Licenta Staniloiu Ion Alexandru C41.docx

Universitatea din Petroşani Facultatea de Inginerie Mecanică și Electrică Specializarea: Calculatoare

PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonatori: Şef lucrări SÎRB VALI CHIVUȚA Conf. univ. dr. ing. EGRI ANGELA

Absolvent : Stăniloiu Ion-Alexandru

Petroşani 2018 1

UNIVERSITATEA DIN PETROŞANI Facultatea de Inginerie Mecanică și Electrică Specializarea: Calculatoare

CAMERA MEA INTELIGENTĂ

Coordonatori: Şef lucrări SÎRB VALI CHIVUȚA Conf. univ. dr. ing. EGRI ANGELA

Absolvent: Stăniloiu Ion-Alexandru

Petroşani 2018 2

CUPRINS

INTRODUCERE ...................................................................................................................... 4

CAPITOLUL 1. CASA INTELIGENTA................................................................................ 5 1.1.

Generalitati ................................................................................................................. 5

1.2.

Ce se poate controla intr-o casa inteligenta? .......................................................... 7

1.3.

Dispozitive inteligente folosite frecvent .................................................................. 11

1.4.

Standardul KNX....................................................................................................... 15

1.5.

Avantaje si dezavantaje ........................................................................................... 17

CAPITOLUL 2. SENZORI SI PLACI DE DEZVOLTARE .............................................. 18 2.1.

Senzori. Definitii si caracteristici ........................................................................... 18

2.2.

Senzori de temperatura ........................................................................................... 22

2.3.

Senzori de miscare.................................................................................................... 25

2.4.

Arduino ..................................................................................................................... 28

CAPITOLUL 3. CAMERA MEA INTELIGENTA REALIZATA ................................... 36 3.1.

Alegerea componentelor necesare proiectului ....................................................... 36

3.2.

Realizarea hardware a proiectului ........................................................................ 44

3.3.

Programul realizat pentru camera inteligenta ...................................................... 50

CONCLUZII ........................................................................................................................... 61 BIBLIOGRAFIE ..................................................................................................................... 62

3

INTRODUCERE

Inca de la sfarsitul secolului XX si pana in prezent, termenul de “casa inteligenta“ a luat nastere si si-a facut de-a lungul anilor slalom printre cei mai populari termeni tehnologici, captand atentia nu numai managerilor, inginerilor si a arhitectilor, dar si a tinerilor viitori studenti, masteranzi si ingineri care spera sa dezvolte din ce in ce mai mult acest vis al oricarui individ pasionat de tehnologie si sa-l transforme in realitate, nu doar pentru ei ci si pentru restul lumii. Toate acestea in scopul de a simplifica viata si obiceiurile de zi cu zi, in speranta ca vom avea mai mult timp pentru ceea ce conteaza cu adevarat, sa petrecem mai mult timp cu persoanele dragi noua, facand ceea ce ne place si bucurandu-ne de viata fara a ne mai facem griji in privinta altor treburi casnice care in mod normal ne fura prea mult timp pretios. Personal ca si alti pasionati de acest subiect, am fost fascinat de acest concept futuristic si mi-am propus sa imi construiesc propriul meu proiect pentru a-mi transforma camera personala in ceva la care visez de mult, o camera inteligenta, cum imi place mie sa o numesc. Proiectul meu consta in implementarea de comenzi vocale pentru a aprinde si a stinge luminile din camera, pornirea muzicii ambientale, a aerului conditionat sau a jaluzelelor automate (lucru care il voi implementa cu siguranta pe viitor in acest proiect de indata ce voi dispune de suma de bani necesara). Toate acestea si multe alte idei pentru proiect, pot fi activate printr-o simpla apasare de buton sau mai interesant cu o comanda vocala de pe telefonul mobil conectat prin bluetooth sau wireless, modul care poate fi implementat foarte usor pe placa arduino. In privinta alegerii temei pentru sustinerea proiectului de diploma pentru mine nu a fost o decizie grea, cum probabil este pentru alti studenti in vederea alegerii unui subiect pe care sa-l parcurga si sa-l prezinte comisiei. Personal a fost usor sa-mi aleg tema proiectului de licenta deoarece de multa vreme m-a atras acest domeniu si cred pe deplin ca stapanesc subiectul foarte bine, iar faptul ca voi prezenta concluziile si propunerile de viitor pe aceasta tema, nu face decat sa-mi ofere o provocare in plus dar si aflarea nivelului cat mai exact la care sunt acum.

4

CAPITOLUL 1 CASA INTELIGENTA

1.1 Generalitati Casa inteligenta este definita ca fiind fie spatiul sau locuinta, casa de vacanta, birou, etc. unde aparatele electronice si electrocasnicele pot fi controlate centralizat, de la distanta cu sau fara ajutorul unui smartphone (telefon inteligent). Ba mai mult, acestea pot comunica intre ele prin diferite reguli automatizate chiar de catre proprietar. Un exemplu ar fi ca centrala termica sa porneasca daca temperature scade sub 20 grade Celsius. Cu alte cuvinte putem spune ca o casa inteligenta ne face viata mult mai usoara unde putem sa ne bucuram de placerile vietii fara sa ne facem griji in privinta locuintei noastre si a securitatii acesteia.

Fig 1.1 Caracteristicile unei case inteligente

Tehnologia Smart home utilizeaza dispozitive conectate la internet, pentru a automatiza si monitoriza sistemele interne. Acesta reprezinta tehnologia de analiza automata si de raportare. Tehnologia a fost initial dezvoltata de IBM si a fost mentionata ca o analiza a esecului predictiv. Primele produse tehnologice originale SMART (inteligente) au devenit disponibile consumatorilor intre anii 1998 si inceputul anilor 2000. Tehnologia aceasta permite utilizatorilor sa controleze si sa monitorizeze dispozitivele conectate la domiciliu cu ajutorul aplicatiilor smart, smartphone-urile sau alte dispozitive conectate la retea. Utilizatorii pot controla de la distanta sistemele de acasa 5

conectate cand sunt acasa sau in deplasare. Acest lucru permite o utilizare mai eficienta a energiei si a electricitatii, precum si asigurarea sigurantei casei dumneavoastra. Mai jos avem o lista cu cele mai cunoscute companii care produc dispozitive menite pentru proiectarea unei case inteligente:  August Smart Lock – incuietori smart;  Notion – sisteme de monitorizare a locuintei, care trimit notificari pentru ferestre, usi, temperatura, scurgeri, fum, etc;  Canary – sisteme de monitorizare video si sistem de alerta cu sirena;  Iris, HomeSeer, Control4, Vera – automatizare si securitate pentru intreaga casa;  Savant – sisteme de lumina, sunet, climatizare si securitate;  Wink – iluminare inteligenta, variatoare/intrerupatoare, detectori si senzori, incuietori, termostate, gradinarit, etc;  SmartThings – ofera automatizare pentru dispozitive conectate (lumini, termostate, expresoare, etc) si securitate;  Nest - termostate, camere video, sisteme de alarma – lacate, detectoare de fum, etc;

Fig 1.2. Interfata sistem smart home Control4

6

Fig.1.3. Sistem smart home Vera, interfata.

1.2 Ce poate sa controleze o casa inteligenta? In cazul camerei inteligente se pot comanda urmatoarele: 1.Muzica 2.Luminile naturale 3.Luminile artificiale 4.Climatizarea 1. Muzica: poate fi controlata din orice incapere a casei fara intreruperi, fara a mai fi nevoie sa se foloseasca mai multe echipamente audio astfel incat sa puteti selecta atat tipul de muzica preferat cat si volumul sonor dorit printr-o singura atingere de buton sau comanda vocala care este asociata unei comenzi pe serverul audio.

Fig 1.4. Sistem sunet controlabil de la distanta

7

2. Luminile naturale: prin intermediul automatizarii draperiilor si jaluzelelor.

Fig 1.5. Controlarea jaluzelelor prin smartphone

In zilele noastre se pot instala sisteme de jaluzele automate controlabile din telecomanda, smartphone sau pot fi setate automat sa porneasca la un anumit interval de timp sau in functie de lumina exterioara.

3. Luminile artificiale: acestea pot fi manipulate cu ajutorul unui sistem de control specializat.

Fig 1.6. Sistem lumini controlat prin intermediul unui smartphone

8

O actiune simpla poate fi aceea de a aprinde lumina folosind un controler indepartat. Un sistem de control al iluminatului este o solutie inteligenta de control al iluminarii bazata pe retea, care incorporeaza comunicarea intre diferitele intrari si iesiri de sistem legate de controlul iluminatului cu ajutorul unuia sau mai multor dispozitive centrale de calcul. Sistemele de control al iluminatului sunt utilizate pe scara larga pentru iluminatul interior si exterior al spatiilor comerciale, industriale si rezidentiale. Sistemele de control al iluminatului servesc pentru a furniza cantitatea potrivita de lumina unde si cand este necesar. Sistemele de control al iluminatului sunt utilizate pentru a maximiza economiile de energie de la sistemul de iluminat, pentru a satisface codurile de constructie sau pentru a se conforma programelor ecologice de constructie si de conservare a energiei. Sistemele de control al iluminarii sunt deseori mentionate sub termenul Smart Lighting. 4. Climatizarea: se poate modifica prin integrarea unor echipamente de aer conditionat in dispozitivul centralizat de control.

