T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Transkript

1 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü PIC İLE NESNE SAYIM SİSTEMİ HALİT EREM Danışman PROF. DR. İSMAİL HAKKI ALTAŞ Mayıs 2012 TRABZON I

2 I

3 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü PIC İLE NESNE SAYIM SİSTEMİ HALİT EREM Danışman PROF. DR. İSMAİL HAKKI ALTAŞ Mayıs 2012 TRABZON I

4 LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU numaralı HALİT EREM tarafından PROF. DR. İ. H. ALTAŞ yönetiminde hazırlanan PIC İLE NESNE SAYIM SİSTEMİ başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Unvanı Adı ve SOYADI PROF.DR. ISMAİL HAKKI ALTAŞ Jüri Üyesi 1 : Unvanı Adı ve SOYADI PROF.DR. ADEM SEFA AKPINAR Jüri Üyesi 2 : Unvanı Adı ve SOYADI Yrd. Doç. Dr. H. İBRAHİM OKUMUŞ Bölüm Başkanı : Unvanı Adı ve SOYADI PROF.DR. İSMAİL HAKKI ALTAŞ II

5 III

6 ÖNSÖZ Tüm eğitim hayatım boyunca bana olan desteğini bir gün bile esirgemeyen ve kuşkusuz bu üniversitenin bu bölümünden mezun olmamda yegane insan olan canım annem FATMA EREM e sonsuz teşekkür ve hürmetlerimi sunarım. Onunda her zaman söylediği gibi, alacağım mezuniyet diplomasının yarısı benimse yarısı da onundur. Ayrıca bu bitirme projesini aldığım sayın Prof. Dr. İsmail Hakkı ALTAŞ a verdiği destek ve emekler için teşekkür etmeyi bir borç bilirim. HALİT EREM 2012 TRABZON IV

7 V

8 İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖNSÖZ İÇİNDEKİLER... V VII ÖZET... IX ŞEKİLLER DİZİNİ... X TABLOLAR DİZİNİ... XI SEMBOLLER DİZİNİ... XI 1. GİRİŞ TEORİK ALTYAPI PIC 16F877 MİKRODENETLEYİCİSİ Mikrodenetleyici Programlamak İçin Gereken İşlemler Bilgisayar Uygun Derleyici Program Uygun Programlama Cihazı Programın PIC e Yazdırılması Osilatör Konfigürasyonları Sıfırlama (Reset) Devresi LCD LM016L HAKKINDA GENEL BİLGİLER DİSPLAY EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ) CXX Seri EEPROM ENCODER ( SİNYAL ÜRETİCİLER ) Encoder Kullanım Alanları ENTEGRESİ ENTEGRESİ DEVRE SİMULASYONLARI TASARIM YAZILIM.. 18 VI

9 PIC Kodları Akış Diyagramı OTOMATİK KONTROL SİSTEMİ ALGILAYICILAR (SENSÖRLER) Algılayıcıların Sınıflandırılması Giriş Büyüklüklerine Göre Sınıflandırma Çıkış Büyüklüklerine Göre Sınıflandırma Pasif Algılayıcılar Aktif Algılayıcılar Yer Değişimi ve Hareket Algılayıcıları Kızılötesi Sensör ( Kızılötesi Engel Algılayıcı ) Kızılötesi Sensör Özellikleri DEVRENİN KURULMASI UYGULAMA ALANLARI SONUÇLAR KAYNAKLAR 7. EK-A STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU ÖZGEÇMİŞ.. VII

10 ÖZET Hazırlanan bu tezdeki amaç; fiziksel bir algının elektriksel bir devreyi nasıl ve hangi şartlarda harekete geçirdiğini incelemek ve bu olayı dijital bir gösterge üzerinde izlemektir. Bu sistemi geliştirirken bize fayda sağlayan en önemli husus, fiziksel algıyı elektriksel sinyale dönüştürecek olan kızılötesi sensör sisteminin kullanımıdır. Ayrıca yazılım entegresi olarak MicroChip firmasının 16x ailesinden PIC16F877A denetleyicisi tercih edilmiştir. Gösterge olarak da WinStar firmasının 2x16 LM016 LCD konsol ekranı kullanılmıştır. Bu tez içerisinde, kullanılan malzemeler ve bu malzemelerin birbirleriyle ilişkisi senkron bir şekilde anlatılmıştır. VIII

11 IX

12 ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa No Şekil 2.1 ISIS osilasyon devresi... 6 Şekil 2.2 ISIS sıfırlama devresi... 6 Şekil 2.3 ISIS programında LM016L gösterimi... 8 Şekil 2.4 Bir EEPROM devresi 12 Şekil entegresi ve segment display 13 Şekil entegresi fonksiyon diyagramı.. 14 Şekil 3.1 LCD çıkışlı nesne sayım sistemi ISIS çizimi 15 Şekil segment çıkışlı nesne sayım sistemi ISIS çizimi Şekil segment çıkışlı nesne sayım sistemi ARES çizimi 17 Şekil 4.1 Program akış diyagramı. 20 Şekil 4.2 Otomatik kontrol sistemi.. 20 Şekil 4.3 Sensörlerin konum algılama durumuna göre aracın hareketi Şekil 4.4 Dijital çıkışlı kızılötesi sensör 25 Şekil 4.5 Kurulan devrenin genel bir görünümü Şekil 4.6 Kurulan devrenin son hali X

13 TABLOLAR DİZİNİ Sayfa No Tablo 1.1 Bitirme çalışması takvimi... 2 Tablo 2.1 PIC16F877 temel ve çevresel özellikler.. 3 Tablo F ailesinden 4 farklı PIC entegresinin genel karşılaştırması... 7 Tablo 2.3 LM016L için çeşitli çalışma analizleri 8 Tablo 2.4 Gönderilen veriler ve display üzerinde görülecek sayılar... 9 Tablo entegresi ve özellikleri Tablo 4.1 Seri iletişim protokollerinin karşılaştırılması. 22 Tablo 4.2 Sensör kabloları kullanım tablosu XI

