propagării semnalelor de la transmițător către receptor – senzorul HC -SR04
Sursă foto: https://randomnerdtutorials.com/complete -guide -for-ultrasonic -sensor -hc-sr04/

In literature de specialitate semnalul de Trigger se mai simbolizează cu TX, iar semnalul Echo cu
RX.

Fig. Nr. I.6 Simbolizarea semnaleor Trigger și Echo
Sursa foto : https://electrosome.com/wp -content/uploads/2014/08/Ultrasonic -Module -Operation.jpg

Distanța până la obstacol se calculează de către senzor când semnalul E CHO este pe HIG H
Distanța = 343m/s X T/2.
Pentru viteza de propagare a sunetului se fac modificări ale unităților de măsură și anume: se
transformă metri în centimetri și secundele în microsecunde și astfel se obține 0,0343cm/ µs
Distanța (în centimetri) = (0,343cm/ µs )/X T/2=1/29,1 cm/ µs X T/2
Deci dacă doresc să calculez în centimetri formula devine:
D(cm)=(T/2)/29,1
Senzorului ultraonic HC -SR04 poate fi utilizat dacă se conectează la o platformă cu
microcontroller și procesor , de exemplu placa Arduino, A MR, Rasberry Pie, PIC, etc.

Descrierea media player DFPlayer mini

Fig. Nr. Captură imagine DFPlayer mini
http://www.electronics -lab.com/project/mp3 -player -using-arduino -dfplayer -mini/
Playerul MP3 DFPlayer Mini este un modul MP3 cu o ieșire simplificată care poate fi conectată
direct la difuzor. Modulul poate fi utilizat ca un modul autonom, cu baterii atașate, difuzor sau butoane
sau poate fi utilizat în comb inație cu o placă Arduino sau cu orice alt dispozitiv care are funcții RX/TX.

Fig. nr. Diagrama DFPlayer mini conectat la un speaker
Sursa foto: https://wiki.dfrobot.com/DFPlayer_Mini_SKU_ DFR0299

DFPlayer a fost construit să comunice cu alte componente prin intermediul inter feței seriale
UART.

Capitolul II I Sisteme pentru măsurarea distanței
Studii de caz.
III.1. Sistem pentru măsurarea distanței care util izează un singur sen zor ultrasonic HC -SR04 și o placă
Arduino Uno

Etapa de proiectare

In faza de proiectare mi -am propus s ă realizez un sistem format dintr -un senzor ultrasonic HC –
SR04 conectat la o placă Arduino Uno -R3, pentru a putea măsura dinamic dista nța dintre senzor și
obiectele aflate în fața acestuia.
Obiectele aflate în fața senzorului pot fi statice sau în mișcare. În orice situație s -ar găsi obiectele
mă interes eză să aflu distanța până la ele.
Conectarea senzorului presupune mai multe etape, p e care le -am realizat după cum urmează:
Etapa I: – Conectarea plăcii Arduino la placa Breadboard,
Etapa a -II-a: Conectarea senzorului ultrasonic la placa Breadboard,
Etapa a -III-a: Conectarea senzorului la placa Arduino.
În cadrul fiecărei etape în parte am ținut cont de particularitățile fiecărei componente, p entru a evita
scurtcircuitarea acestora, în primul rând, pentru a putea pune în evidență funcțiile componentelor pentru
care au fost proiectate.

Fig. nr. III.1.1 Sistem format dintr -un senzor ultraso nic HC -SR04 -și o placă Arduino Uno -R3 în faza de
proiectare

Etapa de implementare hardware

Fig. nr. III.1.2 Realizarea practică a sistemului cu placa Arduino Uno și cu un sen zor ultrasonic HC -SR04

După ce c onecta rea din punct de vedere hardware s -a incheiat, a urmat etapa software de
proiectare a proiectului.

Etapa de implementare software

În cadrul acestei etape am utilizat pachetele de informații furnizate de către producătorii
componentelor, de unde le -am și descărcat. După ce am instalat kit -ul pentru placa Arduino Uno [1], am
putut utiliza interfa ța Arduino IDE.