Fig 1.7. Sistem de climatizare controlabil de la distanta

Termostatele inteligente sunt dispozitive care pot fi utilizate in automatizarea casei si sunt responsabile pentru controlul incalzirii si aerului conditionat al casei. Acestia indeplinesc aceleasi functii ca si un termostat programabil, deoarece permit utilizatorului sa controleze temperatura locuintei lor pe tot parcursul zilei folosind un program, cum ar fi setarea unei temperaturi diferite pe timp de noapte. Ele permit utilizatorilor sa ajusteze setarile de incalzire de la alte dispozitive conectate la internet, cum ar fi smartphone-urile. Acest lucru permite utilizatorilor sa regleze cu usurinta temperatura de la distanta. Aceasta usurinta in utilizare este esentiala pentru asigurarea economiilor de energie: studiile au aratat ca gospodariile cu termostate programabile au de fapt un consum de energie mai mare decat cele cu termostate simple, deoarece rezindentii le programeaza incorect sau le dezactiveaza complet. 9

Sistemele principale care pot fi automatizate sunt: 

sistem control iluminare;



sistem control audio-video;



sistem control temperature;



sistem securitate;



sistem de irigatii;



sistem de control acces.

Fig 1.8. Sistem de irigatii controlat prin wi-fi - Skydrop

Un controler de irigare este un dispozitiv pentru operarea sistemelor automate de irigare, cum ar fi stropitoarele pentru gazon si sistemele de irigare prin picurare. Majoritatea controlorilor au un mijloc de stabilire a frecventei irigarii, a timpului de pornire si a duratei udarii. Unii controlori au caracteristici suplimentare cum ar fi programe multiple pentru a permite diferite frecvente de udare pentru diferite tipuri de plante, setari de intarziere a ploii, terminale de intrare pentru senzori cum ar fi senzori de ploaie si congelare, senzori de umiditate a solului, date meteorologice, control de la distanta, etc.

10

1.3 Dispozitive inteligente folosite frecvent Mai jos avem o lista cu cele mai des intalnite si folosite dispozitive inteligente din momentul de fata: Intrerupatoare: de obicei controlzeaza luminile din casa, dar nu se limiteaza doar la corpuri de iluminat. Cu ajutorul acestor intrerupatoare se poate controla lumina cand sunteti plecat de acasa sau se pot seta functii automate de pornire/oprire a luminii din diferite locuri ale casei.

Fig 1.9. Inrerupator inteligent controlabil prin wi-fi

Prize: acestea ne ofera statistici detaliate privint consumul de curent si pot porni sau opri dispozititvele la care acestea sunt conectate, in functie de parametrii folositi de utilizator. Acestea se configureaza foarte rapid si este foarte usor sa gestionezi dispozitivele electronice de uz casnic chiar de pe smartphone-ul tau, de oriunde te-ai afla.

11

Fig 1.10. Priza inteligenta

Becuri: pot fi pornite sau oprite manual sau de la distanta, sau prin comanda vocala, pe deasupra se poate controla si intensitatea luminii si culorii.

Fig 1.11. Bec inteligent controlabil prin wi-fi

Senzori: exista o gama larga de senzori care masoara si detecteaza umiditatea, lumina, temperatura, etc. Senzorii sunt folositi pentru a activa sau dezactiva alte dispozitive inteligente, in functie de valorile trimise de catre senzori unitatii centrale. 12

Fig 1.12. Varietate de senzori

Termsostate: in functie de parametrii primiti de la senzorii de temperatura din casa, acestea controleaza centralele termice, caloriferele si aparatele de climatizare pentru a seta locuinta la temperaturile dorite de utilizator.

Fig 1.13. Termostat controlabil prin Wi-Fi

13

Unitati centrale: sunt cele mai avansate componente ale unei case inteligente, capabile sa toate dispozitivele din casa dintr-un singur punct, in functie de regulile prestabilite de administrator.

Fig 1.14. Unitate centrala de unde se transmit comenzi

Securitate: de la camere video de supraveghere pana la yale speciale de control al accesului in locuinta.

Fig 1.15. Sistem de securitate inteligent controlabil de la distanta

14

1.4 Standardul KNX KNX este un standard deschis, care a evoluat in ultimii 30 de ani in Europa de vest si care a devenit intre timp un standard de talie mondiala. Evoluatia standardului KNX arata astfel: ●1984 Ideologizarea notiunii de “Tehnologii inteligente pentru cladiri” de catre Merten ●1987 Stabilirea unui parteneriat in dezvoltarea protocolului INSTABUS - Merten GmbH & CO. KG - INSTA-Elektro GmbH (Berker, Gira, Jung) - Siemens AG ●1990 Infiintarea EIBA - European Installation BUS Association ( cu sediul la Bruxelles) ●Infiintarea EIBA Germania ●Infiintarea Asociatiei Konnex - BatiBUS Club International BCI - European Installation Bus Association EIBA - European Home Systems Association EHSA ●2003 KNX este primul standard pentru cladiri EN 50090 ●2004 13 asociatii EIBA nationale - LIGHT + BUILDING KNX AWARD pentru Best Project 2004 Merten Stagobel ●2006 KNX a fost aprobat ca si standard international ISO/IEC 14543-3-x Spre deosebire de alte standarde cum ar fi LON, care este foarte bun insa adaptat mai mult mediului industrial sau standarde domestice mai putin raspandite ca X10 care are limitari tehnologice, KNX a dobandit un succes larg la producatorii din toata lumea, la ora actuala existand foarte multe echipamente certificate de la multi producatori, echipamente care pot functiona perfect impreuna. Acest lucru conduce la o flexibilitate foarte mare si la posibilitatea de a modela extrem de multe functii inteligente chiar si pentru cladirile cu destinatie rezidentiala, multi sau unifamiliale iar sistemele proiectate conform standardului KNX pot fi scalate de la nivelul unui apartament pana la instalatii uriase ca noile terminale ale unor aeroporturi din lume. Principiul de functionare a unei instalatii KNX este destul de simplu: o colectie de dispozitive care detin fiecare o logica locala comunica intre ele prin intermediul unor telegrame definite de standardul KNX, aceste telegrame fiind transmise prin fir sau chiar prin radio. Unele dispozitive au rol de senzori (de exemplu o serie de butoane pe perete pe post de intrerupatoare sau o statie meteo pe acoperis) iar altele au rol de executie (de exemplu o serie de comutatoare care aprind sau sting efectiv un bec). Cea mai directa implicatie a unei astfel de tehnologii este ca amplasarea senzorilor si a elementelor de executie nu mai este restrictionata din motive constructive ale cladirii, posibilitatea controlului extinzandu-se cu mult peste modelul traditional de instalatii electrice. O a doua implicatie este data de existenta unei game extrem de variata de dispozitive cu rol de senzori sau de actionare, ceea ce permite integrarea in sistemul KNX a multor sisteme pe care le intalnim de obicei disparate in cadrul unei cladiri:  Iluminat;  Control jaluzele electrice;  Climatizare;  Alarme;  Telefonie;  Internet;  Audio – Video; 15

  

Contorizare; Securitate si control acces; Meteo si irigatii.

O a treia implicatie tine de ideea gruparii parametrilor tuturor sistemelor integrate in KNX pentru a deservi imediat un scenariu de utilizare al cladirii. Spre exemplu daca avem musafiri sau dorim sa vizionam un film, toate elementele de iluminat, climatizare, pozitionare jaluzele, audio-video pot fi reglate instantaneu printr-o singura comanda. Tot ce trebuie sa facem este sa reglam manual aceste elemente la prima utilizare apoi cu o singura comanda memoram toate pozitiile setate intr-un scenariu. Desigur, o instalatie poate porni numai de la unele functionalitati si se poate dezvolta in timp daca se constata aceasta necesitate.

Fig 1.16. Dispozitive controlabile cu standardul KNX

Fig 1.17. Interfata sistemului KNX

16

1.5 Avantajele si Dezavantaje  Avantaje. Unul din avantajele unei case inteligente in comparatie cu o casa normala este de a face mai usoara viata locatarilor, oferind acestora securitate sporita si eficienta energetica in scopul de a mici costurile de zi cu zi. Imaginati-va ca veniti dupa o plimbare epuizanta si tot ce vreti este sa faceti un dus fierbinte si imediat sa va puneti la somn, dar ati uitat sa opriti anumiti consumatori electrici, gazele sau sa verificati daca usile sunt inchise, tot ce ar trebui sa faceti ar fi sa apasati un simplu buton si toate aceste sarcini sa fie indeplinite in locul dumneavoastra fara sa va mai faceti griji. Ba mai mult dimineata cand va pregatiti de serviciu sa aveti un program zilnic pus la punct, alarma sa sune, si sa va incepeti dimineata cu cafeaua si micul dejun gata pregatite pentru a va incepe ziua cu succes, frigiderul sa stie cand ar ramane fara legume proaspete si sa plaseze comanda pe internet in locul dumneavoastra dupa preferintele setate de dumneavoastra. Aerul conditionat poate fi setat sa porneasca cu cateva minute inainte sa ajungeti acasa de la serviciu pentru a va gasi locuinta la temperatura potrivita aleasa de dumneavoastra, dar nu inainte ca telefonul sa va atentioneze o posibila intarziere in trafic si aerul conditionat sa nu porneasca cu mult inainte sa ajungeti acasa. Un alt avantaj il avem la partea de securitate prin simplul fapt ca nu mai avem nevoie de chei, putem sa deschidem usa de la intrare doar cu ajutorul amprentei, a vocii sau a scanarii retinei sau a recunoasterii faciale. In caz ca cineva incearca sa patrunda in locuinta putem fi avertizati fix pe telefonul mobil pentru a lua masuri de indata. Avand in vedere eficienta energetica, putem seta electrocasnicele sa consume mai putin sau doar la un interval pe care il setam noi sau cand pretul pe kilowatt este mai mic.

