KONUM ESASLI AKILLI ARAÇ TRAFİĞİ DÜZENLEME SİSTEMİ

Transkript

1 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Lisans Bitirme Projesi KONUM ESASLI AKILLI ARAÇ TRAFİĞİ DÜZENLEME SİSTEMİ KADİR ÖZEN SAKİNE HOCAOĞLU YÜKSELEN PINAR BAHAR TRABZON

2 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Lisans Bitirme Projesi KONUM ESASLI AKILLI ARAÇ TRAFİĞİ DÜZENLEME SİSTEMİ KADİR ÖZEN SAKİNE HOCAOĞLU YÜKSELEN PINAR Danışman: Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK BAHAR 2013 TRABZON

3 LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Kadir ÖZEN, Sakine HOCAOĞLU ve Yükselen PINAR tarafından Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK yönetiminde hazırlanan Konum Esaslı Akıllı Araç Trafiği Düzenleme Sistemi başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK... Jüri Üyesi 1 : Doç. Dr. İsmail KAYA Jüri Üyesi 2 : Yrd. Doç. Dr. Salim KAHVECİ Yedek Jüri Üyesi : Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İsmail Hakkı ALTAŞ ii

4 ÖNSÖZ Günümüzde kazaların büyük bir kısmı araç kullanıcılarının dikkatsizliği sonucu meydana gelmektedir. Projedeki amaç bu çeşit dikkatsizlikleri minimum seviyeye indirmektir. Bitirme Projesi Çalışması boyunca bize destek olan ve bize yol gösteren hocamız Sayın Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK e teşekkür ederiz. Ayrıca bu projeyi destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğü ne Mühendislik Fakültesi Dekanlığına, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığına ve bize gerekli ek malzemeler konusunda maddi desteği sağlayan bölümümüz mezunlarından olan Davut YURTTAŞ Bey e içten teşekkürlerimizi sunarız. Hayatımız boyunca bize her türlü desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen ailelerimize şükranlarımızı sunarız. TRABZON Kadir ÖZEN Sakine HOCAOĞLU Yükselen PINAR iii

5 İÇİNDEKİLER LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU...ii ÖNSÖZ...iii İÇİNDEKİLER...iv ÖZET...vi SEMBOLLER VE KISALTMALAR...vii ŞEKİLLER DİZİNİ...ix TABLOLAR DİZİNİ...x 1. GİRİŞ BİTİRME PROJESİNİN TANITIMI GPS GPS SİSTEMİNİN KULLANILDIĞI ALANLAR NAVİGASYON SİSTEMLERİ VE HARİTALAMA MAPNİK OPENSTREETMAP (OSM) OSM ELEMANLARI NEDEN OSM? ZİGBEE TANIMI ZİGBEE PROFİLLERİ ZİGBEE'DE DÜŞÜK ENERJİ MALİYETİ ZİGBEE'DE GÜVENLİK HİZMETLERİ OPENLAYERS POSTGRESQL NEDEN POSTGRESQL? POSTGIS NEDEN POSTGIS? MALZEMELERİN TANITIMI RASPBERRY Pİ (MODEL B) XBEE MODÜLÜ GPS LCD iv

6 2.5. DC-DC ÇEVİRİCİLER USB - TTL RS232 DÖNÜŞTÜRÜCÜ PROJENİN ÇALIŞMA ŞEKLİ SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRMELER KAYNAKLAR EKLER EK-1 BİTİRME PROJESİ ÖN DEĞERLENDİRME FORMU EK-2 STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU ÖZGEÇMİŞLER v