14 SEMBOLLER DİZİNİ EPROM : Elektrikle programlanabilir rastgele okunur bellek EEPROM : Elektrikle silinebilir programlanabilir rastgele okunur bellek PIC : Çevresel arayüz denetleyici BCD : ikili kodlama sistemi XII

15 XIII

16 1. GİRİŞ Hızla gelişmekte olan ve her gün yeni bir ürünün hizmete sunulduğu teknoloji dünyasına insanların ayak uydurması gerekmektedir. Çünkü insanlar da sorumluluklarını yerine getirmek ve hayatlarını kolaylaştırmak adına gelişen teknolojiyle birlikte kendilerini yenilemek zorundadırlar. Bu doğrultuda ortaya konulan her yeni ürünün de insanların ihtiyaçlarını karşılamaya yönelik olduğu söylenebilir. Bu projede ele alınacak ve uygulaması yapılacak olan sistem de insanların yaşadığı bir takım zorlukları gidermeye yöneliktir. Projemizin adı PIC İLE NESNE SAYIM SİSTEMİ olup genel olarak belli bir noktadan geçen nesne sayısını ölçmeyi ve bu ölçümü LCD üzerinde göstermeyi amaçlamaktadır. Devrenin asıl amacı sayıların ve miktarın önemli olduğu bir iş için ( bir üretim merkezi, fabrika yada bir alışveriş merkezi ) otomatik ve olabildiğince teknolojik bir sistem tasarlayıp her an için kişi/cisim/adet sayısını bir ekran üzerinden aktarmaktır. Böylece bu devre ile sayılar display ekranına yazdırılarak olası sorunlar giderilir. Artırma ve azaltma butonlarına basarak arasında sayılar yazdırılabilir. Display lere veriler mikrodenetleyici yani PIC entegresi ile gönderilmektedir. Bu entegre kullanılarak yapılan EEPROM bellekli bu sistem sinyal üreticiler (encoder) vasıtasıyla, bağlı olduğu mekanizmanın (cisim algılayan dijital çıkışlı sensör) hareketine bağlı olarak sayısal (dijital) bir elektrik sinyali üretir. Üretilen bu elektrik sinyali PIC üzerinden LCD ye yada 7 li segment displaye görüntü olarak aktarılır ve hareketin derecesini ve sayısını algılayan elektromekanik bir sistem tamamlanmış olur. Bu projede sistemin temel yapıtaşları sistem girişinde bulunan ve belirli bir menzilden geçen cisimlerin sayısı kadar çıkış ucundan PIC portunu besleyen ve bu sayede çıkışta artırma-azaltma işlemini başlatan dijital sensörlerdir. Herhangi bir cisim bu sensör önünden geçtiğinde ekrandaki değer sistematik ve programlı olarak değişecektir. Bu işlem sistemde bulunan harici bir sıfırlama (reset) butonuna basana kadar devam edecektir. Ayrıca bu projemizde giriş-çıkış ilişkisinin daha iyi anlaşılabilmesi için basit bir Micro C programına da yer verilecektir. Herşeyden önce bu konunun seçilmesindeki amaç elektrik mühendisliğinin temel konularından biri olan otomatik kontrol sistemlerinin yine önemli bir programlama dili olan PIC ile desteklenmesi ve ortaya çıkan ürünün daha büyük çaplı çalışmalara örnek teşkil etmesidir. Bu çalışma ile belirtilen aktivitelerin verimliliğini artırmak ve daha interaktif bir ortam oluşturmak istenmektedir. Sistemimizi kurarken mevcut benzer uygulamaların dışına 1

17 çıkılacak ve mümkün olduğunca tasarıma önem verilecektir. Tasarımı yapılıp uygulamaya konulan devremizi daha iyi analiz edebilmek için proteus programı ISIS ile devre çizimi ve simülasyonu da yapılacak ve yeterli zaman bulunursa ARES ile baskı devresi yapılarak daha sorunsuz bir çalışma modülü oluşturulacaktır. Gerekli açıklamalar bu işlemlere müteakip yapılacaktır. Bitirme projesi boyunca uyulan takvim Tablo 1.1 de verilmiştir. Bu tabloyu oluşturmak hem zaman tasarrufu hem de projeyi tamamlama bakımından çok büyük fayda sağlamıştır. Özellikle doküman bulma ve bu kaynakların incelenmesi esnasında büyük uğraş verilmiş ve projenin ana hatları şekillendirilmiştir. Tablo 1.1 Bitirme çalışması takvimi 2

18 2. TEORİK ALTYAPI 2.1. PIC 16F877 MİKRODENETLEYİCİSİ PIC 16F877 genel itibariyle PIC16CXX ailesinin özelliklerini taşır. Harvard mimarisi kullanılmıştır ve içerdiği 40 pinin 33 ü I/O ( giriş-çıkış ) pinidir. 5 adet giriş-çıkış portuna sahiptir ( Port A,B,C,D,E ). Bunlardan A portu 6 bit; B,C,D portları 8 bit ve E portu 3 bittir. [2] Bunlara ek olarak Flash ROM, RAM, EEPROM olmak üzere üç adet bellek bloğu vardır. Veri belleğine erişmek için kullanılan veri yolu ( data bus ) 8 bit genişliğinde, program belleğine erişmek için kullanılan adres yolu ( program bus / adress bus ) ise 14 bit genişliğindedir. 14 bitlik komut koduna ( opcode ) sahiptir ve her bir komut kodu 14 bitlik program belleğinin bir adresine karşılık gelir. [5] Tablo 2.1 PIC16F877 temel ve çevresel özellikler 3

