V2 Licenta Hodorogea Ovidiu Mihail [617372]

1
UNIVERSITATEA “LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU
FACULTATEA DE INGINERIE
DEPARTAMENTUL DE CALCULATOARE ȘI INGINERIE ELECTRICĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

Conducător științific: Prof. Dr. Ing. Florea Adrian
Absolvent: [anonimizat]: Electromecanica
-Sibiu, 2017 –

2
UNIVERSITATEA “LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU
FACULTATEA DE INGINERIE
DEPARTAMENTUL DE CALCULATOARE ȘI INGINERIE ELECTRICĂ

Platforma de monitorizare a
mediului cu ajutorul
senzorilor inteligenti

Conducător științifi c: Prof. Dr. Ing. Florea Adrian
Absolvent: [anonimizat]: Electromecanica

3
Cuprins
Platforma de monitorizare a mediului cu ajutorul senzorilor inteligenti ………………………….. ……………………….. 2
1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 6
1.1 Scop ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 6
1.2 Obiective ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 6
1.3 Descrierea problemei ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 6
1.4 Necesitate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 8
1.5 Motivație ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 10
2. Notiuni int roductive si teoretice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 11
2.1 Sisteme incorporate/dedicate (embedded systems) ………………………….. ………………………….. ………… 11
2.1.1 Caracteristicile unui sistem încorporat ………………………….. ………………………….. …………………. 13
2.1.2 Structura unui sistem încorporat ………………………….. ………………………….. ………………………… 14
2.1.3 Diferența dintre un microporcesor și un sistem încorporat ………………………….. ………………….. 15
2.2 Conceptul “Interent of Things – IoT” ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 17
2.2.1 Caracteristici IoT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 17
2.2.2 Interent of things – Hardware ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 20
2.2.3 Senzori “Internet of Things – IoT” ………………………….. ………………………….. ………………………… 20
2.2.4 Dispozitive “wearables” – ”Wearables electronic” ………………………….. ………………………….. …. 20
2.2.5 Dispozitive standard ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 21
2.2.6 Interent of things – software ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 22
2.3 Senzorii în folosul oamenilor în contextul oraselor inteligente ………………………….. ……………………….. 23
2.3.1 Lumea senzorilor ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 25
2.3.2 Siguranță și securitate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 27

4
2.3.3 Monitorizarea și controlul energiei: contoare de energie inteligentă ………………………….. …….. 27
2.3.4 Protecția mediului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 27
2.3.5 Sănătate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 28
2.4 Senzori și traductoare în automatizări din domeniul Electromecanic ………………………….. ………………. 28
2.4.1 Componentele principale ale trad uctoarelor ………………………….. ………………………….. ………… 29
2.4.2 ADAPTOARE (AD) [10] ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 35
2.4.3 Traductoare numerice. Adaptoare pentru traductoare numerice [10] ………………………….. ……. 38
3. Descrierea lucrarii/aplicației ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 40
3.1 Hardware ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 40
3.1.1 Componente hardware utilizate ………………………….. ………………………….. …………………………. 40
3.1.1.1 Microcontrelerul LinKit Smart DUO 7688 ………………………….. ………………………. 40
3.1.1.2 Sensorul de temperatura „DS18B20” ………………………….. ………………………….. ….. 46
3.1.1.3 Senzorul de praf SM -PW-01C………………………….. ………………………….. ……………. 50
3.1.1.4 Senzor noxe SainSmart MQ135 ………………………….. ………………………….. …………. 57
3.1.1.5 Senzorul barometric BMP085 ………………………….. ………………………….. …………… 61
3.1.1.6 LoNet 808 – Mini GSM/GPRS + GPS Breakout ………………………….. ……………….. 65
3.1.1.7 Interconectivitate componente ………………………….. ………………………….. ……………. 69
3.1.2 Suportul PCB (printed circuit board) ………………………….. ………………………….. ……………………. 69
3.1.2.1 Printarea PCB -urilor ………………………….. ………………………….. ………………………… 69
3.1.2.2 Dezvoltarea PCB -ului (printed circuit board) ………………………….. ……………………. 73
3.1.2.2.1 Proiectarea asistata de calculator ………………………….. ………………………….. …….. 73

5
3.1.2.2.2 Developarea circuitului ………………………….. ………………………….. …………………. 77
3.1.3 Soldarea si conectarea hardware -ului ………………………….. ………… Error! Bookmark not defined.
3.1.4 Arhitectura hardware (schema bloc a sistemului integrat) …………. Error! Bookmark not defined.
3.1.5 Dezvoltare -finalizare prototip ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 84
3.2 Aplicatia Software ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 87
3.2.1 Software embedded ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 87
3.2.1.1 Codul sursa utilizat (limbaj programare C) ………………………….. ……………………….. 88
3.2.1.2 Arhitectura sistemului ………………………….. ………………………….. ………………………. 92
3.2.1.3 Scrierea programului sursa ………………………….. ………………………….. ………………… 92
3.2.2 Aplicatia software pentru vizualizarea datelor ………………………….. ………………………….. ………. 94
3.3 Functionarea sistemului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 99
4. Concluzii si dezvoltari ulterioare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 101
5. Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 103
6. Anexe ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 106

6
1. Introducere
1.1 Scop
Această lucrare are că scop analiză mediului înconjurător cu ajutorul senzorilor prin detectarea
schimbărilor ambientale și conversia acestor schimbări în semnale electrice care vor fi prelucrate prin
intermediul platfomei (procesare -interfață web). Senzorii principali folosiți fiind: de temperature,
calitatea aerului (CO2/zgomot), umiditate și presiune.
În această lucrare se va elabora o platformă mobilă pentru monitorizarea mediului prin intermediul
senzorilor în “real time” și a unei interfețe web prin care pot fi vizualizați parametrii / datele colectate.
1.2 Obiective
Obiectivele principale vizate de această lucrare sunt:
• Implementarea tehnică a modulului (prototip): hardware și software
• Colectarea parametrilor cu ajutorul senzorilor;
• Evaluarea mediului înconjurător prin parametrii colectați de către senzori: temperatură, praf,
calitatea aerului(noxe) și presiunea atmosferica;
• Utilizarea parametrilor și redirecționarea acestora pe platformă web
• Colectarea datelor cât mai pr ecise prin intremediul platformei mobile (colectarea în trafic)
• Hardware implementat astfel încât este nevoie doar de “plug and play” pe PCB -ul suport;
• Analiză costului poluării aerului și discuția privind eficientă cost / calitate pentru utili zarea
platformei
1.3 Descrierea problemei
Una dintre cele mai discutabile probleme din zilele noastre constă în poluarea globală, iar că și
rezultat apare rezolvarea problemei prin diferite acțiuni întreprinse de oameni cu ajutorul informațiilor
preluate cu ajutorul unei platforme mobile de tip autonome precum cazul acestui proiect.

7
Cea mai bună cale de prevenție a poluării este de a începe să ne concentrăm pe măsurarea și
monitorizarea celor mai poluate locuri cu ajutorul platformei (modulul controler -GSM -senzori) pentru
a știi ce tip de decizii pot fi luate pentru a avea un aer mai curat.
În timp ce, cele mai multe platforme de monitorizare a mediului sunt statice, foarte costisitioare și
datele colectate fiind inexacte obț inem rezultate ce nu reprezintă o medie concretă la nivelul unei
suprafețe întinse și relevante cât și costurile unor astfel de platforme statice sunt foarte mari atât la
achiziție cât și pentru mentenanța , datorită personalului calificat c e trebuie să se ocupe de aceasta . Pe
de altă pa rte platformă mobilă propusă de acest proiect se ocupă de toate problemele menționate mai
sus: costuri mici, eficientă platformei, date colectate pe o rază mai mare urmând a putea vizualiză
dintr -o gamă mult mai variată c a și platformele statice. De aici și termenul de platformă autonomă sau
mobilă .
În acest proiect îmi doresc să îmbunătățesc calitatea monitarizarii mediului prin proiectarea și
dezvoltarea unui prototip “dovada a unui concept” pentru utilizarea în autov ehicul. Orașe că Oslo și
Bergen (Novegia) au foarte multe mașini și ne propunem că aceste mașini să fie folosite că și un
dispozitiv de captare mobile incorporând platform noastră mobilă în unele dintre aceste autovehicule.
Chiar și atunci când autovehicul ul este parcat această plaforma va continuă să colecteze date și să le
trimită către server.
În lucrarea anterioară “Senzori și orașe smart”, ne -am propus un proiect de cercetare pentru
proiecte de orașe inteligențe. Această lucrare arată modul în care proiectele de orașe inteligențe ar
trebui să fie orientate și centrate pe utilizator a părtilor interesate. Că parte a proiectului, vom începe
căutarea de parteneri pentru un proiect mai mare pentru a demonstra fezabilitatea acestei monitorizări
mobile.
Am efectuat o căutare în literatură de specialitate pentru a vedea dacă o astfel de soluție a fost
dezvoltată în altă parte și -am găsit două lucrări de platforme mobile de monitorizare a mediului:
– În Coreea de Sud a fost dezvoltat un furgon dedicat, cu echipamente de măsurare, dar
aceasta este doar o masin ă plina de echipamente de monitorizare scumpe.
– În Germania, a fost demonstrată utilizarea conectorului interfeței OBD -II pentru a colecta
informații de la masina in sine (viteza, consumul de combustibi l).

8
Noi nu am găsit pe nimeni urmărind ideea de a folosi mașinile parcate ca platforme senzor. O astfel
de soluție va furniza mai multe date și de o calitate mai buna decat soluțiile existente. Fiecare unitate
va avea un procesor, un receptor GPS pentru a colecta informații despre locație, o unitate de telefonie
mobilă GSM pentru a transmite rezultatele la un server, și senzori pentru calitatea aerului, temperatura
și presiunea barometrică. De asemenea, luăm în considerare, inclusiv un senzor de umiditate. În plus,
avem nevoie de SIM -carduri pentru fiecare unitate și două luni de acces la date mobile.
Pe de altă parte, impactul proiectului va fi de la nivel mondial pana la nivelul întregii societăți.
Oamenii vor deveni conștienți de necesitatea de a reduce c onsumul de energie auto și de a reduce
amprenta de carbon. Protejarea resurselor naturale, cum ar fi apa, solul, aerul, mineralele și serviciile
ecosistemice vor îmbunătăți bunăstarea oamenilor și va contribui la durabilitatea mediului.
Un alt avantaj al p roiectului nostru este extensibilitatea: aplicarea monitorizării în diferite alte
sisteme sau folosind rezultatele noastre în ceea ce privește poluarea dar si în scopul de a păstra
sănătatea cetățenilor. De exemplu, în sistemul medical în cazul în care pla tforma noastră ilustrează ca o
parte din valori depășesc nivelul admis al poluării sau creșterea nivelului de polen sau praf (alergii care
produc), în unele zone, se pot recomanda oamenilor să evite zonele care ar putea fi periculoase pentru
starea lor de sănătate și să aleagă un alt raseu. De asemenea, folosind platforma pentru monitorizare de
la distanță a pacienților și a comunicării între medici, rude și pacienți, permite un acces facil la mai
multe servicii personalizate, permite evaluarea continuă a s tării pacienților, depistarea timpurie a
situatiilor anormale sau de urgență, detectarea modificărilor în domeniul conditiilor de sănătate.
Dealtfel, proiectul poate avea un impact și asupra altor organizații care pot utiliza sau modifica
soluția noastră pentru a se potrivi cu obiectivele lor.
1.4 Necesitate
Nevoia pentru monitorizarea mediului este destul de evidența în contextul problemelor din viață
reală ce poate ajută să menținem planetă atât de curată pe cât posibil pentru a conservă -o pentru
generațiile viitoare. “Programele de monitorizare a mediului a u fost criticate că fiind prea scumpe în
raport cu cât livrează acestea” [1]
„If you can´t m easure it, you can´t improve it” (Peter Drucker). [2]

9
Chiar și așa, monitorizarea mediului are un rol important în cercetarea științifică relevând trenduri
pe term en lung care pot conduce către noi descoperiri. De exemplu, Charles David Keeling’s a măsurat
pe termen lung dioxidul de carbon (CO2) în Mauna Loa. El a furnizat pentru prima data o dovadă
incontestabilă că dioxidul de carbon rezultat din activitățile uman e are un rol în încălzirea globală. Iar
că și rezultat atent și foarte consistent al studiului, schimbarea climatului global este acum acceptat că
și factor științific.
Monitorizarea este de asemenea esențială pentru evaluarea planurilor de protecție și f ără această
proiectele nu își pot dovedi succesul sau să identifice locurile unde se pot aplică îmbunătățiri
dramatice.

Fig. 1.4 Ciclu iterativ de managment adaptiv
Proiectul în sine se adresează în mod clar catre una dintre cele mai fierbinți probleme legate de
politica mediului inconjurator: Cum s ă reducem poluarea orasului, mai ales în cazul în care condițiile
meteorologice crește nivelurile de poluare. Mai multe stații de măsurare va oferi rezultate mai precise.
Ideea noastr ă propune ideea de a folosi mașini de oraș existente deja, pentru a monitoriza para metrii de
mediu folosind o platformă low -cost de monitorizare a mediului pot oferi rezultate mai precise la
costuri mai mici. Mai mult decât atât, colectarea de date pe termen scurt presupune o prognoza în
continuare a condițiilor de mediu prin reducerea c osturilor pe termen lung, și înregistrarea doar a
datelor importante (modificări ale valorilor sau depășirea unor praguri) nu a tuturor datelor care ar
putea produce o umplere totala cu informații nerelevante reprezintă alte avantaje ale soluției noastre.
Rezultatele proiectului pot determina luarea deciziilor competente de catre municipalitate
impotriva poluarii precum restrictionare traficului sau limitarea folosirii masinii personale;
 Eliminarea resursei umane în mentenan ța platformelor de monitorizare a mediului;

10
 Dezvolatarea unei discut ți cu autoritatile locale pentru reducerea polu ării prin promovarea
transportului public;
1.5 Motiva ție
Motivati a de la care pleaca aceasta lucrare de licenta este proiectul derulat in cadrul programului
ERASMUS din Norvegia din anul al -III-lea semestrul al II -lea.
Proiectul derulat că și student ERASMUS se bazează în mare parte pe aceleași principii însă
trimitere a datelor se face diferit, principală diferență constă în conectivitatea GSM la serverul de date
ce sunt trimise direct către bază de date, ci nu sunt intermediate de o aplicație de conectivitate smarth
phone și platformă mobilă de monitorizare dezvoltată în Norvegia, dar și controler -ul folosit în
prezentul proiect este un LinKit SmarthDUO(ARDUINO) pe când în precedentul am folosit Intel
Edison ceea ce este un controler foarte puternic dar costisitor, dar și alți senzori mai costisitori.
Pe lângă această putem spune că și spiritul de dezvoltare personală ce a fost indus de către
exeprienta ERASMUS dar și simțul civic sunt poate unele dintre principalele motivații personale care
m-au adus în dezvoltarea acestui proiect de diplomă.

11
2. Notiuni introductive si teoretice
2.1 Sisteme incorporate/dedicate (embedded systems)
Noțiunea de sistem incorporat este folosită tot mai des în zilele noastre în domeniul hardware și
software. Un sistem incorporat poate fi definit ca și sistem dedicat, proi ectat pentru a fi capabil să
realizeze o anumită funcție într -un sistem mai complex, iar pentru aceasta sarcină are nevoie de intrări
prin care să citească starea sistemului și de ieșiri pentru controlul unor procese.
Tot mai multe dispozitive folosite zi de zi au la bază un microcontroler. Chiar și un banal filtru
de cafea sau un uscător de păr au la baza un astfel de circuit (compus dintr -o parte hardware pe care
rulează o aplicație software). Tocmai din acest motiv înțelegerea funcționării unui microcon troler nu ar
trebui să lipsească din bagajul de cunoștințe al unui absolvent de electronică, electromecanică sau
calculatoare.
Pentru a deschide subiectul despre un sistem incorporate trebuie definit in primul rand notiunea
de sistem. Ce este si ce reprezi nta un sistem? [3]
Un sistem reprezintă un aranjament, în care toate elementele componente ale acestuia
funcționează împreună pe baza unui set de reguli bine definit. Un sistem poate fi deasemenea definit ca
un mod de a lucra, organiza sau de a îndeplini u na sau mai multe sarcini în conformitate cu un plan fix,
pe baza unui set de reguli bine definite. De exemplu, un ceas reprezintă un sistem de afișare a timpului.
Componentele acestuia urmează un set de reguli bine definite pentru a afișa timpul. Dacă una din
piesele componente ale ceasului se defectează, ceasul va înceta să funcționeze. Deci putem spune că
într-un sistem toate elementele componente ale sale depind unul de altul. [3]
Noțiunea de încorporat (embedded), după cum sugerează și numele, este ceva care este atașat
de un al lucru sau integrat în acel lucru, parte din acel lucru.
Astfel, revenind la noțiunea de sistem încorporat (embedded system), poate fi privit ca un mini –
computer din punct de vedere hardware, având un program (software), încorpo rat sau integrat în el.
Un sistem incorporat poate fi un sistem independent sau de cele mai multe ori, este parte a unui
sistem mai mare. [3]

12
Un sistem încorporat(embedded system) este un sistem bazat pe un microcontroler sau un
microprocesor, proiectat pentru a îndeplini sarcina stabilita prin tema de proiectare.
Mai departe vom pornii cu explicatii si vom dezvolta subiectul pentru ceea ce inseamna un
sistem incorporate sau dedicate, ambele avand in esenta aceasi valoare.
De exemplu, o alarmă de incend iu este un sistem încorporat, care va detecta numai fumul. [3]
Un sistem încorporat este alcătuit din trei componente principale:
 sistemul hardware sau simplu, hardware ;
 programul sau aplicația software ;
 sistem de operare în timp real sau RTOS(Real -Time Op erating System) ;
Sistemul de operare în timp real (RTOS) supraveghează aplicația software, deasemenea
definește modul în care funcționează sistemul încorporat per ansamblu si stabilește regulile de execuție
a aplicație i software (programului), chiar in tim pul execuției programului (aplicației). Unele sisteme
încorporate la scara mica nu conțin un sistem de operare în timp real(RTOS).
Asadar putem define un sistem integrat (embedded system) ca un sistem bazat pe un
microcontrol er, controlat prin software, d e incredere, un sistem de control î n timp real.
Printre numeroasele avantaje ale sistemelor incorporate se numeră :
 ușor de personalizat
 consum redus de putere
 cost scăzut
 performanță îmbunătățită
De asemenea, întâlnim dezavantaje ale sistemelor încorporate:
 efort de dezvoltare foarte mare ;
 disponibil pe piață un timp îndelungat ;
 costuri ridicate de proiectare a prototipului ;[3]