 Dezavantaje. Desigur ca in orice situatie exista avantaje si dezavantaje, iar in cazul unei case inteligente exista cateva dezavantaje destul de considerabile. Unul dintre aceste dezavantaje il constituie pretul dispozitivelor inteligente folosite la realizarea unei astfel de case, de la becurile inteligente pana la componentele mai costisitoare cum ar fi prizele wireless, senzorii, termostatul, s.a. Lasand costurile la o parte, adevarul este ca o casa inteligenta in momentul de fata nu este accesibila atator de multe persoane pe cat ne-am fi dorit, dar datorita interesului crescut al publicului in acest domeniu va schimba foarte mult lucrurile si cel mai probabil in viitorul apropiat vom vedea chiar mai multe idei care vor lua nastere care cu siguranta va duce la o scadere semnificativa in preturi ce va face ideea de casa inteligenta accesibila mai multor oameni decat in prezent. Un alt dezavantaj destul de important ar fi vulnerabilitatea crescuta atacurilor informatice, din moment ce orice casa inteligenta are nevoie de o conexiune la internet pentru a putea functiona dupa bunul plac al utilizatorului. 17

CAPITOLUL 2 SENZORI SI PLACI DE DEZVOLTARE 2.1 Senzori. Definitii si caracteristici Senzorul este un dispozitiv care detecteaza sau masoara unele conditii sau proprietati si inregistreaza, indica sau uneori raspunde la informatia primita. Astfel, senzorii au functia de a converti un stimul intr-un semnal masurabil, cuprinzand atat traductorul, ce are rolul de a transforma marimea de intrare in semnal electric util, dar si circuite pentru adaptarea si conversia semnalelor, si eventual pentru prelucrarea si evaluarea informatiilor. Senzorii sunt dispozitive de marimi reduse , ce permit determinari punctuale ale masurandului, ceea ce conduce la extensia definitiei catre arie /matrice de senzori. Senzorii si traductoarele sunt elemente esentiale ale sistemelor de automatizare a dispozitivelor civile si industriale si se bazeaza pe un domeniu larg de principii fizice de operare. De asemenea sunt utilizati si in cazul cercetarii si analizelor de laborator, senzorii si traductoarele fiind incluse in lanturi de masurare complexe, care sunt conduse automat. Exista mai multe tipuri de senzori si traductoare cum ar fi: cu contact sau fara, incrementali sau absoluti (depinde de marimea de intrare), digitali sau analogici ( in functie de marimea de iesire). Cand alegem senzori si traductoare trebuie sa tinem cont de:      

proprietatea de a monitoriza; domeniul in care variaza; dimensiunile ce trebuiesc respectate; conditii speciale de lucru; tipul marimii de iesire; cost.

Senzorii permit obtinerea de imagini sau harti ale unei scene prin cai cunoscute de om. Un senzor realizeaza aceeasi functie ca si un traductor, asta inseamna ca percepe starea unei marimi fizice si o converteste in semnal electric, iar structura functionala a senzorului respecta aceeasi scheme ca a traductorului. Spre deosebire de traductori, senzorii au trei caracteristici care diferentiaza de acestia:  multiplicarea functionala ce semnifica existenta in structura unui senzor a unui numar mare de dispozititve sensibile care fac acelasi lucru, fie ca sunt dispuse liniar sau matriceal;  miniaturizarea (permite realizarea de masuri punctuale ale marimilor investigate;  fuziunea senzoriala ce presupune reuniunea mai multor senzori intr-o configuratie unica in scopul asigurarii functionalitatii dorite. Aceste trei caracteristici fac posibil ca impreuna cu proprietatea de imitare a functiilor umane sa se diferentieze de traductoare. Traductorul este un dispozitiv care converteste un semnal de o anumita natura fizica intr-un semnal corespunzator avand o natura fizica diferita. 18

Un traductor este un convertor de energie, iar semnalul de intrare are intotdeauna energie sau putere. Puterea (care prin integrare da energia) asociata semnalului de intrare trebuie sa fie suficient de mare, pentru a nu fi perturbata de catre traductor marimea de masurat, sau traductorul trebuie sa influenteze - prin circuitul sau de intrare - neglijabil marimea de masurat. Fiindca exista clase diferite de semnale: mecanic, termic, magnetic, electric, optic si chimic, putem spune ca orice dispozitiv care converteste semnale dintr-o clasa in alta este considerat a fi un traductor. mecanic

mecanic

termic termic magnetic

magnetic electric

Intrare

optic

Prelucrare

Ie ire

electric optic

TRADUCTOR

chimic

chimic

Fig 2.1. Traductor

Clasificarea generala a traductoarelor se face din urmatoarele puncte de vedere: a) Dupa necesitatea existentei unei surse auxiliare de activare pentru obtinerea semnalului de intrare se disting: ● traductoare active sau de tip generator; ● traductoare pasive sau de tip parametric. b) Dupa semnalul de iesire distingem: ● traductoare analogice; ● traductoare numerice. ● traductoare cvasinumerice. c) Dupa principiul de functionare care sta la baza transferului de energie intrare-iesire avem: ● traductoare lucrand in regim dezechilibrat; ● traductoare cu echilibrare automata. 19

d) Dupa dinamica exprimata prin relatia intrare-iesire, traductoarele se pot clasifica in: ● sisteme de ordinul 0 (sau de tip proportional); ● 1 (element de intarziere de ordinul I); ● 2 (element de intarziere de ordinul II); ● de ordin mai mare. e) O clasificare foarte raspandita a traductoarelor este in functie de marimea masurata. Exista traductoare de: temperatura, presiune, debit, nivel, umiditate, pozitie, viteza, acceleratie, forta, cuplu etc. f) Dupa principiul functional care sta la baza realizarii partii de intrare a traductorului: ● rezistive, capacitive, inductive (parametrice); ● cu acumulare de sarcina electrica, cu generare de tensiune electrica/curent electric (generatoare). Caracteristicile generale ale senzorilor reflecta independenta dintre marimile de intrare si de iesire sub aspect functional. Aceste caracteristici sunt:  caracteristici de intrare, acestea reflecta interactiunea dintre marimile de intrare si obiectul supus masurarii;  caracteristici de transfer, care reprezinta relatia dintre o marime de intrare si una de iesire;  caracteristici de iesire, acestea reflecta interactiunea marimilor de iesire cu elementul cu care este cuplat la iesire. Pe langa aceste caracteristici generale mai exista si caracteristici specifice, care nu intervin direct in relatia de dependenta dar conditioneaza calitatile tehnice si economice ale senzorilor. Din aceasta categorie fac parte: fiabilitatea, consumul de energie electrica, protectia impotriva marimilor perturbatoare etc. Clasificarea generala a senzorilor se face din urmatoarele puncte de vedere: 1. In functie de locul de culegere a informatiilor deosebim: a) senzori de contact, folositi pentru determinarea proprietatilor fizice ale obiectului respectiv pentru masurarea presiunii dintre obiect si dispozitivul de prehensiune sau alunecarii obiectului fata de dispozitivul de prehensiune; b) senzori de zona apropiata (de proximitate) de tip: optic, pneumatic sau electromagnetic, care dau informatii fara a avea contact fizic cu obiectul; c) senzori de zona indepartata, de tip acustic cu ultrasunete sau cu camere video, respectiv cu radiatii infrarosii; 2. Dupa proprietatile obiectelor pe care le pun in evidenta deosebim: a) senzori pentru evaluarea formei si dimensiunilor geometrice (deplasare); b) senzori pentru determinarea proprietatilor fizice ale obiectelor (efort, cuplu, densitate, presiune, debit, etc) 20

c)senzori pentru determinarea proprietatilor chimice ale obiectelor (concentratie, compozitie, analizoare chimice, etc) 3.Dupa tipul semnalului furnizat la intrare deosebim: a)senzori pentru marimi fizice (deplasare, viteza, efort, cuplu, presiune, camp magnetic, temperatura); b) senzori pentru marimi chimice (concentratie, analiza gazelor, pH); c) senzori biologici (tactili, vizuali, auditivi, zaharuri, proteine) 4.Dupa tipul semnalului furnizat la iesire deosebim: a)senzori analogici, la care semnalul continuu de iesire urmareste variatiile marimii aplicate la intrare; b)senzori numerici, la care semnalul discontinuu de iesire sub forma de impulsuri, reprezinta modul de variatie a marimii de masurat; c) senzori simbolici, care opereaza cu marimi simbolice (mare, mic, colosal) si furnizeaza informatii numerice si simbolice. Dupa principiul principiul de functionare senzorii se impart in doua categorii:  

senzori activi; senzori pasivi.