19 Mikrodenetleyici Programlamak İçin Gereken İşlemler Bir mikrodenetleyicinin programlanabilmesi için üç temel gereksinim vardır. Bilgisayar Uygun derleyici program Uygun programlama cihazı ( KİT ) Bilgisayar PIC programının yazılması, kontrolü ve bunun hex dosyası olarak kaydedilebilmesi için bilgisayar kullanımı zorunludur Uygun Derleyici Program Derleyiciler yazılan programın diline ve kullanım yerine göre farklılık gösterir. Uygulamada genellikle MPLAB IDE, HI-TECH PICC, C Compiler IDE ve Micro C gibi program derleyicileri kullanılmaktadır. PIC ile nesne sayım sisteminde Micro C programlama dili kullanılacaktır. Bu program ilerleyen bölümlerde devre simülasyonları ile birlikte anlatılacaktır. Aşağıda ise sık kullanılan iki derleyici tanıtılmıştır. MPLAB Editörü : PIC entegresine yüklenecek program makine kodu ( assembler ) ile yazıldıysa MicroChip firmasının ürettiği bu derleyiciden yararlanılır. HI-TECH PICC Derleyicisi : Bu derleyici farklı PIC serileri için çeşitli C derleyicilerine sahiptir. 10x, 12x ve 16x entegre aileleri için PICC derleyicisi kullanılırken 18x ailesi için PICC-18 derleyicisi vardır. [5] Kullandığımız Micro C için altyapı oluşturan bu program çeşitli işletim sistemleri içinde kullanılmaktadır Uygun Programlama Cihazı Mikrodenetleyiciler kendi üretici firmaları tarafından üretilen özel programlama cihazları ile programlanırlar. Bu çalışmada PIC-kit adı verilen programlayıcıdan yararlanılacaktır. Bu programlayıcının en önemli özelliği birçok PIC entegresini hızlı ve sorunsuz programlamasıdır. 4

20 Programın PIC e Yazdırılması Heksadesimal kodlara dönüştürülmüş olan programı PIC e yazdırmak için iki şeye daha ihtiyacımız var. Bunlar: Bilgisayarın paralel veya seri portuna bağlanan PIC programlama kartı,.hex uzantılı dosyadaki program kodlarını PIC programlama setine gönderen PIC programlayıcı yazılımı. PIC leri programlamak için çok değişik elektronik devreler kullanmak mümkündür. Bu devrelerin bazıları bilgisayarın seri portuna, bazıları da paralel portuna bağlanmaktadır. [5] Bu devrelerden en sık kullanılanı PPK U-1.00 denilen elektronik devrelerdir. Kullanılan donanıma uygun olarak kullanılabilecek çok çeşitli programlama kartları vardır. Aşağıda PIC e herhangi bir.hex programının nasıl yazdırılacağı adım adım açıklanmıştır. PPK U-1.00 programlama kartını bilgisayara bağlamadan önce bilgisayar kapatıldı. Daha sonra COM1 veya COM2 seri portlarından birisine DB9 konnektörü bağlandı ve kullanılan PIC16F84A ya programlama soketi takıldı. File menüsünden Open komutu çalıştırılıp, yüklenecek olan.hex dosyası seçilir ( Bizim örneğimizde DENEME.HEX ). Output message bölümünde yüklenilen dosyanın adı görülür. PIC programlama kartının bilgisayarın seri portuna bağlı olduğundan emin olunur. ( PPK U-1.00 kartı seri porta bağlanmaktadır. ) Programlama işlemi bitince Output message bölümünde Chip Programmed mesajı görülür Osilatör Konfigürasyonları Mikrodenetleyici entegresinin çalışması bir saat darbesi ile tetiklenmesine bağlıdır. [4] Bu darbe genellikle harici bir kaynaktan temin edilir. Bir frekans osilatörü ve kondansatör grubu ile oluşturulan osilasyon devresi Şekil 2.1 de gösterilmiştir. Bu tür devreler hassasiyeti düşük devrelerde kullanılır. 5

21 Şekil 2.1 ISIS osilasyon devresi PIC denetleyicilerinde 5 farklı yoldan saat darbesi üretilebilir. LP modu: Düşük güç kristali kullanılarak XT modu: Kristal/rezonatör kullanılarak HS modu: Yüksek hızlı kristal/rezonatör kullanarak RC modu: Direnç/kapasitör kullanılarak İç osilatörü: Sadece bazı PIC lerde üretilir Sıfırlama (Reset) Devresi Entegre devrelerde resetleme işlemi en basit yoluyla iç yapısında bulunan MCLR bacağı ile yapılır. Şekil 2.2 de bu bacak iki farlı dala ayrılmıştır. Birincisinde bir direnç üzerinden kaynağa bağlanmıştır. İkincisinde ise basit bir anahtarlama devresi ile topraklanmıştır. Şekil 2.2 ISIS sıfırlama devresi 6

22 Tablo F ailesinden 4 farklı PIC entegresinin genel karşılaştırması 2.2. LCD LM016L HAKKINDA GENEL BİLGİLER LCD ekran elektronik donanımların genel bir çıkış (output) aracıdır. Harf, sayı ve sembollerin görüntülenmesine olanak sağlar. Proje için kullanılacak olan LM016L cihazı 2x16 paralel yapılı ve tek renk grafik sıvı kristal ekrana sahip bir LCD dir. [3] Bu LCD nin R/W ucu eğer lojik-0 da ise sinyal akış yönü dışardan LCD ye (yazma modu), R/W ucu lojik- 1 de ise sinyal akış yönü LCD den dışarı doğru (okuma modu) dur. +5 V luk güç kaynağı ile çalışırlar kontrol için harici işlemcilere ihtiyaç duyarlar. 4 bitlik 2 işlem yada 8 bitlik tek işlem ile data yollanabilir. Böylece hem 4 bitlik hem de 8 bitlik MPU da arayüz olarak kullanılabilmektedir. Eğer arayüz datası 4 bit uzunluğundaysa, data transferi sadece 4 data yolu (data buses of DB4 DB7 ) üzerinden sağlanır. [3] Dolayısıyla DB0 DB3 arası kullanılmaz. Arayüz datası 8 bit ise, data transferi için DB0 DB7 aralığı kullanılır. 4-bit data iki kez aktarıldığı zaman MPU ile HD44780 arasındaki data transferi tamamlanır. 7