13
2.1.1 Caracteristicile unui sistem încorporat
Printre cele mai importante caracteristici ale unui sistem dedicat amintim următ oarele:
 Funcționalitate unic ă – un sistem încorporat/dedicat, este proiectat pentru a efectua o operație
specializată pe care o execută în mod repetat. De exemplu: colectarea î ntr-o bucl ă infinit ă a
unui sistem de achizi ții de date;
 Constrângeri de proiect are– toate sistemele de calcul au constrângeri în ceea ce privește
valorile de proiectare (metrici), însă la sistemele încorporate constrângerile care apar sunt mari
și stricte. Prin intermediul valorilor de proiectare (metrici) este măsurată o implementar e a unor
caracteristici esen țiale precum ar fi costul cip -ului, dimensiune, putere și performanță. Acest
sistem dedicat, trebuie sa fie de dimensiune mică sau foarte mică, pentru montarea acestuia pe
un singur cip, trebuie să fie destul de rapid pentru pro cesarea datelor în timp real și consumul
de energie trebuie să fie cât mai scăzut pentru a eficientiza și pentru a prelungi durata de viață a
bateriei.
 Reactie in timp real – foarte multe sistem e încorporate trebuie să reacționeze în mod continuu
la schimb ările mediului în care se află sistemul, dar în același timp trebuie să proceseze datele
în timp real fără nici o întârziere.
 Sisteme le dedicate bazate pe microprocesoare – cipul trebuie să fie bazat pe un
microprocesor sau un microcontroler.
 Memoria – trebuie să aibă o memorie, deoarece prog ramul sau software -ul lui este î ncorporat
în memoria ROM(read -only memory), neavând nevoie de alte memorii î ncorporate/integrate în
propriul cip. Cu toate acestea mai exista si memoria de tip RAM(random ac ces memory) ca re
ca și costuri este mult mai ieftin de implementat. Diferen ța dintre cele doua const ă în faptul c ă
memoria R OM dispune de pastrarea informaț iei pe cand memoria RAM dupa scoaterea de sub
tensiune aceasta își pierde informa ția. Deci startarea unui program nu se poate face far ă ajutorul
memoriei ROM care trebuie sa fie implementat ă atât cât este nevoie într-un mod eficient.
 Conectat – acestea trebuie să aibă periferice conectate pentru a putea conecta dispozitive de
intrare și de ieșire.
 Sisteme hardware -software (HW/SW) – Software -ul (programul) este folosit pentru
funcționalități și flexibilitate, iar hardware -ul este folosit pentru performanță și securitate.[3]

14
2.1.2 Structura unui sistem încorporat
Următoarea figură ilustrează structura de bază a un ui sistem încorporat:

Fig. 2.1 Structura de bază a unui sistem încorporat [1]
Elemente component ale sistemului:
 Senzori – aceștia măsoară cantitatea fizică ce urmeaza a fi transformata într -un semnal electric
ce poate fi citit de către un observator sau prin orice instrument electronic cum ar fi un
convertor analog -digital sau ADC (analog to digital converter) sau mai mult folosit intr -un
algoritm de calcul pentru indicarea anumitor proprietati ce sunt de interes.
 Convertoare analog -digitale – un conv ertor analog -digital sau analog -numeric, cunoscut sub
denumirea generică de ADC sau analog to digital converter, convertește semnalul analogic
transmis de un senzor într -un semnal digital (semnal numeric).
 Procesoare și ASIC -uri(ASICs) – procesoarele prelu crează sau procesează datele măsurate de
către dispozitivele externe (ex. senzori), iar apoi rezultatele prelucrării sunt fie stocate în
memorie, fie transmise mai departe catre o platform ă de stocare a datelor. Exemplu: server de
stocare a datelor (online ) putâ du-le accesa oric ând.
 Convertoare digital -analogice – un convertor digital -analogic sau numeric -analogic, cunoscut
sub denumirea generică de DAC sau digital to analog converter, convertește datele digitale
(numerice) primite de la procesor în date a nalogice (semnal analogic).
 Dispozitive de acționare sau actuatore – un dispozitiv de acționare sau actuator compară
ieșirea dată de un convertor digital -analogic (DAC) cu valoarea care provine de la un dispozitiv
extern (senzori), iar daca valoarea primit ă de la senzori, este în intervalul de valori date de
convertorul analog -digital, atunci valoarea primită este corectă și aprobată.[3]

15
2.1.3 Diferen ța dintre un microporcesor și un sistem încorporat
Procesorul este “crei erul” unui sistem încorporat fără de care unitatea de bază care preia datele de
intrare și produce date de ieșire după procesarea acestora, nu poate func ționa. Pentru un p roiecta nt de
sistem e dedicate este necesar ca acesta sa aibe cunostinte at ât de microprocesoare c ât și de
microcontrolere.
Un procesor are dou ă unitati esen țiale:
 Unitate a de control a programului (CU) : CU-ul include o unitate de preluări pentru
preluarea instrucțiunilor din memorie. UE are circuite care să pună în aplicare
instrucțiunile referitoare la operațiunea de transfer de date și de conversie de date de la
o formă la alta.
 Unitatea de executie (EU): UE include Unitatea Aritmetico -logică (ALU), precum și
circuitele care execută instrucțiuni pentru o sarcină de program de control, cum ar fi de
întrerupere, sau să sară la un alt set de instrucțiuni.

Un procesor execută ciclurile descărcate (fetch instruction) și execută instrucțiunile din aceeași
secvență în care acestea sunt preluate din memorie.
Procesoarele pot fi:
 microprocesoare
 microcontrolere
 procesoare integrate sau incorporate
 procesoare de semnal (DSP)
 procesoare media, etc… [4]
Microprocesorul este o unitate centrală de procesare (CPU), a unui calculator care realiz ează
adesea pe o singură plăcuță de siliciu sau alt material semiconductor (chip), care în prezent poate avea
peste un milion de tranzistoare. Microprocesorul efectuează operațiile esențiale de prelucrare și
controlează celelalte elemente ale sistemului de cal cul. Microprocesorul constituie „creierul
calculatorului”. [5]

16
Un microcontroler , este o structură electronică destinată controlului unui proces sau, mai
general, unei interacțiuni caracteristice, cu mediul exterior, fără să fie necesară intervenția operat orului
uman, sau o altă definiție ar putea fi aceea că re prezintă, un microcircuit care î ncorporează o unitate
centrală și o memorie împreună cu resurse le care-i permit interacțiunea cu mediul exterior. [6]
Deasemenea, un microcontroler sau denumit microc omputer este alcătuit dintr -un singur cip
de tip VLSI(Very -Large -Scale -Integration) sau integrare pe scară foarte mare a circuitelor electronice,
care deși au capacități de procesare limitată, are capacitatea de a efectua calcule sau procesări,
deasemenea are capacitatea de a procesa date de intrare -ieșire foarte rapid și un număr de unități
funcționale integrate în cip foarte mare.
Principalele unități integrate în cip -ul unui microcontroler sunt:

Fig 2 .3 Ce este in cipul unui microcontroler [1]
In special, microcontrolerele sunt ut ilizate în domeniul sistemelor î ncorporate pentru aplicații
de control în timp real, având memorie și alte dispozitive integrate în cip cum ar fi CPU, RAM, ROM,
etc. [3]
Principalele diferențe dintre un microprocesor și un microcontroler sunt:
Microprocesor Microcontroler
Microprocesoarele sunt multitasking în general.
Pot executa sarcini multiple la un moment dat.
De exemplu un computer poate reda muzica în
timp ce scrie într -un editor text Este in general single task. De exemplu, o
mașină de spălat este proiectată doar pentru a
spăla haine.

17
RAM,ROM,porturi I/O, și cronometrele pot fi
adăugate extern și pot varia ca și număr. RAM,ROM porturi I/O, si cronometrele nu pot fi
adăugate extern. Aceste componente sunt
integrate împreună într -un cip și sunt în număr
fix.
Proiectanții pot decide numărul de memorii sau
porturi I/O necesare. Un număr fix pentru memorii sau I/O face un
microcontroler ideal pentru o cerință limitată dar
specifică.
Suportul extern al memoriei externe și al
porturilor I/O face un sistem bazat pe
microprocesor mai greu și mai costisitor. Microcontrolerele sunt mai facile și mai ieftine
decât un microprocesor.
Dispozitivele externe necesita mai mult spațiu
iar consumul lor este mai ridicat. Un sistem bazat pe microcontroler consum ă mai
puțină energie și ocupă mai puțin spațiu.
Tabel 2 .4 Diferen ța dintre µC si µP [1]
2.2 Conceptul “Interent of Things – IoT”
Internetul tuturor lucrurilor sau în limba engleză “Internet of Things – IoT”, este un concept care
definește o lume în care toate obiectele cum ar fi mașini, electrocasnice, sisteme de iluminat,
dispozitive mobile, dispozitive portabile pot fi interconectate între ele cu ajutorul internetului.
Sistemele “Internet of Things – IoT”, permit utilizatorilor să beneficieze de sisteme
automatizate foarte dezvoltate, permit analiza și integrarea lor cu ușurință alături de alte sisteme ce pot
fi la r ândul lor adaptabile ulterior. Sistemele IoT utilizează tehnologii existen te și emergente pentru
detecție, rețele și robotică. Elementele noi și avansate ale sistemelor IoT aduc schimbări majore în
livrarea de produse, bunuri și servicii pentru imbunatatirea vietii umane.[7]
2.2.1 Caracteristici IoT
Unele dintre cele mai importante ca racteristici ale sistemelor “Internet of Things – IoT”, includ
inteligența artificială, conectivitate, senzori, implicare activă și utilizarea dispozitivelor de dimensiune
cât redusă pentru economisirea spa țiului.

18
Voi dezvolta subiectul și voi amanun ți caracteristicile mai jos:
 Inteligență artificială – AI – sistemele IoT, fac practic orice lucru inteligent,
îmbunătățesc fiecare aspect al vieții prin puterea foarte mare de colectare și procesare
rapidă a datelor, prin folosirea de algoritmi de inteligență artificială și a rețelelor de
calculatoare. De exemplu acesta inteligenta poate fi folosita la un frigider pentru a te
anunta cand esti aproape sa ramai fara lapte/cereale.
 Conectivitate – prin intermediu noii tehnologii generice pentru crearea de rețele, mai
specific în rețeaua IoT, rețelele medii nu mai sunt legate în mod exclusiv la furnizorii
majori. Rețelele pot exista pe o scară mult mai mica, fiind mai ieftine în timp ce este
încă practic. IoT creează aceste rețele mici între dispozitivele sale de si stem.
 Senzori – sistemele “Internet of Things” își pierd distincția fără existența senzorilor.
Senzorii acționează ca instrument definitoriu care transformă aceste sistem IoT”, dintr -o
rețea pasivă de dispozitive într -un sistem activ capabil să integreze d ispozitivele din
rețea si să proceseze date în timp real.
 Implicare activă – o mare parte din interacțiunea de azi cu tehnologia conectată se
întâmplă printr -un mediu cu implicare pasivă. Conceptul “Internet of Things – IoT”,
introduce o nouă paradigmă pen tru conținut activ sau în timp real, produse sau servicii.
 Dispozitive de dimensiune redusă – dispozitivele, după cum a fost predicționat, au
devenit mai mici sau au o dimensiune redusă, mai ieftine și mai puternice de -a lungul
timpului. Acest conceptul ”Internet of Things – IoT”, exploatează dispozitive care au o
dimensiune redusă special construite pentru a oferi precizie, scalabilitate și versatilitate.
[7]
Avantajele dispozitivelor “Internet of Things – IoT”:
 Optimizare tehnologică – aceleași tehnologii și date care îmbunătățesc experiența
clienților, inbunatatesc utilizarea dispozitivelor, iar toate aceste îmbunătățiri duc la
dezvoltarea de noi tehnologii mai rapide și mai puternice.
 Consum redus de deșeuri – sistemele “Internet of Things – IoT”, datorita faptului
ca oferă informații din mediul înconjurător în timp real, această caracteristică poate
să conducă la o gestionare mai eficientă și inteligentă a resurselor.

19
 Colectare eficientă a datelor – sistemele actuale de colectare a datelor în u nele
cazuri sunt ineficiente din cauza limitărilor datorate modului de implementare și a
utilizării pasive. Sistemele ”Internet of Things – IoT”, colectează datele mult mai
eficient deoarece le plasează exact unde oamenii le caută sau au nevoie de ele, ast fel
cu ajutorul acestor sisteme este realizată o selecție mult mai corectă și mai precisă a
datelor. [7]
Dezavantajele dispozitivelor “Internet of Things – IoT”:
 Securitate – prin intermediul sistemelor “Internet of Things – IoT”, sunt create
ecosisteme de dispozitive conectate între ele prin intermediul unei rețele, care
comunică între ele, astfel în ciuda oricăror măsuri de securitate, sistemele IoT oferă
control redus din partea utilizatorilor, astfel acest lucru lasă utilizatorii să fie expuși la
diferi te tipuri de atacuri.
 Intimitate – un dezavantaj major al dispozitivelor “Internet of Things – IoT”, îl
reprezintă faptul că colectează date din mediul înconjurător inclusiv date despre
utilizatorii care folosesc aceste dispozitive, astfel sunt colectate d ate cu caracter
personal foarte detaliate fără înștiințarea activă a utilizatorului.
 Complexitate – unele sisteme “Internet of Things – IoT”, pot fi considerate
complicate în ceea ce privește proiectarea, implementarea și întreținerea deoarece sunt
interco nectate mai multe tehnologii între ele și un set larg de tehnologii generice.
 Flexibilitate – principala îngrijorare în legătură cu flexibilitatea a unui sistem
“Internet of Things – IoT”, o reprezintă integrarea cu ușurință alături de alte sisteme,
altfel în noul sistem pot apărea conflicte în ceea ce privește integrarea iar acestea pot
duce la blocarea sistemului.
 Conformitate – dispozitivele “Internet of Things – IoT”, ca orice altă tehnologie
expusă spre comercializare trebuie să respecte anumite r eglementări în ceea ce
privește punerea pe piață a unor produse. Complexitatea acestor sisteme face ca
reglementarea lor pe piață, pentru a fi expuse spre comercializare să reprezinte o
provocare, atunci când conformitatea software -ului cu sistemul reprezi ntă o adevărată
bătălie. [7]

20
2.2.2 Interent of things – Hardware
Hardware -ul utilizat în cadrul sistemelor “Internet of Things – IoT”, poate include dispozitive
pentru control la distanță, dispozitive pentru control al proceselor, servere, routere și senzori. Ace ste
dispozitive gestionează sarcini și funcționalități cheie cum ar fi activarea anumitor sisteme în funcție
de specificații, securitate sau să sprijine anumite obiective și acțiuni.[7]
2.2.3 Senzori “Internet of Things – IoT”
Unul dintre cele mai importante pie se hardware din cadrul sistemelor de tip “Internet of Things –
IoT”, îi reprezintă senzorii . Alte dispozitive care ar puteat face parte din cadrul sistemelor “Internet of
Things – IoT”, pot fi modulele de înmagazinare a energiei, modulele de gestionare a e nergiei, modulele
de radio -frecvență, modulele Bluetooth, modulele Wireless și modulele senzorilor folosiți in detecția
diferitelor cantități fizice. [7]
O listă cu cei mai des folosiți senzori și dispozitive, în cadrul sistemelor “Internet of Things –
IoT”, sunt:
Nr.Crt. Dispozitive
1. accelerometre senzori de temperatură
2. magnetometre senzori de proximitate
3. giroscoape senzori de lumină
4. senzori acustici senzori RFID pentru detecția gazului metan
5. senzori de presiune senzori de umiditate
Tabel 2 .5. Senzori si dispositive IoT [7]
2.2.4 Dispozitive “wearables” – ”Wearables electronic”
Un bun exemplu sunt d ispozitivele electronice de purtat – “wearables electronic”, sunt
dispozitive mici care pot fi purtate atât la gât, pe cap, cât și la mâini și picioare.

21

Fig. 2 .6 Ceasurile inteligente [2]
Nu numai ca ceasurile inteligente ne ajută să rămânem conectați, ci ca parte a unui sistem de tip
IoT, ele permit accesul necesar la anumite aplicații pentru îmbunătățirea productivității. [2]
Printre disp ozitivele inteligente “de purtat”, cunoscute sub numele de “smart wearables”, se
numără: [7]
 Pentru cap (head) – căști de protecție, ochelari ș
 Pentru gât b (neck) – bijuterii, guler ;
 Pentru brațe, mâini, degete b (arm) – ceasuri, brățări, inele ;
 Pentru corp (body) – îmbrăcăminte, rucsacuri ;
 Pentru picioare (feet) – șosete, pantofi ;
2.2.5 Dispozitive standard
Desktop -ul, tableta, telefonul mobil sau smart phone -ul, rămân parte integrată din cadrul sistemelor
“Internet of Things – IoT”, ca și dispozitive de comandă ș i control a acestora.
 Desktop -ul – oferă utilizatorului cel mai înalt nivel de control asupra sistemului și a setărilor
acestuia.
 Tableta – oferă acces la caracteristicile cheie ale sistemului într -un mod asemănător desktop –
ului și de asemenea se comportă ca un dispozitiv de comandă și control de la distanță (remote).