7 ÖZET Günümüzde her 4 kişiye bir araç düşmektedir. İstatistiklere göre araç sayısının artması, kazaların artmasına neden olmuştur. Ülkemizde kazaların büyük bir kısmı araç kullanıcıların dikkatsizliği sonucu meydana gelmektedir. Projedeki amaç bu tarz dikkatsizlikleri minimum seviyeye indirmektir. Proje, araçlar arasında kablosuz haberleşmeyi sağlayacak, sürücüyü görüntü ve ses komutları ile uyaracak elektronik cihazdan oluşmaktadır. Araçlar arasında konum, hız, yol durumu, trafik durumu gibi bilgilerin paylaşılmasını kolaylaştıracak ve bu şekilde kazaların önüne geçilecektir. Proje, otonom araç sistemlerinin temelini oluşturmaktadır. Gelişen teknolojiyle birlikte ileriye yönelik çalışmalarla daha da geliştirilebilecek özelliğe sahiptir. Şöyleki; günümüzde, bu sistem araçlar arası haberleşmeyi sağlarken, gelecekte daha da ileriye taşınarak trafikte, kişisel dikkatsizliklerden meydana gelebilecek hataların yanında teknolojik eksikliklerin de önüne geçilmesi hedeflenmektedir vi

8 SEMBOLLER VE KISALTMALAR AES: Advanced Encryption Standard AGG: Anti Grain Geometry API: Application Programming Interface BPSK: Binary Phase Shift Keying CBS: Coğrafi Bilgi Sistemleri CTS: Clear to send DTR: Data Transfer Requist ESRI: Economic and Social Research Institute GPS: Global Positioning System GIS: Geographic Information System GEOTIFF: Geographic Tagged Image File Format GDAL: Geospatial Data Abstraction Library GEORSS: Geograpical RDF Site Summary GML: Geography Markup Language GND: Ground JPEG: Joint Photographic Experts Group KML: Keyhole Markup Language LR-WPAN: Low-Rate Wireless Personal Area Network OSM: Open Street Map OGC: Open Geospatial Consortium PNG: Portable Network Graphics vii

9 PDF: Portable Document Format PWM: Pulse width Modulation QPSK: Quadrature Phase Shift Keying RTS: Request to send RX: Reciever SVG: Scalable Vector Graphics SQL: Structured Query Language TTL: Transistor transistor logic TX: Transmitter UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter USB: Universal Serial Bus WPAN: Wireless Personal Area Network WMS: Web Map Service WFS: Web Future Service XML: Extensible Markup Language viii

10 ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa No Şekil 1.Bitirme projesinin genel sistemi...2 Şekil 2. GPS uydularının yörüngedeki görüntüsü...3 Şekil 3. Uydu haberleşmesiyle navigasyon...5 Şekil 4. OpenLayer ın haberleştiği protokoller...10 Şekil 5. Kullanılan malzemelerin temel şeması...13 Şekil 6. Raspberry Pi Şekil 7. Digi.com firmasının XBee modülü Şekil 8. XBee nin pin bağlantıları Şekil 9. Venus GPS data logger Şekil 10. GPS in blok diyagramı Şekil 11. Kullanmakta olduğumuz LCD...19 Şekil 12.. Çeviricinin test kartı Şekil 13. Projede kullanılan dönüştürücü...21 Şekil 14. ARES baskı devre kartı görüntüsü Şekil 15. ARES baskı devre kartı görüntüsü Şekil 16. UART veri akış diyagramı...23 Şekil 17. UART veri paketi...24 Şekil 18. GPS SKYTRAQ ekran görüntüsü...26 Şekil 19. GPS SKYTRAQ ekran görüntüsü (harita eklenmiş)...27 Şekil 20. Tasarlanan baskı devre kartı...28 ix

11 TABLOLAR DİZİNİ Sayfa No Tablo 1. XBee pinlerinin bacak yapıları Tablo 2. XBee yapılandırma komutları Tablo 3. Tasarlanan veri paketi x

