T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Transkript

1 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ PIC PROGRAMLAMA KULLANARAK SESE YÖNELEN ROBOT TASARIMI BİTİRME ÇALIŞMASI ARZU AKALIN DUYGU AKBAY MAYIS 2011 TRABZON

2 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ PIC PROGRAMLAMA KULLANARAK SESE YÖNELEN ROBOT TASARIMI BİTİRME ÇALIŞMASI Arzu AKALIN Duygu AKBAY ÖĞR. GÖR. CAHİT ALTAN MAYIS 2011 TRABZON

3 ÖNSÖZ İlk olarak hazırlamış olduğumuz bu çalışmada bizlere değerli zamanını ayıran, bizlere her türlü bilgi ve birikimini sunmaktan kaçınmayan, her konuda bizleri doğru bir şekilde yönlendiren değerli hocamız Öğr. Gör. Cahit ALTAN a sonsuz teşekkürlerimizi sunarız. Ayrıca yine aynı şekilde bu konuda her türlü yardımı sağlayan ve bilgilerini hiç çekinmeden bizimle paylaşan Karabük Üniversitesi Mekatronik Bölüm Başkanı Doç.Dr. Raif BAYIR a teşekkürü bir borç biliriz. Aldığımız mühendislik eğitiminde, iyi bir mühendis olabilmemiz için gerekli olan değerli bilgilerini bizlerden esirgemeyen bütün bölüm hocalarımıza teşekkürlerimizi sunar ve saygılarımızı iletiriz. Son olarak bu çalışmayı, bizlerin bugünlere gelmesinde her türlü fedakarlığı gösteren ve tüm imkanları sağlayan saygıdeğer ailelerimize armağan ediyoruz. Arzu AKALIN Duygu AKBAY TRABZON Mayıs, 2011 ii

4 İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖNSÖZ... ii İÇİNDEKİLER... iii ÖZET... vi SEMBOLLER VE KISALTMALAR... vii ŞEKİLLER... ix TABLOLAR... xi 1. GİRİŞ ROBOTUN TASARIMI Robotun Kart Kontrolü Mikroişlemci a PIC16F628A nın Özellikleri Motor Sürme Devresi Transistör a BDX53 ün Fiziki Yapısı b BDX53 ün Özellikleri ve Karakteristikleri Kondansatör a Kutuplu Kondansatör b Kutupsuz Kondansatör Diyot a Doğru Polarlama b Ters Polarlama c 1N4007 Diyodu ve Özellikleri LED( Light Emitting Diode) Direnç a Direnç Türleri iii

5 b Direnç Renk Kodları Anahtar Motorlar Robotun Sensör Kontrolu Mikrofon a Kapasitif Mikrofon b Kapasitif Mikrofonun Yapısı ve Çalışma Prensibi N4148 Diyot a Elektriksel Karakteristikleri BC550 Transistör a Elektriksel Karakteristikleri b Fiziksel Karakteristikleri BC557 Transistör a Elektriksel Karakteristikleri Trimpot ROBOTUN PROGRAMLANMASI Proton IDE Nedir? Proton IDE Değişkenleri Proton IDE Komutları DIM Komutu SYMBOL Komutu ABS Komutu DCD Komutu DIG Komutu MAX ve MIN Komutu IF..THEN..ELSEIF..ELSE..ENDIF Komutu SELECT..CASE..ENDSELECT Komutu iv

6 GOTO Komutu GOSUB..RETURN Komutu FOR..NEXT..STEP Komutu Sayıları ve Karakterleri Yazma Operatörler a Karşılaştırma Operatörleri b Mantıksal Operatörler c Bit Operatörleri Robotun Proton IDE İle Yazılan Programı SONUÇ KAYNAKLAR v

7 ÖZET Bu proje PIC programlama kullanılarak hazırlanan basit bir robot uygulamasıdır. Bu projede herhangi bir ortamda belli bir frekanstaki sese göre hareket eden bir robot yapımı amaçlanmıştır. Bu robotun algoritması robot etrafına yerleştirilen ses sensörlerinin algılama kapasitesine göre değişim göstermektedir. Robotun bütün hareketlerinin tasarımı PIC in PROTON IDE kullanılarak programlanmasıyla yapılmıştır. Sensör devrelerindeki kapasitif mikrofonların kullanımı sayesinde algılanan analog ses sinyali elektriksel sinyallere dönüştürülüp pic in algılayabileceği gerilim seviyesine çevirilmektedir. Bu dönüşüm sayesinde pic algıladığı elektriksel sinyal ile robotun dc motor kontrolünü sağlamaktadır. Sonuç olarak robot hangi sensör tarafından sesi algılamışsa o tarafa doğru hareket eder. vi

8 SEMBOLLER VE KISALTMALAR I/O Hz KHz MHz V EEPROM PWM GND DC A ma K nf : Input / Output (Giriş/ Çıkış) : Herz : Kilo Herz : Mega Herz : Volt : Electronically Erasable Programmable Read Only Memory : Pulse Code Modulation, Darbe Kod Modülasyonu : Ground, Toprak : Direct Current : Amper : Mili Amper : Kilo ohm : Nano Farad µf : Mikro Farad pf LED : Piko Farad : Light Emiting Diode, Işık Yayan Diyot C : Santigrad Derece W h FE AC P : Watt : Akım Kazancı : Alternative Current : Proton vii

9 N EMK s : Nötron : Elektro Motor Kuvvet : Saniye S : Kesit alanı(m 2 ) L ρ U R I RPM Q C AF KΩ SOD27 (D0-35) RAM : Uzunluk (m) : Özdirenç (ohm.metre) : Gerilim : Direnç : Akım : Round Per Minute : Kondansatör Yükü : Kapasite : Audio Frequency, Ses Frekansı : Kilo Ohm : Cam Kapsül Türü : Random Access Memory viii

10 ŞEKİLLER DİZİNİ USayfa No Şekil 1. PIC16F628A nın pin diyagramı... 3 Şekil 2. Motor sürücü devresi... 6 Şekil 3 NPN ve PNP transistörleri sembolleri... 7 Şekil 4. BDX53 pin diyagramı... 8 Şekil 5. BDX53 ün iç yapısı... 9 Şekil 6. Kutuplu kondansatör ve devre bağlantı şekilleri Şekil 7. Kutupsuz kondansatör ve devre bağlantı şekilleri Şekil 8. P ve N birleşmesi ve diyot sembolü Şekil 9. İdeal diyot karakteristik eğrisi Şekil 10. Uygulamada kullanılan diyot karakteristik eğrisi Şekil 11. 1N4007 diyotu Şekil 12. LED in sembolü Şekil 13. Çeşitli renkte LED ler Şekil 14. Devre üzerindeki LED lerin konumları Şekil 15. Sabit direnç sembolleri Şekil 16. Ayarlı direnç sembolleri Şekil 17. PTC direnç Şekil 18. NTC direnç Şekil 19. Direnç çeşitleri Şekil bandlı dirençler Şekil bandlı dirençler Şekil 22. Ana devrede kullanılan anahtar Şekil 23. Anahtar devresi Şekil 24. DC motor Şekil 25. Oluşturulan motor ve tekerlek dizaynı ix

11 Şekil 26. Robotun motor sürme devresinin Proteus (ISIS) dizaynı Şekil 27. Robotun motor sürme(anakart) devresinin ARES dizaynı Şekil 28. Robotun anakartının baskı devresi Şekil 29. (a) Kapasitif mikrofon (b) Yükselteç kısmı Şekil 30. 1N4148 diyodu Şekil 31. BC550 transistör Şekil 32. Statik karakteristik Şekil 33. Transfer eğrisi Şekil 34. BC557 transistör Şekil 35. Trimpot Şekil 36. Sensör devresinin Proteus(ISIS) dizaynı Şekil 37. Sensör devresinin ARES dizaynı Şekil 38. Sensörlerin baskı devresi Şekil 39. Robotun gövde kısmı Şekil 40. Robotun beslemesi için pil yuvası Şekil 41. Sese yönelen robotun gerçeklenmiş hali (yandan görünümü) Şekil 42. Sese yönelen robotun gerçeklenmiş hali (önden görünümü) x