22
 Telefon mobil sau smart phone – permit efectuarea de modificări esențiale a supra unor setări
și oferă deasemenea funcționalitatea de control de la distanță (remote).
Alte dispozitive cheie, la care sunt conectate dispozitivele “Internet of Things – IoT”, includ
dispozitivele standard de rețea cum ar fi routere și switch -uri. [7 ]
2.2.6 Interent of things – software
Software -ul sau aplicațiile utilizate în cadrul sistemelor “Internet of Things – IoT”, are o importanta
deosebita , le îmbunătățesc pe acestea prin adăugarea de caracteristici și funcționalități dorite.
Aplicațiile folosite în cadrul acestor sisteme sunt responsabile de colectarea datelor, integrarea
dispozitivului în rețea alături de alte dispozitive, preluarea și analiza datelor în timp real, de întreținerea
aplicaților existente și extinderea proceselor existente în cadrul r ețelei de dispozitive “Internet of
Things – IoT”. Prin intermediul acestor caracteristici, în cadrul rețelei de dispozitive IoT, pot fi
integrate diferite sisteme critice conectate cu alte sisteme pentru a executa anumite sarcini sau task –
uri.[7]
 Colectarea datelor – cu ajutorul soft ware -ului de colectare a datelor, sunt gestionate datele
care vin de la senzori conectați în sistem, filtrarea datelor se realizeaz ă după anumite reguli care
vin de la senzori sau alte dispozitive interconectate în sist em, securitatea datelor din cadrul
sistemului și agregarea datelor din sistem. Astfel sunt colectate date de la diferite dispozitive
conectate în rețea, iar aceste date sunt distribuite, în conformitate cu anumite setări, unui server
central sau altor disp ozitive conectate în rețea.
 Integrarea dispozitivelor în rețeaua IoT – software -ul de integrare leagă între ele toate
dispozitivele existente în rețea pentru a crea un nou sistem, care să facă parte din conceptul IoT,
acesta devenind un sistem de tipul IoT , deasemenea acestea asigură cooperarea necesară și
crearea de rețele stabile între dispozitive, astfel, fără existența acestor aplicații, care sunt
elementele definitorii ale unui sistem de tip “Internet of Things – IoT”, far ă de care nu putem
vorbi de un astfel de sistem.
 Analiza datelor în timp real – aceste aplicații preiau date de la diferite dispozitive, iar aceste
date sunt transformate pe baza unor algoritmi de prelucrare a datelor, în modele clare pentru a fi
analizate de către oameni. Aceste aplic ații analizează datele pe baza unor setări sau modele
definite de către algoritmi de prelucrare a datelor, cu scopul de a executa anumite sarcini în
mod automat sau de a furniza datele cerute de către sistem prin intermediul intervenției umane.

23
 Aplicarea și extinderea proceselor – acest tip de aplicații îmbunătățesc caracteristicile sau
funcționalitățile sistemului, acestuia adăugându -se funcționalități noi sau îmbunătățindu -se cele
existente, făcând sistemul să aibă o utilitate mai mare și să devină mult m ai eficient, astfel este
îmbunătățită productivitatea, iar colectarea datelor devine mai eficientă. [7]
2.3 Senzorii în folosul oamenilor în contextul oraselor inteligente
Din 2009, mai mult de 50 la sută din populația lumii trăiește în zone urbane, iar ace st număr
este prognozat să crească în următorii ani. Orașele ocupă doar 2 la sută din suprafata planetei, dar
reprezintă 60 -80 la sută din consumul de energie. Pe măsură ce dimensiunile orașelor cresc, cresc si
provocărilor cu care se confruntă orașele. Ac este provocări includ aspecte legate de problemele de
mediu, de sănătate publică și factorii socio -economici, consumul de energie, planificarea transportului
și altele. Poluarea aerului cauzată de blocajele de trafic este doar un exemplu concret al numeroa selor
provocări cu care se confruntă orașele în creștere. În scopul de a reduce traficul și impactul asupra
mediului, este necesar să se pună în aplicare mijloacele de transport public sigure, fiabile, rapide și
necostisitoare. Prin urmare, este o nevoie e videntă ca aceste orașe să fie „inteligente”. Dameri și
Coccia rezuma obiectivele majore ale orașelor inteligente: [8]
• Îmbunătățirea calității mediului în spațiul urban, reducerea emisiilor de CO2, a traficului și a
deșeurilor;
• Optimizarea consumului de energie, prin transformarea clădirilor, aparate de uz casnic și
dispozitive electronice mai eficiente energetic, completate de reciclare a energiei și utilizarea energiei
din surse regenerabile;
• Creșterea calității vieții, furnizarea de servicii publice și private mai bune, cum ar fi
transportul public local, serviciile de sănătate, și așa mai departe. [8]
În această lucrare, voi argumenta pentru aplicarea de senzori și de analiză de date pentru
rezolvarea unora dintre provocările cu care se confruntă ora șele. Există o legătură între orașe
inteligente și conceptele de clădiri inteligente și utilizatorilor inteligenti. Orașe inteligente se referă la
locurile în care tehnologia informației este combinata cu infrastructura, arhitectura, obiecte de zi cu zi,
și chiar și corpurile noastre de a aborda problem sociale, economice și de mediu . Examinarea modului

24
de a realiza această conexiune între TIC (tehnologia informa ției și calculatoarelor) și lumea din jurul
nostru este punctul central al lucrării noastre.
Clădirile inteligente și casele inteligente se referă la utilizarea infrastructurii incluse in acestea
pentru a oferi siguranță și securitate, divertisment, gestionarea îmbunătățită a energiei și de
monitorizare a sănătății. O clădire inteligentă sau o casă inteligentă se bazează pe utilizarea
tehnologiilor de senzori pentru a realiza acest lucru. Datele colectate de astfel de senzori pot fi agregate
și utilizate de către oraș pentru diverse scopuri. Senzorii pot furniza informații de aplicare a legii,
intervenții de urgență, de gestionare a energiei, servicii de îngrijire la domiciliu, protecția mediului,
planificare urbană, și a sistemelor de transport inteligente. [8]
Conceptul de Internet -of-Things (IoT) se caracterizează prin dispozitive conectate la Int ernet,
care pot face schimb de date cu sisteme computerizate externe. În contextul orașelor inteligente, astfel
de dispozitive pot monitoriza traficul, poluarea, nivelul de zgomot, utilizarea de energie electrică, etc.
[8]
Hardware -ul ieftin, cum ar fi Ras pberry Pi, Intel Edison, Arduino, NodeMCU și a
ecosistemelor lor de senzori, ne permit să implementam tehnologii de senzori pe scară largă. Astfel de
dispozitive “low cost” pot furniza informații valoroase pentru optimizarea consumului de energie,
infrastr uctură și planificarea transportului public, precum și de răspuns de urgență și alte servicii vitale.
Aplicarea senzorilor este doar primul pas spre orașe mai inteligente.
Următorul pas implică utilizatorii inteligen ți. Utilizatorii inteligen ți se referă l a nivelul înalt al
educației în societățile dezvoltate, permițându -le să utilizeze tehnologii, cum ar fi telefoanele
inteligente pentru a crea orașe mai bune. Orașele în sine, un telefon sau un computer nu sunt
inteligente, cu excepția cazului în care pers oana o foloseste pentru un scop specific avut in minte. De
fapt, inteligența aparentă a sistemelor de calcul provin din cantitatea inteligenței umane, care a fost
investit ă în ea.
Participarea cetățenească este văzută ca un element important în orașe intel igente. Studiile arată
o relație cauzală între un nivel ridicat de educație și de creștere a numărului de locuri de muncă
disponibile. În contextul nostru, vedem ca cetățenii furnizeaza date de intrare prin proiecte de
participare tradiționale, dar, de ase menea, în calitate de furnizori de date pentru analiză. Cetățenii pot
furniza date prin intermediul telefoanelor lor inteligente, fie în mod activ sau fie pasiv (cu acordu l lor),

25
iar aceste date pot, împreună cu datele preluate de senzori de pe clădiri, să fie folosite pentru a analiza
și vizualiza modelele de trafic de circulație prin oraș și între orașe, factorii de mediu etc.
Vom aplica aceste concepte la cadrul de planificare a unui oraș inteligent, în scopul de a
prezenta un proiect de cercetare pentru aplicarea de senzori și de analiză în planificarea oraselor
inteligente. Această abordare este în parte rezultatul une i colaborări permanente cu regiunile de analiză
de afaceri. [8]
2.3.1 Lumea senzorilor
Un senzor este o component ă capabila să detecteze o schimbare în mediul său și de a converti
această schimbare într -un semnal electric. Semnalul returnat de un senzor poate fi binar (pornit / oprit),
o valoare într -un interval, de exemplu, temperatura, lumina, vânt , umiditate, prec ipitații, poziție, și
accelerație. Senzorii camerei foto returneaza imagini sau chiar fluxuri de imagine. Deoarece senzorii
funcționează în timp real, ele pot produce cantități mari de informații. Prin urmare, senzorii sunt în
mod normal conecta ți la un fe l de unitate care monitorizează schimbările, și transmite informații la
intervale regulate, sau în cazul în care schimbarea este destul d e mare. Partea din stânga a Figurii 2.7
arată modul în care senzorii sunt conectați la o unitate de agregare și preproc esare. [8]

Fig. 2. 7 Senzori conectați la o unitate de agregare și preprocesare [8]

26
Multe dispozitive mobile au construit în componența lor senzori, de exemplu, un senzor GPS,
camera foto sau accelerometru. Numărul de senzori încorporați este de așteptat să crească cu noi
versiuni. Mașinile mai noi, de asemenea, au construit în computere senzori de intrare pentru
manipulare, de prelucrare locală și comunicații. Potrivit lui Abdelhamid et al. un model de masina
2013 are în medie 70 de senzori, în timp ce m odelele de lux pot avea mai mult de 100 de senzori. Se
preconizează că numărul de senzori să crească. [8]
Aplicațiile tipice pentru dispozitivele montate portabile sau auto sunt monitorizarea și
estimarea traficului. Dispozitivele trimit coordonatele lor, iar s oftware -ul server ului care primește
aceste informații decide dacă un traseu de trafic specific este înfundat sau nu.
O altă aplicație este monitorizarea mediului. Un exemplu este proiectul Green Watch. Proiectul
a distribuit 200 de dispozitive intelig ente pentru cetățenii din Paris. Dispozitivele detecteaza nivelurile
de ozon și de zgomot în timp ce, cetățeni își trăiau viața lor normală, iar rezultatele fiin d partajate
printr -un motor de cartografiere. Proiectul a arătat modul în care o rețea de detec tare Grassroot ar putea
reduce dramatic costurile, și, de asemenea, implicarea cetățenilor în monitorizarea și reglementarea
mediului. Bröring et al. a folosit interfa ța încorporat ă de diagnosticare a mașinilor (OBD -II) pentru a
obține date de la senzori u tiliza ți pentru a estima consumul curent de combustibil, a emisiilor de CO2,
zgomot, mi șcarea înceata a traficului și timpul în care acesta este oprit. [8]
Cetățenii pot acționa, de asemenea, ca ei înșiși senzori, prin raportarea a ceea ce observă. Un
exem plu este www.FixMyStreet.com , o aplicație web care permite cetățenilor să raporteze problemele
cu drumuri și alte tipuri de infrastructură. Astăzi, dispozitive low cost (de exemplu, Raspberry Pi, Intel
Edison, Ar duino si NodeMCU), au atât capacități de procesare, cat și de comunicare. Astfel de
dispozitive pot fi conectate cu ușurinț ă la diferite tipuri de senzori , și poate prelucra local datele,
înainte de ambalare a rezultatelor și trimiterea acestora la o insta lație centrală de procesare pentru
prelucrare ulterioară, analiză și vizualizare. Raspberry Pi 3 și Intel Edison au incorporat capabilități de
comunicații fără fir, care fac conectarea mult mai u șor la nivelul întregului oraș de rețelele Wi -Fi.
Componente separate sunt disponibile pentru a fi conectate la dispozitive de rețele mobile. Cele mai
evidente exemple pot fi găsite în următoarele domenii:
• Siguranță și securitate ;
• Monitorizarea și controlul energiei: contoare de energie inteligentă ;

27
• Protec ția mediului ;
• Sănătate .
2.3.2 Siguranță și securitate
Un aspect important al orașelor inteligente și a clădirilor inteligente este de a face oamenii să se
simtă în siguranță. Senzorii pot fi utilizati pentru o multitudine de aplicații, atât pentru a asigura
propr ietatea, cat și de păstrare a condițiilor de siguranță a cetățenilor. Ace seta includ alarme de
siguran ță, camere de supraveghere, de detectare a incendiilor și alarme de inundații. Astfel de alarme
se pot conecta la institu țiile de aplicare a legii și de r ăspuns in caz de urgență, dar, de asemenea,
operatorilor privați și vecinilor de încredere. Compania norvegiană Lyse, inițial o companie de ut ilitati
electrice, a dezvoltat i nteligent www.smartly.no , o soluție integra tă pentru controlul temperaturii și
iluminatului, alarme de casa și de supraveghere, de divertisment și de detectare a incendiilor. Alarmele
pentr u incendiu și case sunt conectate la operatorii care vor verifica ce se întâmplă în cazul unei
alarme. [8]
2.3.3 Moni torizarea și controlul energiei: contoare de energie inteligentă
Senzorii pot fi utilizati pentru a monitoriza temperatura și lumina. Detectarea mișcărilor poate
aprinde luminile și aerul condiționat pot fi optimizate pentru a nu risipi inutil energie. Co ntoarele
inteligente pot oferi informații utile pentru planificarea energiei, și pentru a preveni penele de curent
prin ajustarea prețului de energie electrică. Fregonara și Curto sugerează dezvoltarea unui instrument
care încorporează date de la agentiile imobiliare, tehnologia mediului, arhitectura și știința
materialelor, ceea ce ar face clădirile noi mult mai eficiente energetic decât în prezent. Alți cercetători
au dezvoltat cadre de monitorizare cuprinzătoare în vederea creșterii eficienței energetice . Cele mai
multe dintre datele necesare sunt disponibile prin diverse surse, dar nu este conectat ă încă într-un tot,
astfel încât acesta s ă ofere o imagine globală. [8]
2.3.4 Protecția mediului
Prin colectarea de date din mediu, clădirea în sine și orașul poate obține avertismente timpurii
asupra nivelurilor de poluare și alte probleme de mediu, și să inițieze acțiunile necesare. În acelasi timp
ar fi necesar sa fie construite noi infrastructuri și poate chiar extinse cele vechi (adică, în transportul
public), se pot face mai multe prin creșterea de informații și accesul la informații despre ce alegere poti

28
face. Acest lucru ar putea duce la cetățeni care pot fi mai conștienți de amprenta lor asupra mediului,
și, astfel cetatenii pot face alegeri mai bune. La Stoc kholm, un studiu pilot de «”smart urban
metabolism”» date din diferite surse pentru a analiza datele relevante și să intervină în cazul în care
este nevoie. Ca și mai sus, de asemenea, in urma acest ui studiu s-a constatat că o mare parte din date
sunt deja disponibile, dar nu au fost încă legate și utilizate în scopuri de mediu. [8]
2.3.5 Sănătate
Cetățenii în vârstă doresc să trăiască în casele lor, atâta timp cât se simt în siguranță. Senzorii
pot fi utilizati pentru monitorizarea sănătății de zi cu zi, în cazul în care datele sunt trimise la
personalul ui medical, dar, de asemenea, sa poata detecta urgențele medicale. Boulos și Al -Shorbaji
discut ă cum senzorii din cadrul IoT cupla ți la analiză de date pot contribui la o populație mai
sănătoasă, și un punct a l Organizației Mondiale a Sănătății (OMS), proiect dezvoltat pentru “orașe
sănătoase”, iar obiectivul Regatului Unit de a cheltui 45 de milioane lire pe IoT , dar si pe tehnologii
conexe. Un alt studiu discută despre modul în care tehnologia poate fi utili zată pentru a atenua
consecințele focarelor de gripă, prin răspândirea de informații pentru persoanele din zonele infectate.
[8]
2.4 Senzori și traductoare în automatiz ări din domeniul Electromecanic
Automatizarea este o ramură a tehnicii, al cărei scop este c a mașinile și instalațiile să lucreze
automat, deci independente de o continuă și/sau directă intervenție a forței de muncă umane.
Cu cît acest țel este realizat mai optimal, cu atît este mai ridicat gradul de automatizare. In
instalațiile automatizate op eratorul uman preia sarcini de supraveghere, de aprovizionare cu material,
de transport a produselor finite, de întreținere și alte activități similare. Noile realizări ale
electrotehnicii (microprocesoare) accelerează hotărîtor procesele de automatizare. Pe lîngă protejarea
forței de muncă umane de activități grele și monotone, automatizarea ridică calitatea produselor
precum și productivitatea proceselor cu o reducere corespunzătoare a costurilor pentru resursele umane
folosite.[9]
Senzorii și traductoarele sunt sisteme complexe destinate monitorizării stării mărimilor fizice
ale proceselor cu scopul de a furniza semnale electrice de tip analogic sau numeric necesare analizei
acestora în vederea corectării procesului. Semnalele anal ogice vor fi furnizate de senzorii care

29
monitorizează: nivele de iluminare, nivele de temperatură, zgomot, vibrații, presiuni, debite, turații etc.
Semnalele electrice sunt nivele de tensiune sau curenți ce au evoluții care evoluează analogic cu
mărimea fi zică a procesului controlat. În acest caz mărimile de referință sunt nivele de tensiune
programate prin divizoare rezistive sau prin generatoare PWM(Pulse -width modulation). Pentru
deplasări sau poziționări, senzorii sunt de tipul senzori de proximitate sa u encodere de deplasare.[9]
2.4.1 Componentele principale ale traductoarelor
Elementele sensibile ale traductoarelor [10]
Elementele sensibile (ES) constituie partea cea mai diversificata a traductoarelor. Acestea
permit detectarea mărimii de măsurat din întreg ansamblul de mărimi care acționează în mediul
înconjurător rejectând sau reducând la un minim acceptabil influenta celorlalte. Dat fiind numărul și
marea varietate a mărimilor care intervin în procesele automatizate și care trebuie măsurate cu ajutorul
traductoarelor, rezult ă implicit necesitatea unei multitudini de tipuri de elemente sensibile (ES),
corespunzător acestor aplicații.
Structura unui traductor [10]
Elementele sensibile se pot clasifica:
a)După principiul de conversie a mărimii fizice aplicate la intrare:
• elementele sensibile (ES) parametrice ;
• elementele sensibile (ES) generatoare .
Principiul conversiei este important pentru studiul general al traductoarelor si evidențierea
fenomene lor fizice care stau la baza funcționării acestora (modul de conversie al mărimii de măsurat
într-un anumit tip de mărime electrică).
b) După natur a mărimii fizice de măsurat:
 elemente sensibile (ES) pentru: deplasare, viteză, forță, debit, radiație etc .;
 Eleme nte sensibile de tip parametric;

30
 Elementele sensibile (ES) parametrice (sau modulatoare) se utilizează atunci când mărimea de
măsurat este pasiva, adică nu are asociata o putere suficienta, sau fenomenul fizic pe care se
bazează conversia nu permi te obținerea directa a unui semnal electric. Se numesc elemente
sensibile parametrice deoarece mărimea de intrare ( neelectrica ) determina variația
proprietăților de material care sunt de natura unui parametru electric de circuit (rezistenta
electrica, in ductivitate, capacitate sau combinații ale acestora).
Pentru a pune în evidenta aceste variații este nevoie de o sursa de energie auxiliara care generează
tensiune sau curent constant, a cărei valoare este modulata de variația parametrului respectiv,
obținându -se astfel un semnal electric ale cărei variații reproduc pe cele ale mărimii de măsurat.
Mărimile fizice de natura neelectrica din cele mai diverse domenii (mecanic ă, chimie,
termotehnic ă, radiații) pot fi convertite în mărimi de natura electrica da torită legilor fizice care exprim ă
dependen ța parametrilor (R, L, C) menționați la anumite materiale (conductoare, semiconductoare sau
dielectrice) în raport cu aceste mărimi.
Relații fundamentale care stau la baza funcționării elementelor sensibile par ametrice sunt:
a) Rezistenta electrica a unui conductor omogen:
𝑅=  𝑙
𝑆 unde: l – lungimea conductorului; S – secțiunea conductorului;
 – rezistivitatea materialului. b) Inductivitatea proprie a unui bobine (considerând circuitul magnetic
liniar):
𝐿=𝑁2
∑𝑙𝑘
𝜇𝑘𝑆𝑘𝑛
𝑘=1 unde: N – numărul de spire al bobinei; lk – lungimea
circuitului magnetic (k); µk si s k – permeabilitatea magnetica si
secțiunea mediilor ce formează circuitul magnetic al bobinei.
c) Capacitatea unui condensator plan cu armaturi paralele:
𝐶=𝜀∙𝑆
𝑑 unde - permitivitatea mediului; S – suprafața activa comuna a
armaturilor; d – distanta între armaturi.