Senzorii activi efectueaza transformarea directa a energiei marimii de masurat intro energie asociata marimii de iesire, de obicei o marime electrica. Senzorii activi furnizeaza un semnal electric, de obicei o tensiune electrica. Acesti senzori sunt intalniti in literatura de specialitate si sub denumirea de senzori generatori sau senzori energetici. Senzori pasivi sunt destinati masurarii unor marimi, care nu permit eliberarea energiei de masurare. Senzorii pasivi prezinta ca marime de iesire, o impedanta electrica sau componente ale acesteia: rezistenta, capacitate, inductanta. Senzorii pasivi se mai numesc si senzori parametrici sau modulatori. Exemple de senzori parametrici sunt:

  

termorezistente; fotorezistente; traductori capacitivi si inductivi de deplasare.

21

2.2 Senzori de temperatura Temperatura este una din marimile neelectrice cel mai des intalnita ca necesitate de masura in practica, are din acest motiv, o documentare asupra traductoarelor si schemelor de masura foarte bogata. Masurarea temperaturii constituie una dintre cele mai uzuale procese de masurare. Probabil, cel mai simplu si mai des folosit fenomen in masurarea temperaturii este dilatarea termica. Acesta este principiul ce sta la baza termometrelor din sticla cu lichid. Pentru a transforma energia termica in semnal electric se folosesc detectori rezistivi, termoelectrici, optici si piezoelectrici.

Fig 2.2. Senzor temperatura Brick

Metodele de masurare electrica a temperaturii sunt variate, ele putandu-se clasifica dupa urmatoarele criterii: 

  

forma expresiei marimii masurate (masurari analogice, masurari numerice). Principiul masurarii analogice implica urmatoarele metode de masurare: modulatia in amplitudine, in frecventa, in faza, in impulsuri. Principiul masurarii numerice foloseste coduri. tehnica masurarii prin numarare (contoare), prin deviatie, prin comparatie. valoarea de referinta a marimii masurate (se disting masuratori absolute care se refera la o valoare de referinta zero si masurari diferentiale la care se ia ca valoare de referinta o marime de comparatie arbitrara) variatia marimii de masurat (masurari statice, cuasistatice, dinamice)

Cand un senzor este introdus intr-un obiect sau plasat pe suprafata obiectului, va exista un transfer de caldura intre sonda si obiect: senzorul se va raci sau se va incalzi. 22

Acelasi fenomen va aparea si in cazul transferului de energie termica sub forma de radiatie energetica in IR, senzorul va absorbi sau emite radiatie IR in functie de temperatura corpului monitorizat. Orice senzor, indiferent de cat de mic este, va perturba rezultatele masuratorii si deci este o problema majora in a minimiza erorile introduse de senzor si in a adopta o metoda optima de masurare.

Fig 2.3. Senzor de temperatura TMP36

Termocuplul sau senzorul termoelectric reprezinta un mijloc de masurare a temperaturii cu larga raspandire in industrie si cercetare, acolo unde temperatura constituie cauza sau efectul diferitelor procese. Larga raspandire a acestui senzor este dictata de avantajele pe care le ofera in comparatie cu alte mijloace de masurare a temperaturii si anume:     

constructie simpla si pret de cost scazut; asigura masurarea intr-un interval foarte mare de temperatura (-200/3000)grade Celsius ; poate fi conectat direct la diferite dispozitive indicatoare, inregistratoare sau de comanda; timp de raspuns mic pentru unele variante constructive; poate fi folosit la masurarea gazelor sau al oricarui alt mediu care nu radiaza suficienta energie ca sa poata fi masurata prin metodele pirometriei optice.

Dintre dezavantaje putem mentiona: 

imbatranirea lui datorita folosirii la temperaturi foarte apropiate de temperaturilepunctelor de topire ale materialelor din care sunt confectionati termoelectrozii; 23

 

variatia temperaturii jonctiunii de masurare fata de temperatura de masurat, lucru ce apare in special la masurarea temperaturilor de suprafata; imposibilitatea folosirii termocuplului la masurarea temperaturii corpurilor in miscare.

Termocuplul face parte din categoria elementelor sensibile generatoare, motiv pentru care adaptoarele acestora sunt de tipul amplificator de curent continuu. Pentru realizarea adaptoarelor se au in vedere o serie de particularitati:      

valoarea redusa a t.t.e.m generate de termocuplu impune folosirea de amplificatoare cu impedanta mare de intrare, tensiune de offset si deriva termica mici; neliniaritatea caracteristicii statice implica folosirea de scheme de liniarizare cu atat mai performante cu cat precizia urmarita este mai mare; compensarea jonctiunii de referinta; protectia circuitelor electrice si electronice la intreruperea termocuplului sau la aparitia unor semnale parasite datorate deteriorarii senzorului (avand in vedere sensibilitatea amplificatorului de intrare); modalitati de conectare in circuit pentru termocupluri cu doua, trei sau patru fire. modalitati de conectare in circuit pentru termocupluri cu doua, trei sau patru fire.

Fig 2.4. Termocuplu

24

2.3 Senzori de miscare a) Senzorul infrarosu pasiv Un detector de miscare este un dispozitiv de recunoastere a miscarilor de corpuri (obiecte, persoane) in vecinatatea lui. Un astfel de detector contine un mecanism fizic sau un senzor electronic care cuantifica miscarea si care poate sa fie integrat sau conectat la alte dispozitive care sa alerteze utilizatorul de prezenta unui obiect in miscare in raza de actiune a senzorului. Detectoarele de miscare sunt o componenta vitala a sistemelor de securitate atat pentru locuinte cat si pentru firme. Senzorul infrarosu pasiv (PIR) este cel mai utilizat senzor in detectoare de miscare. Se adapteaza optimal la detectia miscarilor ce provoaca schimbari in pozitionarea unghiulara fata de el a corpurilor, atunci cand ele se afla in raza de actiune a senzorului. Senzorul infrarosu pasiv (senzor PIR) este un dispozitiv electronic care masoara radiatia infrarosie emisa de obiecte aflate in campul sau vizual. Este mai ales folosit in constructia detectoarelor de miscare. Senzorul PIR este un dispozitiv electronic care masoara radiatia infrarosie (IR) provenita de la obiecte aflate in campul sau vizual. Aparent miscarea este detectata atunci cand un corp cu o anumita temperatura (cum ar fi un om sau un animal) trece prin fata sursei infrarosu (adica un alt corp, obiect) cu o alta temperatura, cum ar fi un perete. Acest lucru inseamna ca senzorul detecteaza caldura de la trecerea unui obiect prin campul de actiune al senzorului si acel obiect rupe campul pe care senzorul l-a determinat anterior ca fiind “normal”. Orice obiect, chiar unul de aceeasi temperatura ca si obiectele din jur va activa senzorul PIR daca corpul se deplaseaza in campul vizual al senzorului.

Fig 2.5. Senzor de miscare PIR

25

Toate corpurile emit energie sub forma de radiatii. Radiatiile infrarosii sunt invizibile pentru ochiul uman, dar pot fi detectate de dispozitive electronice concepute in acest sens. Senzorul cu infrarosu pasiv reactioneaza la schimbarea temperaturii cauzata de schimbarea fluxului de radiatii (in principal radiatie termica in infrarosu, lungimea de unda fiind de aproximativ 10 µm) de la oameni, animale si vehicule aflate in vecinatatea senzorului. Senzorul (de miscare) cu infrarosu nu raspunde la diferentele termice statice, care sunt cauzate prin mijloace naturale cum ar fi expunerea la lumina soarelui - percepe numai semnale de schimbare, cum ar fi atunci cand o persoana intra in raza de sensibilitate infrarosie (detectie) a senzorului.

In fata senzorului propriu-zis, in distanta focala se gaseste o cupola sferica sau cilindrica de lentile mici curbe convexe albe, din material plastic noros, dar este in mod clar in infrarosu transparent. Aceste lentile multiple colecteaza lumina in infrarosu. Lumina in infrarosu ajunge la senzorul propriu-zis care transforma aceasta energie infrarosie in energie electrica, care poate fi analizata de un procesor si care va diferentia alarmele false de alarmele reale. Senzorul PIR detecteaza caldura emisa de un organism din campul sau de actiune. Senzorii sunt adesea montati la corpurile de iluminat pentru siguranta casei. Acesta se activeaza atunci cand o persoana in miscare trece prin raza de actiune a senzorului si intrerupe starea pe care senzorul o considera normala pana in acel moment. Corpurile de iluminat cu tehnologia senzorilor de miscare infrarosu (PIR) se aprind atunci cand o persoana trece prin campul de actiune al senzorului, iar senzorul nu va activa lumina daca o persoana ramane nemiscata in raza de actiune a senzorului.