23 Tablo 2.3 LM016L için çeşitli çalışma analizleri Şekil 2.3 ISIS programında LM016L gösterimi 8

24 2.3. DİSPLAY 7 segmentli dijital display tıpkı LCD de olduğu gibi harf, yazı ve benzeri uygulamalarda sıkça kullanılmaktadır. Genel itibariyle sayısal değerlerin gösterilmesinde kullanılan 7 parça LED den meydana gelmiş gösterge elemanıdır. Display ler ortak anot ( Common Anode CA ) veya ortak katot ( Common Cathode CC ) olmak üzere iki çeşit üretilmektedir. Bu projede LCD yerine uygun bağlantılar yapılarak KPS-5161 katot display de kullanılabilmektedir. Uç bağlantıları iki çeşit display için de aynıdır. Sadece ortak uç olan COM ucu katot display lerde (-), anot display lerde (+) beslemeye bağlanmalıdır. Ortak katot display de istenen segmentin yanmasını sağlamak için ortak uç şaseye bağlanır, daha sonra istenen segment ucuna ( a,b,c,d,e,f,g, nokta segmenti h ) pozitif enerji verilir (ortak anot için tam tersi). Böylece istenen segment yanar. Verilerin analizi için Tablo 2.4 incelenmelidir. Tablo 2.4 Gönderilen veriler ve display üzerinde görülecek sayılar 9

25 Display de istenen bir sayının görülmesi için hangi segmentler yanması gerekiyorsa o segmentlere aynı anda enerji verilmelidir. Örneğin display de 5 rakamını göstermek için, display in a,f,g,c,d segmentlerine lojik-1 (+5 V) verilmesi gerekir. Yukarıdaki tabloda ortak katot display lerde hangi karakter için hangi bilginin display e gönderilmesi gerektiği görülmektedir. Eğer display in noktasının da yanması isteniyorsa h segmentine de ortak katot display için 1 bilgisi, ortak anot display için 0 bilgisi uygulanmalıdır. Tabi bu durumda heksadesimal display bilgilerinin değişeceği unutulmamalıdır EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ) Birçok mikrokontrolör uygulamasında ve özellikle günümüzde hızla gelişmekte olan haberleşme alanında kullanılan elemanların dahili hafızaları yüklenen program için yeterli olmayabilir. Bu durumda veri toplama, depolama ve depolanan bu verileri kullanma imkanı sağlayan harici hafızalara başvurulur. Bu bölümde PIC İLE NESNE SAYIM SİSTEMİ projesinin yazılım verilerini tutan EEPROM belleği incelenecek ve kullanım nedenleri açıklanacaktır. Ayrıca EEPROM un çalışma prensibinin anlaşılması sonraki bölümlerde bahsedilecek olan sinyal iletimi için önemli bir adımdır. Elektriksel olarak silinebilen, programlanabilir, yalnızca okunur bellek anlamına gelmektedir. Genellikle bilgisayar ve benzeri cihazlarda küçük boyutlu verileri saklamak için kullanılan bir yonga türü olan EEPROM lar günümüzde dan fazla yazma-silme işlemini kolayca yapabilmektedir. [2] Bu belleğin en önemli özelliği olan veri silme işleminde ultraviyole ( UV ) ışınlardan yararlanılır. EEPROM entegresinin dışarı çıkarılmış RESET ucuna elektrik akımı uygulanır ve bellek UV ışınına maruz kalırsa kısa bir sürede veri silme işlemi tamamlanır ve EEPROM entegresi yeniden programlanmaya hazır hale gelir. EEPROM lar özellikle günümüz bilgisayarlarının BIOS unda sıkça kullanılmaktadır. Küçük bayt değerlerinden 128 KB a kadar olan aralıklarda bu BIOS kodlarını ve sistem ayarlarını (düzen parametreleri) depolarlar. EEPROM el ile programlanabilmektedir. Verilerin hafızaya ilk atılması sırasında bellek programlanmış olur. Artık bu veriler UV ile silinmediği sürece bellekte muhafaza edilir. Sistemin enerjisi kesilip sonra tekrar enerjilendirildiğinde bu verilerin silinmediği görülür. 10

26 EEPROM un diğer bellek çeşitlerine göre tercih nedenleri; EEPROM silme işlemini EPROM a göre çok daha hızlı ve pratik yapar. Üstelik EPROM u programlamak veya silmek için EPROM programlayıcı cihaz gerekir. Elektrikler kesilse bile içeriğindeki veriler diğer PROM örneklerinde olduğu gibi silinmez ve hafızada tutulur. Flash bellekler EEPROM a göre daha fazla yıpranırlar. Bu nedenle küçük boyutlu sabit verileri saklamada flash belleklere göre tercih edilirler. Bütün bu avantajlarından dolayı sistemimizin belleği EEPROM olarak seçilmiştir CXX Seri EEPROM 24cxx serisi EEPROM lar sık kullanılan basit ve düşük maliyetli belleklerdir. Projede tercih edilen bu belleklerin genel bir incelemesi yapılacaktır. 24 serisi EEPROM lar bacak isimlendirmesi ve görevleri bakımından iki gruba ayrılmaktadır. 24c01 den 24c16 ya kadar olanlar grup1, 24c32 den 24c512 ye kadar olanlar ise grup2 olarak ifade edilir. [1] Bellek içerisindeki data/clock yapısını inceleyecek olursak verinin nasıl kullanıldığını daha iyi görebiliriz. Örneğin veri akışının mikrokontrolör (pic16f877) den bellek yönüne doğru olduğunu varsayalım. Bu durumda seri EEPROM a gelen her saat sinyali, veri hattında okunması gereken bir bilginin var olduğunu haber eder ve EEPROM bu bilgiyi okur. [1] Saat (clock) sinyali aktiflenmeden önce okunacak bilginin sıradaki biti veri hattında hazır tutulur. Sinyal aktiflendikten sonra veri biti belleğe iletilir. İletim için başla komutu, saat sinyali besleme altındayken ( V CC ) veri hattının 0 Volta çekilmesi ile aktiflenir. İletimi sonlandıracak olan bitir komutu ise hem saat sinyali hem de veri hattı Vcc iken aktiflenir. Verilerin hat üzerinde yer değiştirilmesi ise saat sinyali 0 V iken yapılır. Böylece pic16f877 tarafından üretilen clock (saat) sinyali, belleğin kontrol altında tutulmasını sağlar. [2] EEPROM da birçok bellek gibi transistörlerden oluşmuştur. Bu transistörler bellek yüklenmeden önce yada kayıtlı olan data silindikten sonra lojik-1 (iletim) konumundadır. [1] Data yüklemesi yapılacak olan transistöre çalışma voltajından yüksek bir gerilim uygulanır ve elektron yağmuruna tutulur. Böylece yüklemesi yapıldıktan sonra transistör lojik-0 (tıkama) 11