31
Pentru fiecare din cele trei elemente sensibile parametrice (R, L, C) se vor prezenta tabelar atât
fenomenele fizice pe care se bazează conversia măsurandului, cât si aplicațiile recomandate. [10]
1) Elemente sensibile (ES) rezistive (R) (Tabel 2.8) [10]
Fenomenul fizic pe care se bazeaz ă conversia : Aplica ții (m ărimi m ăsurate)
-varia ția lunigimii conducotrului (sau a
numarului de spire în cazul rezistorului bobinat -deplasari liniare si unghiulare; grosime; nivel;
-variatia rezistivita ții () cu temperatur a
(termorezisten ță, termistorul ) -temperatu ră; umiditate; concentra ție de gaze ;
vitez ă gaze(debit); vacuum;
-variatia lui  sub influen ța campului magnetic
(effect Gauss) -câmpul magnetic; induc ție
-variatia lui  sub actiunea radia țiilor
(fotorezistente, fotoelemente) -intensitate luminoas ă; flux luminos; deplas ări
(prin modula ția fluxului de radia ții)
-varia ția lui , l, S prin intermediul unui element
elastic deformabil (piezorezisten ță) -forță; presiune;
Tabel 2.8 .a Elemente sensibile (ES) rezistive (R)
2) Elemente sensibile inductive (L) (Tabel 2. 8.b) [10]
Fenomenul fizic Aplica ții (m ărimi m ăsurate)
– varia ția I, µ, S pentru po rțiuni de circuit magnetic
prin plasarea unor ar mături fermoagnetice ( întrefier
variabil, miez mobil). -deplasari liniare; dimensiuni piese; grosime;
nivel.
-varia ția I, µ, S prin asociere cu elemente elastic e,
amortizare, mase -accelera ție; vitez ă; vibra ții.
-variatia lui µ prin magnetostrictiune -forta; presiune.
Tabel 2. 8.b Elemente sensibile inductive (L)

32
3) Elemente sensibile capacitive (C) (Tab 2.8 .c) [10]
Fenomenul fizic Aplica ții (marimi masurate)
-varia ția d sau S prin deplasare -deplas ări liniare sau unghiulare; presiune.
-idem asociind cu un element elastic -altitudine.
-varia ția permetivit ății  a dielectricului -nivel; grosime; umiditate (solide).
Tabel 2.8.c Elemente sens ibile capacitive (C)
Elementele sensibile (ES) parametrice sunt foarte răspândite datorita faptului ca pot fi utilizate
pentru conversia unei game foarte largi de mărimi cu domenii de variație diferita. Elemente sensibile
de tip generator Elementele sensibile de tip generator (sau energetice) sunt utilizate în cazul mărimilor
active, adică a acelor mărimi care asociază o putere ce poate fi utilizata pentru conversie fără a afecta
valoarea mărimii măsurate. Aceste elementele sensibile (ES) furnizează l a ieșire un curent, o tensiune
sau o sarcina electrica având va riații dependente de intrare . [10]
Pentru a influenta cât mai puțin mărimea de măsurat, puterea luata de la aceasta trebuie sa fie
cât mai mica. În practica se utilizează surse auxiliare de en ergie pentru asigurarea unor performante
ridicate si pentru a permite a buna adaptare de impedanța cu circuitele receptoare din SRA.
În tabelul Tabel 2.8.d sunt date principalele tipuri de elemente sensibile – generatoare,
fenomenele fizice pe care se bazează conversia si aplicațiile posibile. Elementele sensibile (ES) de tip
generator prezintă avantajul unei cuplări mai ușoare cu adaptorul, cât si structuri mai simple ale
adaptorului, întrucât nu mai necesita conversia unui parametru de circuit (R, L, C) într -un curent sau
tensiune – este vorba de elemente sensibile electromagnetice. [10]
Elementele sensibile electrochimice si piezoelectrice ( și chiar fotoel ectrice) impun cerințe
speciale, deoarece ele sunt considerate generatoare de tensiuni electromotoare cu impedanța interna
foarte mare, ceea ce atrage după sine condiții severe pentru impedanța etajului de intrare în adaptor cât
si modul de realizare a con exiunilor electrice (rezisten ța de izolație foarte bun ă, ecranare etc.).

33
Tabel 2.8.d [10]
Tipul elementului
sensibil Fenomenul fizic ce st ă la baza conversiei Aplica ții (m ărimi
măsurate)
a)Electomagnetic (de
induc ție) -generarea prin inductie a tensiuni i
electromotoare sub actiunea marimii de
masurat -viteza de rota ție
(tahogenerator);
-debit e de fluide;
-vibra ții.
b)Termoelectric -generarea tensiunii termo -electromotoare
prin efect termo -electric (Seebek) de
contact între dou ă metale -temperatur ă
c)Piezoelectric -polarizarea electric ă a unui cristal sub
acțiunea unei for țe/presiuni -forțe (dinamice);
-presiuni (dinamice)
d)Magnetostrictiv Generarea tensiunii electromotoare prin
variatia inductiei remanente sub actiunea
unei forte asupra materialelor magnetice -forte(dinamice);
– presiuni (dinamice)
e)Electrochimic Generarea tensiunii electromotoare între
doi electrozi afla ți la distan ță, în solu ții cu
concentra ții de ioni diferite -concentra ția ionilor
de hydrogen (pH).
f)Fotoelectric
(fotovoltaic) Generarea unui cur ent electric pe baza
fenomenului fotoelectric extern sub
acțiunea unei radiatii luminoase -deplas ări liniare și
unghiulare;
-dimensiuni piese;
-vitez ă de rota ție
Tabel 2. 8.d
In tabelul urmator Tabel 2. 8.e este prezentat ă o succint ă clasificare a ES dupa m ărimile fizice
detectate.

34

Mărimi fizice de
bază Marimi fizice derivate Elemente sensibile, tipice
DEPLASARE -deplasare liniara/ungiulara;
-lungime(latime); -gosime;
-strat de acoperire; -nivel;
-deformatie(presiune, forta, cuplu); –
altitudine; -rezistive;
-inductive;
-fotoelectrice;
-electrodinamice;
VITEZ Ă -liniara;
-unghiulara;
-debit; -electrodinamice
(tahogenerator); -fotoelectrice;
-termorezistive;
FOR ȚA -effort unitary; -greutat; -acceleratie; –
cuplu; -vascozitate;
-vacuum;
-presiune (relativa, absoluta); -rezistive; -inductive;
-capacitive; -piezoelectrice;
-piezorezistive;
-magnetostrictive;

TEMPERATUR Ă -temeperatura la suprafata (solide,
fluide);
-caldura – flux, energie;
-conductibilitate termica; -termorezistente; -termistore; –
termocupluri; -complex
(dilatare+deplasare);
MAS Ă -debit de masa; -densitate -idem ca la forta;
CONCENTRA ȚIE -componente in amestecuri de gaze;
-ioni de hydrogen in solutii;
-umiditate; -termorezistive;
-electrochimice;
-conductometrice
RADIA ȚIE -luminoasa;
– terica;
-nucleara -fotoelectric;
-detectoare in infrarosu;
-elemente sensibile bazate pe
ionizare;
Tabel 2.8.e clasificare a ES dupa m ărimile fizice detectat e.

35
Observații:
1) – Același tip de element sensibil poate fi utilizat pentru detectarea unor mărimi fizice foarte
diferite. Explicația consta în aceea ca urmărindu -se conversia într -o mărime electrica, este firesc ca
elementele sensibile pasive sa fie tot de tipul R, L, C, iar cele generatoare sa furnizeze o tensiune, un
curent sau o sarcina electrica. Al doilea argument consta în faptul ca variațiile parametrilor R, L, C sau
tensiunile si curenții generați depind, la rândul lor, de o multitudine de fac tori care, în cadrul unor
fenomene fizice convenabil explorate (uneori cu elemente de cuplare adecvate) pot fi influențate de
diverse mărimi. [10]
2) – Pentru aceeași mărime fizica convertita pot fi utilizate mai multe tipuri de elemente
sensibile. Aleger ea celor mai potrivite elemente sensibile de face în funcție de:
• gama de variație a mărimii măsurate;
• posibilitatea de cuplare la proces; s
• factorii de mediu;
• performantele impuse;
• factorii economici. [10]
2.4.2 ADAPTOARE (AD) [10]
Rolul adaptorului este acela de a converti semnalul generat de elementul sensibil într -un semnal
electric de ieșire (Y) de regula unificat. Semnalele de ieșire fiind unificate, rezulta ca etajele de ieșire
ale adaptoarelor sunt similare pentru același tip de semnal unificat.
Diferențieri constructive apăr pe partea de intrare în traductoare, care receptio nează mărimile
diversificate (ca natură fizică și domeniu de variație) furnizate de elementele sensibile. Adaptoare
pentru elemente sensibil e de tip param etric Ținând seamă că adaptoarele de acest tip transformă
variațiile parametrilor R, L, C în tensiune sau curent electric, rezultă că etajele de intrare în aceste
adaptoare utilizează punți de curent continuu sau alternativ, func ționând în regim dezechilib rat.

36
La ieșirea punților de măsurare se obține un semnal de dezechilibru care este amplificat si
convertit (de etajul final al adaptorului) în semnal unificat. Pentru a elimina influenta perturbațiilor se
utilizează (de regula) o bucla de reacție negative astfel încât aceasta sa includă cât mai multe din
blocurile componente ale adaptorului. Daca schema de măsurare sau elementul sensibil prezintă
neliniarități importante se prevăd în schema adaptorului blocuri de liniarizare (sub forma unor
generatoare de f uncții) plasate fie pe calea directa, fie pe calea de reacție a adaptorului. [10]
Structură unui adaptor pentru un element sensibil rezistiv este pre zentată în următoare Figură
2.9:

Figura 2. 9 Structura unui adaptor [10]
Elementele component [10] :
 SM – schema de măsurare tip punte Wheatstone în curent continuu (regim dezechilibrat);
 BC – bloc de comparație care calculează diferența între DU = Ud – Ur ;
 A – amplificator de tensiune continua;
 CTC – convertor tensiune – curent care asigura semnalul uni ficat de curent la ieșire (IC=
[2…10] mA sau [4…20] mA;
 BR – bloc de reacție negativă care furnizează tensiunea Ur, proporțională cu semnalul unificat
Ic. În unele cazuri blocului de reacție i se atașează si un circuit de liniarizare (BRL);
 BL – bloc de liniarizare introdus atunci când este necesar sa se compenseze neliniaritățile
generate de elementul sensibil sau puntea de măsurare.
Observație :
În cazul elementelor sensibile de tip inductiv sau capacitiv, schemele de măsură sunt punți de
curent alterna tiv în regim dezechilibrat, iar amplificatoarele de curent alternativ sunt de tip selectiv,

37
acordate pe frecvența de alimentare a schemelor de măsurare (a punților de curent alternativ).
Separarea galvanic ă este ușor de asigurat, utilizând transformatoare de cuplaj, dar reacția global ă (cu
cât mai multe elemente în bucl ă) și liniarizarea devin mai complicate.
Adaptoare pentru elemente sensibile de tip generator [10]
Acestea au în principiu aceeași structu ră ca în figura anterioară, (Figura 2.4.1 ), dar lipsește
schema de măsurare (SM). Semnalul dat de elementele sensibile se aplică direct la intrarea
amplificatorului. Dacă există reacție, comparația se realizează într -un singur montaj diferențial de
tensiune. Întrucât lipsește (SM) care printr -o proiectare adecvată va realiza și o adaptare de impedanță,
amplificatoarelor folosite în cadrul acestor adaptoare li se impun o serie de cerințe care sunt strâns
legate de caracteristicile semnalului generat de elementele sensibile. Cele mai frecvent întâln ite
semnale generate de ES sunt:
• tensiuni continue de nivel foarte redus;
• tensiuni alternative cu frecvență variabilă în limite largi;
• tensiuni continue sau alternative obținute de la surse cu impedanța proprie foarte mare.
Măsurarea tensiunii de nivel foarte redus (mV), cum este cazul termocuplurilor, este afectată de
deriva tensiunii de decalare datorită rezistentei sursei de semnal, care este relativ mică. Exemplu: dacă
termocuplul Pt. Rh -Pt are o sensibilitate de ordinul 10µV/șC, iar amplifica torul are o derivă de tensiune
de 15µV/șC, rezultă că la o variație a temperaturii de 10șC, deriva va fi de 150 µV ceea ce corespunde
unei erori de temperatură de 15șC, evident neacceptabilă. Pentru reducerea derivelor, deci a erorilor de
măsurare se utili zează amplificatoare integrate de măsurare, cu performanțe ridicate care pot asigura
derive de 0,25 µV/șC sau 0,1 µV/șC, la fel ca cele realizate de amplificatoarele cu modulare –
demodulare, dar mult mai ieftine si mai simple. [10]
În cazul traductoarelor e lectromagnetice (tahogeneratoare, traductoare de debit cu turbină etc.)
care utilizează semnale alternative cu frecvență variabilă în limite largi se folosesc amplificatoare de
bandă largă 1 Hz …106 Hz, care au cuplaje RC între etaje și au reacție negativă , pentru a asigura
liniaritatea și amplificări constante pe întreaga bandă. [10]

38
Atunci când sursa de semnal a elementelor sensibile are rezistența sau impedanța internă foarte
mare, este necesar ca în aceste situații măsurarea să se facă fără consum de pu tere de la sursa de
semnal (traductoare de pH, traductoare de debit electromagnetice, piezoelectrice).
În aceste cazuri amplificatoarele conținute în adaptoare, numite amplificatoare electrometrice,
trebuie să aibă impedanțe de intrare foarte mari. Acest lucru se poate realiza utilizând:
• amplificatoare cu modulator utilizând diode varicap;
• amplificatoare realizate cu tranzisto ri de tip MOS.
Celelalte blocuri funcționale sunt aceleași cu cele descrise la adaptoarele pentru ES
parametrice.
2.4.3 Traductoare numerice. Adaptoare pentru traductoare numerice [10]
În cazul reglării sau conducerii numerice a proceselor este necesar ca traductoarele să fie
prevăzute cu ieșiri numerice.
Traductoarele numerice au semnale de ieșire compatibile TTL – care reprezintă v aloarea
măsurată în cod binar sau binar codificat zecimal.
Obținerea semnalelor numerice la ieșirea traductorului este posibilă prin utilizarea unor
convertoare analog -numerice (C.A.N.) care să transforme semnalul analogic (unificat) obținut la
ieșirea un uia din adaptoarele prezentate anterior, într -un semnal num eric la ieșirea traductorului
(Figura 2.10).
Pentru conversia analog –numerica (C.A.N.) exist ă convertoare realizate cu componente
discrete sau cu circuite integrate. Ținând seama de principiile fun cționale, cele mai utilizate CAN sunt:
a) C.A.N. cu reacție:
• cu trepte egale de tensiune;
• cu aproximații successive ;
b) C.A.N. prin integrare. C.A.N. sunt mult mai complexe decât adaptoarele (dar mai scumpe),
deci utilizarea lor trebuie sa se justifice economic.