Fig. nr. III.1.3 Interfață Arduino IDE

Interfaț a Arduino IDE pune la dispoziție mai multe opțiuni în cadrul meniului orizontal :
Sketch și Tools

Fig. nr. III.1.4 Captură meniu Sketc h din cadrul interfeței IDE

Fig. nr. III.1.5 Captură ecran , meniul Tools – interfața Arduino IDE pentru placa Arduino Uno
Interfața Arduino IDE are menirea de a comunica cu placa Arduino Uno -R3, din cadrul sistemului
realizat din punct de vedere hardw are, prin intermediul magistralei seriale USB , după ce soft -ul a localizat
ca fiind vorba de placa Arduino UNo . Placa Arduino are în componență buffere de memorie , ceea ce îi
permite să memor eze codul sursă.
În cadrul codului sursă trebuie specificat e bibl iotecile de date, date specifice fiecărei component e
în parte, astfel pot aminti de exemplu biblioteca Arduino.h, realizată de către producătorul plăcii Arduino
[3].
Această interfață funcționează prin intermediul conexiunii seriale virtuale , în cazul aces ta am utilizat
COM 3, cel generat de mediul de dezvoltare Arduino IDE.

Fig. II I.1.6 Captur i de ecran a etapei de verificare funcționare , pentru cazul utilizării plăcii Arduino Uno
prin intermediul Serial Monitor

Etapa software este etapa de proiectare la nivelul interfeței Arduino IDE. In cadrul acestei etape
trebuie inserate bibliotecile pentru fiecare component ă, pornind de la placa Arduino Uno , bibliotecă
specific ă familiei de p lăci, apoi se adaugă biblioteci de la producătorul co mponeponentei.
Se scrie codul sursă în cadrul interfeței Arduino IDE, se verifică, se face upload pentru ca acest cod să
ajungă prin intermediul conexiunii seriale în bufferul plăcii Arduino.
Cod sursă

Fig. nr. I II.1.7 Captură cod sursă interfață softw are Arduino IDE

II.2 Sistem pentru măsurarea distanței care utilizează un singur senzor ultrasonic HC -SR04 , placă
Arduino Uno și un ecran LCD 1602 cu 16 caractere x2 linii
Etapa de proiectare

Fig. nr. III.2.1 Sistem format dintr -un senzor ultrasonic HC -SR04, un ecran LCD 1602 și o placă Arduino
Uno -R3 în faza de proiectare
Se poate observa din faza de proiectare că ecranul LCD 1602 , are un potențiometru pentru a putea
regla luminozitatea, dar nu este o soluție viabilă pentru proiect pentru că introduce în sistem prea multe

ieșiri, 16 la număr și complică conectarea acestuia cu restul componentelor. În acest caz trebuie găsită o
altă soluție, în primul rând micșorarea numărului de ieșiri pe care le furnizează LCD -ul. Trebuie găsită o
soluție care poate conecta ieșirile de la interfața paralelă a LCD -ului. Interfața serială este cea care reduce
numărul de ieșiri. O primă soluție ar fi adăugarea unei interfețe seriale I2C, dar pentru optimizarea
proiectului o soluție mai bună este înlocuirea ecranului LCD 1602 cu ecran LCD 1602 cu I2c, pentru că
acesta are interfața incorporată și reduce considerabil numărul de conexiuni și consumul de energie,
eliminând o componentă de legătură consumatoare de energie.

III.3 Sistem pentru măsurarea distanței care utilizea ză un singur sen zor ultrasonic HC -SR04 și un ecran
LCD 1602 cu I2C cu 16 caractere x 2 linii și placă Arduino Uno -R3
Etapa de proiectare

Fig. nr. III.3.1. Sistem format dintr -un senzor ultrasonic HC -SR04, un ecran LCD 1602 cu I2C și o placă
Arduino Uno -R3 în faza de proiectare

Fig. nr. III.3.2. Sistem format dintr -un senzor ultrasonic HC -SR04, un ecran LCD 1602 cu I2C și o placă
Arduino Uno -R3, conectat la baterie în faza de proiectare
Etapa de implementare hardware
Acest tip de dispozitiv după ce l -am proiectat, l-am gândit a avea un scop practic, în sensul de a
putea deven i portabil, din acest motiv l -am verificat mai întâi și apoi l -am montat la baterie . Se observă în
acest caz faptul c ă LCD -ul cu I2C are doar patru ieșiri cee a ce simplifică mult modalitatea de conectare a
LCD-ului cu toate celelalte componente.
Atașarea elementelor suplimentare întărește ideea de dispozitiv utilizabil de către persone cu
dizabilități.