Fig 2.6. Structura senzorului de miscare PIR

26

Iluminatul exterior cu senzori de miscare este mai mult decat un simplu iluminat, este chiar un sistem de securitate al casei. Pentru iluminatul zonele exterioare se utilizeaza senzori de miscare cu infrarosu pasiv deoarece, acesti senzori de miscare au o sensibilitate mai mica, evitandu-se astfel alarmele false. Prin sensibilitate mai mica se intelege ca pentru animale sub 45 kg nu se va aprinde lumina. Senzorii de miscare cu infrarosu pentru exterior se utilizeaza pentru iluminatul cailor de acces, gradinilor, teraselor, garajelor. b) Senzorul de miscare radar Senzorii de miscare radar denumiti si senzori cu ultrasunete sau senzori de inalta frecventa functioneaza prin transmiterea undelor sonore de inalta frecventa, care scaneaza obiectele aflate in jur si emit senzorului informatiile din mediu. Miscarea detectata in campul de actiune al senzorului perturba modelul undelor reflectate si activeaza senzorul. Senzorul de miscare cu ultrasunete emite unde sonore de frecvente inalte nepercetibile de auzul uman. Acest tip de senzori au acoperire similara cu senzorii de miscare PIR, acestia avand raza de actiune de 3 metri inaltime si 8 metri in lungime. Termenul de senzor de miscare de inalta frecventa mai este cunoscut si prescurtat ca HF in limba engleza, adica high frequency – inalta frecventa. Avantajele si dezavantajele senzorului de miscare radar: Cel mai mare avantaj al senzorului de miscare de inalta frecventa (HF) este de asemenea si cel mai mare dezavantaj. Senzorii HF sunt sensibili la orice miscare, nu doar miscarile umane si prin urmare pot crea alarme false. Atunci cand senzorii HF se utilizeaza pentru controlul luminilor, exista posibilitatea ca luminile sa fie aprinse chiar daca in campul vizual al senzorului nu se afla nicio persoana. Senzorii HF pot avea incorporata tehnologia-duala, adica pe langa senzorul HF este inclus si un senzor PIR. Senzorii cu tehnologie duala utilizeaza senzorul PIR care are o sensibilitate moderata pe distante mari si senzorul HF care are o sensibilitate ridicata pe distante mici. Impreuna senzorul HF si PIR imbunatatesc capacitatea generala de detectie. Un alt avantaj/dezvantaj al senzorului HF este acela ca detecteaza miscarea prin obiecte solide cum ar fi sticla sau peretele In zonele in care nu exista o vedere clara, senzorul poate detecta miscarea. In acest caz faptul ca senzorul detecteaza miscarea prin obiecte solide reprezinta un avantaj. De exemplu daca senzorul HF detecteaza miscarea dintr-o zona adiacenta populata, senzorul va declansa lumina din zona nepopulata, creand alarme false. Alegerea si montarea corecta a senzorului duce la o optiune viabila pentru controlul luminilor atat in zona rezidentiala cat si in cea industriala si comerciala. Senzorii de miscare pentru iluminatul interior sunt senzori radar / senzori de inalta frecventa. Acet tip de senzor are o sensibilitate mai mare, permite setarea timpului de aprindere, gradul si modul de iluminare, setarea crepuscularitatii, unghiul de detectie, precum si limitarea zonei de detectie sau pivotarea detectorului de miscare.

27

Fig 2.7. Senzor de miscare tip radar de inalta frecventa(HF)

2.4 Arduino  Ce este arduino? Arduino este una dintre cele mai simplu de utilizat platforme cu microcontroller. Te poti gandi la el ca la un minicalculator (are puterea de calcul a unui computer obisnuit de acum 15 ani), fiind capabil sa culeaga informatii din mediu si sa reactioneze la acestea. In jurul lui Arduino exista un ecosistem de dispozitive extrem de bine dezvoltat. Orice fel de informatie ti-ai dori sa culegi din mediu, orice fel de conexiuni cu alte sisteme ai avea nevoie, exista o sansa foarte mare sa gasesti un dispozitiv pentru Arduino capabil sa iti ofere ceea ce ai nevoie. Astfel, daca discutam despre preluarea de informatii din mediu, mai jos sunt doar cateva exemple de senzori ce pot fi implementati pe placi arduino :   

Senzori ce pot determina nivelul de alcool in aerul respirat ( acesti senzori sunt folositi in bine-cunoscutul etilotest folosit de politie, pentru a masura nivelul de acool expirat, de catre soferii opriti de catre ei); Senzori de incendiu (acestia se declanseaza in gazului, monoxidului de carbon, etc); Senzori ce masoara acceleratii ale dispozitivelor in miscare, curentul consumat de dispozitive casnice, gradul de rotire, forta de apasare; 28



Senzori ce detecteaza nivelul de iluminare, prezenta umana, sunetul, temperatura, umiditatea, presiunea atmosferica, etc.

Daca ne referim la posibilitatea de a ne conecta cu alte sisteme, exista placi de retea Ethernet pentru Arduino capabile sa comunice informatii prin Internet, dispozitive capabile sa transmita date prin conexiune radio, placi de retea WIFI, dispozitive GSM pentru Arduino (capabile sa trimita si sa receptioneze SMS-uri, sa initieze apeluri de voce sau sa trimita date prin reteaua 3G) sau conectori Bluetooth pentru conectarea Arduino cu telefonul mobil sau laptop. Pentru afisarea informatiilor preluate, exista ecrane LCD pentru Arduino, incepand cu cele mai simple (LCD text cu 16 caractere) pana la ecran LCD grafice.

Fig 2.8. Ecran Lcd 1602 cu afisaj electronic pe doua randuri conectat la Arduino UNO

Acest display este ideal pentru proiecte de electronica ce necesita afisarea unor informatii simplu si rapid. LCD-ul este iluminat, pentru a permite citirea in spatii intunecate sau pe timp de noapte. Acesta are urmatoarele caracteristici tehnice:    

Tensiune de alimentare 5V; Tensiune de alimentare Backlight 4.2V; Curent: 1.1mA; Curent Backlight 100mA. Instalare.

Primul lucru pe care trebuie sa il faci inainte de a putea programa placa Arduino, este sa ii instalezi driver-ele pe PC. Daca rulezi Linux sau MAC, ai scapat, nu ai nevoie de driver-e. Daca insa rulezi Window, va trebui instalezi si drivere-le, ca pentru orice alt dispozitiv hardware. 29

Aceste drivere sunt disponibile in mediul de dezvoltare, pe care le poti descarca de pe site-ul Arduino. Dupa descarcarea driverelor, conecteaza apoi placa Arduino la portul USB. PC-ul va detecta ca ai un nou dispozitiv, si iti va cere sa instalezi drivere pentru el. Alege optiunea de instalare prin care ii spui Windows ca ai tu drivere, si ii ceri sa nu se conecteze la Internet pentru a cauta in mod automat.

Fig 2.9. Soft Arduino IDE

 Breadboard-ul. Un breadboard este un dispozitiv care permite conectarea extrem de simpla a componentelor electronice, fara lipituri. Pentru a conecta dispozitivele se folosesc fire tatatata (cu pini la ambele capete), care se introduc in gaurile din breaboard. Gaurile existente in breaboard sunt conectate intre ele (de obicei pe linie), astfel incat firele introduse pe aceeasi linie vor fi conectate intre ele. Un exemplu frecvent de utilizare a breadboard-ului este acela in care dorim sa conectam simultan mai multe dispozitive brick la Arduino (care are doar un singur pin de 5V, si doar 3 pini de GND). In aceasta situatia, vom conecta folosind fire tata-tata pinul de 5V Arduino la una dintre liniile breaboard-ului, la alta linie din breadboard vom conecta unul dintre pinii GND, si in acest mod vom avea disponibile inca patru pini care sunt conectati la 5V (cei care sunt pe 30

aceeasi lini cu cel conectat la 5V), si patru pini conectati la GND (cei care sunt pe aceeasi linie cu GND).

Fig 2.10. Tipuri de Breadboard-uri dupa marime

Tipuri de placi Arduino care sunt folosite des:  Arduino UNO R3. Arduino UNO este o platforma de procesare open-source, bazata pe software si hardware flexibil si simplu de folosit. Consta intr-o platforma de mici dimensiuni (6.8 cm / 5.3 cm – in cea mai des intalnita varianta) construita in jurul unui procesor de semnal si este capabila de a prelua date din mediul inconjurator printr-o serie de senzori si de a efectua actiuni asupra mediului prin intermediul luminilor, motoarelor, servomotoare, si alte tipuri de dispozitive mecanice. Procesorul este capabil sa ruleze cod scris intr-un limbaj de programare care este foarte similar cu limbajul C++. Placa Arduino UNO se conecteaza la portul USB al calculatorului folosind un cablu de tip USB A-B. Poate fi alimentata din prize sau folosind un alimentator extern. Alimentarea externa este necesara in situatia in care consumatorii conectati la placa necesita un curent mai mare de cateva sute de miliamperi. In caz contrar, placa se poate alimenta direct din PC, prin cablul USB.