39
Utilizarea C.A.N. este justificabila daca se folosesc circuite electronice de multiplexare a
ieșirilor analogice, astfel încât un singur C.A.N. sa fie folosit pentru măsurarea (conversia) mai multor
semnale analogice. [10]

Figura 2.10 – Schema unui traductor cu semnal de iesire numeric [10]

40
3. Descrierea lucrarii/aplica ției
3.1 Hardware
Hardware -ul este partea fizică a unui sistem informatic , spre deosebire de software , care este
partea logică — cea care comandă hardware -ul prin intermediul unor programe (aplicații, sisteme de
operare și drivere ) — și de datele asupra cărora operează respectivul sistem de calcul.
Hardware -ul este ansamblul elementelor fizice și tehnice cu ajutorul cărora datele se pot culege,
verifica, prelucra, transmite, afișa și stoca, apoi suporturile de memorare (dispozitivele de stocare) a
datelor, precum și echipamentele de calculator auxiliare — practic, toate componentele de calculatoare
și rețele de calculatoare concrete, tang ibile.[11]
3.1.1 Componente hardware utilizate
3.1.1.1 Microcontreler ul LinKit Smart DUO 7688
Ce este LinkIt Smart 7688 Duo?
LinkIt Smart 7688 Duo este una dintre cele mai avansate și mai compacte placi de dezvoltare
hardware disponibile pe pia ță pentru prototipuri de tip IoT.
LinkIt Smart 7688 Duo este o placă de dezvoltare deschisă, compatibilă cu schițele Arduino
Yún, bazată pe distribuția OpenWrt Li nux, MT7688 și ATmega32u4. Placu ța este concepută special
pentru a permite prototiparea aplicațieiilor de tip IoT (Internet of Things ) pentru platforme autonome,
pentru birouri și/sau case inteligente. Deoarece este compa tibil cu Arduino, acest lucru permite
utilizarea funcțlor diferite de la Arduino Yún și LinkIt Smart 7688 Duo, care mă pot ajuta să construim
aplicații bogate bazate pe schițe variate, robuste și compilate Arduino Yún. Placa oferă memoria și
spațiul de stocare a pachetelor pentru a permite procesarea video robustă. Platforma oferă, de
asemenea, opțiuni pentru crearea apli cațiilor pe dispozitiv e în limbaj e de programare precum C,
Node.js și Python . [12]
LinkIt Smart Duo 7688 este un produs realizat în colaborare de către Seeed Studio și
MediaTek. Aceștia reunesc cunoștințele părtilor în domeniul hardware -ului deschis pentr u crearea și
dezvoltarea acestora, dar și a modelelor industriale de re ferință pentru dispozitivele IoT pentru a crea
această placă puternică de dezvoltare. [12]

41
Caracteristici [12] :
• CPU (µP) MIPS de 580 MHz ;
• Ieșiri unice / intrari unice (1T1R) Wi-Fi 802.11 b / g / n (2.4G) ;
• Pin -out pentru GPIO, I2C, SPI, SPIS, UART, PWM și port de Ethernet;
• 32MB memorie Flash și 128MB DDR2 memorie RAM ;
• port micro USB ;
• Slot pentru card de tip: Micro SD ;
• Ofera s uport pentru Arduino (ATmega32U4) ;

Figure 3.1 Placuta de dezvoltare LinkIt Smart DUO 7688 [12]

42
Date de catalog
Specificațiile plăcii de dezvoltare LinkI t Smart 7688 sunt prezentate în Tabelul 3.2.
Cateogrie Caracteristica Specificatie
MPU Chipset MT7688AN
Core MIPS24KEc
Vitez ă clock 580MHz
Tensiunea de lucru 3.3V
MCU Chipset ATmega32U4
Core Atmel AVR
Vitez ă clock 8MHz
Tensiunea de lucru 3.3V
Dimensiune PCB Dimensiuni 60.8 x 26 mm
Memorie Flash 32MB
RAM 128MB DDR2
Sursă de alimentare Alimentare USB 5V (USB micro -B)
VCC 3.3V (Pin Breakout)
GPIO Num ăr Pin 3 (MT7688AN)
24 (ATmega32U4)
Tensiune 3.3v
PWM Număr Pin 8 (ATmega32U4)
Tensiune 3.3v
Rezolu ția maximă 16 bits ( poate fi
modificat )

43
Maxim ul pentru rezolu ția
frecvenței 31.25kHz@8 -bit, Timer 0 (4
sets)
2MHz@2 -bit,122Hz@16 -bit,
Timer 1 & 3 (4 sets)
187.5kHz@8 -bit,
46.875kHz@10 -bit, Timer 4 (6
sets)
ADC Număr Pin 12 (ATmega32U4)
Voltage 3.3v
Întreruperi externe Pin Count 8 (ATmega32U4)
SPI/SPIS Set count 1 (ATmega32U4)
Număr Pin S0, S1, S2, S3
Vitez ă maxim ă 4 MHz
I2C Num ărul de Set 1
Num ăr Pin D2, D3
Vitez ă 400K
UART Lite Set count 1 (ATmega32U4)
1 (MT7688AN)
Num ăr Pin P8, P9 (MT7688AN)
D0, D1 (ATmega32U4)
Viteza maxima 0.5 Mbps (MT7688AN)
0.5 Mbps
(ATmega32U4)
Conexiune USB Num ăr de Set 1 (MT7688AN)

44
Num ăr Pin P6, P7
Tip de conector Micro -AB
Comunicare Wi-Fi 1T1R 802.11 b/g/n
(2.4G)
Ethernet 1-port 10/100 FE PHY
Num ăr Pin P2, P3, P4, P5
Spațiu stocare Card microSD Micro SD
SDXC
Tabel 3.2 Specifica ții LinKit Smart Duo 7688 [12]
Diagram a bloc a placutei LinKit Smart Duo 7688
Această diagramă ne poate ajuta să identificam și să cartografiem pinii de pe placa de
dezvoltare LinkIt Smart 7688 Duo către dispozitivele periferice pe care dorim să le atașam prin
interfețe cum ar fi GPIO, PWM, I2C, SPI, UART și multe altele. Pinii disponibili pentru LinkIt Smart
7688 Duo sunt ilustrați în Figura 3.3. Această diagramă pin -out poate fi descărcată de pe site -ul Web
MediaTek Labs. [12]

45

Figura 3.3 Diagrama bloc a placutei LinKit Smart Duo 7688

46
3.1.1.2 Sensorul de temperatura „DS18B20”
Descriere [13]
Termometrul digital DS18B20 oferă citiri de temperatură de la 9 la 12 biți (configurabili) care
indică temperatura dispozitivulu i. Informațiile sunt trimise la /de la DS18B20 printr -o interfață cu 1-
Wire (un Fir), astfel încât numai un fir (și masa) trebuie conectat de la un microprocesor central la un
dispozitiv DS18B20. Puterea pentru citire, scriere și efectuare a conversiilor de temperatură poate fi
derivată din linia de date în sine, fără a fi nevoie de o sursă externă de alimentare. Deoarece fiecare
DS18B20 conține un număr de serie unic de siliciu, mai multe DS18B20 pot exista pe aceeași
magistrală de tip 1 -Wire. Acest lucru permite plasarea senzorilor de temperatură în multe locuri
diferite. Aplica țiile în care această caracteristică este utilă includ controlul mediului HVAC (Heating,
ventilation and air conditioning = Încălzire, ventilație și aer condiționat), detectarea temperaturilor în
clădiri, echipamente sau mașini, precum și monitorizarea și controlul proceselor. [13]
Caracteristici [13]:
 Interfața unică 1 -Wire necesită doar un singur port pentru comunicație ;
 Capacitatea Multidrop simplifică aplicațiile de detectare a temperaturii distribuite ;
 Nu necesită componente externe ;
 Poate f i alimentat de la linia de date;
 Intervalul de alimentare este de la 3.0V până la 5.5V ;
 Putere de așteptare zero necesară ;
 Măsurarea temperaturi lor de la -55 ° C la + 125 ° C;
 Echivalentul de fahrenheit este -67 ° F până la + 257 ° F ;
 ± 0,5 ° C precizie de la -10 ° C la + 85 ° C ;
 Rezoluția termometrului este programabilă de la 9 la 12 biți ;
 Convertește temperatura pe 12 biți la cuvântul digital în 750 ms (max. ) ;
 Setări de alarmă de temperatură definite de utilizator ;
 Setările de alarmă de alarmă pot fi identifica te și adresate dispozitivelor a căror
temperatură se află în afara limitelor programate (starea de alarmă de temperatură) ;
 Aplicațiile senzorului includ controale termostatice, sisteme industriale, produse de
consum, termometre sau orice sistem sensibil l a temperatură ;

47
Asignarea Pinilor

Figura 3.4 Asignarea Pinilor la un senzor DS18B20 [13]
Descrierea Pinilor [13]:
 GND – Ground (mas ă);
 DQ – Data In/Out (intrare/ie șire date);
 VDD – Power Supply Voltage (sursa de alimentare) ;
Prezentare generala [13]
Diagrama bloc din Figura 3.4 prezintă componentele principale ale DS18B20. Aceasta are patru
componente principale de date: 1) ROM cu lasere pe 64 biți, 2) senzor de temperatură, 3) alarmă de
temperatură nonvola tilă declanșează TH și TL și 4) un registru de configurare. Dispozitivul își obține
puterea de la linia de comunicație 1 -Wire stocând energia pe un condensator într-o perioada de timp în
care linia de semnal este ridicată și continuă să opereze de pe această sursă de alimentare în timpul
perioadelor reduse ale liniei 1 -Wire până când se întoarce High pentru a umple alimentarea cu paraziți
(condensatori). Ca alternativă, DS18B20 poate fi de asemenea alimentat de la o sursă externă de 3 volți
– 5,5 volți.

48
Comunicarea cu DS18B20 se face printr -un port 1 -wire. Cu portul 1 -Wire, funcțiile de memorie și
control nu vor fi disponibile înainte de stabilirea protocolului funcției ROM. Master -ul trebuie să
furnizeze mai întâi una din cele cinci comenzi ale funcțiilor ROM: 1) citiți ROM -ul, 2) potriviți ROM –
ul, 3) căutați ROM -ul, 4) săriți ROM -ul; Aceste comenzi funcționează pe porțiunea de 64biti a
memoriei ROM a fiecărui dispozitiv și pot identifica un anumit dispozitiv dacă sunt prezente multe pe
linia 1 -Wire, precum și indică master -ul de magistrală câte și ce tipuri de dispozitive sunt prezente.
După ce o secvență de funcții ROM a fost executată cu succes, funcțiile de memorie și de control sunt
accesibile, iar master -ul poate furniza oricare dintre cele șase comenzi ale funcției de memorie și
comandă.
Un control al funcției de comandă instruiește DS18B20 să efectueze o măsurare a temperaturii.
Rezultatul acestei măsurători va fi plasat în memoria de scratchpad DS18B20 și poate fi citit prin
emiterea unei comenzi al funcției de memorie care citește conținutul memoriei scratchpad. Alarma de
temperatură declanșează TH și TL constând dintr -un EEPROM de 1 byte fiecare. Dacă comanda de
căutare a alarmei nu este aplicată la DS18B20, aceste registre pot fi utilizate ca memorie de utilizator
generală. Scratchpad -ul conține, de asemenea, un octet de configurare pentru a seta rezoluția dorită a
temperaturii la conversia digitală. Scrierea TH, TL și octetul de configurare se face folosind o comandă
de memorie. Accesul la citirea acestor registre se face prin scratchpad. Toate datele sunt citite și scrise
cu ajutorul celui puțin puțin semnificativ bit.

Figura 3.4 Diagrama bloc senzor temperatu ră DS18B20 [13]

49
Masurarea temperaturii [13]
Funcționalitatea principală a senzorului DS18B20 este măsurarea temperaturi digital -direct.
Rezoluția acestuia este configurabilă (9, 10, 11 sau 12 biți), cu citiri pe 12 biți starea implicită din
fabrică. Aceasta corespunde unei rezoluții de temperatură de 0,5 ° C, 0,25 ° C, 0,125 ° C sau 0,0625 °
C. După emiterea comenzii Convert T [44h], se efectuează o convers ie de temperatură, iar datele
termice sunt stocate în memoria scratchpad într -un format complementar pe 16 biți extins. Informațiile
despre temperatură pot fi preluate pe interfața 1 -Wire prin emiterea unei comenzi de citire a Scratchpad
[BEh] odată ce con versia a fost efectuată. Datele sunt transferate pe magistrala 1 -Wire, mai întâi pe
LSB. MSB a registrului de temperatură conține bitul "semn" (S), care indică dacă temperatura este
pozitivă sau negativă. Tabelul 3.5 descrie relația exactă dintre datele de ieșire și temperatura măsurată.
Tabelul presupune rezoluția pe 12 biți. Dacă DS18B20 este configurat pentru o rezoluție mai mică,
biții nesemnificativi vor conține zerouri. Pentru utilizarea în Fahrenheit trebuie folosit un tabel de
căutare sau o rutină d e conversie. [13]

Tabel 3.5 Relații de temperatură – date [13]

50
3.1.1.3 Senzorul de praf SM-PW-01C
Descriere mod de functionare [14]
Acest sensor de praf măsoară nivelul de pulberi de materie (PM10) în aer prin numărarea
timpului Low Pulse Occupancy (timpul LPO) într-o unitate de timp dat ă. Timpul LPO este o funcție a
concentrației puberilor de materie (pulberi în suspensie). Acest tip de sensori pot oferi date suficient de
corecte pentru sistemul de purificare a aerului deoarece poate identifică chiar și particule ce au mai
puțin de 1µ[m] .
Acești sensori folosesc metodă numărări în testarea concentrației de praf ci nu metodă
greutății, iar unitatea de măsură pentru această este pcs/L sau pcs/0.01cf. [14]
Propriet ăți definitorii:
-răspunde rapid ;
-siguran ță mare în funcționare .
Măsurile de precauție în utilizarea acestor tip de senzori sunt primordiale în implementarea
oricăror idei, astfel aceștia au nevoie de 3 minute pentru a se “incalzi” înainte de prima utilizare, în caz
de o acționare accidentală poate cauza deteriorări nea șteptate (sensibil), dar și pinii VR1 și VR2 vin
prezetati pentru conectarea cu microporcesorul (a nu se schimbă configurația de bază). [14]
Printre cele mai dăunătoare particule ce le întâlnim în aer eumeram conform AQI (Air Quality
Index=Indexul pentr u Calitatea Aerului) următoarele:
-PM 10 (particle metter=puberi de suspensie) ;
-dioxid de sulf (SO2) ;
-monoxid de carbon (CO) ;
-dioxid de carbon (NO2) ;
-ozone (O 3);

51
Cum funcționează un senzor de praf prin metodă optică? [14]
Un sensor de praf care de tectează concentrația de praf din aer folosește metodă optică de
detecție funcționează în pereche un spectru de lumina inflarosie LED și un foto -sensor ce sunt
aliniați în dispozitiv. Foto -sensorul detectează reflexia spectrului IR -LED prin particulele de praf
din aer. Acest tip de sensor inteligent pentru praf poate detectă chiar și particule de fum de țigară,
dar distinge și particulele mici că praful dintr -o casă printr -un model de puls al semnalului de ieșire
(output) (SMART DUST Sensor SM -PW-01C).
SMART DUST Sensor SM -PW-01C [14]:
-sensibilitatea acestui sensor de praf este specificată de cantitatea de Low Pulse Occupancy
(LPO) modificându -se când concentrația de praf se modifică teoretic între 340 -820µg/m3. Înainte de
funcționa optim acest tip are însă nevoie de o “preincalzire” 12 0 secunde pentru stabilizarea camerei de
testare.
-Low pulse occupancy (LPO=%)= [sumă lățimilor pulsului de low(mSec)/30000mSec]*100.
Low pulse output este măsurat prin semnalul de ieșire la pinul P1, conector la pinul cu numărul 4 în
sensorul de praf. C alculculul mediei de mișcare într -un timp prestabilit pentru măsurarea timpului este
folosit folosit că și metodă pentru a determină nivelul de contaminare a aerului.
Aplicații [14]
Aplicații ale senzorilor de praf ce pot fi puse în practică:
-Monitor izarea calității mediului/emisiilor de praf
-purificator de aer, aer condiționat, filtru de aer pentru curățare, ventilator
-alarme de incendiu pe bază de fum cu diferite ajustări ale senzorului conform opțiunilor clientului
-detectarea prafului din a er, monitorizarea calității aerului din spații interioare ale clădirilor
Variantă aplicației alese este monitorizarea calității mediului prin intermediul unei platforme
mobile de senzori inteligenți care vor trimite datele către un server (captare și v izualizare) cu ajutorul
unui modul GSM pentru trimiterea datelor. [14]

52
Schema electrica interna

Figura 3.6 Schema electrica interna SMART DUST Sensor SM -PW-01C [14]
Sensorul de praf SM-PWM -01C masoara cali tativ, valoarea fiind una de referinta. [14]
Comparația a două modele de sensori de praf pentru a vedea prin ce caracteristici diferă
Caracteristici Model Sensor
Smart Sensor SM -PWM -01A Smart Sensor SM -PWM -01C
Model
constructiv

53
Caracteristica
de iesire

Unda tensiune
de alimentare <100mV <200mV, mai putine disturbatii cand
fuctioneaza cu alte componente alimentate de
aceasi sursa
Dimensiuni 59 x 46 x 18 mm 23g 59 x 46 x 18 mm 20g
Sursă de
alimentare 5±5% Vcc,
Tensiune de ondulati <100mV 5±5% Vcc,
Tensiune de ondulati <30mV
Consum de
current <100mA ±5% Icc <90mA ±10% Icc
Temperatura
de operare -10 ÷ 60°C -10 ÷ 60°C
Temperatura
de stocare -30 ÷ 80°C -10 ÷ 60°C
Semnal de
iesire Hi: >4.5V; Lo: <0.7V ;
Puls logic negative la iesire;
Impedatanta de intrare 200kΩ
Timp de
incalzire 90s pentru a stabiliza rezistenta
de incalzire si flo w-ul de aer in
sensor Are nevoie de 120s pentru stabilizare a
senzorului de praf in camera de testare
Temperatura/
umiditate
recomandata -10 ̴ 45°C;
<85%RH(va detecta altfel apa
ca si particule de ceata sau
fum) -10 ̴ 45°C;
<85%RH(va detecta altfel apa ca si particule de
ceata sau fum)

54
Configurare
pini 1-GND:conexiune cu masă
sisteului;
2-P2:pulsul semnalului de
ieșire a particulelor mari;
3-Vcc:tensiunea de intrare;
4-P1:pulsu l semnalului de
ieșire a particulelor mici;
5-NC: neconectat;
(P1,P2 nu au nevoie de
rezistentă de pull -up deoarece
are o rezistentă internă de
10kΩ)
1-GND:conexiune cu masă sisteului;
2-P2:pulsul semnalului de ieșire a particulelor
mari;
3-Vcc:tensiunea de intrare;
4-P1:pulsul semnalului de ieșire a particulelor
mici;
5-NC: neconectat;
(P1,P2 nu au nevoie de rezistentă de pull -up
deoarece are o rezistentă internă de 10kΩ)

Sensibilitatea 1.1÷1.7 %/100000(count/ft3) 0.3 ÷1 mSec/µg
Low pulse
occupancy LPO: 0 ÷ 11.5 % LPO: 0 ÷ 25 %
Raza de
detectie 50000 ÷ 800000 (count/ft3) 0.01-3000 µg/m3
Tabel 3.7 Comparatie Smart Sensor SM -PWM -01A vs SM -PWM -01C [14]
Studiu de caz: diferență dintre fumul de țigări și praful dintr -o casă[15]
După cum se vede în figură de mai jos, fumul de țigară prezintă pulsuri apropiate și suprapuse
într-o formă continuă, pe când praful din casă prezintă pulsuri ne suprapuse și lățimea de bandă ca fiind
largă. [15]
Mai departe prin citirea tranzițiilor de pu ls într -un timp exact folosind sistemul MICOM , pe
acesta se poate distinge tipul de praf (fum/praf), particulele mari și particulele mici.