Fig. nr. III.3.3 Realizarea practică a sistemului cu un sensor ultrasonic HC -SR04 , cu ecran LCD 1602 cu I2C,
placă Arduino Uno și cu baterie

Etapa de implementare software
Cod sursă

Fig. nr. III.3.4 Captură cod sursă cu modificări pentru LCD cu I2C -interfață software Arduino IDE

III.4 Sistem pentru măsurarea distanței care utilizează un singur senzor ultrasonic HC -SR04 , o placă
Arduino Uno și DFPayer mini

Etapa de proiectare
În această etapă ecranul LCD 1602 cu I2C îl voi elimina pentru că mi -am propus să adaug un mini
player conectat la un difuzor pentru a putea transmite informația măsurată de către senzorul ultrasonic
utilizatorului sistemului în formă audio. În difuzor se vor auzi infomațiile care anterior e rau afișate pe
ecranul LCD.

Fig. nr.I II.4.1 Sistem format dintr -un senzor ultrasonic HC -SR04, o placă Arduino Uno -R3, miniplayer
DFPlayer mini conectat la baterie în faza de proiectare

Etapa de implementare hardware
În cadrul aceste i etape trebuie avut în vedere faptul că miniplayer -ul comunică cu placa Arduino
Uno prin intermediul interfeței seriale UART și rata de transfer este de 9600 baud, cea standard pentru
acest tip de interfață. În cazul în care se intervine și se mărește rat a de transfer există posibilitatea ca
fișierele audio să se audă în difuzor distorsionat, în cazul în care utilizatorul va face diferite mișcări mai
rapide.
Mini playerul poate recunoaște informa ție de tip audio în format mp3 sau wav. Producătorul recoman dă
ca fișierele să fie în format mp3, dar impleme ntând fișiere de tip mp3 la un moment dat fișierele
deveniseră pentru puțin timp sursă de zgomot și nu puteam să descifrez ce se aude în afară de un fâșâit
supărător. Nu a durat mult și cardul de 32 GB a fost ars pentru că nu s -a mai auzit nimic. A trebuit să verific
miniplayerul pe un alt circuit realizat cu o altă placă compatibilă Arduino Uno, numai că de data aceasta
am modificat formatul fișierelor în format . wav. A funcționat ansamblul nou creat și apoi am verif icat și
pe cel din înainte cu acest format de fișiere și am constatat că funcționează.

Fig. nr. III.4.2 Realizarea practică a sistemului cu un sens or ultrasonic HC -SR04, cu o placă Arduino Uno,
DFPlayer mini și cu difuzor, conectate la baterie

Etapa de implementare software
Cod sursă

Fig. nr. II I.4.3 Captură cod sursă cu modificări pentru miniplayer, interfață soft ware Arduino IDE

III.5. Sistem pentru măsurarea distanței care utilizează un singur senzor ultrasonic HC -SR04 și o placă
Arduino Nano
Etapa de proiectare
In faza de proiectare mi -am propus s ă realizez un sistem format dintr -un senzor ultrasonic HC –
SR04 co nectat la placa Arduino Nano , pentru a putea măsura dinamic distanța dintre senzor și obiectele
aflate în fața acestuia. în cazul acesta doar placa din familia Arduino o înlocuiesc. Dacă studiem
caracteristicile tehnice ale plăcii Arduino Nano contatăm că aceasta are aproximativ aceleași caracteristici
tehnice ca placa Arduino Uno. Ceea ce ne interesează sunt dimensiunile mult mai mici, care în cazul acesta
poate face diferența în momentul când voi hotărî care dintre ele o voi alege.

Fig. nr. III.5.1 Sistem format dintr -un senzor ultrasonic HC -SR04 -și o placă Arduino Nano în faza de
proiectare
Se poate observa că etapele principale de conectare a senzorului ultrasonic sunt aceleași, din acest motiv
nu are rost să le repet.
Etapa de implementare hardware
In acest caz verific dacă placa Arduino Nano funcționează .

Fig. nr. II I.5.2 Realizarea practică a sistemului cu placa Arduino Uno și cu un senzor ultrasonic HC -SR04
Etapa de impleme ntare software
La această etapă trebuie inițializată placa (BOARD) din meniul lui Arduino IDE ca fiind Arduino
Nano, biblioteca rămânând ca fiind Arduino.h. Softul își va extrage din biblioteca fami liilor de plăci
parametri i pentru Arduino Nano.