27 mantıksal değerine sahiptir. EEPROM içeriğini silmek için ise bir bellek siliciden yararlanılır ve yonga üzerindeki data yüksek frekanslı ultraviyole ışınlarla elektron bombardımanına tutulur. Bir müddet sonra yükler transistörler üzerinden boşalır ve bellek temizlenmiş olur. Şekil 2.4 Bir EEPROM devresi 2.5. ENCODER ( SİNYAL ÜRETİCİLER ) Bağlı olduğu mekanizmanın ( motor, şaft ) hareketine bağlı olarak elektrik sinyali üreten sayısal kodlayıcılardır. Uygulamada yazılım yada donanımsal olarak bulunabilirler. Genel itibariyle dönel olarak çalışan şaft encoderlar ve doğrusal olarak çalışan lineer encoderlar olmak üzere iki çeşit encoder vardır ve bunlar dönüş hızı, ivme gibi büyüklükleri ölçmek için kullanılmaktadır. Çıkış tiplerine göre sınıflandırmak gerekirse yine ikiye ayrılırlar: a) Mutlak Tip Encoder : Bu encoderlar, hareketin her anında farklı sayılarda bitlerden farklı dijital bit dizileri oluştururlar. Böylece ürettikleri çıkış, mekanizmanın pozisyonunu tam olarak ifade eder. Enerji kesilse bile durumlarını korurlar. b) Artımsal Tip Encoder : Hareketin her anında benzer çıkış sinyalleri ( genellikle kare dalga ) üretirler. Bu sinyaller hız ölçümü ( takometre kullanılarak ) ve sayma işlemlerinde ( sayıcı kullanılarak ) kullanılabilir. Encoderların bir sistemde sağladığı en önemli fayda kuşkusuz bağlı olduğu motorun kontrolüne yardımcı olmasıdır. Bu kodlayıcılar kullanılarak mekanizmanın pozisyonuna göre bir feedback alınır ve müteakip işlemler buna göre düzenlenebilir. 12

28 Encoder Kullanım Alanları Endüstriyel kontrol işlemleri Takım tezgahları Çiziciler ( plotters ) ve bölücüler ( dividers ) Antenler ve teleskoplar Baskı ve paketleme makineleri Vinç ve presleme makineleri ENTEGRESİ 4511 entegresi girişine (A-B-C-D) uygulanan ikili (binary) bilgiyi çıkışlarına bağlanan (a,b,c,d,e,f,g) ortak katotlu 7 segment display üzerinde onluk sayı sisteminde (decimal) gösterir. Çıkış segmentleri için 7 segment display ön dirençleri 5 V için 330 Ohm mertebesinde seçilmelidir. Her bir çıkış için en fazla 25 ma akım alınabilir. Şekil entegresi 4511 entegresi 0-9 arasındaki sayıların onluk sistemdeki karşılığını veren 7 segment display sürücü bir entegredir. Bundan dolayı BCD (binary coded decimal) entegresi olarak da isimlendirilir. Şekil 2.5 de 4511 entegresinin genel yapısı gösterilmektedir. Display test ve blank input girişleri normal kullanım esnasında lojik-1 olmalıdır. Display test pini lojik-0 olduğunda bütün segmentler çıkış verir. Blank input girişi lojik-0 olduğunda ise bütün çıkışlar kapanmaktadır. Hafıza (LE) pini normal kullanım durumunda daima 0 dır. Eğer bu pin 1 yapılırsa girişlerine uygulanan en son BCD ( binary coded decimal ) ikili 13

29 bilgiyi display üzerinde gösterir. Girişler değiştirilse bile LE sıfırlanmadıkça display durumunu korur. Aşağıda entegrenin fonksiyon diyagramı gösterilmiştir. Şekil entegresi fonksiyon diyagramı ENTEGRESİ Girişine uygulanan belli bir değer aralığındaki gerilime karşılık çıkışında sabit gerilim veren elektronik devre elemanıdır. Aslında sabit voltaj için tasarlanmış olmasına rağmen birçok cihazda gerilim ve akım ayarı için de kullanılabilmektedir. Bizim devremizde regülasyonu sağlayacak olan bu eleman 3 terminalli olup bunlardan 1. bacak yüksek volt girişi, 2. bacak toprak ( ground ) ve 3. bacak genellikle 5 V sabit çıkış gerilimini temsil eder. Genellikle 78xx entegrelerin üzerindeki son iki basamak değeri çıkışta sabit tuttuğu ( regüle ettiği ) değeri gösterir. Örneğin 7805 de çıkış geriliminin 5 V, 7808 de ise 8V olduğu görülmektedir. Bu elemanlar sıklıkla PIC entegresi ile çıkış devresi ( LCD display, seven segment ) arasında bir tampon görevi görür. Çalışma menzili 35 V a kadar ulaşmasına rağmen yüksek değerlerde çok ısınacağından kullanım esnasında harici bir soğutucuya ihtiyaç duyar. Tablo entegresi ve özellikleri 14