12 TABLOLAR DİZİNİ Sayfa No Tablo 1. PIC16F628A nın pin özellikleri Tablo 2. Robotun hareket yönleri... 6 Tablo 3. BDX53 ün elektriksel karakteristikleri Tablo 4. 1N4007 diyodunun elektriksel özellikleri Tablo 5. Direnç renk kodları Tablo 6. 1N4148 in elektriksel karakteristikleri Tablo 7. BC550 nin elektriksel karakteristikleri Tablo 8. BC557 nin elektriksel karakteristikleri Tablo 9. Karşılaştırma operatörleri xi

13 1 1. GİRİŞ Bu proje bir robot tasarımı uygulamasıdır. Projemizde PROTON IDE programı ile kodları dizayn edilmiş küçük bir robot kontrol edilmiştir. Günümüzde robotların kontrolü ile ilgili bir çok uygulama bulunmaktadır; çizgi izleyen, ışık izleyen, engelden kaçan, vs. Biz bu projede sese yönelme algoritması üzerinde çalıştık. Robotun üzerinde 3 adet ses algılayan sensör ve bu sensörlerden ana devreye kablo vasıtasıyla girişler sağlayan terminaller bulunmaktadır. Sese yönelen robot 3 adet mikrofonlu devre düzeneği ile etrafındaki sesleri algılar. Kapasitif mikrofonların içerisindeki membran ses dalgaların algılanması ile titreşir. Elektronik yükseltici devre bu titreşimleri elektrik sinyallerine dönüştürür. Elektrik sinyalleri PIC16F628A mikrodenetleyicisine gönderilir. PIC16F628A mikrodenetleyicisine yüklenmiş olan program ses sensörü devrelerinden alınan bu sinyalleri işleyerek sesi kaynağının bulunduğu yönü tespit eder. PIC16F628A mikrodenetleyicisinde yüklü olan program ile ses sensörlerinden gelen sinyallerin işlenmesi sonucu belirlenen yöne hareketin sağlanması için mikrodenetleyiciden motor sürücülere çıkış sinyalleri gönderilir. PIC16F628A mikrodenetleyicisinden gönderilen bu çıkış sinyalleri BDX53 darlington transistörler ile hazırlanan motor sürücü devresine gönderilir ve motorların sürüşü sağlanır.

14 2 2. ROBOTUN TASARIMI 2.1. Robotun Kart Kontrolu Robotun mekanik parçalarının temini cok zor olmadığından ilk olarak robotun kontrol kartının dizaynını yapmaya karar verdik. Bu kartın dizaynı sırasında pratik olarak kullanabileceğimiz; ucuz, kolay bulunabilir ve ihtiyaçlarımızı en iyi şekilde karşılayan özelliklere sahip malzemeler tercih ettik Mikroişlemci Bu projede PIC16F628A kullanmaya karar verdik. Çünkü 16 adet I/O (giriş/çıkış) pini bulunmaktadır. Ayrıca besleme ve toprak pinleri hariç tüm pinlerin birden fazla işlevi vardır ve gerektiğinde bu pinler I/O olarak kullanılabilir. Bunlara ek olarak kolay bulunabilir ve programlanması oldukça basit bir mikroişlemcidir. Sensörlerin algıladığı ses bilgisi kontrol kartıyla iletişime geçerek PIC i gerekli gerilim seviyesini elde ederek çalıştırmalıdır. PIC için gerekli olan gerilim seviyesini sensörlerde bulunan kapasitif mikrofonlar ses sinyalini elektriksel sinyale çevirerek sağlar. Kontrol kartına sensörlerden dönüştürülmüş olarak gelen data yardımıyla çeşitli PIC programlama dilleri kullanılarak programlanan pic sayesinde robotun kontrolu sağlanır. Bu programlar java, pic basic, c, c++, c#... gibi bir çok programlama dilleri olabilir. Biz bu projemizde robotumuzun kontrolunu sağlamak için PROTON IDE adlı programı kullanarak C tabanlı bir yazılım oluşturduk. Ayrıca kodlamalar yapılırken lojik programlama yapıldı.

15 3 16F628A nın pin diyagramı Şekil 1. deki gibidir: Şekil 1. PIC 16F628A nın pin diyagramı Ayrıca kristal osilatör bağlantısı kurularak, çalışma frekansı oluşturulabilir. Çünkü kristal osilatör, dijital entegre devreleri için sabit bir saat darbesi sağlamak için kullanılır. Biz tasarımını yapmış olduğumuz robot devremizde 4MHz lik bir kristal osilatörü kullandık a PIC 16F628A nın Özellikleri * Çalışma gerilimi 3.0 V V 'tur. * Çalışma hızı PIC16F84 ile aynıdır, 4 MHz ile 20 MHz aralığında çalışabilir. * Elektriksel olarak yazılıp silinebilir. * PIC16F84 ten farklı olarak 2Kx14 word lük Flash program belleği vardır. * Ram belleği 224x8 byte, EEPROM veri belleği ise 128 byte 'tır. * PIC16F628 'in data belleği 4 bank 'a ayrılmıştır ve bu bank 'larda genel amaçlı registerler ve özel fonksiyon registerleri bulunur. * PIC16F628 kendi iç RC osilatörüne sahiptir. * 16 I/O pininin 8 tanesi A portu 8 tanesi de B portudur. [1,2]

16 4 PIC16F628 mikro denetleyicisinin pin özellikleri Tablo 1. de verilmiştir. Tablo 1. 16F628A nın pin özellikleri PİN ADI RA0/AN0-RA1/AN1 RA2/AN2/Vref RA3/AN3/CMP1 ÖZELLİKLER Port A 'nın iki yönlü digital I/O pinleri/ Analog komparatör girişleri Port A 'nın iki yönlü digital I/O pini/ Analog komparatör girişi/ Vref girişi Port A 'nın digital I/O pini/ Analog komparatör girişi/ Komparatör çıkışı RA4/T0CKI/CMP2 Port A 'nın digital I/O pini/ TIMER1 harici clock girişi / Komparatör çıkışı RA5/MCLR/THV RA6/OSC1/CLKOUT Port A 'nın digital I/O pini / Reset girişi ya da programlama sırasında gerilim giriş ucu/ THV girişi Port A 'nın digital I/O pini / kristal osilatör girişi RA7/OSC2/CLKOUT RB0/INT Port A 'nın digital I/O pini / kristal osilatör girişi / harici clock girişi Port B 'nin digital I/O pini / Harici kesme girişi RB1/RX/DT RB2/TX/CK RB3/CCP1 Port B 'nin digital I/O pini / USART veri alış pini/ senkronize data I/O pini Port B 'nin digital I/O pini / USART veri gönderme pini/ Senkronize clock I/O pini Port B 'nin digital I/O pini / Capture-Compare - PWM I/O

17 5 RB4/PGM RB5 RB6/T1OSO/T1CKI RB7/T1OSI Vss Vdd Port B 'nin digital I/O pini / düşük gerilim programlama giriş pini. Pin 'deki seviye değişikliği SLEEP moduna giren PIC 'i uyandırır. Port B 'nin digital I/O pini / Pin 'deki seviye değişikliği SLEEP moduna giren PIC 'i uyandırır. Port B 'nin digital I/O pini / Timer osilatör çıkışı / Timer1 clock girişi Port B 'nin digital I/O pini / Timer1 osilatör çıkışı Güç kaynağının GND ucunun bağlanacağı pin Güç kaynağının pozitif ucunun bağlanacağı pin Motor Sürme Devresi Tasarımını yapmış olduğumuz robot iki adet 12V luk DC motora sahiptir. Bu motorların çalışması için motor sürücü devresi gerekmektedir. Motor sürme devreleri genellikle L293D entegresi gibi devreler kullanılarak oluşturulur. Ancak biz robotumuz için BDX53 güç transistörleri kullanarak motor sürme devresi tasarladık. Bu devreyi kullanarak PIC ten gelen komutlarla motorların kontrolünü sağladık. Robotumuz için güç transistörleri ile oluşturmuş olduğumuz devre motorların çalışması için yeterli olmuştur. PIC in iki çıkış bacağı transistörlerin bazına 1K lık dirençler ile bağlanmıştır. Bu bağlantı ile PIC üzerinden gelen sinyaller motorların kontrolünü sağlar ayrıca motorların beslemesi, PIC in besleme bacağının transistörlerin emetör bacağına bağlanması ile sağlanır. Böylece motorların çalışması ile robotun üç yönde ilerlemesi sağlanabilir; sağa, sola, ileri. PIC in RB0 ve RB1 bacaklarından gelen işaretlere göre robotun aldığı yönler Tablo 2. deki gibidir:

18 6 Tablo 2. Robotun hareket yönleri RB0 RB1 YÖN 0 0 Durur 0 1 Sola gider 1 0 Sağa gider 1 1 İleri gider Darlington transistörler ile oluşturmuş olduğumuz motor sürücü devremizin şekli Şekil 2. de gösterilmiştir. Şekil 2. Motor sürücü devresi Şekil 2. de görülen motor sürücü devremizde NPN güç transistörleri anahtar olarak kullanılmıştır. Bu transistör modeli devre için gerekli olan akıma bağlı olarak seçilir. 5A den küçük akımlar için BC108 tipi transistör kullanılır. [3] Motor sürücü devremizde kullanmış olduğumuz elemanlar şunlardır:

19 7-3 adet 100 nf kondansatör -2 tane 1K direnç -1 adet 330ohm direnç -1 adet 4.7K direnç -2 adet BDX53 darlington transistör -2 adet 1N4007 diyot -1 adet anahtar - 3 adet LED - 1 adet 100µF 16 V kondansatör Transistör Transistörler diyotlarda olduğu gibi P ve N eklemlerinden oluşmaktadır. Genellikle transistör yapısı iki N bir ya da iki P bir N tipi malzemelerden oluşan 3 katmanlı bir yarı iletken elektronik devre elemanıdır. Bu yapılardan birincisine NPN diğerine ise PNP transistör adı verilmektedir. Bu yapılar devre içerisinde aşağıdaki Şekil 3. de olduğu gibidir. Şekil 3. NPN ve PNP transistör sembolleri Baz, kollektör ve emetör uçları bulunmaktadır. Transistör iletim, tıkama ve doyum olmak üzere üç ana bölgede çalışır. Aktif bölgede emetör-baz eklemi iletim yönünde kollektör baz eklemi ise tıkama yönünde kutuplanır. Doyum bölgesinde emetör-baz ve

20 8 kollektör-baz eklemlerinin ikiside iletim yönünde kutuplanır. Tıkama bölgesinde ise her iki eklemde tıkama yönünde kutuplanır. Özet olarak transistörler baz ve emetör uçlarına verilen küçük çaptaki akımlarla kolektör ile emetör uçları arasından geçen akımları kontrol ederler. Baz ve emetör arasına verilen akımın az bir kısmı baz ucundan geri kalan büyük bir kısmı emetör üzerinden tamamlanır. Transistörler genellikle yükseltme işlemi yaptıklarından çoğu devrede yükselteç görevi üstlenirler. Ayrıca anahtarlama elemanı olarak kullanıldığı durumlarda mevcuttur.[4,5,8] Biz de bu projemizin motor sürme devresinde hızlı anahtarlama yapabilen darlington güç transistörleri yani BDX53 ü kullandık. BDX53 ü seçmemizdeki amaç küçük akımlar ile çalışıyor olmasıdır a BDX53 ün Fiziki Yapısı Şekil 4. BDX53 pin diyagramı Şekil 4. de olduğu gibi BDX53 ün emetör, baz ve kollektor bacaklarının hangi pinler olduğu görülmektedir ve bu şekle göre devreye bağlantısı yapılmıştır. Ayrıca iç yapısıda Şekil 5. deki gibidir.

21 9 Şekil 5. BDX53 ün iç yapısı b BDX53 ün Özellikleri ve Karakteristikleri -25 C oda sıcaklığında 60 W güç harcar, -Sürekli kollektör akımı 8A dir, -3V ve 3A de minimum akım kazancı(h FE ) 750 dir. 25 C oda sıcaklığında BDX53 ün elektriksel karakteristikleri Tablo 3. de belirtilmştir.[7] Tablo 3. BDX53 ün Elektriksel karakteristikleri Parametre Test MİN MAX BİRİM Koşulları V CEO (kollektör- I C =100 ma 45 V kırılma I B =0 emetör gerilimi) I CO (kollektör emetör V CE =30V 0.5 ma kesim akımı) I B =0 I CBO (kollektör kesim V CB =45V 0.2 ma

22 10 akımı) I E =0 I EBO (emetör kesim V EB =5V akımı) I C =0 h FE (ileri akım V CE =3V dönüşüm oranı) I C =3 A V BE(SAT) (Baz emetör I B =12mA doyma gerilimi) I C =3A V CE(SAT) (Kollektör I B =12mA emetör doyma I C =3A gerilimi) V EC (Paralel diyot I E =3A iletim gerilimi) I B = ma 2.5 V 2 V 2.5 V Kondansatör Kondansatör, iki iletken plaka arasına dielektrik malzeme yerleştirilmesi ile oluşturulan pasif bir devre elemanıdır. Genellikle elektrik depolamaya yarayan yönleryile bilinirler. Kondansatöre doğru akım uygulandığında kondansatör dolmaya başlar ve bu durumda akım aktığı için iletimdedir, dolduğu anda artık akım akmadığı için tıkamada gibi çalışır. Alternatif akım uygulandığında ise akımın yönü devamlı değiştiği için kondansatör devamlı iletimdedir. Kondansatörün birimi "Farat" 'tir ve "F" ile gösterilir. Faratın altbirimleri Mikro farat (uf), Nano farat (nf) ve Piko farattir (pf). 1 F = 1,000,000 uf, 1 uf = 1,000 nf, 1 nf = 1,000 pf. Bu projenin motor sürücü devresinde 3 adet 100nF lık kutupsuz kondansatör kullanılmıştır. Ayrıca bir adet 100µF 16V luk kutuplu kapasite kullanılmıştır.bu kondansatörlerin devre bağlantı şekilleri Şekil 6. ve Şekil 7. da gösterilmiştir.[8]

23 a Kutuplu Kondansatör Bu tür kondansatörler üretimleri esnasında kutuplu olarak tasarlanırlar. Bir + ve bir - olmak üzere iki ucu bulunmaktadır. Devreye bağlantı şekline dikkat edilmelidir. Çünkü ters bağlama durumunda kondansatörler patlar. Şekil 6. da bu tip kondansatörlerin devre bağlantı şekillerini görmekteyiz.[8] Şekil 6. Kutuplu kondansatör ve devre bağlantı şekilleri b Kutupsuz Kondansatör Kutupsuz kondansatörler devreye bağlantı durumu hiçbir önem taşımayan rastgele bağlanabilen elektronik eleman çeşitlerinden bir tanesidir. Üretiminde seramik ve mika gibi dielektrik malzemeler kullanılır. Bu malzemelere göre değeri değişkenlik gösterebilir. Şekil 7. de devre bağlantı şekilleri görülmektedir. [8] Şekil 7. Kutupsuz kondansatör ve devre bağlantı şekilleri

24 Diyot Şekil 8. P ve N birleşmesi ve diyot sembolü Diyot elektrik akımını bir yönde geçiren diğer yönde ise geçirmeyen bir elektronik devre elemanıdır. Diyot P ve N kutuplarından oluşur. Diyotun P kutbuna "Anot", N kutbuna da "Katot" adı verilir. Genellikle doğrultma devrelerinde alternatif akımı doğru akıma çevirmek için kullanılır. Diyot N tipi madde ile P tipi maddenin birleşiminden meydana gelmektedir. Birleşme esnasında P tipi maddedeki delikler ile N tipi maddedeki elektronlar iki maddenin birleşim noktasında buluşarak birbirlerini nötrlerler ve burada "Nötr" bir bölge oluştururlar. Şekil 8. de bu durum görülmektedir. İdeal diyodun elde edilmesi pratikte imkansızdır. Pratikte diyoda ileri yönde polarlama uygulandığında hemen iletime geçmez. Bunun nedeni gerilim seddinin ancak belli bir gerilim değerinde aşılabilmesidir. Ters yönde polarlama uygulandığında ise diyot tam manasıyla yalıtkan değildir, çok küçük de olsa bir sızıntı akımı geçer. Bu durumları anlatan diyot özeğrileri Şekil 9. ve Şekil 10. da görüldüğü gibidir.[4,5,6]