Fig. nr. III.5.3 Captură interfață software IDE pentru board Arduino Nano și cod sursă

Fig. I II.5.4 Capturi de ecran a etapei de verificare funcționare sensor ultrasonic HC – SR004și placă
Arduino Nano prin intermediul Serial Monitor
III.6 Sistem pentru măsurarea distanței care utilizează un singur senzor ultrasonic HC -SR04 și un ecran
LCD 1602 cu I2C cu 16 caractere x 2 linii, placă Arduino Nano
Etapa de proiectare

Fig. nr. III.6.1 Realizare a practică a sistemului cu un sensor ultrasonic HC -SR04, cu ecran LCD 1602 cu I2C,
placă Arduino Nano și cu baterie
Etapa de implementare hardware

Fig. nr. III.6.2 Realizarea practică a sistemului cu un sensor ultrason ic HC -SR04, cu ecran LCD 1602 cu I2C,
placă Arduino Nano și cu baterie

III.7 Sistem pentru măsurarea distanței care utilizează un singur senzor ultrasonic HC -SR04 , o placă
Arduino Nano și DFPayer mini
Etapa de proiectare

Fig. nr.I II.7.1 Sistem format d intr-un senzor ultrasonic HC -SR04, o placă Arduino Nano-, miniplayer
DFPlayer mini conectat la baterie în faza de proiectare
Etapa de implementare hardware

Fig. nr. III.7.2 Realizarea practică a sistem ului cu un sensor ultrasonic HC -SR04, cu o placă Arduino Nano,
DFPlayer mini și cu difuzor, conectate la baterie

III.8 Sistem pentru măsurarea distanței care utilizează trei senzori ultrasonici HC -SR04 , cu placă
Arduino Uno

Etapa de proiectare

Fig. nr. I II.8.1 Sistem format dintr -un senzor ultrasonic HC -SR04 -și o placă Arduino Uno -R3 în faza de
proiectare

Etapa de implementare hardware

Fig. nr. III. 8.2 Sistem cu trei senzori ultrasonici HC -SR04 -și o placă Arduino Uno -R3, realizat practic

Etapa de implementare software

Se poate observa funcționarea sistemului la nivelul opțiunii Serial Monitor

Fig. nr. II I.8.3 Capturi de ecran a etapei de verificare funcționare prin intermediul Serial Monitor
Cod sursă

Fig. nr. II I.8.4 Captură cod sursă pentru sistem cu 3 senzori ultrasonici și placă Arduino Nano, interfață
software Arduino IDE

III.9 Sistem pentru măsurarea distanței care utilizează trei senzori ultrasonici HC -SR04 , cu placă
Arduino Nano, DFPlayer mini, baterie
Etapa de proiectare

Fig. nr. I II.9.1 Sistem format dintr -un senzor ultrasonic HC -SR04 -și o placă Arduino Uno -R3 în faza de
proiectare

Etapa de implementare hardware

Fig. nr. III. 8.2 Sistem cu trei senzori ultrasonici HC -SR04 -și o placă Arduino Nanno, DFPlayer cu difuzor,
realizat practic