31

Specificatiile placii : -

Microcontroler: ATmega328; Tensiune de lucru: 5V; Tensiune de intrare (recomandat): 7-12V; Tensiune de intrare (limita): 6-20V; Pini digitali: 14 (6 PWM output); Pini analogici: 6; Curent per pin I/O: 40 mA; Curent 3.3V: 50 mA; Memorie Flash: 32 KB (ATmega328) 0.5 KB pentru bootloader; SRAM: 2 KB (ATmega328); EEPROM: 1 KB (ATmega328); Clock Speed: 16 MHz.

Fig 2.11 a) Placa de dezvoltare arduino Uno R3 cu microcontroller ATMEGA 328P

32

Fig 2.11 b) Placa Arduino Uno R3 cu Microcontroller ATMEGA 328P

 Arduino Leonardo. Arduino Leonardo este cea mai noua platforma de procesare de la Arduino. Este bazata pe microcontroller-ul ATMega32U4. Are 20 pini digitali de input / output (din care 7 suporta PWM, iar 12 dintre ei pot fi utilizati si ca pini de intrare analogica), functioneaza la 16 MHz, si dispune de o conexiune cu calculatorul printr-o mufa micro USB. Produsul contine tot ce ai nevoie ca sa-l poti utiliza in orice conditii. Tot ce ai de facut este sa-l conectezi la PC sau la o sursa de alimentare externa (7 V - 12 V). Schimbarea majora fata de Arduino Uno este faptul ca microcontroller-ul ATMega32U4 permite comunicare USB direct, fara a fi necesar nimic altceva. Printre altele, acest lucru permite placii sa se comporte ca tastatura sau ca mouse. Specificatii placii: -

Microcontroller: ATmega32u4; Tensiune de lucru: 5V; Tensiune de intrare: 7-12V; Pini I/O Digitali: 20; Porturi PWM: 7; Porturi Analogice: 12; Curent per Pin I/O: 40mAh; Memorie Flash: 32KB; SRAM: 2.5KB; EEPROM: 1KB; Viteza: 16 MHz. 33

Fig 2.12. a) Placa de dezvoltare arduino Leonardo

Fig 2.12. b) Placa de dezvoltare arduino Leonardo

34

 Arduino Mega 2560. MEGA 2560 este conceput pentru proiecte mai complexe. Acesta are 54 de pini pinuri digitali de intrare / iesire, 16 intrari analogice si un spatiu mai mare pentru schita dvs. Aceasta placa este recomandata pentru imprimante 3D si proiecte de robotica. Acest lucru va ofera proiectelor dumneavoastra destul spatiu si multe oportunitati. Mega 2560 este o actualizare pentru placa Arduino MEGA pe care o si inlocuieste. Specificatii placa: -

Tensiune de functionare: 5V; Tensiune de alimentare Jack: 7V - 12V; Pini I/O: 54; Pini PWM: 15 (din cei de I/O); Pini analogici: 16; 4 x UART; Memorie flash: 256KB, din care 8KB ocupati de bootloader; Frecventa de functionare: 16MHz.

Fig 2.13. Placa Arduino Mega 2560

35

CAPITOLUL 3 IMPLEMENTAREA COMENZILOR VOCALE IN CAMERA INTELIGENTA 3.1 ALEGEREA COMPONENTELOR NECESARE PROIECTULUI

Pentru realizarea proiectului ce consta in implementarea comenzilor vocale pentru a comanda diferite echipamente intr-o camera obisnuita cu scopul de a o moderniza si a-i da diferite functii „inteligente’’ s-au folosit urmatoarele componente:            

Placa de dezvoltare Arduino Uno R3; Senzor de prezenta PIR HC-SR501; Breadboard 830; Fire jumper si fire mama-tata; Ventilator 80mm (cu rol de AC in proiectul nostru); Modul senzor lumina – intensitate luminoasa; Modul Bluetooth HC-05; Modul releu 2 canale; Led-uri; Baterie alcalina 9v si conector baterie 9v pentru alimentare placa; Buzzer 3-24V 95DB; O placa polistiren extrudat, adeziv si suruburi 3.5mm pentru realizarea machetei.

In primul rand incepem cu placa de dezvoltare Arduino Uno R3, care este miezul si piesa de rezistenta care face posibil acest proiect. Am ales aceasta placa deoarece este de dimensiuni mici si este foarte simplu de lucrat cu ea, dar si foarte capabila in ceea ce priveste specificatiile acesteia datorita microcontrolerului ATmega328 cu care este prevazuta.

Atmega328 AVR 8-bit este un circuit integrat de inalta performanta ce se bazeaza pe un microcontroler RISC, combinand 32 KB ISP flash o memorie cu capacitatea de a citi-in-timp-ce-scrie, 1 KB de memorie EEPROM, 2 KB de SRAM, 23 linii E/S de uz general, 32 Inregistrari procese generale, trei cronometre flexibile/contoare in comparatie cu, intreruperi interna si externa, programator de tip USART, orientate interfata seriala byte de 2 cabluri, SPI port serial, 6-canale 10-bit Converter A/D (8-chanale in TQFP si QFN/MLF packages), "watchdog timer" programabil cu oscilator intern, si cinci moduri de software-ul intern de economisire a energiei selectabil. Dispozitivul functioneaza la o tensiune intre 1,8-5,5 volti.

36

Fig 3.1. Placa de dezvoltare Arduino Uno R3, folosita in proiect

Fig 3.2. Microcontroller Atmega328p

 Senzor de prezenta PIR HC-SR501. HC-SR501 se bazeaza pe tehnologia infrarosu, cu sensibilitate ridicata, fiabil, mod de operare ultra-scazut, folosit pe scara larga in diverse echipamente electrice autosensibile. Acest modul de senzor de miscare utilizeaza senzorul infrarosu pasiv LHI778 si IC BISS0001 pentru a controla modul in care este detectata miscarea. Modulul ofera o sensibilitate reglabila care permite o gama de detectie a miscarii de la 3metri la 7 metri.

37

Fig 3.3. Senzor de miscare PIR HC-SR501 folosit la proiect.

Senzorul de miscare PIR are urmatoarele caracteristici tehnice: -

Tensiune: 5V - 20V; Consum de energie: 65mA; Iesire TTL: 3.3V, 0V; Timp de intarziere: ajustabil (.3-> 5min); Timp de blocare: 0,2 sec; Metode de declansare: L - dezactivati declansarea repetata, H permite declansarea repetata; Unghi de detectare: mai putin de 120 grade, in limita a 7 metri; Temperatura: - 15 ~ +70; Dimensiune: 32 * 24 mm, distanta dintre surub 28 mm, M2, Dimensiunea obiectivului in diametru: 23 mm.

 Breadboard 830. Breadboard-ul este folosit in general pentru realizarea rapida a montajelor fara a fi nevoie de lipirea firelor, pentru testarea proiectelor. Piesele se pot conecta prin fire de tip tata-tata, mama-mama sau direct in gaurile din placa breadboard . Fiecare pin se poate conecta se poate conecta prin cele 4 gauri asezate perpendicular pe circuit. Doua magistrale amplasate in lateral, se folosesc in mod normal pentru alimentare, placa avand in total, 4 alimentari independente.

38

Fig 3.4. Tipul de breadboard folosit in proiectul nostru

Acesti tip de breadboard are urmatoarele caracteristici: -

Dimensiuni: 16.5 x 5.5 x 0.85cm; Numr de puncte: 83; Diametru fire necesare: 0.8mm.

 Ventilator 80mm ( care il vom folosi pe post de AC) In proiectul nostru am folosit un ventilator mic de 80mm luat de la un cooler pentru procesor, acesta va avea rol de AC in proiectul nostru.

Fig 3.5. Ventilator 80mm folosit la proiect

39

 Modul senzor lumina – intensitate luminoasa. Acest modul de rezistenta fotosensibil este utilizat in mod obisnuit pentru a detecta luminozitatea luminii din mediul inconjurator. Iesirea DO poate fi conectata direct la microcontroler, prin microcomputer cu un singur chip pentru a detecta nivelul ridicat si scazut. Modulul poate fi conectat cu o placa de dezvoltare si astfel se pot controla relee pentru actionarea intrerupatoarelor de lumina. Modulul este echipat cu un potentiometru reglabil pentru a regla luminozitatea luminii.

Fig 3.6. Modul Senzor Lumina folosit in proiect

Caracteristici tehnice: -

2 tensiune de lucru: 3.5V-5V; Forma de iesire: afisarea comutatorului digital (0 si 1); 4 gauri fixe, usor de instalat; Dimensiune: 32mm X 17mm.

 Modul Bluetooth HC-05. HC-05 este un modul care poate adauga functii Wireless in doua directii (fullduplex) pentru multiple proiecte. Acest modul se poate folosi pentru a comunica intre 2 microcontrolere ca de exemplu Arduino, sau cu orice dispozitiv ce foloseste Bluetooth precum un telefon sau laptop. Exista la momentul actual foarte multe aplicatii de Android ce sunt deja disponibile, si va pot usura acest proces. Acest modul comunica prin intermediul interfetei USART la o rata baud de 9600. De asemenea se pot configura valorile predefinite, folosind comenzi specifice.