25 13 Şekil 9. İdeal diyot karakteristik eğrisi Şekil 10. Uygulamada kullanılan diyot karakteristik eğrisi a Doğru polarlama: Diyodun anot ve katot uçlarına gerilim uygulandığında P tipi maddedeki delikler anot tarafından, N tipi maddedeki elektronlar da katot tarafından itilirler. Bu durumda nötr bölge ortadan kalkar ve - kutuptan + kutuba elektron akmaya başlar. Yani diyot iletime geçer. Fakat diyot nötr kısmı aşmak için diyot

26 14 üzerinde 0.6 Voltluk bir gerilim düşümü meydana gelir. Bu gerilim düşümü Silisyumlu diyotlarda 0.6 Volt, Germanyum diyotlarda ise 0.2 Volttur. Bu gerilime diyotun "Eşik Gerilimi" adı verilir. Birde diyot üzerinde fazla akım geçirildiğinde diyot zarar görüp bozulabilir. Diyot üzerinden geçen akımın düşürülmesi için devreye bir de seri direnç bağlanmıştır. İdeal diyotta bu gerilim düşümü ve sızıntı akımı yoktur. [5,6,14] b Ters polarlama: Diyotun kutuplarına gerilim uygulandığında N tipi maddedeki elektronlar katot kutbu tarafından, P tipi maddedeki delikler anot kutbu tarafından çekilirler. Bu durumda ortadaki nötr bölge genişler, yani diyot tıkamaya geçer. Fakat diyota ters gerilim uydulandığında diyot yalıtımda iken çok küçük derecede bir akım geçer. Bunada "Sızıntı Akımı" adı verilir. Bu istenmeyen bir durumdur. [5,6,14] Robot tasarımında kullanılan motor sürücü devrelerinde iki adet 1N4007 diyodu (Şekil 10.) kullanılmıştır. Burada diyot kullanılmasındaki amaç güç transistörlerini motorun üretmiş olduğu geri EMK dan korumak içindir c 1N4007 Diyodu ve Özellikleri Şekil 11. 1N4007 Diyodu - Şekil 11. de görülen 1N4007 diyotunun mekanik özellikleri şu şekilde sıralanır: * Şekil verilebilir, * Ağırlığı yaklaşık olarak 0.4 gramdır, *Bütün iç yüzeyi paslanmaya karşı dayanıklıdır ve uçları kurşun olduğu için kolay lehimlenebilirdir,

27 15 *Maksimum 220 C de ve 10s içerisinde lehimi yapılmalıdır, *Dış kısmı plastik bir malzeme ile kaplıdır, *Katot ucuna koyulan polarite bandı ile kutbu belirlenir.[11] -Elektriksel özelliklerini de Tablo 4. den görebilmekteyiz: Tablo 4. 1N4007 diyodunun elektriksel özellikleri Standartlar Sembol Tip Max. Birim Maksimum anlık iletim gerilimi (i F =1A, T J =25 C) V F Volt Maksimum ortalama iletim gerilimi (i O =1A, T L =75 C ) V F (AV) Volt Maksimum tıkama akımı (T J =25 C, I R 1 50 T J =100 C) µa Maksimum ortalama tıkama akımı (I O =1A,T L =75 C) I R (AV) - 30 µa LED(Ligth Emitting Diode) Işık yayan bir diyot türüdür. LED doğru polarlama altında çalışır ve içinden 10 ma civarında akım geçtiğinde ışık yayar. LED in sembolü Şekil 12. de görülmektedir. Şekil 12. LED in sembolü LED in uçlarına doğru yönde polarlama uygulandığında, P maddesindeki oyuklar ve N maddesindeki elektronlar birleşim yüzeyine doğru hareket ederler ve burada oyuklar ile elektronlar birleşir. Bu birleşme sırasında meydana gelen enerji ışık olarak açığa çıkar.

28 16 Bu ışığın gözle görülebilmesi için LED diyodun birleşme yüzeyine Galyum Arsenik maddesi katılmıştır. LED lerin bir ucu uzun diğer ucu ise kısadır. Uzun olan uç anot kısa olan uç ise katottur.[8,14] -LED in Özellikleri: LED ler yarı iletken malzemelerdir, Ana maddeleri silikondur, Üzerinden akım geçtiğinde foton açığa çıkararak ışık verirler, Farklı açılarda ışık verecek şekilde üretilmektedirler, Ledlerin gerilim-akım grafikleri üsteldir. Uygun çalışma noktasındayken ledin üzerindeki küçük bir gerilim değişimi büyük bir akım değişimine neden olur. Yüksek akım nedeniyle bozulmaması için ledlere seri bir akım sınırlama direnci bağlanır. Böylece hassas olmayan gerilim aralıklarında ledin bozulması engellenir. Ledler tıpkı bir zener diyot gibi üzerinde sabit bir gerilim düşürür. Ayrıca ; *Kırmızı LED =2.20V *Yeşil LED =3.30V *Mavi ve Beyaz LED =3.4V gerilim ile çalışır. Renklerine göre bazı LED çeşitleri Şekil 13. de görülmektedir. Şekil 13. Çeşitli renkte ledler Biz projemizin bu kısmında üç adet kırmızı led kullandık. Bu ledlerden motora bağlı iki tanesi sinyalin hangi taraftan alındığına bağlı olarak çalışır. Yani sinyal soldan geldiğinde soldaki motor durup sağdaki motor çalıştığı için sağdaki led yanar, sinyal

29 17 sağdan geldiğinde ise sağdaki motor durup soldaki motor çalıştığı için soldaki led yanar, eğer sinyal öndeki sensörden algılanırsa her iki motorda çalışacağından her iki led de yanar. Devremizde yer alan diğer üçüncü led ise ana devre üzerinde bulunan anahtarın ON/OFF konumuna bağlı olarak çalışır. Eğer anahtar ON konumunda ise led yanar, OFF konumunda ise led sönük durumdadır. Motor sürme devresi üzerinde bulunan bu LED lerin konumları Şekil 14. da görülmektedir. Şekil 14. Devre üzerindeki led lerin konumları Direnç Direnç elektrik devrelerinde akımı sınırlayan ve gerilimi bölen bir elemandır. Direncin birimi ohm(ω) dur. Dirençler 1 ohmdan daha küçük değerlerden 100 megaohmdan daha büyük değerlere kadar geniş bir yelpazede çeşitli omik değerlerde üretilmektedir. R sembolü ile gösterilir. İki önemli parametresi vardır biri direncin omik değeri ikincisi ise gücüdür. Direncin omik değeri elektrik akımına gösterilen zorluğu

30 18 belirler. Direncin içinden geçen akım ısınmaya yol açar. Direncin dayanabileceği ısı miktarı direncin gücü ile bağlantılıdır, direncin gücünün birimi de Watt(W) tır. [4,8,9,14] Dikkesit alanı S (metrekare), uzunluğu L (metre) ve özdirenci ρ (ohm.metre) olan bir iletkenin direnci (1) numaralı formül kullanılarak hesaplanır. R=(L*ρ)/S (1) Bir U gerilimi R büyüklüğünde bir dirence uygulandığında Ohm Kanununa göre direnç üzerinden geçecek olan I akımı (2) numaralı formül kullanılarak hesaplanır. I=U/R (2) Direnç üzerinde harcanan güç ise (3) ve (4) numaralı formüller ile hesaplanır. P=U*I P=I 2 *R (3) (4) a Direnç Türleri Dirençler elektrik alanında güçlerine göre ikiye ayrılır; 1. Büyük güç ( 2W ın üzerindeki dirençler ) 2. Küçük güç ( 2W ın altındaki dirençler) Ayrıca kullanım gereksinimlerine göre dirençler farklı biçim yapı ve güçlerde üretilirler: a. Sabit direnç: Değeri değişmeyen devre elemanıdır. Bu tür dirençlerin değer hassasiyetleri yüksektir. Şekil 15. de sembolleri görülmektedir.