30 3. DEVRE SİMULASYONLARI Bu bölümde PIC İLE NESNE SAYIM SİSTEMİ projesi bilgisayar ortamında iki farklı uygulama ile örneklenip çalışma prensibi üzerinde durulacaktır. Proteus programının ISIS ve ARES arayüzleri kullanılarak bir kapıdan içeri giren ve çıkan kişi sayısı saptanacak ve bu sayım ilk önce LCD ekranında daha sonra da bir 7 segment display üzerinde gözlemlenecektir. ISIS programında devre çizerken programın içerisindeki dahili kütüphaneden yararlanılacaktır. Gerekli niteliklere sahip uygun malzemeler bu kütüphanede mevcuttur. ARES ise yazılan programı ISIS çalışmasında PIC e yükleyip çalıştığından emin olduktan sonra baskı devre yapmak için kullanılır. Muhtelif şekiller aşağıda verilmiştir. Uygulama-1 Şekil 3.1 LCD çıkışlı nesne sayım sistemi ISIS çizimi 15

31 Açıklama: Yukarıda devresi verilen uygulama kodları Micro C programı ile yazılmıştır. Burada amaç herhangi bir noktadan ( burada bir kapı örneği ) geçen nesnelerin geçiş yönlerini de dikkate alarak sayımını yapmaktır. Burada PIC16F628A entegresinin özelliğinden dolayı harici bir osilatör devresine ihtiyaç duyulmamıştır. Entegrenin A bacakları giriş olarak B bacakları çıkış olarak tanımlanmıştır ve temel bir artırma-azaltma programı bu entegrenin içine yüklenmiştir. ISIS programının sol alt köşesindeki run tuşuna basıldığında sistem enerjilenmiş ve çalışma moduna geçmiştir. Ekranda görülen devrede anahtarlar vasıtasıyla sayma işlemi yapılmaktadır. Dolayısıyla burada iki anahtar birbirinden bağımsız olarak çalışmaktadır. Uygulamada bu iki anahtarın yerini cisim algılayan dijital sensörler alacaktır. ISIS arayüzünde bu tip bir sensör örneği olmadığı için sensörlerin yerine statik anahtarlar yerleştirilmiştir. Bu anahtarlar kullanılacak olan dijital sensörlerin görevini analog olarak yerine getirmektedir. Uygulama-2 Şekil segment çıkışlı nesne sayım sistemi ISIS çizimi 16

32 Şekil segment çıkışlı nesne sayım sistemi ARES çizimi 17

33 4. TASARIM 4.1. YAZILIM PIC Kodları Proje için hazırlanan ve PIC entegresinin içerisine yüklenen MicroC programı aşağıda verilmiştir. Nesnelerin geçiş sırasına ve yönüne bağlı olarak sayım yapılmasını sağlayan bu program birçok karmaşık yapılı devre içinde temel oluşturmaktadır. sbit LCD_RS at RB4_bit; sbit LCD_EN at RB5_bit; sbit LCD_D4 at RB0_bit; sbit LCD_D5 at RB1_bit; sbit LCD_D6 at RB2_bit; sbit LCD_D7 at RB3_bit; sbit LCD_RS_Direction at TRISB4_bit; sbit LCD_EN_Direction at TRISB5_bit; sbit LCD_D4_Direction at TRISB0_bit; sbit LCD_D5_Direction at TRISB1_bit; sbit LCD_D6_Direction at TRISB2_bit; sbit LCD_D7_Direction at TRISB3_bit; char txt[7]; char txt[]="mevcut = " int i=0; void main() { TRISA.F0=1; // GİRİŞ // TRISA.F1=1; // GİRİŞ // TRISB=0; // ÇIKIŞ // PORTA.F0=0; 18

34 PORTA.F1=0; PORTB=0; Lcd_Init(); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); while(1) { { if(porta.f0==1) if(porta.f1==1) { i=i++; delay_ms(1000); } } { if(porta.f1==1) if(porta.f0==1) { i=i--; delay_ms(1000); } } IntToStr(i,txt); Lcd_Out(1,13,txt); } } 19

35 Akış Diyagramı Şekil 4.1 Program akış diyagramı 4.2. OTOMATİK KONTROL SİSTEMİ Şekil 4.2 Otomatik kontrol sistemi 20

36 Şekilde görülen PIC entegresi, yoğunluk, dalgaboyu, polarizasyon gibi etkenlere duyarlı ultrasonik sensörlerden alınan konum bilgisi ile kontrol edilmektedir. PIC, yukarıda belirtilen sensör yazılımı sayesinde eş zamanlı olarak çıkışındaki göstergeye mevcut rakamı artırma yada azaltma komutu basar. Bu bilgi entegrenin programda belirtilen çıkış portlarından üretilir. Şekil 4.3 de sensörlerin algılama durumuna ilişkin bir yapı mevcuttur. Şekil 4.3 Sensörlerin konum algılama durumuna göre aracın hareketi 4.3. ALGILAYICILAR ( SENSÖRLER ) Algılayıcılar genel itibariyle dış ortamla ( basınç, sıcaklık gibi herhangi bir fiziksel etki ) endüstriyel cihazlar arasında köprü görevi gören ve bu sayede cihazlara çalışma ortamı sağlayan elektronik aygıtlardır. Algılayıcılar geniş bir uygulama alanına sahip olup bu projede görüntüleme işlemi için gerekli sinyal trafiğini sağlayacaktır. Dolayısıyla fiziksel bir dış etkiyi elektriksel enerjiye dönüştürecektir Algılayıcıların Sınıflandırılması Algılayıcılar, ölçülen giriş ve çıkış büyüklüğüne göre, besleme ihtiyacına göre ve daha birçok şekilde sınıflandırılabilir. 21

37 Giriş Büyüklüklerine Göre Sınıflandırma Algılayıcılarla ölçülen giriş işaretleri bakımından 6 gruba ayrılabilir. Mekanik algılayıcılar : Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork (moment), basınç, hız, ivme, pozisyon, ses dalgaboyu ve yoğunluğu gibi etkilere maruz kalınırsa kullanılır. Termal algılayıcılar : Sıcaklık ve ısı akısına karşı hassastır. Elektriksel algılayıcılar : Voltaj, akım, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı ve frekans gibi elektriksel parametrelerin var olduğu durumda kullanılır. Manyetik algılayıcılar : Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment ve manyetik geçirgenlik mevcutsa kullanılır. Işıma algılayıcıları : Yoğunluk, dalgaboyu, polarizasyon, faz, yansıtma gibi etkilere duyarlıdır Çıkış Büyüklüklerine Göre Sınıflandırma Dijital çıkışlı entegrelerde bilgisayarlarla doğrudan iletişim kurabilirler. Bu bağlantılar yapılırken bazı protokoller kullanılır. Tablo 4.1 de seri iletişim protokollerinin özelliklerine kısaca değinilmiştir. Tablo 4.1 Seri iletişim protokollerinin karşılaştırılması 22