12 1. GİRİŞ 1.1. Bitirme Projesinin Tanıtımı Çevresel kaynaklı oluşan trafik kazalarının önlemini alabilmek, can ve mal kaybını yok etmek veya en aza indirebilmek projeye başlama nedenleri arasındadır. Projede GPS Konumlandırma ve Kablosuz Haberleşme yeteneklerine sahip bir sistem tasarlanacaktır. Trafiği kontrol edebilmek için araçların dünya üzerindeki konumlarının bilinmesi gerekmektedir. Bu konumlarla birlikte üzerinde hareket ettikleri otoyolu da bilinmelidir. Bunun için düzenli trafik verisi gerekmektedir. Bu koşulları sağlamak için GPS kullanılmıştır. GPS ile konum belirleme ve araçların anlık merkez olması yani araçların herhangi bir merkeze bağlı olmaksızın kaza yada herhangi bir sebepten dolayı arıza veren araç, yan yoldan ana yola çıkan araç ve karşı yönde gelen araç merkez bilgi verici olabilecektir. Örneğin; yolda seyir halindeyken aracın kaza yaptığını düşünelim. Kaza yapan araç merkez santral görevi görüp kendisi hiçbir merkeze bağlı olmadan diğer araçlara bilgiyi gönderebilmektedir. Şekil 1 de yapmış olduğumuz bitirme projesinin genel sistemi gösterilmiştir. Projenin başlatılma gerekçeleri: Trafikte kazaların artması Trafik kurallarını uygulamamaktan kaynaklanan kazalar Gelişen teknolojinin bu gibi tasarımları desteklemesi Yurt dışında yıllar öncesinden yapılmaya başlanan bir projeyi, geliştirilebilir yönleri açık bir şekilde yapabileceğimizi düşünmemiz 1

13 Şekil 1. Bitirme projesinin genel sistemi Projenin amaçları Trafik akışında verimliliği sağlamak Sürücüye, daha kolay ve güvenli sürüş olanağı sağlamak Olası kazaların, uyarı yöntemi ile önüne geçmek Sürücülere diğer araçların konum ve durumları hakkında bilgi vermek Yoldaki araç konvoyunun düzenli ve güvenli ilerlemesini sağlamak Trafik ve yol durumu hakkında diğer araçlarla haberleşerek bilgiler edinmek Olası kaza durumlarını engellemek 2

14 1.2. GPS Amerikan Savunma Dairesi tarafından askeri amaçlar için geliştirilmiş konumlama sistemidir. Herhangi bir zamanda herhangi bir yerde bulunan bir kullanıcının konumunu belirleyen sistemdir. Şekil 2 de GPS uydularının yörüngedeki görüntüsü verilmiştir. Şekil 2. GPS uydularının yörüngedeki görüntüsü GPS, uydu sistemlerini kullanarak her türlü şartlarda, her yerde ortak bir referans sisteminde, kesintisiz, anında ve yüksek doğrulukta konum, hız ve zaman belirlemeye yarayan navigasyon sistemidir GPS Sisteminin K anı ı ı A an ar GPS sistemi 1994 yılında tamamlanmasına rağmen, Amerikan ordusuna birçok katkıları olmuştur. Bu sistem ile araçların çölde ilerlemesi ve çöl operasyonlarının başarılı bir şekilde yapılması sağlanmıştır. Bunun yanında hava kuvvetlerine sağladığı avantaj sayesinde hedeflerin kısa sürede bulunması ve yok edilmesi sağlanmıştır. Kara ve hava 3

15 kuvvelerinin yanı sıra okyanuslarda seyahat eden Amerikan gemileri de GPS sistemini askeri operasyonlarda yön bulma, mayın temizle vb. birçok işlemde kullanılmıştır Diğer bir yandan uzun menzilli füze sistemlerinde de hedefi bulmak için bu sisteme başvurulmuştur yılında sivil kullanıma açılmış olan GPS sistemin günümüzde de birçok sektörün en çok kullandığı teknolojiler arasında gelmektedir. Yangına giden bir itfaiye aracının yanı sıra, acil müdahale yapmak için yola koyulan ambulans araçlarında da en kısa yol algoritmalarının çalıştığı GPS cihazları bulunmaktadır. Bunun yanında uzun yollarda seyahat eden sivil araçlarda bulundukları konumu öğrenmek ve gidecekleri konuma en kısa şekilde ulaşmak için yine mobil GPS sistemlerini kullanmaktadır. Günümüzdeki tüm sivil ve askeri uçaklar yine GPS sistemleri kullanarak işlevlerini doğru, verimli ve hızlı bir şekilde yerine getirmektedir. Başlangıçta çok büyük cihazlar ile sağlanan bu sistem günümüzde artık telefonlara entegre edilebilecek kadar mobil bir şekle getirilmiştir Navigasyon Sistemleri ve Haritalama Bir noktadan başka bir noktaya gitmek için, en elverişli yolu belirlemeye yarayan sistemlerdir. Bunun yanında; bulunulan yerin tespiti, enlem ve boylam olarak koordinatların belirlenmesi, haritalanma yapılması, vadinin, tepenin, köyün yada bölgenin adının bilinmesi bu sistemlerin kapsamına girer. Navigasyon Sistemleri nde, doğru yönde ilerlenmesinin yanı sıra en kolay, hızlı, tehlikesiz, manzaralı yolun seçilmesi gibi amaçlar da güdülebilir. 3 Şekil 3 de uydu haberleşmesiyle navigasyon gösterilmiştir. 4