40

Fig 3.7. Modul Bluetooth Hc-05 folosit la acest proiect.

Acest modul are urmatoarele caracteristici tehnice: Tensiune alimentare: 3.6V - 6V; Consum: 30mA; Raza acoperire: max. 100m; Foloseste protocolul IEEE 802.15.1 standardizat; Poate fi opera atat ca Master cat si Slave; Baud Rate: 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800.

 Modul releu cu 2 canale. Modulul cu 2 relee este util in cazul proiectelor realizate cu placi de dezvoltare Arduino, pentru controlul a mai multe aparate ce functioneaza la tensiune inalta. Acest modul poate fi utilizat impreuna cu o placa de dezvoltare Arduino Uno sau impreuna cu orice alta placa de dezvoltare ce dispune de 2 pini digitali si un pin VCC de 5 V. Modulul este foarte util in multe proiecte in care trebuiesc controlate diferite dispozitive ce se alimenteaza cu o tensiune maxima de 250V AC sau 30V DC. Un exemplu de utilizare a modulului intr-o locuinta, este controlarea instalatiei de iluminare intr-o locuinta. Acesta fiind dotat cu 2 relee, poate gestiona 2 corpuri de iluminat diferite. 41

Acest releu are urmatoarele caracteristici tehnice: -

Tensiune: 250 V AC sau 30 V DC; Fiecare releu este comandat separat de cate un optocuplor; Tensiune de alimentare necesara functionarii optocuploarelor este de 5 V; Curent maxim 10 A; Curent necesar pentru control: 5 mA; Dimensiuni: 3.5 x 5 x 1.5 cm.

Fig 3.8. Modul releu cu 2 canale, necesar proiectului nostru.

 Baterie alcalina 9V si conector pentru alimentare placa arduino.

Fig 3.9. Baterie alcalina 9V

42

Fig 3.10. Conector baterie + mufa.

 Buzzer 3-24V.

Fig 3.11. Buzzer 3-24V, necesar pentru a reda sunete.

Caracteristici tehnice: -

Diametru: 22mm / 0.86 "; Inaltime: 10mm / 0.39 "; 2 distante de montare: 30mm / 1,18 "; 2 lungimi cabluri: 90mm / 3.54 "; Buzzer Tip: Piezoelectric; Nivelul presiunii sonore 95 dB; Rata de tensiune: 12V DC; Tensiune de operare: 3 - 24V; Valoarea curentului maxim 10mA; Frecventa 3900 ± 500Hz. 43

 Realizarea machetei dintr-o placa de polistiren extrudat.

Fig 3.12. Macheta camerei pe care s-a montat proiectul.

3.2 Realizarea hardware a proiectului Pentru realizarea acestui proiect am conectat componentele mentionate mai sus in subcabitolul 3.1, dupa cum urmeaza: Pentru inceput am conectat placa de dezvoltare Arduino Uno la portul serial al calculatorului prin cablul special de transfer de date. Unul dintre cele mai importante componente pe care l-am folosit la proiect este modulul bluetooth HC-05 care face posibila conectarea dispozitivelor precum smartphoneul, care comunica cu placa de dezvoltare. Modulul are 4 pini terminale, doua de alimentare (GND si VCC) si ceilalti doi pini pentru transferul datelor. GND se conecteaza la pinul de masa al placii Arduino, iar pinul VCC se conecteaza la pinul de alimentare al placii de dezvoltare cu o tensiune de 3.3 V. Pinii de transfer de date RX si TX ai modulului bluetooth se leaga incrucisat pe pinii RX0 si TX0 ai placii de dezvoltare.

44

Fig 3.13 Placa Arduino UNO conectata.

Senzorul de lumina are la baza sa o fotorezistenta care in prezenta luminii trimite un impuls electric pe un pin de comanda spre placa de dezvoltare, adica detecteaza luminozitatea luminii din mediul inconjurator. Este prevazut cu un potentiometru pentru reglarea tensiunii de referinta. Alimentarea senzorului se face cu o tensiune de 3.3V-5V de pe placa Arduino prin intermediul breadboard-ului. Modulul are 2 led-uri, unul este pentru alimentare iar celalalt pentru iesirea de la comparator.

45

Fig 3.14. Senzorul de lumina si becul care il aprinde cand nu detecteaza lumina

Ventilatorul de 80mm pe care l-am folosit pentru a simula un sistem de aer conditionat l-am conectat cu ajutorul unui releu alimentat la 5V DC. Releul l-am folosit pentru a alimenta ventilatorul la o tensiune peste limita tensiunii de iesire a placii de dezvoltare. Comanda releului se face printr-un fir care e conectat la pinul 4 digital de pe placa de dezvoltare. Releele reprezinta o categorie foarte importanta de aparate din cuprinsul unei instalatii de protectie si comanda automata. Releul este aparatul care atunci cand este supus unei actiuni exterioare, realizeaza automat o operatie, pentru o gama de valori ale marimii aplicate la intrare care provoaca actionare acestuia. Notiunea de releu a fost atribuita unui ansamblu ce cuprinde unul sau mai multe contacte (normal inchise si/sau normal deschise) actionate de un flux magnetic ce trece prin miezul unei bobine (releu electromagnetic). Releele electromagnetice sunt aparate de protectie care asigura protectia la curenti de scurtcircuit sau la scaderea tensiunii cu actiune instantanee sau temporizata.

46

Fig 3.15. Modulul releu si ventilatorul(AC-ul)

Buzzer-ul este este un aparat electric care produce un sunet intermitent caracteristic care este folosit in telefonie, sisteme de securitate, etc. In proiectul meu buzzer-ul este folosit pe post de speaker (boxa) pentru a reda muzica ambientala (muzicuta) in camera inteligenta prin comanda vocala. Acesta are 2 pini, GND care este alimentat la placa Arduino prin intermediul breadboard-ului, iar pinul VCC al buzzer-ului este conectat la pinul digital 11.

Fig 3.16.Buzzer-ul care functioneaza ca o boxa pentru redarea muzicii ambientale

47

Senzorul de miscare PIR pe care l-am folosit in realizarea proiectului are rolul de a detecta miscarea obiectelor sau persoanelor aflate in raza lui de actiune si ne avertizeaza vizual cu ajutorul unui LED RGB. Acest senzor este prevazut cu 3 terminale (pini), doua de alimentare (GND si VCC) si un pin de comanda. Pinii de alimentare se conecteaza la breadboard, iar pinul de comanda se conecteaza la pinul digital 6 de pe placa arduino. Senzorul este prevazut cu doua potentiometre care deservesc reglarea sensibilitatii razei de detectie.

Fig 3.17. Senzorul PIR si led-ul RGB

Pentru alimentarea intregului circuit am folosit o baterie alcalina de 9V pentru a alimenta placa de dezvoltare cu tensiunea necesara, fara a mai avea nevoie de alta sursa de tensiune.

Fig 3.18. Baterie alcalina de 9V care alimenteaza placa.

48

In figura de mai jos avem proiectul final cu vedere din fata si din spate:

Fig 3.19 a) Vedere din fata a camerei

Fig 3.19. b) Vedere din spate a camerei.

49

3.3 Programul realizat pentru camera inteligenta

Pentru implementarea codului este nevoie mai intai de softul placii de dezvoltare. Acest soft se numeste Arduino IDE si il putem gasi pe site-ul oficial Arduino. In software-ul Arduino IDE poate fi scris un cod in orice limbaj de programare cu compilatoare care produc un cod masina binara pentru procesorul tinta. Mediul de dezvoltare Arduino IDE suporta limbile C si C ++ folosind reguli speciale de structurare a codurilor. Arduino este foarte usor de folosit, codul incarcandu-se pe placa doar prin apasarea butonului “Upload”. In caseta neagra de jos vor fi afisate informatii despre dimensiunea programului, erori, dar si conexiunea dintre PC si placuta Arduino. Monitorul serial este un instrument foarte util ce permite PC-ului sa comunice cu placuta si sa afiseze date. Dupa conectarea placutei prin cablul USB la calculator se deschide programul Arduino, trebuie selectat tipul placii folosit: Tools -> Board -> Arduino UNO. Un program Arduino are doua componente principale: functia setup() si functia loop(). In functia setup() vom scrie codul ce se va executa la inceput, o singura data. Functia loop() se executa in mod repetat imediat ce s-a terminat setup(). Aceasta nu poate lipsi – in cazul in care nu exista cod ce trebuie executat in mod repetitiv, functia loop poate fi lasata fara nicio instructiune. Un program scris cu Arduino IDE se numeste sketch.

Fig 3.20. Compilator Arduino IDE.

50

Codul pentru functiile din camera inteligenta a fost scris in limbajul de programare C cu ajutorul softului placii de dezvoltare Arduino (IDE). Principalele functii ale camerei inteligente sunt urmatoarele: -

Aprinderea / stingere luminilor interioare prin comanda vocala; Pornirea / oprirea aerului conditionat (ventilator) prin comanda vocala; Pornirea muzicii ambientale prin comanda vocala; Aprinderea / stingerea luminilor exterioare in functie de cantitatea de lumina; Notificare vizuala cu ajutorul senzorului PIR la detectarea miscarii; Activarea / dezactivarea intregului sistem al camerei inteligente prin comanda vocala.