31 19 Şekil 15. Sabit direnç sembolleri b. Ayarlı direnç: Değeri değişebilen ve hassasiyetin çok önemli olmadığı direnç türüdür. Şekil 16. de devre içerisindeki sembolleri görülmektedir. (a) Potansiyometre (b) Reosta Şekil 16. Ayarlı direnç sembolleri c. Termistör: Isı etkisi ile değeri değişen dirençtir. İkiye ayrılır: PTC direnç (Positive Temperature Coefficient): Isı etkisi ile değeri artan dirençtir. Şekil 17. PTC direnç

32 20 NTC direnç (Negative Temperature Coefficient): Isı etkisi ile değeri düşen dirençtir. Şekil 18. NTC direnç d. Foto direnç : Işığın etkisiyle değeri değişen dirençtir. Üzerine ışık düşüyorsa direnç değeri azalır, üzerine ışık düşmüyorsa direnç değeri artar.[8] Şekil 19. Direnç çeşitleri yazılırlar. Şekil 19. de de görüldüğü gibi dirençlerin değerleri üzerlerine renk kodları ile b Direnç Renk Kodları Dirençlerin omik değerleri ya üzerinde rakamlara yazılıdır ya da renk kodları ile belirtilmiştir. Direnç değerlerinin renk kodlarıyla belirtilmesi yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde direncin üzerinde çeşitli renklerde bantlar vardır ve bu renklere bakılarak direncin omik değeri ve toleransı bulunur. Uygulamada 4 bandlı ve 5 bandlı dirençler bulunmaktadır. Şimdi sırasıyla bu iki tip dirençlerde renk kodlarıyla direnç değerinin ve toleransının okunmasını inceleyelim.

33 21 Hemen belirtelim ki bandlar okunurken direnç ucuna en yakın olan banddan başlanır ve bu birinci banddır. Tablo 5. Direnç renk kodları RENK DEĞER ÇARPAN TOLERANS 4-Bandlı Dirençler 1. ve 2. Bandlar 3.Band 4.Band 5-Bandlı Dirençler 1.,2. ve 3. Bandlar 4.Band 5.Band SİYAH 0 1 ±%20 KAHVERENGİ 1 10 ±%1 KIRMIZI ±%2 TURUNCU ±%3 SARI ,+%100 YEŞİL ±%0.5 MAVİ ±%0.25 MOR ±%0.1 GRİ ±%0.05 BEYAZ ±%10 GÜMÜŞ ±%10 ALTIN ±%5

34 22 Şekil Bandlı dirençler Şekil Bandlı dirençler Dört Bantlı Dirençler: Birinci ve ikinci bandlar sayısal değerleri, üçüncü band çarpanı ve dördüncü band toleransı gösterir. Beş Bantlı Dirençler: Birinci, ikinci ve üçüncü bandlar sayısal değerleri, dördüncü band çarpanı ve beşinci band toleransı gösterir.[9] Şekil 20. ve Şekil 21. de bu dirençlerin band numaralandırmaları gösterilmiştir. Robot tasarımının ana kartında (motor sürme devresi) 2 adet 1K lık ve 1 adet 4.7K lık değerlerde toplam üç adet direnç kullanıldı Anahtar Elektrik devrelerinde el ile kumanda edilerek enerjiyi ani olarak açma ve kapama görevi yapan devre elemanıdır. Anahtarların genellikle yalıtkan kısımları bakalit, sert plastik ve porselenden iletken kısımları ise nikel kaplı pirinçten yapılır. Bizde robotumuzda aşağıdaki şekildeki gibi bir anahtar kullandık. Robot ana kartında enerji kesme ve açmak için kullanılan anahtar Şekil 22. de gösterilmektedir. [14]

35 23 Şekil 22. Ana devrede kullanılan anahtar Ayrıca devremizde kullanmış olduğumuz anahtar devremiz aşağıda görüldüğü gibidir: Şekil 23. Anahtar devresi Robotumuz mekaniğine ait olan anahtar ON olduğunda robot çalışmaya başlar ve anakart üzerinde anahtar devresine (Şekil 23.) bağlı olan LED(kırmızı) anahtar ON konumunda kaldığı sürece sürekli yanar, anahtar konumu OFF olduğunda robot komutları algılamaz yani çalışmaz. Bu durumda ise LED imiz sönük durumdadır Motorlar Elektrik motorları elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmektedirler. Genel olarak çok çeşitli elektrik motorları bulunmaktadır. Elektrik motorlarını, çalışma prensiplerini göz önünde bulundurarak doğru akımla çalışan (DC) ve alternatif akımla çalışan (AC) olmak üzere iki gruba ayırabiliriz. Bu projemizde robotun hareketini sağlamak için kullanmış olduğumuz motor türü Şekil 24. de de gördüğümüz gibi DC motordur.

36 24 Şekil 24. DC motor DC Motorlar robotik uygulamalarda ve endüstriyel alanda sıklıkla kullanılmaktadırlar. Maliyetleri azdır ve boyutları küçüktür. Genel olarak 1.5 V ile 100V arasında çalışabilirler. 6V,12V ve 24V motorlar çok yaygın olarak bulunmaktadır. Birkaç bin RPM den on binlerce RPM e kadar çalıştırılabilirler. 12V ve daha küçük motorlar yapısına göre birkaç yüz mili amperden birkaç mili ampere kadar akım çekebilirler.[8,9,12] DC motorların genel özellikleri: - Yüksek hız - Düşük tork - Ters yönde kullanım - Sürekli hareket olarak sıralanabilir. Ayrıca DC motorların robotlarda kullanımına dair temel özellikleri şunlardır: Yön : DC motorların yönü akımın yönüne göre değişim gösterir. Akımın yönü tersse motorun dönüş yönüde terstir. Hız: Motorun hızı voltaja ve yüke bağlıdır ve hızı rpm birimi ile ölçülür. Voltaj ve yüke bağlı motorun hızı ile ilgili iki durum söz konusudur. İlki, yükün olmadığı ya da sabit bir yükün olduğu durum, bu durumda motorun hızı voltaja bağlı olarak değişir. İkincisi ise motora binen yükün zamana ve gerçekleştirilen göreve göre değişen durumdur. Bu durumda motorun hızı yüke bağlı olacak yük arttığı zaman uygulanan güç artacağından hız azalacaktır.

37 25 Voltaj: DC motorlar için belirtilen voltaj değerleri motorların kendi çalıştığı sabit voltaj değeridir. Kullanımında bu voltaj değeri DC motora verilecek maksimum çalışma voltajı için önemlidir. Akım: DC motorlarda çekilen akım yüke bağlıdır. Yük arttıkça akımda artar. DC motor maksimum akım sınırının aşılabileceği bir yükde çalıştırılmamalıdır bu durum göz ardı edildiğinde motor yanabilir. Genel olarak DC motorların uygulama akım aralığı 50mA den başlayıp 2A e kadar çıkabilir. Tork: Tork motorun dönme momentidir. Tork terimi motorun gücünü belirler, torku yüksek olan motor düşük olana göre daha güçlüdür. Bir motorun torku elektriksel ve mekanik karakteristiklerine ve motor şaftının yarıçapına bağlıdır. Ayrıca tork motora bağlanan dişli kutularıyla(redüktör) değiştirilebilir. Dişli kutuları hızın azaltılmasını ve gücün artırılmasını sağlar.[3,10] Biz de bu projede robotumuzun hareketini sağlayabilmek için kullanmış olduğumuz motor redüktörlü 12 V luk doğru akım motorudur. Motor tasarımı yapılırken robotun yürümesi için 4 adet tekerlek kullanılmıştır. Bu tekerlekler kullanılmayan oyuncak arabalardan temin edilerek robotun motorlarına bağlanmıştır. Oluşturulan tekerlek motor tasarımı Şekil 25. de görüldüğü gibidir.