55

Figura 3.8 Paricule mici si mari [15]
Pentru o înțelegere mai amplă[15]
Motivația principală a acestui studiu a fost de a înțelege mai bine cum este procesat semnalul
intern al unui sensor de praf. S -a supus dezasamblari senzorul SM -PWM -01C pornind de la întrebări
precum: “ ce este un smart sensor?”, “ce măsoară acesta de fap t?”. Aceste întrebări sunt întrebările de
la care s -a pornit acest studiu așa că nu este cuvântul oficial al companiei care îl produce și nu vor fi
făcute garanții că aceste observații sunt cele corecte.
Senzorul SM -PWM -01C antrenează particulele într -un nor termic provocat de către un resistor
de 100Ω, condus de 5V*50mA=0.25W. Convecția particulelor în sus printr -un fascicul produs de un
led infraroșu LED1. Lumina împrăștiată de particule la un unghi de 45ș este la rândul ei culeasă de
către foto -dioda PIC1. Este indusă calea de lumina pentru evitarea luminii parazite printr -o lentilă în
fața foto-diodei ce concentrează într -o zonă de detecție fluxul de aer, fiind foarte aproape de portalul
luminii LED. [15]

56
Capacul poate fi dezlipit de pe placă circuit ului și îndepărtat, un capac de metal îi va permite
capacului de plastic să fie îndepărtat dezvăluind componentele din interior. [15]

Figura 3.9 Interiorul unui senzor SM-PWM -01C[15]
În această poză putem vedea că un LED roșu este poziționat în aceași poziție cu lentilă și un fum
artificial este pulverizat în aria de detecție
pentru a ajută la vizualizarea punctului
focalizator din lentil. Conul de lumină poate
fi văzut în mod clar că această se reduce la
un punct focal direct în față deschiderii în
spatele căruia se află LED -ul cu infraroșu.
Altfel, lumina de la LED -ul infraroșu,
imprăstiata de particulele din aceeași zonă,
se concentrează în sens invers pe fotodiodă.
[15]
Figura 3.10 „How it works ” [15]

57

Figura 3.11 Schema electrică internă detaliată [15]
3.1.1.4 Senzor noxe SainSmart MQ135

Figura 3.12 Senzor noxe SainSmart MQ135 [17]
Descriere principiu de funcționare
Materialul sensibil al senzorului de gaz MQ135 este SnO 2, care are o conductivitate scăzută în
aerul curat. Când gazul -combustibil țintă exist ă, conductivitatea senzorului este mai mare, împreună

58
cu crește rea concentrației de gaz. Pentru utilizarea unui electrocircuit simplu, c onvertiți schimbarea
conductivități i pentru a corespunde semnalului de ieșire al concentrației de gaz. [16]
Senzorul de gaz MQ135 are o sensibilitate ridicată la aburul de amoniac, sulf și benzen,
sensibil la fum și alte gaze nocive, este ieftin și potrivit pentru aplicații diferite. [16]
Caracteristici [16]
 Sensibilitate bună la gaze nocive într -o gamă largă ;
 Sensibilitate ridicată la amoniac, sulf și benzine ;
 Durată lungă de viață și cost redus ;
 Circuit simplu de antrenare ;
Aplicatii [16]
 Detectorul de poluare a aerului
 Detector de poluar e a aerului industrial
 Detector portabil de poluare a aerului
Test de baza [16]

Figura 3.1 3 Schema de test al unui senzor MQ135
Circuitul de mai sus este cel de testare de bază al senzorului. Senzorul trebuie să fie alimentat din
două părți, tensiunea incălzitorului (VH) și tensiunea de testare (VC). VH a folosit pentru a furniza
temperatură de lucru certificată la senzor, în timp ce VC a folosit pentru a detectă tensiunea (VRL)

59
asupra rezistenței de sarcină (RL), care este în serie cu senzorul. Senzorul are o polaritate a luminii, Vc
are nevoie de curent continuu. VC și VH ar putea folosi același circuit de putere cu condiția neces ară
pentru a asigură performanță senzorului. Pentru că senzorul să aiva o performantă mai bună, este
necesară o valoare RL adecvată: Puterea corpului de sensibilitate (Ps): Ps = Vc2 × Rs / (Rs + R L)2
Caracteristica de sensibiliate a senzorului MQ135 [16]

Figura 3.14 Caracteristica de sensibiliate [16]
Figura 3.1 4 Prezintă caracteristicile tipice de sensibilitate ale raportului MQ135, ordinul de
rezistență al senzorului (Rs / Ro), abscisa fiind concentrația de gaze. Rs înseamnă rezistență în diferite
gaze, Ro înseamnă rezistența senzorului în 100ppm ammoniac(NH4). Toate încercările sunt în condiții
de testare standard. [16]

60
Influența temperaturii / umidității [16]

Figura 3.1 5 Caracteristica influentei temperatura/umiditate [16]
Figura 3.1 5 Prezintă caracteristicile tipice ale temperaturii și umidității. Ordonata reprezinta
raportul de rezistență al senzorului (Rs / Ro), Rs înseamnă rezistența senzorului în 100ppm amoniac
sub diferite temperature si umiditate. Ro înseamnă rezistența senzorului în mediu de 100 ppm amoniac,
20°C / 65% RH (umiditate). [16]
Interfațar e
No Pin Simbol Descriere
1 DOUT Iesire Digitala
2 AOUT Iesire Analogica
3 GND Ground (masa)
4 Vcc Sursa energie (2.5 -5.0V)
Tabel 3.16 Interfatare legături [18]

61
3.1.1.5 Senzorul barometric BMP085
Descriere generală

Figura 3.17 Senzorul barometric BMP085
BMP085 este un senzor de presiune barometric de înaltă precizie, cu putere redusă, pentru
utilizare în aplicații mobile avansate. [19]
Cu o precizie absolută de 2,5hPa și un nivel de bruiatii a semnalului de pană la 0,03hPa
(echivalentă cu o schimb are de altitudine de doar 0,25m), BMP085 oferă performanțe superioare. În
același timp, BMP085 oferă un consum de energie extrem de scăzut de pană la 3µA. Acest pachet
foarte mic, ultra -subțire, face din senzorul BMP085 o alegere pentru orice aplicație mob ilă care
necesită măsurători precise ale presiunii barometrice, cum ar fi, de exemplu, telefonul mobil,
dispozitivele personale de navigație GPS dar și echipamente avansate în aer liber. [19]
Senzorul BPM085 este proiectat să fie conectat direct la un mi crocontroler al unui dispozitiv
mobil prin intermediul magistralei I2C. Datele privind presiunea și temperatură trebuie să fie
compensate de datele de calibrare ale EEPROM -ului BMP085. [19]

62
Funcția generală a senzorului BMP085 și schema aplicației acesteia
Modulul BMP085 constă într -un senzor piezo -rezistiv, un convertor analog -digital și o unitate
de control cu EEPROM și o interfată serială I2C(bus de date). BPM085 oferă valoarea necompensată a
presiunii și temperaturii. EEPROM -ul stochează 176 bi ți de date individuale de calibrare. Acesta este
folosit pentru a compensa deplasarea, dependența de temperatură și ceilalți parametri ai senzorului.[20]
• UP = date de presiune (16 la 19 biți) ;
• UȚ = date de temperatură (16 biți) .

Figura 3. 18 Schema electrica a senzorului BMP085 intr -o aplicatie [20]

63
Măsurarea presiunii și a temperaturii
Microcontrolerul trimite o secventă de pornire
pentru a începe o măsurare a presiunii sau a temperaturii.
După conversia timpului, valoarea rezultată (UP sau UȚ)
poate fi citită prin interfață I2C. Pentru calculul presiunii
în hPa trebuie utilizate datele de calibrare. Aceste
constante pot fi citite din BMP085 EEPROM prin interfață
I2C la inițializarea software -ului.[20]
Rată de eșantionare poate fi măr ită pană la 128 de
probe pe secundă (modul standard) pentru măsurarea
dinamică. În acest caz, este suficientă măsurarea
temperaturii o dată pe secundă și utilizarea acestei valori
pentru toate măsurătorile de presiune în aceeași
perioadă.[20]
Figură 3.19 P ăși parcurși în măsurarea presiunii
Moduri de funcționare [20]
Mod de
funcționare Parametru
varsampling_set
ting() Timp maxim de
conversie a
presiunii [ms] Curentul
mediu
[µA] Parazi ți
RMS [hPa]
@presiune Parazi ți RMS
[m]
@altitudine
ultra-low 0 4.5 3 0.06 0.5
Standard 1 7.5 5 0.05 0.4
High
resolution 2 13.5 7 0.04 0.3
Rezolutie
ultra- high 3 25.5 12 0.03 0.25
Tabel 3.20 Moduri de funcționare

64
Caracteristici tehncie BMP085[20]
Caracteristică tehnică BMP085
Intervalul de detectare a presiun ii 300-1100 hPa
Semnal parazit în expresia presiunii 0.06 hPa ( funcționare în ultra-low)
0.03 hPa ( funcționare în rezolutie ultra -high)
Semnal parazit în expresia altitudinii 0.5m ( funcționare în ultra-low)
0.25m ( funcționare în rezolutie ultra -high)
Acuratetea absoluta p=700 -1100hPa
(T=0.. +65C, VDDA=3.3V) Presiune: ±2.5hPa, max.
Temperatura: : ±2șC, max.
Consum mediu cur ent
(1Hz rata de refresh a datelor) 3µA ( funcționare în ultra-low)
12µA ( funcționare în rezolu ție ultra -high)
Curent de vârf 600µA
Curent de stand -by 0.1µA
Tensiune alimentare VDDD 1.62… 3.6V
Tesiune alimentare VDDA 1.8 … 3.6V
Intervalul temperaturii de funcționare cu
acuratețe -40 … +85 șC
-0 … +65 șC
Timp conversie al presiunii 7.5msec, max
Rata de transfer a busului I2C 3.4 MHz, max
Tabel 3.21 Caracteristic tehnice [20]

65
Descriere Pini pentru conexiune [19]
Pin Nume Functie
1 GND Ground (masa)
2 EOC Finalizarea conversiei de iesire
3 VDDA Sursa de alimentare analogica
4 VDDD Sursa de alimentare digitala
5 NC Neconectat
6 SCL Clock -ul bus -ului serial I2C
7 SDA Bus-ul serial de date I2C
8 XCLR Comanda de intrare
Tabel 3.22 Descriere Pini
3.1.1.6 LoNet 808 – Mini GSM/GPRS + GPS Breakout

Figura 3.23 LoNet 808 – Mini GSM/GPRS [20]
Descriere [20]
Această placă este bazată pe cel mai recent modul SIMCOM SIM808 GSM / GPS, ce oferă
date mobile GSM (sistem global pentru comunicatii mobile ) și GPRS (transfer pachete de date )
împreună cu tehnologia GPS (sistemul global de pozitionare) pentru navigație prin satelit.

66
Placă dispune de consum redus de energie în modul de repaus, oferind timp de așteptare
incredibil de lung pentru aplicația la care este folosit. În plus, există un circuit de incărcare a bateriei la
bord care poate fi utilizat cu bateriile Lipo.
Receptor ul GPS este incredibil de sensibil cu 22 de canale de urmărire și 66 de canale pentru
achiziții și suportă, de asemenea, GPS -ul asistat (A -GPS) pentru localizarea în interiorul unei clădiri.
Placă este controlată de comandă AT prin UART și suportă nivelu ri logice 3.3V și 5V. Acesta
este dotat cu o antenă mini GPS și GSM, totuși o baterie este optională. Placă utilizează rețele GSM
2G (nu 3G sau LTE).
Caracteristici [20]
• Quad -bând 850/900/1800/1900 Mhz ;
• Conectivitate mulți -slot GPRS clasa12: max . 85.6kbps (down -load / up -load) ;
• stație mobilă GPRS clasă B ;
• Controlat de comandă AT (3GPP TS 27.007, 27.005 și SIMCOM) ;
• Suportă controlul de incărcare pentru bateria Li -Ion ;
• Suportă ceasul în timp real ;
• Tensiunea de alimentare 3.4V ~ 4.4V , dar uportă nivel logic de la 3.0V la 5.0V ;
• GPS integrat / CNSS și suportă A -GPS ;
• Consum redus de energie, 1mA în modul de repaus ;
• Suportă protocolul NMEA GPS ;
• Dimensiune compactă de 27 mm x 46 mm x 7 mm ;
• Cartelă SIM standard ;

67
Specificatii GPS [20]
• Canale receptor: 22 de urmărire / 66 achiziție ;
• Cod grosier / achiziție: GPS L1 ;
• Sensibilitate de urmărire: -165dBm ;
• Timp de pornire la rece /pornire/cald : 30s /1s/28s (tip.) ;
• Precizia poziției orizontale: <2,5m CEP ;
• Consum de putere -Achiziție: 42mA ;
• Consum de putere -Urmărire continuă: 24mA ;
• Rată de actualizare: 5Hz ;
Interfațare [21]

Figura 3.24 LoNet 808 placă suport [21]
① Buton de alimentare: acesta este comutatorul de putere pentru modul. Când modulul este pornit,
puteți porni sau opri modulul prin apăsarea butonului timp de 2 secunde.
② Acumulator Li -ion: acesta este sursa de alimentare pentru modul, tensiunea de intrare este de la
3.4V la 4.4V. Utilizează conectorul JST -2.0mm, care face convenabil să se conecteze la o baterie Li –
Po de 3.7V.

68
③ MicroUSB: interfața de încărcare pentru bateria Li -Ion, cu o tensiune de intrare cuprinsă între 5V și
7V.
④ Antenă GSM: acesta est e un conector pe ntru antenă uFL GSM, conectat doar la o antenă GSM
pentru primirea semnalului GSM.
⑤ Antena GPS: acesta este un conec tor pentru antenă GPS uFL. Pot conecta fie antena GPS pasivă,
fie cea activă. Antena GPS activă rulează la tensiunea de 2.8 V.
⑥ Indicatorul Net: LED -ul roșu, acesta va indica starea legată de conectarea modulului la rețea.
⑦ Indicator de stare: LED verde, va indica dacă modulul este pornit, se aprinde când modulul este
pornit.
⑧ Pini pentru conexiune: descrisi in Tabelul 3.24
⑨ SIM – Suport de card: suport pentru cartela SIM pentru cartela SIM standard Pin Pin de alimentare:
utilizat pentru lipirea și testarea energiei.
Nume I/O Descriere Nota
BAT I/0 Alimentare input / output 3.4V – 4.4V DC
GND I/0 Alimentare ground / ground logic

VIO I Nivel logic de referinta 2.8V – 5.0V DC
DTR I Controlul pinului de stand -by Setat high pentru stand -by
PWR O Întrerupător Activ low in 2s
RI O Pin eveniment/mesaj

TXD O Trimitere date UART output from
SIM808
RXD I Primire date UART Input to SIM808
RST I Pin de resetare Activ low
Tabelul 3.24 Exemplificare interfață a Pinilor [21]

69

Figura 3.25 Circuit de referință în conexiune cu un Microcontroler [21]
3.1.1.7 Interconectivitate componente
Pentru interconectarea plăcilor suport PCB (printed circutit board) am ales să folosesc 2 cabluri
PTP care au câte 8 fire per cablu. Astfel am reușit să acopăr necesarul de fire ce trebuiesc pentru
alientarea senzorilor dar și comunicarea acestora cu microcontrolerul care preluc rează informația, care
mai departe o transmite modulului GSM LoNet808 trimițând datele pe servarul web.