38 Pasif Algılayıcılar Herhangi bir harici besleme kaynağına ihtiyaç duymadan çalışabilen algılayıcılardır. Örneğin termokuplör elemanı dışardan bir enerjiye ihtiyaç duymadan, algıladığı ısıyı elektriksel sinyale çevirebilir Aktif Algılayıcılar Çalışmaları için harici bir besleme kaynağına ihtiyaç duyarlar. Bu algılayıcılar genel olarak zayıf sinyalleri ölçmek için kullanılırlar. Bu algılayıcılarda en önemli nokta giriş ve çıkışlardır. Hem dijital hem de analog olarak elektriksel sinyal üretirler. Analog çıkışlarda, çıkış büyüklüğü akım yada gerilim olabilir. Bu projede PIC entegresine yazılan program kapsamında gerilim çıkışı 0-5 V kapsamındadır. Dolayısıyla kapı sistemine kurulu sensör cisim algıladığı zaman entegre çıkışında lojik-1, algılamadığı zaman lojik-0 üretecektir. Analog çıkışlılarda, çıkış büyüklüğü gerilim ya da akımdır. Bu sistemde standart çalışma akımı ise 4-20 ma arasında değişmektedir Yer Değişimi ve Hareket Algılayıcıları Endüstriyel uygulamalarda konum algılayıcılar (Position Sensor) yada hareket transdüserleri (Motion Transducer) sık sık kullanılmaktadır. Bu yerdeğişim algılayıcıları ölçme teknikleri açısından aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir. Kapasitif Endüktif Relüktans Potansiyometrik Strain-Gage Elektro-Optik Açısal ve Doğrusal Enkoderler Kızılötesi ( ultrasonik ) Konum Şalterleri Bu projede kullanılacak olan kızılötesi sensör aşağıda incelenecektir. 23

39 Kızılötesi Sensör ( Kızılötesi Engel Algılayıcı ) Cisimden yansımalı bu tip sensörlerle günümüzde birçok uygulama yapılabilmektedir. Özellikle akıllı robot projelerinde sıklıkla kullanılmaktadır. Kızılötesi sensör daha önce de belirtildiği gibi dijital çıkışlıdır. Algılanacak olan nesne belirtilen menzil içine girdiğinde sensör çıkışı 0V dan 5V a yükselir. Çıkış sinyali mikroişlemci devresine ( PIC entegresi ) doğrudan bağlanabilir. Tablo 4.2 de sensör uçlarına göre doğru bağlantı noktaları belirtilmiştir. Tablo 4.2 Sensör kabloları kullanım tablosu Kızılötesi Sensör Özellikleri 1 metre menzile sahiptir. Menzil ayarı arkasında yer alan mavi trimpot ile yapılmaktadır. Menzili kısarak 5cm e kadar yakınlığa düşürebilirsiniz. 5V da 10ma akım çekmektedir. 10ms hızlı tepki süresine sahiptir. IP65 Koruma sınıfına (Yüksek ölçüde toz ve nem koruması) dahildir. Dahili günışığı koruması mevcuttur. 31mm x 25 mm x 18mm boyutlarındadır. 18 gram ağırlığındadır. 28cm. kablo uzunluğuna sahiptir. 24

40 Şekil 4.4 Dijital çıkışlı kızılötesi sensör 4.4. DEVRENİN KURULMASI Cisim algılayan dijital sensörler üç bacağa sahiptir. Kullanılan iki sensörün siyah bacakları board üzerinde ortak bir toprak noktası seçilerek birleştirildi. Burada dikkat edilecek husus bu uçların bir direnç üzerinden topraklanmasıdır. Böylece olası aşırı akımların meydana getireceği zarar önlenmiş olur. Kırmızı uçları da aynı şekilde ortak bir besleme noktasına lehimlendi. Sensörlerin sarı uç çıkışları PIC entegresinin yazılan programda tanımlanan giriş portlarına bağlandı. Halbuki sensör yerine anahtar kullanmış olsaydık, anahtarın besleme uçları aynı zamanda PIC girişi olarak kullanılacaktı. PIC entegresinin girişinde yapılan diğer işlem harici bir osilatör devresi kurmaktır. Bunun için 4 MHz değerinde bir frekans osilatörü ve iki adet 22 mikrofarad değerinde kapasite ile oluşturulan bu devre ve özellikleri daha önce osilatör konfigürasyonları başlığı altında anlatılmıştı. Yazılan programın tanımladığı çıkış portları ise dijital gösterge ( LCD veya display ) girişine bağlanır. Bu portlar doğrudan göstergeye bağlanabildiği gibi 4511 veya 7805 gibi gerilim regülatörleri üzerinden de bağlanabilirler. Bu entegrelerin kullanımı daha güvenli bir çalışma için tercih edilir. Bu bağlantıları yaparken özellikle PIC entegresinin uçlarına dikkat edilmelidir. Örneğin, bağlantı sırasında entegrenin zarar görmemesi ( yanmaması ) için PIC başka bir bacak tabakası üzerinden lehimlenir. Tüm bu devreler ortak bir besleme kaynağından ( pil yada adaptör ) kolayca beslenir. 25

41 Şekil 4.5 Kurulan devrenin genel bir görünümü Şekil 4.6 Kurulan devrenin son hali 26