Pentru a face posibila functia de comanda vocala trebuie sa conectam modulul bluetooth HC-05 la telefon prin intermediul softului Arduino Voice Control, pe care l-am descarcat gratuit de pe magazinul Play.

Fig 3.21. Modului Bluetooth HC-05 conectat pe breadboard.

51

Fig 3.22. Softul Arduino Voice Control conectat la modulul bluetooth HC-05.

Pentru aprinderea si stingerea luminilor interioare am folosit 4 led-uri galbene amplasate in fiecare colt al camerei, iar pentru a face posibila aceasta functie am implementat urmatorul cod: void BecOn(){ digitalWrite (bec, 255); } void BecOff(){ digitalWrite (bec, LOW); } void loop() { if(voice ==”aprinde becul” || voice ==”bec on”){ BecOn(); } else if(voice ==”stinge becul”){ BecOff(); 52

} } Pentru a porni sau a opri aerul conditionat am implementat folosit un releu pentru alimentarea ventilatorului la o tensiune mai mare decat cea nominala a placii arduino si am implementat urmatorul cod: void Releu1_On(){ digitalWrite (releu1, HIGH); } void Releu1_Off(){ digitalWrite (releu1, LOW); } void loop() { if(voice ==”ventilator pornit” || voice ==”pornește ventilatorul” || voice ==”pornește aerul condiționat”){ Releu1_On(); } if( voice ==”oprește ventilatorul” || voice ==”oprește aerul condiționat” || voice ==”Oprește aerul condiționat” ){ Releu1_Off(); } } Pentru redarea muzicii ambientale am folosit un buzzer care are rol de speaker in acest proiect si am implementat urmatorul cod: void MuzicaOn(){

//Play first section firstSection();

//Play second section secondSection();

53

//Variant 1 beep(f, 250); beep(gS, 500); beep(f, 350); beep(a, 125); beep(cH, 500); beep(a, 375); beep(cH, 125); beep(eH, 650);

delay(500);

//Repeat second section secondSection();

//Variant 2 beep(f, 250); beep(gS, 500); beep(f, 375); beep(cH, 125); beep(a, 500); beep(f, 375); beep(cH, 125); beep(a, 650);

delay(650);

}

void beep(int note, int duration) 54

{ //Play tone on buzzerPin tone(buzzerPin, note, duration);

//Play different LED depending on value of ‚counter’ if(counter % 2 == 0) { digitalWrite(ledPin1, 255); delay(duration); digitalWrite(ledPin1, LOW); }else { digitalWrite(ledPin2, 255); delay(duration); digitalWrite(ledPin2, LOW); } //Stop tone on buzzerPin noTone(buzzerPin);

delay(50);

//Increment counter counter++; }

void firstSection() { beep(a, 500); beep(a, 500); beep(a, 500); 55

beep(f, 350); beep(cH, 150); beep(a, 500); beep(f, 350); beep(cH, 150); beep(a, 650);

delay(500);

beep(eH, 500); beep(eH, 500); beep(eH, 500); beep(fH, 350); beep(cH, 150); beep(gS, 500); beep(f, 350); beep(cH, 150); beep(a, 650);

delay(500); }

void secondSection() { beep(aH, 500); beep(a, 300); beep(a, 150); beep(aH, 500); beep(gSH, 325); beep(gH, 175); 56

beep(fSH, 125); beep(fH, 125); beep(fSH, 250);

delay(325);

beep(aS, 250); beep(dSH, 500); beep(dH, 325); beep(cSH, 175); beep(cH, 125); beep(b, 125); beep(cH, 250);

delay(350); } void loop() {

if(voice ==”porneste muzica” || voice ==”pornește muzica” || voice ==”pornește muzică”){

MuzicaOn(); } }

Luminile exterioare ( din afara camerei / pe hol) se aprind automat in lipsa luminii, acest lucru fiind posibil cu ajutorul senzorului de lumina care are la baza urmatorul cod:

57

void loop() { digitalWrite(becSenzor, LOW); procesareLumina = analogRead(senzorLumina); Serial.print(procesareLumina); Serial.print(„ lux”);

if (procesareLumina < 200) { Serial.println(„ – Dark (intuneric)”); digitalWrite(becSenzor, LOW);

} else { Serial.println(„ – Very bright (lumina puternica)”); digitalWrite(becSenzor, 255);

} delay(500); }

Cand senzorul PIR detecteaza miscare acesta trimite informatia la placa de dezvoltare urmand a semnala prezenta detectata prin semnale luminoase (rosu si albastru). Codul implementat pentru aceasta functie este urmatorul: void luminiAlarma_On(){

int r,b;

for (r = 0; r < 256; r++) { analogWrite(ledAlarma_R, r); analogWrite(ledAlarma_G, 0); 58

analogWrite(ledAlarma_B, 0); delay(FADESPEED); }

for (b = 255; b > 0; b--) { analogWrite(ledAlarma_R, 0); analogWrite(ledAlarma_G, 0); analogWrite(ledAlarma_B, b); delay(FADESPEED); } } void loop() { aux = digitalRead(inputPIR); if (aux == HIGH) { luminiAlarma_On();

if (pirState == LOW) { Serial.println(„Detecteaza miscare!”); pirState = HIGH; } } else { luminiAlarma_Off(); if (pirState == HIGH){ Serial.println(„Nu detecteaza miscare!”); pirState = LOW; } }

59

Pentru functia de activare si dezactivare a intregului sistem am folosit urmatorul cod: void loop() { if(voice ==”activeaza tot sistemul” || voice ==”activează tot sistemul”){ BecOn(); delay(500); Releu1_On(); delay(500); Releu2_On(); delay(500); afisaj_LCD() ; delay(500); SenzorLuminaOn(); } else if( voice ==”dezactiveaza tot sistemul” || voice ==”dezactivează tot sistemul” ){ BecOff(); delay(500); Releu1_Off(); delay(500); Releu2_Off(); delay(500); reseteaza_LCD(); delay(500); SenzorLuminaOff(); } }

60

CONCLUZII

Scopul acestei lucrari a fost modernizarea unei camere normale prin implementarea de comenzi vocale ( aprinderea luminilor, pornirea muzicii, pornirea aerului conditionat, etc.) pentru a face viata mai usoara, devenind astfel o „camera inteligenta”. Avantajul acestui proiect il constituie atat simplitatea folosirii comenzilor vocale dar si pretul accesibil care permite aproape oricui posibilitatea de a implementa astfel de functii chiar pentru ei insisi. Eficienta se datoreaza consumului redus de energie electrica, fata de o instalatie obisnuita. S-a propus implementarea de noi functii, cum ar fi deschiderea si inchiderea jaluzelelor din comanda vocala, pornirea televizorului fara a mai necesita telecomanda, dar si cea de deschidere /inchidere automata a usii la intrare sau la iesire.

61

BIBLIOGRAFIE

1. Egri A.

Grafica asistata de calculator, Editura Focus, Petrosani 2015.

2. Pătrășcoiu N.

Senzori și traductoare/Note de curs/ Petroșani, 2014

3. Pop E., Leba M.

Microcontrollere și automate programabile/Note de curs / Petroșani 2014.

4. V. C. Sirb

Sisteme de operare in timp real, Editura Focus, Petroșani, 2015.

5. V. C. Sirb si

Egri A.

Aplicaţii software inteligente. Editura Focus, Petroșani, 2014

6. ***

http://designist.ro/

7. ***

http://climatherm.ro/ro/casa-inteligenta/

8. ***

https://playtech.ro/2014/casa-inteligenta-siInternetul-lucrurilor/

62

Declaraţie pe proprie răspundere privind respectarea drepturilor intelectuale în elaborarea proiectului de diplomă / dizertației

Subsemnatul/subsemnata ……………………………..............................................., domiciliat (ă) in………................................., judeţul............................................., legitimat (ă) cu….............……, seria …..........., nr ….........…......, CNP ............................................., declar pe proprie răspundere şi în conformitate cu art. 292 Cod Penal, privind falsul în declaraţii, că lucrarea cu titlu : .............................................................................................................................................................. ..... elaborată în vederea susţinerii examenului de finalizare a studiilor de licență / masterat, organizat de către Facultatea ............................................................................. din cadrul Universităţii din Petroşani, sesiunea ........................ a anului universitar ..............................., având conducător de lucrare pe ...................................................................................., reprezintă o contribuţie proprie, originală. La realizarea lucrării am folosit doar sursele bibliografice menţionate în subsolul paginilor şi în bibliografia prezentată la sfârşitul lucrării, cu respectarea legislaţiei române şi a convenţiilor internaţionale privind drepturile de autor. Lucrarea este elaborată de mine şi nu reprezintă un plagiat.

Petroşani, Data Semnătura Absolvent, (Prenume, Nume) ................................................. (semnătura în original) 63