38 26 Şekil 25. Oluşturulan motor ve tekerlek dizaynı Özetleyecek olursak robotun ana kart kontrol devresi için PIC16F628A, darlington transistörlerden oluşan motor sürme devresi ve bu devrenin kontrol ettiği redüktörlü DC motorlar kullanılmıştır. Devre, öncelikle çalışıp çalışmadığı kontrolunu daha rahat sağlamak amacıyla board üzerinde kuruldu. Daha sonra Proteus programı ile ISIS de devrenin dizaynı Şekil 26. deki gibi oluşturuldu. Şekil 26. Robotun motor sürme devresinin proteus(isis) dizaynı

39 27 Devre çiziminin ISIS deki aşaması tamamlandıktan sonra ARES te devre baskısının alınması için gerekli düzenlemeler yapıldı ve baskı çizimi aşağıdaki Şekil 27. daki gibidir. Şekil 27. Robotun motor sürme (anakart) devresinin ARES dizaynı Devrenin ARES teki baskı çizimi tamamlandıktan sonra ana kart kontrol devresi, alınan lazer çıktı yardımıyla bakır dokuma plaket üzerine oluşturuldu ve elemanlar yapılan baskı yollar üzerindeki deliklere lehimlenerek devre Şekil 28. deki gibi tamamlandı. Şekil 28. Robotun anakartının baskı devresi

40 Robotun Sensör Kontrolu Robotun ana kart kontrol devresi tamamlandıktan sonra robotun sağında, solunda ve önünde konumladırılacak olan sensör devrelerinin dizaynı oluşturuldu. Robotumuzda üç adet ses sensörü devresi kullanılmıştır. Bu devrelerin yapımı sırasında kullanılacak olan malzemelerin temini esnasında bize en pratik ve en uygun çözümler sunabilecek elemanlar seçildi. Robot sensör devrelerinde kullanılan malzemelerin listesi aşağıdaki gibidir: - 3 adet kapasitif mikrofon - 6 adet 100nF kondansatör - 9 adet 10K direnç - 3 adet 1K direnç - 3 adet 4.7K direnç - 3 adet 1M direnç - 3 adet 47K trimpot - 3 adet LED - 3 adet 1N4148 diyot - 6 adet BC550 transistör - 3 adet BC557 transistör Mikrofon Ses dalgalarını elektriksel titreşimlere çeviren özel cihazlara mikrofon denir. İnsan kulağının 20Hz ile 20kHz arasındaki sesleri duyduğunu biliyoruz. İnsan kulağının bu sesleri duyabilmesi için, havaya etki yapacak bir kuvvet gerekmektedir. Çünkü havaya yapılacak etki sonucunda hava sıkışacak veya gevşeyecektir. Bu durum kulağımızın diyaframına basınç yaparak titreşmesine neden olacak ve bu titreşimde kulak yapısı içinde ses olarak algılanacaktır. Mikrofonlarda aynı kulakta olduğu gibi, içlerindeki diyaframa herhangi bir basınç sonucu çarpan havanın etkisi ile, diyaframın titreşmesi sonucunda çıkışlarında küçük gerilimler elde edilen cihazlardır. Diyaframın titreşmesi ile gerilimin nasıl elde edileceği ise mikrofonun cinsini belirler. Buradan anlaşılacağı gibi bir çok mikrofon çeşidi vardır.

41 29 -Dinamik Mikrofonlar -Kapasitif Mikrofonlar -Kristal Mikrofonlar -Şerit Mikrofonlar -Karbon Mikrofonlar Başlıkları altında sınıflandırılırlar. Değişik frekanslı sesler uygun mikrofon ve elektronik devrelerle yakalanarak, seçilerek, filtre edilerek, daha sonra işlenirler. Böylece değişik ses veya sözcüklerle bir robot kumanda edilebilir. Sese yönelen robot sensörü için 3 direksiyonel mikrofona ihtiyaç vardır. Mikrofonlar birbirlerine yeteri kadar uzak mesafelere yerleştirilirler. Bir mikrofona direk gelen ses, ötekine daha eğik gelsinki, mikrofonlar sesi değişik frekanslarda algılayabilsin, yada sadece sesin direk olarak geldiği mikrofon algılayabilsin. Bu yüzden biz robot sensör devresi tasarımı için geniş bir frekans karakteristiğine sahip olan kapasitif mikrofon kullandık. [8] a Kapasitif Mikrofon Kapasitif mikrofonlar iki kondansatör plakasından oluşmaktadır. Robot yapımlarında kullanım için DC akım ile beslendiklerinden ve boyutlarının küçük olmasından dolayı tercih edilirler. Bu mikrofonların frekans karakteristiği Hz arasındadır. Parazit oranları yani distorsiyonları az empedansları yüksek olduğundan yüksek kalite istenilen yerlerde kullanılırlar. Bu avantajlarının yanında dezavantajlarıda bulunmaktadır. Bunlar : *Diğer mikrofonlardan farklı olarak, bir besleme kaynağına ihtiyacı vardır. *Yükselteç ile mikrofon arası kablonun kapasitif etkisi mikrofon kapasitesini etkileyerek parazite neden olur. Bu etkiyi azaltmak amacıyla mikrofon içerisine bir yükselteç koyulur.[8,14]

42 30 Şekil 29. (a) Kapasitif mikrofon (b) Yükselteç kısmı b Kapasitif Mikrofonun Yapısı ve Çalışma Prensibi Yapısında bulunan iki kondansatör plaka arasında Şekil 29. (a) 'da gösterildiği gibi dielektik malzeme ya da hava aralığı olabilir. Kapasitif mikrofonun çalışması, kondansatörlerin kapasitif özellikleri esasına göre sağlanır. Bir kondansatörün iki plakası arasındaki gerilim (5) numaralı formül ile verilir. V=Q/C (5) Burada Q kondansatörün yükü, C ise kapasite değeridir. Algılanan ses basıncı plakaları titreştirir bu titreşimin etkisiyle plakalar arasındaki kapasite değeri değişir. Dolayısıyla farklı değerlerde gerilim üretilir. Yani titreşim yapan diyafram sayesinde kondansatör plakaları arasında ses frekansına uygun bir gerilim (AF- AC, ses frekansı AC değişimi) üretilir. Bu gerilim mikrofonun özel yükseltecinde kuvvetlendirilerek asıl yükseltece iletilir.

43 31 Ancak mikrofondan çıkan sinyaller direk olarak ses frekansı yükseltecine götürülürse, büyük direnç etkisiyle mikrofon uçları çok zayıf AF-AC işareti dahada zayıflayacağından mikrofon uçları açıkmış gibi davranır. Bu etki nedeniyle kablo iletkenlerinin arasında ve toprağa karşı kapasite oluşacağından, elektrostatik ve elektromagnetik etkileşimle, ses frekansı bir takım parazitler etkisinde kalabilecektir. Bu nedenle, mikrofon gövdesi içerisine bir yükselteç koyulur. Şekil 29. (b) 'de mikrofon özel yükselteci görülmektedir. Mikrofona gelen kablo, mikrofonun ve yükseltecin DC gerilimini taşıyacak ve "AF-AC" iletimini sağlayacak şekilde 4 iletkenli olacaktır. Plakalar arası gerilim değişimi, kuplaj kondansatörü üzerinden transistöre gelmekte ve burada kuvvetlendirildikten sonra empedans uyumluluğu sağlayan bir transformatör üzerinden asıl yükseltece verilmektedir. Böylece analog ses sinyali elektriksel sinyale dönüştürülmüş olur. Yani kapasitif mikrofon kullanılarak yapılan ses sensörü devresinde kullanılan kondansatörler devrede oluşan manyetiksel ve elektriksel paraziti uzaklaştırmak için kullanılır. Devre üzerindeki transistorler yükselteç görevinde kullanılmıştır. Ses devresi üzerindeki trimpotlar mikrofonun hassasiyetinin arttırıp azaltmak için kullanılır. [8,14] N4148 Diyot 1N4148 diyodu planar teknolojisinde yüksek hız anahtarlama diyodu olarak bilinir ve SOD27(DO-35) cam kapsül ile hava geçirmeyecek bir şekilde kaplanmıştır. Sensör devremiz içinde yüksek anahtarlama özelliği dolayısıyla seçilmiştir. Şekil 30. da diyodumuzun şekli görülmektedir. [13]