16 Şekil 3. Uydu haberleşmesiyle navigasyon Bu projede haritalama kullanılmasının sebebi, seyir halinde giderken eğer yolda kaza yapmış araç varsa onu harita üzerinde aynı yol üzerindeki araçlara gösterebilmektir. Bu şekilde araç kullanıcılarının daha dikkatli olması sağlanmış olacaktır. Haritalama yapılmasının bir diğer nedeni ise araçların konumları, yönleri hakkında bilgi edinmek olacaktır. Bunun yanında yolardaki buzlanmayı ve çalışmaları da haritalama ile belirleyebileceğiz.[3] 1.4. Mapnik Mapnik, harita oluşturma için kullanılan açık kaynak kodlu araçtır. Bunun yanında, OpenStreetMap sitesinde dört ana Slippy Harita oluşturmak için kullanılmıştır. Mapnik, coğrafik data formatlarını destekler ve haritaların pek çok farklı türde tasarlanması için esnek tasarım seçenekleri temin eder. Mapnik, C++ programında yazılmıştır ve yüksek seviye Python bağlantıları içerir. Mapnik te AGG kütüphanesi kullanılır ve alt piksel doğruluğuyla örtüşmesiz harita oluşturmayı sunar. Mapnik ESRI şekil dosyalarını, PostGIS,TIFF tarama örüntüsü,.osm 5

17 dosyaları ve bazı GDAL yada OGR desteklenen formatlarını okuyabilmektedir. Paketler; Linux, Mac OSX ve Windows kullanımı için uygundur. Mapnik çıkış harita resimleri PNG, JPEG, SVG ve PDF formatlarında olabilir. Mapnik, farklı kaynaklardan veri kullanır; OSM verisini, PostGIS veritabanını, şekil dosyalarını ve daha fazlasını işleyebilmektedir. PostGIS: İlişkisel veri tabanlarına coğrafik yer şekillerinin geometric tanımlarını işleyebilmek için gerekli veri yapıları ve fonksiyonları içeren bir ek kütüphanedir. Shapefile: Coğrafi veriler için ortak bir depolama ve değişim biçimidir. PostGIS e ek olarak, standart OpenStreetMap, haritayı işlemek için çok fazla şekil dosyası kullanır. GeoTIFF: Mapnik, raster görüntüleri dahi GeoTIFF dosyalarını işleyebilir. Bu genellikle kabartma haritalar için kullanılır. Raster İmages: GeoTIFF de olduğu gibi Mapnik coğrafi kodlama bilgilerini içermeyen bitmap görüntülerini işleyebilir. OSM XML: Mapnik, bir OSM XML den direkt olarak işlemek için sınırlı yeteneğe sahiptir, fakat bu genel olarak tavsiye edilmez. Bununla birlikte, Mapnik yüklemelerinin testi için yada haritanın ad-hoc işlenmesi için kullanışlı olmalıdır OpenStreetMap (OSM) Tüm dünya için ücretsiz olarak düzenlenebilir bir haritadır. Dünyanın herhangi bir yerinden coğrafi verileri görüntüleme, düzenleme ve kullanma imkanı sağlamaktadır. Kullanıcılar içerikleri oluşturmaktadır. Böylece haritalar; GPS izleri, uydu görüntüleri gibi verilerle oluşturulmaktadır. Daima veri akışı vardır ve kullanılan veriler kolayca değiştirilebilir. OSM verileri Open Database Licence lisansına sahiptir ve tamamen ücretsizdir. OpenLayers tabanlı bir arayüze sahiptir. Haritalar Mapnik ile oluşturulup görüntülenmektedir. 6