IV. Concluzii
Cercetarea stiinți fică, a avut ca obiect de studiu realizarea unor sisteme pentru măsurarea
distanțelor prin intermediul senzorilor ultrasonici , sisteme care pot fi de ajutor , pentru orientarea în
spațiu l din interiorul clădirilor, a persoanelor cu deficiențe de vedere.
Sistem pentru măsurarea distanțelor cu un singur sen zor ultrasonic
Sistemul ui cu-un singur sen zor ultrasonic , legat la o placă Arduino UNO, i-am verifica t
funcționalita tea prin intermediul monitorului virtual al calculatorului , apoi i -am atașat un ecran LCD cu 16
caractere x 2 linii, cu s copul de a verifica noul sistem pe care l -am făcut portabil, atașându -i o baterie de
9V. Am ales varianta de LCD cu 16 caractere x 2 linii deoarece era necesar să afișeze unde se găsește
obiectul , adică în stânga sau în dreap ta persoanei ș i valoarea distanței și prin urmare avea nevoie de două
linii pentru a putea afișa toată informația.
Ecranul LCD 1602 pe care l -am utilizat inițial nu răspundea cerințelor pentru că introducea în
circuit prea multe ieșiri, 16 la număr din mo tive de interfață paralelă cu care putea comunica la ieșire cu
circuitul. Ecranul LCD 1602 l -am înlocuit cu un ecran LCD 1602 cu interfață I2C. Această interfață
incorporată a rezolvat problema și astfel liniile de ieșire ale LCD -lui au fost reduse la patr u. Am ales această
variant ă în loc să atașez o interfață separat ă de tip I2C la vechiul LCD , pentru a nu complica prea mult
circuitul de verificare, fără să mai preciz ez faptul că fiecare circuit suplimentar adăugat consuma energie,
energie furnizată de că tre baterie și de care avem nevoie cât mai mult timp.
Sistemul nou creat portabil, ca să poată fi utilizat de către persoane cu dizabilități de vedere avea
nevoie de componente noi care p uteau reda distanța calculat ă de către senzorul ultrasonic sub formă de
voce. În acest sens am adăugat un mini player, DFPlayer mini și sistem de ascultare prin căști. În momentul
în care miniplayer -ul împreună cu căștile le -am făcut funcțional e, nu se mai justifica prezența în circuit a
ecranului LCD și din acest motiv l -am eleiminat .
Tot acest ansamblu de componente a trebuit așezat compact și trebuia aleasă o cutie care p utea
adăposti componentele. Am vrut ca ansamblul să nu depășească dimensiunile 80x120x30mm, pentru că
acest dispozitiv să poată fi atașat la mână. În m omentul în care am vrut să așez componentele în cutie,
am constatat că nu rămânea loc suficient pentru baterie sau pentru ventilația componentelor și firele erau
presate pe și între componente. Analizând sistemul am constatat că trebuie îmbunătățit și anum e trebuia u
micșorat e dimensiuni le. Analizând în continuare , am încercat să mă transpun în situația delicată a
persoanelor cu probleme de vedere și știind că dispozitivul (mai precis placa Arduino) funcționează prin
intermediul butonului Reset , mi-am pus pr oblema cum îl va acționa utilizatorul atâta timp cât el este în
interiorul cutiei . Butonul de Reset este mic, dar se află și printre componente, asta înseamnă că persoana
cu dizabilități trebuie să aibă acces în interiorul cutiei, ceea ce nu este bine chia r dacă s -ar putea face o
fereastră de acces, tot nu este o soluție sigură , pentru că persoana care îl va utiliz a are șanse mari să facă
mișcări greșite atunci când resetează placa.
În aceste condiții a trebuit regândit sistemul. Am ajuns la concluzia că p laca Arduino Uno nu era o
soluție pentru un sistem destinat persoanelor cu deficiențe de vedere. Trebuia să aleg o altă placă din
familia Arduino care are dimensiuni mult mai mici și butonul de Reset să nu se afle pe partea plăcii unde
se fac legăturile. Astfel , după o analiză a familiei de plăci Arduino, am ajuns la concluzia că placa Arduino
Uno o voi înlocui cu placa Arduino Nano. Se poate observa din descrierile hardware că această placă are
caracteristicile cele mai apropiate de Arduino Uno, dimensiuni le sunt aproximativ pe jumătate și butonul
de Reset este poziționat pe partea opusă față de varianta oferită de Arduino Uno. Faptul că aveam de
înlocuit placa nu m -a scutit de parcurgerea tuturor pașilor, pentru că trebuiau reluate legăturile și alocarea
de resurse software specifice plăcii Arduino Nano.

După ce am finalizat sistemul cu placa Arduino Nano, doar pentru o parte laterală și anume partea
stângă am putut să fac o analiză completă. Concluzia a fost că pentru o acoperire mai bună a zonelor
latera le, ar trebui făcut un nou dispozitiv și pentru mâna dreaptă pentru ca utilizatorul să se poată orienta
mai bine pe întreaga lungime a spațiilor mai înguste.
Acest dispozitiv ar putea fi util elevilor în clase când trebuie să se deplaseze între bănci și a stfel
pot fi evitate coliziunile elevilor cu băncile sau cu scaunele aflate în vecinătatea lor. Dispozitivul ar mai
putea fi util elevilor atunci când se deplasează pe culoare și astfel ar putea evita coliziunea cu alți colegi
aflați în stare de deplasare sau de staționare pe culoar, sau să poată parcurge distanțe fără să se lovească
de pereți.
Acest dispozitiv cu acoperire pentru zonele laterale se adresează în mod special persoanelor cu
deficiențe de vedere, dar nu cu cecitate totală.