44 32 Şekil 30. 1N4148 diyodu Özellikleri: Hava geçirmez cam kapsül ile kaplıdır. Yüksek anahtarlama hızına sahiptir. Max=4ns Tıkama gerilimi genellikle Max=75V Tekrar eden tıkama tepe gerilimi Max=100V Tekrar eden iletim tepe akımı Max=450mA a Elektriksel Karakteristikleri 25 C oda sıcaklığında Tablo 6. da diyodun elektriksel karakteristikleri incelenerek belirtilmiştir. [13] Tablo 6. 1N4148 in Elektriksel karakteristikleri SEMBOL PARAMETRE KOŞULLAR MİN. MAX. BİRİM V F İletim Gerilimi I F =10mA, - 1 Volt 1N4148 I F =5mA, Volt I F =100mA - 1 Volt I R Tıkama Akımı V R =20V 25 na V R =20V;T j =150 C - 50 µa

45 33 C d Diyot Kapasitesi f=1mhz;v R =0-4 pf t rr Tıkamaya Geçme I F =10mA den - 4 ns Zamanı I R =60mA,R L =100Ω; V fr İletime Geçme Gerilimi I R =1mA ölçülür. I F =50mA den t r =20ns Volt BC550 Transistör Robotun sensör devreleri tasarlanırken 1 adet sensör devresi için 2 adet BC550 transistör, kapasitif mikrofondan alınan düşük güçlü analog ses sinyalini yükseltmek amacıyla kullanıldı. Yükseltme işlemi sensörlerin çıkışlarının bağlı olduğu anakartta bulunan PIC i çalıştırmak için gerekli olan gerilim seviyesini elde etmek için yapılır. Şekil 31. BC550 Transistör Şekil 31. da görmüş olduğumuz BC550 transistörünün bazı önemli özellikleri; Yüksek gerilim Düşük gürültü

46 a Elektriksel Karakteristikleri 25 C oda sıcaklığında transisrötün elektriksel karakteristikleri Tablo 7. de belirtilmiştir. [15] Tablo 7. BC550 nin Elektriksel karakteristikleri SEMBOL PARAMETRE TEST KOŞULLARI MİN TİP MAX BİRİM I CBO Kollektör Tıkama V CB =30V,I E =0 15 na Akımı h FE DC Akım Kazancı V CE =5V, I C =2mA V CE (sat) Kollektor-Emetör I C =10mA, I B =0.5mA mv Doyma Gerilimi I C =100mA, I B =5mA mv V BE (sat) Baz-Emetör I C =10mA, I B =0.5mA 700 mv Doyma Gerilimi I C =100mA, I B =5mA V BE (on) Baz-Emetör İletim V CE =5V, I C =2mA Gerilimi V CE =5V, I C =10mA f T Band genişliği V CE =5V, I C =10mA, f=100mhz NF Gürültü Faktörü R G =2KΩ, f= mhz 900 mv mv 720 mv 300 MHz db

47 b Fiziksel Karakteristikleri Sensör devremizde kullanmış olduğumuz BC550 transistörünün fiziksel karakteristikleri de Şekil 32. ve Şekil 33. de gösterilmiştir. Transistörler bu karakteristiklerine göre devre içerisinde kullanım için incelenirler. Şekil 32. Statik karakteristik Şekil 33. Transfer eğrisi

48 BC557 Transistör Robotun sensör devrelerinin tasarımı yapılırken her bir sensör devresi için bir adet BC557 transistörü kullanıldı. Bu transistörün yapısı ve bacak bağlantıları Şekil 34. de görüldüğü gibidir. Şekil 34. BC557 transistörü a Elektriksel Karakteristikleri Transistörün 25 C oda sıcaklığında elektriksel karakteristikleri Tablo 8. de gösterilmektedir. [16] Tablo 8. BC557 nin Elektriksel karakteristikleri SEMBOL PARAMETRE KOŞULLAR MİN TİP MAX BİRİM I CBO Kollektor kesim I E =0; V CB =-30V na akımı I E =0; V CB =-30V; µa T j =150 C I EBO Emetör kesim akımı I C =0; V EB =-5V na

49 37 h FE DC akım kazancı I C =-2mA; V CE =-5V V CE (sat) Kollektör emetör I C =-10mA; I B =0.5mA mv doyma gerilimi I C =-100mA; I B =-5mA mv V BE (sat) Baz emetör doyma I C =-10mA; I B =-0.5mA mv gerilimi I C =-100mA; I B =-5mA mv V BE Baz emetör gerilimi I C =-2mA; V CE =-5V mv I C =-10mA; V CE =-5V mv f T İletim frekansı I C =-10mA; V CE =-5V; MHz f=100mhz F Gürültü faktörü I C =-200µA; V CE =-5V; db R S =2kΩ; f=1khz; B=200Hz - V BE sat gerilimi artan sıcaklıkla birlikte yaklaşık olarak -1.7 mv/k e kadar azalır, - V BE gerilimi artan sıcaklıkla birlikte yaklaşık olarak -2 mv/k e kadar azalır Trimpot Trimpotlar potansiyometrelerin bir türüdür. Yani potansiyometreler gibi üç uçlu ayarlı direnç olup düşük güçlerde üretilirler ve temel fonksiyonları gerilim bölmektir. Potansiyometrelerin iki yan ucu arasındaki direnç sabittir. Buna karşılık mili döndürüldüğünde orta uç ile yan uçlar arasındaki direnç değişir. Şekil 35. de değişik trimpotlar görmekteyiz.[8,14] Bizim robotumuzunda sensör devresinde kullanmış olduğumuz trimpotlarımız, belli frekansta mikrofonlara gelip gerilim oluşturan sinyallerin gerilimlerini değiştirerek ses algılama hassasiyetini ayarlıyor. Trimpotların orta kısmı çevrilerek direnç değeri değiştirildiğinde değişimin algılandığını görmek için devrede ledler kullanılmıştır. Trimpotun değeri değiştirildiğinde ses algılandığında hassasiyet, bu ledlerin sürekli yada belli periyot aralıklı yanmasıyla anlaşılır.

50 38 Şekil 35. Trimpot Sensör devrelerinin yapımını özetleyecek olursak; devre şemaları kontrol kartında olduğu gibi Proteus programı kullanılarak Şekil 36. Ve Şekil 37. daki gibi oluşturuldu. Şekil 36. Sensör devresinin proteus(isis) dizaynı

51 39 Şekil 37. Sensör devresinin ARES dizaynı Yapılan ARES çizimine göre çıktı alınarak sensör devrelerinin de baskı devreleri oluşturuldu ve Şekil 38. de bu tasarım görülmektedir. Şekil 38. Sensörlerin baskı devresi

52 40 Sonuç olarak robotun tüm devrelerinin baskısı elde edilip devre elemanlarının üzerine lehimlenmesi yapıldıktan sonra devrelerin birbirleriyle bağlantısı yapılmak üzere robotun mekanik kısmı oluşturuldu. Robotun gövdesi için sensörlere göre hareketin daha hızlı olmasını sağlamak amacıyla çok hafif bir plastik malzeme kullanıldı. Oluşturmuş olduğumuz robotun gövde kısmını Şekil 39. de görmekteyiz. Şekil 39. Robotun gövde kısmı DC motor başlığı adı altında anlatıldığı gibi robotun motorları için tekerlekler kullanılmayan oyuncak arabalardan sökülerek montajı yapıldı. Sensör devrelerinin ana kart ile bağlantısı için üçlü data kabloları kullanıldı. Motorlarında ana devreye bağlantısı ikili koaksiyel kablo yardımıyla gerçekleştirildi. Ayrıca devrenin beslemesini sağlamak amacıyla kullanılacak olan piller için Şekil 40. da görülen ikili pil yuvası ana kartın besleme terminallerine lehimlendi. Şekil 40. Robotun beslemesi için pil yuvası