Figura 3.26 Cablu FTP cu 8 fire și mufă
3.1.2 Suport ul PCB (printed circuit board)
3.1.2.1 Printarea PCB -urilor
O placă de circuit imprimat (PCB) sprijină mecanic, și electric conectează componente
electronice, folosind trasee conductoare, paduri și alte tipuri de conectări create pe suprafața unei foi de
cupru laminate pe un substrat non -conductoare electric. PCB -urile pot fi cu o singură parte (u n strat de
cupru), față -verso (două straturi de cupru), sau multi -strat. Conductoarele de pe straturi diferite sunt

70
conectate prin găuri placate numite VIA -uri. PCB -urile avansate, pot conține componente –
condensatori, rezistențe sau dispozitive active – integrate în substrat. [24]

Figura 3.27 PCB cu un strat, două straturi și multistrat [24]
Dezvoltarea asamblării PCB -urilor, își are rădăcinile la începutul secolului 20, cu un număr mare
de experimente ale diverșilor inventatori, inclusiv Albert Hanson, Thomas Edison, Arthur Berry, Max
Schoop și Charles Durcase. Totul a luat amploare prin 1936, când inginerul Paul Eisler a preluat
asamblarea PCB -urilor și a inventat circuitul imprimat, ca parte a unui set de radio, fapt care a acționat
ca un impu ls pentru concept. Tehnologia a fost folosită pe scară largă în timpul celui de -al doilea
război mondial pentru a face siguranțe de proximitate și după ce a început războiul, în scop comercial,
dar nu au devenit un lucru obișnuit în electronice de consum , până la mijlocul anilor '50. [24]
Inițial, toate componentele electronice au fost conectate cu fire iar în timpul asamblării PCB -ului
au fost create orificii în plăcile cu circuite, pentru fiecare fir de pe fiecare componentă. În 1949, a fost
dezvoltat un proces prin care au fost introduse componente într -un model de interconectare creat din
folie de cupru și apoi lipite. Mai târziu acest concept a evoluat în procesul standard de asamblare PCB
care este folosit astăzi. În viața cotidiană, odată cu necesit atea de dispozitive electronice tot mai mici,
cum ar fi dispozitive portabile de jocuri video, iPod -uri și smartphone -uri, utilizarea componentelor cu
montare pe suprafața PCB -ului, a crescut în popularitate ca urmare a cererii de produse mai mici, cu
funcționalitate sporită. [24]
Plăcile cu circuite imprimate (PCB -uri), în procesul de producție, cuprind mai multe etape.
Fiecare pas în parte trebuie să fie monitorizat îndeaproape și controlat pentru a minimiza erorile
excesive de toleranță, în special în ceea ce privește crearea – strat peste – strat și via – la – pad. O sursă
care crează astfel de erori de toleranță este masca ( adesea numită „instrument -foto” -“photo -tool” sau

71
“artwork”), utilizate în transferul de imagine pentru straturile PCB -ului. Industria a folosit în mod
tradițional un proces de litografiere bazat pe o mască de poliester în contact cu un substrat mare
acoperit cu rezist . Precizia de plasare caracteristică a acestor măști este direct influențată de acuratețea
mașinilor care le imprimă (foto -plottere) , abilitatea operatorului care le plasează manual, și de efectele
de temperatură și umiditate, care pot modifica structura polimerului. [24]
Deoarece densitatea interconectărilor este în continuă creștere, bugetul de proiectare pentru
aceste erori se reduce până la punctul în care calificarea operatorilor și creșterea investițiilor în
controlul de mediu pentru fabricarea măștii este ineficientă. [24]
In Tabel ul 3.28 sunt prezentate etapele fabricării PCB -urilor [24]

Material de bază
Inainte și după
șanfrenare

Curațire impurități
Acoperire cu fotorezist

Developare UV
PCB după developare
și corodare
Formarea orificilor
pentru pini
Pregătire placi pentru
fixarea pinilor

Fixare cu pini
Placa după fixarea cu
pini
Presare caldă și rece
Crearea de orificii

72

Placarea prin găuri cu
cupru
Aplicare masca
fotorezist

Developare UV
Uscare și curățare

Creare legendei
PCB -ului
Depanelare
Reparații
Depozitare
Tabel ul 3.28 Etapele fabricarii PCB -urilor
Nevoia de noi tehnologii de producție care să elimine variația greșelilor operatorului și
problemele legate de stabilitatea măștii este din ce în ce mai necesară pentru producerea de
randamente consistente și previzibile de producție. [24]
O altă sursă importantă de erori este distorsionarea straturilor în timpul laminării și manipulării,
care poate face dificilă suprapunea straturilor interioare sau exterioare.
Căldura și presiunea din timpul laminării PCB -urilor cu mai multe straturi, de multe ori
provoacă distorsiuni dimensionale ale materialelor de bază utilizate în ambele straturi, rigide și
flexibile ale PCB -ului. Această denaturare depinde de numeroși factori, inclusiv de la l ot la lot în
funcție de furnizori, variațiile în procesele de laminare și procesele de manipulare la locul de fabricare.
[24]
Inainte de a ajunge la procesul despre care vorbim în acest proiect și anume „Developare UV”,
PCB -ul trebuie creat. În Tabelul 3.28 sunt enumerate câteva din cele peste 50 de procese care au loc în
dezvoltarea lui până la produsul finit. [24]

73
3.1.2.2 Dezvoltarea PCB -ului (printed circuit board)
Mai departe voi descrie modul de lucru în proiectarea circuitului în vederea imprimării acestuia
pe suportul PCB (suportul mecanic), al componentelor descrise mai sus.
3.1.2.2.1 Proiectarea asistat ă de calculator
Pentru poriectarea asistată de calculator am fost fo losit software -ul EAGLE care oferă un
proces de dezvoltare a design -ului PCB în doi păși. Prima data trebuie dezvoltat schematicul pentru c a
mai apoi să fie dezvoltat și lay -out-ul PCB bazat pe schematic așadar cei doi păși ai softului EAGLE
merg mână în m ână.
O schemă bine concepută este esentială pentru procesul general de proiectare a PCB -urilor.
Acesta ne ajută să găsim erorile înainte c a PCB -ul să fie realizat și mă va ajută să depănăm o placă
atunci când ceva nu functionează.
Dezvoltarea schematicu lui și a circuitului în EAGLE
Cu ajutorul librăriilor senzorilor (amprentele ) specificați mai sus am reușit să găsesc
configura tia necesară interconectivi tății componentelor hardware.
Așadar mai jos veți vedea un print screen a schematicului pentru cele două PCB -uri suport.
Mai jos regăsim schematicul suport (Figură 3.29) pentru plăc uța PCB1 care are în componența
ei amprentele micorcontrolerului, amprenta modului LoNet 808, 2 mufe FTP mamă -tata și mufă de
alimentare.

74

Figura 3.29 Schematic suport PCB1
După ce schematicul plăcuței a fost realizat, accesăm din bară principală a softului fereastră
File, după care apăsam pe butonul „Switch to board”. După ce pad -urile și via -urile au fost așezate
corect astfel încât dimensi unea plăcuței PCB să nu fie deosebit de mare (cu cât mai mare cu atât mai
scump de fabricat o plăcută cu fotorezist).
Că și rezultat după finalizarea felului în care arată, prototipul PCB1 arată astfel:

75

Figura 3.30 Prototipul PCB1
Mai departe (Figură 3.31) vom regăsi schematicul suport pentru plăcută PCB2 care are în componența
ei amprentele celor două mufe FTP „mama -tata”, amprentele senzorilor de praf, temperatură, presiune
și noxe.

76

Figura 3.31 Schematic suport PCB1
Precum în primul caz, cazul sche matic ului suport PCB1, vom da comanda de „Switch to
board”, iar rezultatul după finalizarea și orient area pad -urilor și via -urilor este circuitul folosit pentru
imprimarea PCB2 -ului (Figură 3.32). Că și particularitate specială, circuitul PCB2 este unul dublu strat
(dual layer). Liniile de circuit de culori diferite (roșu și albastru) indică faptul că una dintre ele se află
pe un strat iar cealaltă pe celălalt strat (o parte și de altă a PCB -ului).

Figura 3.32 Prototipul PCB2

77
3.1.2.2.2 Developarea circuitului
Developarea circuitelor (PCB -urile suport) a fost realizată cu ajutorul măștilor prin intermediul
software -ului Eagle care are funcția de a exportă protipurile PCB1 și PCB2.
După ce am exportat prototipurile în format PDF, acestea au fost imprimate pe coli din plastic
transparente cu imprimanta laser pentru a permite razelor UV să ardă peliculă de fotorezist ce se află
pe PCB doar pe formă circuitului.
Notă! Nu se poate printa masca cu ajutorul imprimantei cu jet deoarece cerneală nu va prinde
pe coală de plastic.
Aplicarea unei măsti cu Fotorezist : Modelele circuitului sunt imprimate pe foaie transparentă,
apoi transferate /transpuse prin expunerea la ultraviolete pe pelicul a fotosensibilă de pe suprafața PCB –
ului.

Figura 3. 33 Model imprimat (PCB1) pe foaie transparentă; Fotorezist aplicat și corodat

78

Figura 3.34 Model imprim at(PCB2) pe foaie transparentă; PCB -ul rezultat dupa aplicarea mastii si
corodarea acestuia
Developarea UV
Pentru developarea circuitelor am folosit asa cum am precizat ulterior lumina UV pentru
arderea peliculei protectoare a PCB -ului care se afla pe acesta.
Lumina Ultravioletă (UV) este radiația electromagnetică cu o lungime de undă mai scurtă decât
cea a luminii vizibile, dar mai lungă ca razele X, asta în intervalul cuprins între 400 nm și 10 nm, care
corespunde energiei fotonice de la 3eV până la 124 eV.
Denumirea acesteia vine de la spectrul format din unde electromagnetice cu frecvențe mai mari
decât cele pe care oamenii le identifică în culoarea violet.
Pentru developarea cu ajutorul razelor UV am folosit cupotrul din Figură 3.35, lăsând masca
(circuitul) aplicată pe suportul PCB timp de 2 minute expus la razele UV ale cuptorului.

79

Figura 3.35 Cuptor cu raze UV
Etapele parcurse in realizar ea PCB -urilor suport :
1)Proiectarea cablajului (masca) – descris mai sus
Prima fază o reprezintă proiectarea cablajului pe care dorim să îl realizăm, pornind de la
schema electronică a montajului.
2) Aplicarea măștii pe o plăcută ce are o peliculă cu fotorezist
Se dezlipete sticker -ul protector contra UV -lor de pe plăcut a cu fotorezist și se aliniază cu
masca (circuitul de imprimat).

Figura 3.36 Dezlipire strat protector și aliniere PCB cu masca [23]

80
Operațiile de mai sus au fost realizate sub lumina obscură pentru evitarea arderii fotorezistului
de pe placta înainte de a fi supus ultravioletelor in cupotor .
Mai departe se supune razelor UV în cuptor pentru 2 minute

Figura 3.37 Cuptor cu lumina UV [24]
3) Curatarea de fotore zis ce a ramas pe placuta PCB cu ajutorul clorurii de sodiu , solutie 2% ;

Figura 3.38 Curatarea de fotorezist/ Dupa curatare [23]
4) Corodarea plăcuței
Pentru început punem clorura ferica într -un vas și apoi placă la corodat în acel vas. Trebuie
avut grijă că întreagă suprafața a plăcii să fie scufundată în clorura ferică. Lăsăm la corodat
aproximativ 20 de minute, dar verificăm progresul din 5 în 5 minute pentru a ne asigura ca procesul se
deruleaza conform planului . Corodarea se face mai repede dacă soluția de clorura ferică este încălzită
în prealabil. Trebuie avut grijă cu clorura ferica pentru că pătează foarte tare, uneori iremediabil orice

81
material textil. Nu trebuie să ne temem să băgam mâinile în soluție, nu corodează decât cuprul, nu și
mâinile noastre . Totuși, NU INGERAȚI , soluția este toxică. A se ține la depărtare de ochi, poate
provocă orbire.

Figură 3.36 Corodarea cuprului în clorura ferică [23]
6) Spălarea su b un jet de apă pentru îndepărtarea resturilor de pe plăcută, apoi uscarea acesteia prin
tamponare cu șervete pentru a limită întreruperea circuitului
Că și etapă suplimentară, dar care nu intră în procesu l de developare a -l PCB -ului, care este mai
degrabă o etapă adiacentă de finalizare a -l suportului mecanic, acesta ar fi realizarea găurilor (via-
urilor și pădurilor) unde componentele vor fi lipite cu pinii potriviți fiecărei componente.
3.1.3 Soldarea și conectarea hardware -ului
Pentru lipirea/sol darea componentelor hardware pe suportul PCB am folosit un pistol de lipit
unde capătul terminal poate ajunge la o temperatură de 380șC. Am folosit că și aliaj de lipire un cositor
de plumb de 0.3mm datorită dimensiunilor liniilor de circuit reduse pentru o acuratețe sporită să
lipiturilor.

82

Figura 3.37 Lipirea senzorilor pe suportul PCB

Figura 3.38 Microcontrolerul și modulul GSM pe suportul PCB

83
3.1.4 Arhitectură hardware (schema bloc a sistemului integrat)

Figura 3.39 Arhitectura hardware (schema bloc a sistemului integrat)

84
3.1.5 Dezvoltare -finalizare prototip
Probleme în implementarea și dezvoltarea prototipului
Dat fiind faptul că până acum nu mai făcusem dezvoltarea completă a unui astfel de sistem
autonom problemele nu m -au ocolit așa că dezvoltarea schemelor logice de proiectare, legare și
configurare a pinilor, până la developarea propriu zisă a suportului mecanic(PCB) nu au încetat să
apăra.
În prima instanță trebuie să precizez faptul că microcontroler -ul (LinKi t Smart Duo) și
modulul GSM (LoNet) folosite pentru procesarea și tran smiterea datelor către platforma web nu au fost
compatibile din punct de vedere al tensiunii de alimentare din cauz ă că microcontroler -ul nu poate
susține un consum destul de mare pe car e GSM -ul îl cere în momentul de start al acestuia nu am putut
conecta alimentarea LoNet -ului la unul din pinii de out -put a micorcontrolerului de 5V.
Așadar a trebuit să reconfigurez schema de conectare a întregului sistem prin conectarea în
paralel la o sursă de tensiune comună, în alte cuvinte se poate traduce faptul că am avut LoNet -ul și
microcontrolerul sunt alimentate de la aceași sursă și fiecare va consumă curent de la sursă în funcție
de cât au nevoie.
După ce problemă alimentării celor două comp onente a fost rezolvată am întâmpinat o altă
problemă. GSM -ul are nevoie de o tensiune de alimentare de 4.3 -4.4 VDC pentru că acesta să
funcționeze în condiții optime și luând în considerare alimentarea pe care un automobil o reda la
„bricheta” este puțin sau mai mult de 5V a fost nevoie să găsesc o modalitate prin care tensiunea să
scadă până la nivelul la care componența sistemului funcționează la parametrii optimi. Așadar am
folosit o diodă în serie pe alimentarea modului GSM, iar tensiunea de alimetare a scăzut până la
valoarea de care are nevoie, mai specific a scăzut cu 0.7V.
O altă problemă în dezvoltarea prototipului a constat în developarea circuitelor pentru a
funcționa pe post de suport mecanic (PCB1 și PCB2) pentru senzori, microcontroler și modulul care
transmite datele către server -ul web.
Fiind novice în developarea unui circuit am constatat că procesul de developare este mai
complex decât am putut descrie mai sus. Developarea circuitului a trebui să o fac intr -un mod empiric

85
(experimental ), din aproape în aproape, testând care este metodă potrivită pentru ca , circu itul să fie
funcțional.
Metodă empirică de developare a circuitelor m -a condus spre câteva eșecuri așa cum puteți
observă în pozele de mai jos. Ne știind exact cât se ține circuitul pentru arderea cu UV a peliculei de
fotorezist, cât se ține în soluția d e clorura ferica, cât trebuie curătat circuitul într -o soloutie de clorura
de natriu pentru curătarea fotorezistului rămas pe suportul PCB. Răspunsurile la aceste intrebări au fost
găsite așadar într -un mod empiric, „learning by doing”, doar încercând dive rse experimente cu timpii și
procesele de developare ajungi să înveți să faci un PCB suficent de bun manual (problemă ce apare
când îți zice nimeni ce ai de făcut cu exactitate).
În Figură 3.40 se observă un PCB defect care a fost ținut prea puțin la co rodat în soluția de
clorura ferica.

Figura 3.40 PCB defect
În Figură 3.41 se observă din nou faptul că PCB -urile au fost realizate defectuos. În partea din
stânga PCB -ul a fost supus la UV o perioadă mai îndelungată , iar clorura feric ă nu a corodat din nou
cum ar fi trebui t. În partea din dreapta a Figurii 3.41 este un alt PCB care s -a corodat mai mult decât ar
fi trebuit iar liniile de circuit a u fost corodate de către clorura feric ă mai mult decat ar fi fost nevoie

86

Figura 3.41 PCB -uri defecte
După câteva încercări am reușit să realizez ciruitele imprimate, denumite și PCB -uri și mai
departe a urmat soldarea componentelor hardware, firelor și realizarea pad -urilor/via -urilor prin
ingaurirea PCB -ului.

Figura 3. 42 Realizarea pad -urilor și via -urilor pe PCB și „EU” realizând lipiturile
Realizările nu au încetat să apăra în cele din urmă așa că prototipului fizic a fost finalizat,
regăsiți întregul sistem (Figură 3.43) lipit, realizat, proiectat și conectat la a limentarea la un
autovehicul.

87

Figura 3.4 3 Prototip complet alimentat de la mașină
3.2 Aplicatia Software
3.2.1 Software embedded
Descriere limbaj programare C embedded
Embedded software sau software -ul incorporat este un program de calculator, scris pentru a
controla mașinile sau dispozitivele care nu sunt considerate, de obicei, computere. Este de obicei
specializat pentru hardware -ul particular pe care rulează și are constrângeri de timp și de memorie.
Acest ter men este uneori folosit interschimbabil cu firmware -ul, deși firmware -ul poate fi aplicat și pe
codul ROM pe un computer, pe lângă care rulează sistemul de operare, în timp ce software -ul
încorporat este de obicei singurul software pe dispozitivul în cauză . [25]
O caracteristică precisă și stabilă este aceea că nu toate funcțiile software -ului încor porat sunt
sau nu sunt inițiate/ controlate prin intermediul unei interfețe umane, ci prin interfețele mașinilor. [25]
Producătorii "construiesc" în software -ul încorporat în domeniul electronicii de ex. automobile,
telefoane, modemuri, roboți, aparate, jucării, sisteme de securitate, stimulatoare cardiace, televizoare și
set-top box -uri și ceasuri digitale, de exemplu. Acest software poate fi foarte simplu, cum ar fi
controalele de iluminare care rulează pe un microcontroler pe 8 biți, cu câtiva kilobiți de memorie, cu

88
un nivel adecvat de complexitate a procesării determinat cu ajutorul unui cadru probabil de aproximare
corectă a computării (o metodologie bazată p e algoritmi aleatori) s au pot deveni foarte sofisticate în
aplicații precum avioanele, rachetele și sistemele de control al proceselor. [25]
3.2.1.1 Codul sursa utilizat (limbaj programare C)
Codul sursă poate fi regăsit în Anexa 1 în variantă completă, iar mai departe voi urmări să
explic modul de funcționare a modelului software.
Codul sursă începe cu definirea porturilor la care sunt legați senzorii și definirea variabilelor
globale care s unt folosite in functiile de procesare, acestea fiind intitalizate inițializate tot prin
intermediul functiilor aferente fiecărei variabilei asignate în momentul în care sistemul primește
alimentarea de la mașină.

Prin intermediul următoarei secvențe de cod vom realiză inițializarea sistemului, cu alte cuvinte
un „starta -up” al sistemului fizic, precum și setarea portului serial și inițializarea senzorilor cu
frecvență de clock a microprocesorului:

89

Mai departe regăsim buclă infinită care se apelează l a infinit cu o pauză la care fiecare utilizator
al sistemului dorește să o seteze. Pentru exemplul curent am folosit o buclă ce se repetă la fiecare 5
secunde. În interiorul buclei sunt apelate funcțiile senzorilor ce se ocupă de preluarea și procesarea
datelor care mai apoi sunt transmise la sfârșitul fiecare bucle de către modulul GPM pe serverul web.