Sistem pentru măsur area distanțelor cu trei senzori ultrasonic i

Sistemul pentru măsurarea distanțelor cu senzori ultrasonici pune în evi dență faptul că atunci când
se dorește o acoperire mai mare a suprafeței de detecție a senzorului se recomandă utilizarea sistemului
cu tr ei senzori . Am observat că sistemul cu cei trei senzori ultrasonici montați pe breadboard, adică
senzorii sunt în linie, mărește suprafața de detecție doar fronta l, asta înseamnă că obiectele aflate în
stânga sau în dreapta, dar în imediata vecinătate a senzorilor sunt percep ute ca obiecte , uneori , tot ca
fiind așezate frontal. Mărirea suprafeței de acoperire a senzorilor este mult mai utilă pentru obiecte mari
și în spații deschise, situații care se întâlnesc mai des în mediu înconjurător. Acest tip de s istem nu este
util singur a fi utilizat în mediii deschise pentru că sunt foarte mulți factori care pot interveni, în primul
rând sunt foarte multe obstacole în mișcare cu viteze destul de mari și în astfel de situații se schimbă
abordarea.
Sistemul cu tre i senzori ultrasonici pentru a putea fi utilizat în spații închise trebuie să aibă senzorii
orientați în unghiuri diferite. Din acest motiv nu se justifică de data aceasta prezenț a în circuit a
breadboard -ului.
Siste mul cu trei senzori ultrasonici este mult mai util persoanelor diagnosticate cu cecitate totală ,
personae care nu pot percepe lumina și prin urmare nu sunt capabile să perceapă măcar existența unui
obiect în zona frontală, manifestare specifică persoanelor cu cecitate parțială .
Din studiile făcute am observat că persoanele cu deficiențe de vedere au unghiul de acoperire a suprafeței
de acoperire vizuale mai îngust, iar aria vizuală se îngustează în părțile laterale și astfel obiectele nu sunt
percepute din zonele menționate și le este greu să le localiz eze, din acest motiv acestor perso ane le- ar fi
util un astfel de sistem. Acest sistem l -am realizat experimental dar nu a fost asamblat ca un dispozitiv
compact , rămâne să îl dezvolt ulterior .
În cazul acest ui sistem se pune problema asamblării celor doi senzori, din cei trei, la distanță iar cel de al
treilea așezat central. Legarea celor doi senzori de placa Arduino Nano la distanțe mai mari de câțiva
centimetri, presupune existența unor conexiuni flexibile și durabile. Pen tru a găsi soluția optimă va trebui
să fac un studiu legat de tipurile de conexiuni prin cabluri flexibile și care să asigure și o conectivitate
durabilă.
Montarea sistemului ar presupune așezarea a doi dintre senzori pe câte un umăr și un alt senzor să ră mână
frontal împreună cu tot restul ansamblului. Senzorul din zona frontală va putea fi așezat pe stern, doar
dacă persoana care îl va utiliza nu are probleme de sănătate, de exemplu nu a suferit intervenție
chirurgicală la inimă (by pass făcut sau altcev a), sau în zona abdominală. Toate acestea necesită și studii

de observare medicală a persoanelor cu deficiențe asociate, studii care necesită colaborarea cu personal
medical calificat.
Sistemul cu senzori după ce a fost testat împreună cu cadre medicale de specialita te, acolo unde este
cazul, va presupune și găsirea unei soluții văzută și din prisma unui obiect de vestimentație.

Bibliografie
1. Senzori și actuatoare , autor Monica Anca Chița, editura Matrixrom, ISBN 9786062503321, an apariție
2017
2. Senzori și traductoare, autor Constantin Călinoiu, editura Tehnică, ISBN
3. https://www.arduino.cc/
4. http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on -line/BSM/BSM/capitol4.pdf

5. https://www.mpja.com/download/hc -sr04_ultrasonic_module_user_guidejohn.pdf
6. https:// electrosome.com/wp -content/uploads/2014/08/Ultrasonic -Module -Operation.jpg
7. https://profs.info.uaic.ro/~arduino/index.php/Comunicare_I2C
8. https://www.heise.de/developer/artikel/Anschluss -von-LCD-Displays -ueber -den-IIC-Bus-
3217991.html
9.