53 41 Devreler robotun gövdesi için temin edilen plastik malzeme üzerine ana kart ortada iki sensör sağ ve sol kenarlarda diğer sensör robotun önünde olacak şekilde silikon yardımıyla yapıştırılarak robot mekanik olarak da Şekil 41. ve Şekil 42. de görüldüğü gibi tamamlandı. Şekil 41. Sese yönelen robotun gerçeklenmiş hali (yandan görünümü) Şekil 42. Sese yönelen robotun gerçeklenmiş hali (önden görünümü)

54 42 3. ROBOTUN PROGRAMLANMASI 3.1. Proton IDE Nedir? PIC programlama için gerekli olan en iyi ve programlanması oldukça kolay olan programlardan bir tanesi de PROTON IDE dir. Protonun en önemli artısı derleyicinin de programa entegre olmasıdır. Bu sayede derleyici yeri aratmak için uğraşılmamış oluyor. Bizde robotumuzun PIC programlamasını yaparken PROTON dan yararlandık Proton IDE Değişkenleri Değişken; program içerisinde sürekli değeri değişen ve bir değerin yerini tutan etiketlerdir. Protonda değişkeni tanımlamak için DIM komutu kullanılır. [17,18] 1)BIT : 1 bitlik değişkendir. Değeri 0 veya 1 olabilir. 2)BYTE : 8 bitlik işaretsiz değişkendir. Değeri olabilir. 3)WORD : 16 bitlik işaretsiz değişkendir. Değeri olabilir. 4)DWORD : 32 bitlik işaretli değişkendir. Değeri olabilir. 5)FLOAT : 32 bitlik kayan noktalı değişkendir.değeri olabilir. Her değişken mikrodenetleyicinin RAM hafızasında belirli bir yer işgal eder. FLOAT : 4 byte RAM. DWORD : 4 byte RAM. WORD : 2 byte RAM. BYTE : 1 byte RAM. BIT : 1 byte RAM Proton IDE Komutları Proton programı kullanılırken normalde her bir satıra bir komut yazılabilir. Eğer bir satıra birden fazla komut yazmak istiyorsak komutlar arasına iki nokta üst üste işareti ( : ) konulur. Örneğin aşağıdaki programda ilk olarak komutlar ayrı satırlara yazılmış daha sonra tek bit satırda nasıl yazılacağı gösterilmiştir.

55 43 TRISB = % FOR SAYI = 0 TO 100 PORTB = SAYI NEXT TRISB = % : FOR SAYI = 0 TO 100 : PORTB = SAYI : NEXT Tek bir komut bazen bir satıra sığmayabilir. Bu durumda komutun satır sonuna gelen kısmının sonuna alt çizgi işareti ( _ ) konulur. SAYI = LOOKUP VAR2,[1,2,3,4,5,6,7,8] SAYI = LOOKUP VAR2,[1,2,3,_ Ayrıca matematiksel operatörlerde direk olarak sırasıyla +, -, /, * şeklinde yazılabilir DIM Komutu : Değişken, sabit ve dizi tanımlamak için kullanılan komuttur. Program içerisinde aşağıdaki gösterilenler gibi kullanılabilir. DIM Değişken ismi as Değişken tipi DIM Sabit ismi as Sabitin değeri DIM Dizinin ismi[ Eleman sayısı ] as Dizinin tipi Örnek olarak ; Dim BUTON1 As PORTA.0 PORTA nın 0. ucunda BUTON1 DIM PI AS 3.14 DIM MOTOR[10] AS BYTE Mesela yukarıdaki DIM PI AS 3.14 komutunda program içerisinde pi sayısına değeri atanmıştır ve program içerisinde artık her pi sayısı kullanılması gereken durumda bu değeri alacaktır SYMBOL Komutu: Programda kullanılacak olan register lara herhangi bir isim atamak için kullanılır. Kullanım şekli ise şu şekildedir;

56 44 SYMBOL Sembol Adı = Sembolün değeri Örnek olarak ; SYMBOL Metre = 1 SYMBOL LED = PORTA.0 SYMBOL PI = 3.14 Yukarıdaki görülen örneklerden SYMBOL LED= PORTA.0 komutu A portunun 0 ıncı bacağına bağlı olan lede program içerisinde isim tanımlamak için yazılmıştır ABS Komutu: Sayıların mutlak değerini almak için kullanılır. Kullanım şekli ise aşağıdaki gibidir; SAYI1 = SAYI2 = ABS SAYI DCD Komutu: 0-15 arasında bir değer alır ve kullanıldığı biti 1 diğer bitleri 0 yapar. Byte ve Word tipi değişkenlerle veya sabitlerle kullanılabilir. Program içindeki kullanımı ise şu şekildedir; DIM SAYI AS WORD SAYI= DCD 12 PRINT BIN16 WRD1 (% ) Yukarıdaki örnekte görüldüğü gibi DCD 12 komutu ile 16 bitlik bir datanın 12.ci biti 1 geriye kalan hepsi 0 yapılmıştır DIG Komutu: 0-4 arasında işlem değeri vardır. Byte ve Word tipi değişkenlerle veya sabitlerde kullanılabilir. Byte veya Word tipinde bir değerin onlu karşılığının işlem değerinde belirtilen hanesindeki rakamı verir.

57 45 Örnek olarak; DIM SAYI AS WORD DIM HANE AS BYTE SAYI= 1234 HANE=SAYI DIG 0 PRINT DEC HANE ( 4 ) MAX ve MIN Komutu: İki sayıyı karşılaştırır. Sayılardan büyük olanı veya küçük olanı karşılaştırma koşuluna göre değişkende saklar. BYTE ve WORD tipi değişkenlerle veya sabitlerde kullanılır. Örnek olarak; DIM SAYI AS BYTE DIM SONUCB AS BYTE DIM SONUCK AS BYTE SONUCB= SAYI MAX 12 SONUCK= SAYI MIN IF..THEN..ELSEIF..ELSE..ENDIF Komutu: IF Koşul THEN Durum1 ELSEIF Koşul THEN Durum2 ELSE Durum3 ENDIF Yukarıdaki yazılımda; IF-THEN deyimleri arasındaki koşul değerlendirilir. Koşul sağlanmışsa THEN deyiminden sonra yazılan Durum1 çalıştırılır. Koşul sağlanmamışsa ELSEIF-THEN deyimleri arasındaki diğer bir koşul değerlendirilir. Koşul sağlanmışsa

58 46 THEN deyiminden sonra yazılan Durum2 çalıştırılır.bu koşulda sağlanmamışsa ELSE deyiminden sonra yazılan Durum3 çalıştırılır.endif deyimiyle karşılaştırma işlemi biter.[17,18] Örnek olarak; IF A = 12 THEN HIGH LED1 ELSEIF A = 22 THEN HIGH LED2 ELSE HIGH LED3 ENDIF SELECT..CASE..ENDSELECT Komutu: SELECT Değişken CASE Değer Durum CASE Değer Durum CASE ELSE Durum ENDSELECT Yukarıdaki yazılımda; SELECT deyiminden sonra kullanılan değişkenin aldığı değere göre CASE satırlarından sonra yazılan durum çalıştırılır. Eğer değişkenin değeri hiçbir CASE satırında belirtilmemişse CASE ELSE deyiminden sonraki durum çalıştırılır. ENDSELECT deyimiyle SELECT-CASE bloğu bitirilir.[17,18] Örnek olarak; INCLUDE "PROTON_4.INC" DIM SAYI AS BYTE

59 47 DIM SONUC AS BYTE DELAYMS 300 CLS SONUC = 0 SAYI = 1 SELECT SAYI CASE 1 SONUC = 1 CASE 2 SONUC = 2 CASE 3 SONUC = 3 CASE ELSE SONUC = 255 ENDSELECT PRINT DEC SONUC STOP GOTO Komutu: Programın akışını GOTO deyiminden sonra yazılan etikete dallandırır. Kullanım şekli; GOTO Etiket GOSUB...RETURN Komutu: Programın akışını GOSUB deyiminden sonra yazılan etikete dallandırır. RETURN deyimiyle birlikte program akışı GOSUB deyiminin yazıldığı satırın altındaki satıra yönlendirilir. Örnek olarak; DIM K AS BYTE DIM L AS BYTE ANA: K=15