Mai departe vor fi descriși algoritmii (funcțiile) care se ocupă de preluarea și prelucrarea
datelor pentru seznori. Fiecare funcție este numită sugestiv pentru simplitate și pentru a înțelege mai
ușor modelul software.

90
Funcțiile care se ocupă de preluarea și prelucrarea datelor pentru dioxidul de carbon (CO2) și
temperatură :

Funcția care se ocupă de preluarea și prelucrarea cu ajutorul algoritmului de calcul a
informațiilor legate de nivelul prafului din atmosferă:

Funcți lie care se ocupă în doi păși de preluarea și prelucrarea presinunii atmosferice:

91

92
3.2.1.2 Arhitectura si stemului
În Figură 3.44 este descrisă arhitectură sistemului, modul în care sunt interconectate sistemele, de la
conectarea sistemului la alimentarea mașinii până la înlănțuirea interfeței web cu serverul web la care
este posibilă observarea datelor.

Figura 3.44 Arhitectura sistemului
3.2.1.3 Scrierea programului sursă
Pentru scrierea codului sau „flash -uirea” programului sursă pe microcontroler -ul LinKit Smart Duo
7688 am folosit „tool -ul” Arduino IDE.
Mediul de dezvoltare integrat Arduino IDE -sau Arduino I ntegrated Development Environment
(IDE) -conține un editor de text pentru scrierea de cod, o zonă de mesaje, o consolă de text, o bară de
instrumente cu butoane pentru funcții comune și o serie de meniuri. Se conec tează la hardware -ul
Arduino pentru a incăr ca programe și a comunică cu ele. [26]

93
Arduino IDE beneficiază de mediul potrivit dezvolatarii unui sistem embedded datorită
ușurinței si simplit ății interfeței cu utilizatorul (programatorul), permite interfațarea cu mai multe tipuri
de microcontrolere, dar și beneficiază de un monitor serial ce poate fi folosit la testarea codului.
Programele scrise folosind software -ul Arduino (IDE) se numesc schi țe. Aceste schițe sunt
scrise în editorul de text și sunt salvate cu extensia .ino. Editorul are caracteristici pentru tăiere / lipire
și pentru căutarea / înlocuirea textului. Zonă mesajului oferă feedback în timp ce salvează și exportă,
de asemenea afise ază și erori. Consola afisează textul de ieșire de către Software -ul Arduino (IDE),
inclusiv mesaje de eroare complete și alte informații. Colțul din dreaptă jos al ferestrei afisează placa și
portul serial configurat. Butoanele barei de instrumente ne permite să verific ăm și să incărc ăm
programe, să cre ăm, să deschide m și să salv ăm schițe și să deschide m monitorul serial. [26]
Verify. Verifică codul pentru erorile care îl compilesc.
Upload. Compilează codul și îl încarcă pe placa configurată.
New . Creaza o noua schita.
Open. Prezintă un meniu al tuturor schițelor din schemă.
Save. Salveaza schita creata.
Serial Monitor. Deschide monitorul serial [26]

94

Figura 3.45 Arduino IDE și monitorul serial (COM7)
3.2.2 Aplica ția software pentru vizualizarea datelor
Codul sursă al aplicație poate fi găsit în Anexa 2, reprezentând codul pentru recepționarea
datelor pe server, codul care crează bază de date tabelara din interfață cu utilizatorul, codul folosit
pentru generarea graficelor generate din bază de date și cod ul sursă al paginii principale.
Mai departe voi descrie modul de funcționare al aplicației web și felul în care aceast a arată și
poate fi folosit ă.
Interfață cu utilizatorul a aplicație web reprezintă un template nu foarte complex, dar care
înglobează mai multe tehnologii pentru realizarea acesteia.

95
Bootstrap, reprezintă un framework (cadru de lucru), care integrează mai multe tehnologii
web la un loc cum ar fi HTML , CSS, java Script și este conceput special pentru a se adapta la mai
multe interfețe de afișare a mai multor dispozitive cum ar fi laptop -uri de diferite dimensiuni, tablete,
telefoane, etc.
Tehnologiile folosite în dezvoltarea aplicație i web sunt:
-pentru dezvoltarea paginii principale am folosit limbajele de programare PHP, HTML și CSS
-bază de date MySQL configurata si realizata pe ****** ;
-pentru generarea graficelor am utilizat Google charts – de tip linie ******* ;
-bootstrap care reprezintă un framework (cadru de lucru), care integrează cu ușurință mai multe
tehnlogii web precum cele prezentate mai sus HTML, javasScript, PHP, CSS și este un concept
dezvoltatat care se poate adapta la mai multe interfețe a mai multor dispozitive precum laptop -uri,
tablete, telefoane, etc.
Informațiile legate de aplicația web se pot găsi mai jo s:
 adresa website : http://city -pollution.co.nf/
 adresa host : http://cp1.biz.nf/beta/ (o adres ă gratuita pentru gazduirea aplica ției)
host client_id : 2328228
 host registered_email : hodorogea.ovidiu@gmail.com
 host password : 123test123
 Accesul la b aza de date se poate face aici: http://cp1.biz.nf/beta/database -manager/#mysql –
databases + configuratia:
o $servername = "fdb16.biz.nf ";
o $username = "2328228_smartcity";
o $password = "123test123";
o $dbname = "2328228_smartcity";

96

Pagină principală „index” în momentul accesării
În pagină principală găsim două butoane. Cu ajutorul butonului Browse putem încărca un fișier
care se înserează automat în bază de date a aplicației pe care le putem folosi ulterior în vizualizarea
informațiilor ce le conține. Acest buton fiind doar o fun cționalitate adiacentă adusă aplicației pentru
cazul în care modulul GSM nu funcționează. Cu ajutorul butonului „Refresh ” se gener ează o bază de
date pentru a vizualiza în sist em tabelar, iar pe lângă aceasta se generează automat grafice cu toate
datele captate de către senzori (temperatură, presiune, calitatea aerului (CO2) și praf) din mediu și
transmise de către modulul GSM – LoNet.
Modelul graficelor au avut că și sursă de inspirație pagină web
https://developers.google.com/chart/interactive/docs/gallery
Dacă apăsam pe butonul refresh de pe http://city -pollution.co.nf/ , pagina web generează
automat un tabel cu informațiile preluate cu ajutorul senzorilor și a sistemului autonom, și de asemenea
generează pentru vizualizare 4 grafice conform datelor pe care le conține bază de date în ziua
respectivă.
Datele afișate mai jos că și rezultat final au fost colectate între orele 00:00 și 8:00 a zilei de
3.07.2017.
Mai departe voi descompune interfață grafica cu utilizatorul în 4 grafice și un tabel pentru o
claritate sporită a imaginilor, urmând a menționa ce reprezintă fiecare gr afic.
În următorul grafic se poate vizuliza variația calității aerului sau mai bine spus volumul de
CO2 (dioxid de carbon) dealungul nopții. Valorile obținute au fost înmulțite cu un coeficient de 100
pentru o vizulizare mai reprezentativă.

97

Graficu l calității aerului
În următorul grafic se poate vizuliza variația temperaturi dealungul nopții.

Graficul temperaturii

98
În următorul grafic se poate vizuliza variația nivelului de praf pe parcursul nopții. Din nou,
pentru că graficul să fie mai repr ezentativ am înmulțit valorile obținute de la senzorul de praf cu 100.
Asta însemnând că în realitate praful din aer ridicandu -se la o medie de 0.34 mg/m3.

Graficul senzorului de praf
În graficul următor poate fi vizualizată presiunea atmosferica care d e asemenea, c a și valoare a
fost înmulțită cu 100, pentru că graficul să aibă o reprezentare mai intuitivă. Presiunea atmosferica,
conform senzorului barometric se află între valoarile de 1013 și 1014hPa. Prin prisma fapului că
graficul nu poate atribui va lori cu virgulă am recurs la înmulțirea cu 100.

Graficul nivelului de presiune

99
În următoarea figură putem observ a o parte din valorile numerice ale datelor colectate cu
ajutorul senzorilor și trimise pe platformă web.

3.3 Functionarea sistemului
Pentru functionarea optima a intrgului sistem trebuie atasate (conectate) toate elementele
componentele cum ar fi senzorii, suporturile mecanice (PCB -urile), microcontrolerul si modulul GSM –
LoNet cu atentie la pinii corespunzatori fiecarui element, iar apoi intre gul sistem autonom trebuie pus
sub tensiunea (alimentat) de 5V de la un autovehicul sau de la o sursa ce poate fi setata la nivelul de
5V prin jack -ul situat pe PCB -ul 2.
Apoi, acesta incepe sa isi faca pre -incalzirea, iar dupa 2 minute datele trimise de catre sistem
catre platfoma web sunt suficent de corecte. Transmiterea datelor facandu -se in timp real, avem acces
la datele colectate de catre sistemul autonom de tip IoT „Internet of Things”.

100

Imaginea de ansamblu a sistemului autonom de tip IoT
Am tes tat prototipul pe parcursul nopti din data de 3.07.2017 , iar rezult atele in urma colecatarii
datel or se pot observa in pozele de mai sus. Locatia la care a fost realizata colectarea de date fiind din
locuinta mea din Sibiu, Blv Mihai Viteazu, Bl 29.

101
4. Concluzii si dezvoltari ulterioare
În urmă utilizării conceptului „Internet of Things”, am reușit să realizez un sistem suficient de
complex prin intermediul căruia am reușit să colectez date și să monitorizez coditiile de mediu cu
ajutorul unui dispoziti v embedded de tip „Internet of Things” și a senzorilor inteligenți, care trimite
datele preluate în timp real pe o platformă web (server), care are c a și conținut datele primite de la
senzori și prelucrate logic (calculul algoritmic din cod ) de către micro controler. Astfel datele colectate
sunt vizibile în timp real și este creat un tabel cu informațiile preluate de senzori și variațiile din timpul
funcționării sistemului, însă nu în ultimul rând transformarea acestora date (presiune, temperatură,
CO2 și pr af) în grafice le care sunt funcție de timp.
Pentru realizarea acestui proiect de diplomă am folosit mai multe tehnologii, precum
proiectarea PCB -urilor(EAGLE), developarea PCB -urilor, realizarea logică a arhitecturii hardware
(conexiuni), programarea embedded pe microcontrolere în C, scrierea programului sursă prin
intermediul Arduino IDE, servere web, baze de date (MySQL). Prin intermediul acestora se pot
dezvoltă ulterior aplicații de tip „Internet of Things” într -o gamă destul de variată.
În concluzie, după părerea mea consider că prin realizarea acestui proiect de diplomă am
acumulat noi și foarte multe cunoștințe în legătură cu funcționarea și realizarea dispozitivelor de tip
IoT „Internet Of Things”, m -a obligat să mă adaptez la materialele disponibile cu care să lucrez pentru
realizarea suportului fizic al platformei de monitorizare a mediului (realizarea empirică a PCB -urilor)
și de asemenea m -a făcut să învăț și să mă familiarizez cu diferite limbaje de programare cum ar fi C,
PHP, HTML, CSS, javaScript. Pe lângă toate acestea m -a ajutat să acumulez cunoștințe solide despre
modul de funcționare a microcontrolerelor, senzorilor (modul de funcționare și conversie a semnalelor
primite că și input de către programul sursă) și a celorlalte comp onente hardware utlizate în proiect.
La finele acestui proiect am realizat faptul că multitudinea resurselor disponibile pe internet și
o persoană cu perseverență și implicarea potrivită poate să realizeze o multitudine de alte aplicații bune
și compl exe care pot aduce un aport pozitiv societății în care trăim, să ne îmbunătățească traiul,
deoarece eu am început facultatea de inginerie gândindu -mă că prin dezvoltarea inginerească a
produselor/proiectelor de către mine pot îmbunătății viață omului și ad uce un aport pozitiv societății.

102
Dezvoltări ulterioare ale aplicației:
 Îmbunătățirea aplicației hardware – prin proiectarea și realizarea unor suporturi PCB într -un
mod profesionist pe care se pot depune componentele în modul „plug -and-play”, folosirea unor
senzori cu o precizie superioară celor folosiți de către mine și chiar și folosirea altor tipuri de
senzori ce pot fi integrați pentru realizarea unei platforme mobile de monitorizare a mediului
prin mobilitatea propusă de a cest sistem auton om de tip Iot.
 Îmbunătățirea aplicației software – prin dezvolatarea funcționalităților propuse deja de către
platformă web cum ar fi: realizarea unei alte pagini web conexe unde se pot vizualiză datele pe
diferite zile la alegerea utilizatorului, locația exactă la care colectarea informațiilor a fost
realizată, înfrumusețarea interfeței web cu utilizator dar și realizarea unui conexiuni de logare
prin ușer și parolă la care să aibă acces autoritățile locale în vederea implentarii unor decizii
pentru cetățe nii care locuiesc în zonele poluate.
 Dezvoltarea si implementarea codului pentru senzorului de presiune barometrica cu ajutorul
caruia se pot calcula pe langa functionalitatea propusa de mine si temperatura sau altitudinea
fata de mare.

103
5. Bibliografie
[1 ]- Frank J. Mazzotti, professor; Nicola Hughes, former wildlife intern; and Rebeccas G. Harvey,
environmental education and human dimensions coordinator; UF/IFAS Fort Lauderdale Research
and Education Center, Davie, FL 33314
[2] http://www.druckerinstitute.com/2013/07/measurement -myopia/ . Ultima accesare: 19.05.2017
[3] https://www.tutorial spoint.com/embedded_systems/es_overview.htm – ultima accesare
19.03.2017
[4] – https://www.tutorialspoint.com/embedded_systems/es_processors.htm – ultima accesare
19.03.2017
[5] – Lucian Vintan, Adrian Florea, Advanced Microarchitectures , Tehnical Publishing House,
Bucuresti, 2000 ISBN 973 -31-1551 -7, (312 pg.).
[6] -Lucian Vintan, Adrian Florea, Microprocessing Systems. Applications. , "Lucian Blaga"
University of Sibiu Press, 1999 , ISBN 973 -9410 -46-4, (245 pg.).
[7] – https://www.tutorialspoint.com/internet_of_things/index.htm – ultima accesare 19.03.2017
[8] – Lasse Berntzen, Marius Rhode Johannessen, Adrian Florea , Smart Cities: Challenges and a
Sensor -based Solution A research design for sensor -based smart city projects.
https ://www.researchgate.net/publication/312471472_Smart_Cities_Challenges_and_a_Sensor –
based_Solution_A_research_design_for_sensor -based_smart_city_projects Smart Cities: Challenges and a
Sensor -based Solution A research design for sensor -based smart city projects , International Journal on Advances in
Intelligent Systems, http:// www.iariajournals.org/intelligent_systems/, ISSN 1942 -2679), Publisher –
International Academy, Research and Industry Association (IARIA), Volume 9, Issue 3 & 4, pp. 579 –
588, 30 December 2016. – ultima accesare 23.05.2017
[9] Millions of SE Asian jobs may be lost to automation in next two decades: ILO , 7 iulie 2016, Reuters, accesat la
19 august 2016 – ultima accesare 5.04.2017
[10] – Prof. Univ. dr. Laurean BOGDAN , AUTOMATIZARI , SIBIU, 2016
[11] – "Parts of computer" . Microsoft. Retrieved 5 December 2013.

104
[12] – https://www.seeedstudio.com/LinkIt -Smart -7688 -Duo-p-2574.html – ultima accesare
17.06.2017
[13] – http://www.alldata sheet.com/view.jsp?Searchword=Ds18b20 – ultima accesare 17.06.2017
[14] – http://www.mouser.com/ds/2/744/Seeed_101020012 -838657.pdf – ultima acc esare
18.06.2017
[15]http://takingspace.org/wp -content/uploads/ShinyeiPPD42NS_Deconstruction_TracyAllen.pdf –
ultima accesare 18.06.2017
[16] – http://www.dreamgreenhouse.com/datasheets/MQ -135/MQ135.pdf – ultima accesare
18.06.2017
[17]- https://www.sainsmart.com/sainsmart -mq135 -sensor -air-quality -sensor -hazardous -gas-
detection -module -arduino.html – ultima accesare 18.06.2017
[18] – http://www.robotshop.com/media/files/pdf/MQ -135-Gas-Sensor -UserManual.pdf ultima
accesare 18.06.2017
[19] –
https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/General/BMP085_Flyer_Rev.0.2_March2008.p
df ultima accesare 19.06.2017
[20]- https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/General/BST -BMP085 -DS000 -05.pdf
ultima accesare 19.06.2017
[21]- http://wiki.seeedstudio.com/wiki/LoNet_808_ -_Mini_GSM/GPRS_+_GPS_Breakout ultima
accesare 19.06.2017
[22]- Popescu Lizeta, “Electrotehnlogii”, vol. II, E. ULBS, 2004
[23]- https://www.youtube.com/watch?v=tKprv1b0OzM ultima accesare 19.06.2017
[24]- https://www.youtube.com/watch?v=_2ZlrqMdTm8 ultima accesare 19.06.2017

105
[25]- Edward A. Lee, "Embedded Software", Advances in Computers (M. Zelkowitz, editor) 56,
Academic Press, London, 2002.
[26]- https://www.arduino.cc/en/Guide/Environment – ultima accesare 25.06 .2017

106
6. Anexe
Anexa 1
Codul sursă al aplicației embedded
Figura 6.1

107
Figura 6.2

108
Figura 6.3

109
Figura 6.3

110
Figura 6.4

111
Figura 6.5

112
Anexa 2
Codul sursa al aplicatiei web de vizulaizare al datelor
Figura 6.6 Codul sursa paginii principale

113
Figura 6.7 Continuare pagină princiapală a aplicației

114
Figura 6.8 Continuare pagină princiapală a aplicației

115
Figura 6.9 Cod sursa de primire a datelor

Figura 6.10 Cod sursa de primire a datelor prin fisier

116
Figura 6.10 Cod sursa de primire a datelor prin fisier continuare

117
Figura 6.11 Cod sursa de refresh a paginii principale

118
Figura 6.12 Serverul pe care se gasește aplicatia web.