42 4.5. UYGULAMA ALANLARI Alışveriş merkezleri Otopark girişleri Radar sistemleri İşletmelerde malzeme ve ürün sayımı Barkot sistemleri PLC nin kullanıldığı tüm algılama sistemleri Yukarıda belirtilen birçok yerde tercih PIC ile nesne sayım sistemi özellikle adet yada miktar sayısının önemli olduğu yerlerde kontrol amaçlı olarak kullanılmaktadır. Proje sunumunda bu uygulamalardan otopark sisteminin genel bir simülasyonu sunulacak ve giren her araçtan sonra meydana gelen artış ve çıkan her araçtan sonra meydana gelen azalma gösterge üzerinde izlenecektir. 27

43 5. SONUÇLAR Bu çalışmada, mikrodenetleyici kontrollü sayım sistemi tasarlanmış ve uygulamaya geçirilmiştir. Proje sonunda; PIC entegrelerinin yazılımı, programlanması ve board üzerindeki uygulamaları öğrenilmiştir. Dijital cisim algılayıcı sensörlerin özellikleri gözlemlenmiş ve sensörlerin gelişen teknolojide önemli bir yer tuttuğu bir kez daha ortaya çıkmıştır. LCD, display segment gibi çıkış göstergelerinin ölçüm ve hesaplama kolaylığı sağlaması birçok yeni fikir ve uygulamanın önünü açmıştır. Sensör PIC LCD donanımı arasındaki kombinasyon ve uyum sağlandığı zaman bir giriş sinyalinin hangi safhalarda nasıl oluşturulduğu, nasıl işlendiği ve çıkış sinyali olarak nasıl atandığı kolayca kavranabilmiştir. PIC İLE NESNE SAYIM SİSTEMİ kısaca özetlenecek olursa; dijital cisim algılayan sensör her nesne algılayışında bir sinyal üretir ve bu sinyal gerekli işlemleri başlatması için PIC entegre girişini tetikler. Böylece mekanizmanın çalışması başlatılır. Yazılan programın özelliklerine bağlı olarak PIC çıkışına bağlanan göstergede yapılan sayma işlemi izlenebilir. Bu sayım işlemi elbette ki artırma-azaltma sensörlerinin durumuna bağlı olarak yapılabilir. 28

44 6. KAYNAKLAR [1] Altınbaşak, Orhan, Mikrodenetleyiciler PIC Programlama, İstanbul, [2] Microchip Technology Incorporated., PIC16F87X Data Sheet 28/40-Pin 8-Bit CMOS FLASH Microcontrollers, USA, [3] Winstar Display Co. Ltd., WG12864D 128x64dots, Taiwan, [4] AKAR, F., PIC Mikrodenetleyiciler, Beta Basım Yayım Dağıtım A.Ş., , [5] AKPOLAT, Ç., PIC Programlama, Pusula Yayıncılık, ,

45 7. EK-A STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU Tasarım Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları cevaplayınız. 1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. Mevcut bir ürünü geliştirmek ve piyasada kullanılabilir hale getirmek için yapılan bu projede bir kapı düzeneği yada bir otopark sistemi oluşturulmaya çalışıldı. 2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü? Projede özellikle entegrenin programlanması kısmında büyük sorun yaşandı. Fakat laboratuvar da aldığımız programlama deneyi ve bu konuda bilgili kişilerin yönlendirmeleriyle sorun çözüldü. 3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız? Kontrol laboratuvarı PIC deneyi Analog ve sayısal elektronik dersi 4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir? Teknik araştırma yapıldı ve malzemelerin yapısal özellikleri dikkate alındı. 5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir? a ) Ekonomi : Dekanlık herhangi bir yardımda bulunmadığı için mümkün olduğu kadar ekonomik şartlar göz önünde bulundurulmuştur. Bitirme projesinin maliyeti 240 TL civarındadır. Ayrıca Oğuzhan ÇAKIR ve Cahit ALTAN hocalarımız entegre yardımında bulunmuştur. 30

46 b) Çevre sorunları: Laboratuvardaki teknisyen daha ilk bitirme çalışmamda laboratuvardan kovduğu için bölümde çalışma durumum olmadı. Zaten böyle bir imkan da sağlanmadı. Bitirme projesini barındığım devlet yurdunda imkanlarım el verdiğince bitirmeye çalıştım. c) Sürdürülebilirlik: Bitirme projesi esnasında birçok sorunlar yaşandı ve bu sorunlar sadece öğrencinin sorunlarıymış gibi davranıldığı için o şartlarda sürdürülebilirlik söz konusu değildi. d) Üretilebilirlik: Eğer geliştirme imkanı bulunabilirse çok daha yaratıcı ve pratik sistemlere temel oluşturacak bir devre tasarlanabilirdi fakat ne yazık ki türkiye de üniversite bölüm öğretmen öğrenci kısır döngüsü içerisinde yeni bir şeylerin bulunması, üretilmesi ve bunun sürdürülebilirliğinin sağlanması güçtür. e) Etik: Proje esnasında mühendislik mesleğini lekeleyecek herhangi bir davranış yada uygulamada bulunulmadı. f) Sağlık: Proje, sağlığa zarar verecek herhangi bir tehlike yada unsura sahip değildir. g) Güvenlik: Proje esnasında tüm güvenlik önlemleri alındı. 31

47 h) Sosyal ve politik sorunlar: Proje sosyal hayatta kullanılmaya çok elverişlidir. Fakat herhangi bir siyasi içerik, reklam ya da propaganda içermemektedir. Not: Gerek görülmesi halinde bu sayfa istenilen maddeler için genişletilebilir. Projenin Adı Projedeki Öğrencinin Adı PIC İLE NESNE SAYIM SİSTEMİ HALİT EREM Tarih ve İmzalar

48 8. ÖZGEÇMİŞ Halit EREM tarihinde Kayseri ilinin Develi ilçesinde doğdu. İlk ve orta öğrenimini sırayla Seyrani İlköğretim Okulu, Merkez İlköğretim Okulu ve 9 Mart Ortaokulunda, lise öğrenimini ise Serik ve Develi Liselerinde tamamladı yılında bu üniversitenin bu bölümünde okumaya başladı. Yabancı dil bilmemektedir. 1