18 OSM E eman arı 1. Düğüm: Belirli konumdaki noktaları etiketlemek (işaretlemek) için kullanılmaktadır. Örneğin okul, park, market.. 2. Yol: Birçok çizgilerle birleştirilmiştir. Örneğin cadde, mahalle.. 3. Kapalı yol: Başlangıç noktasıyla bitiş noktası aynı olan alanlardır. Örneğin göl bina.. 4. İlişki: Fiziksel olarak farklı olan ancak aynı şeyi temsil eden verilerdir. Örneğin birçok bölümden oluşan cadde ile, farklı yerlerde birçok bölümden oluşan park gibi Neden OSM? Coğrafi bilgiler her yerde ücretsiz değildir. Bu haritaların telif hakları oldukları için izinsiz kullanmak yasal sorunları getirmektedir. OSM de veriler düzenli olarak güncellenmektedir ve diğer harita uygulamalarına (google maps, bing..) göre kapsama alanı geniştir. Birçok cihaz için uygundur ZigBee Tanımı ZigBee; küçük ve düşük radyolar gibi farklı alanlarda uygulanabirliği olan kablosuz ağ teknolojisidir. Bu iletişim protokolü IEEE koduyla özelleşmiş ve bununla birlikte kontrol ve sensör ağları için oluşturulmuştur. Grup 15 kablosuz ağlarla, görev grubu 4 ise kablosuz kişisel ağlarla (WPAN) ilgili olduğunu belirtmektedir. Zigbee, kablosuz haberleşme teknolojilerinde düşük hız kablosuz kişisel yerel ağ (LR- WPAN, Low-Rate Wireless Personal Area Network) haberleşmesi olarak bilinir. Zigbee teknolojisi, küçük boyutta veri alışverişi ile gerçekleştirilmesi mümkün uygulamalarda düşük maliyetli olması, minimum güç tüketme prensibine dayanması, kurulumunun kolay ve esnek yapıda olması açısında büyük oranda tercih edilmektedir. Bu teknoloji sayesinde karmaşık ağ yapıları kurmak, bunları genişletmek ve bu yapıların diğer teknolojilerle haberleşmesini sağlamak mümkündür. 4 7

19 1.6.1 ZigBee Profilleri Tanımladığı yeni dille dataları değiştirir. Yeni servisler tanımlar. Alet tanımları içerir. ZigBee Alliance tarafından lisanslı sertifikalar temin edilebilir. Adresleme yapılıp yapılmadığını kontrol eder. Nodelar arası yönlendirmeler yapar Zigbee' e Düşük Enerji Ma iyeti Zigbee teknolojisinde düşük güç tüketimini sağlayan birçok etken vardır. Başlıcaları: Büyük boyutlarda veri aktarımının olmayışı Bu teknolojide diğer teknolojilere oranla daha küçük aygıtların kullanılması Veri alışverişi yapmadığı zamanlarda yönlendirici ve koordinatör dışındaki aygıtların uyku modu (sleep mode) durumunda kalmaları BPSK ve O-QPSK modülasyon çeşitlerinin çok fazla güç tüketmemeleri Kısa zamanlı görev çevrimi (Low duty cycle): yayın alma ve yayın verme sürelerinin çok kısa ve bu iki süreç arasındaki zaman aralığının uzun tutulmasıyla cihazın aktif çalışma zamanı kısalır, böylelikle daha az güç tüketilir 3. ZigBee'nin hizmet çevirimi oranı düşüktür. Harcanan gücün optimize edilmesiyle güç tüketimi düşer. Veri alışverişi yapılmadığı anlarda kendini korumaya alır ve minimum seviyede enerji tüketir Zigbee' e Güven ik Hizmet eri ZigBee: 128 bit AES (Advanced Encryption Standard) şifreleme ile bilgilerin dinlenmesini engeller. Üç farklı şifreleme anahtarı kullanılır ve belirli aralıklarla bu anahtarlar yeniler. 8

20 Kullanılan anahtarlardan; Master Anahtarı, iki aygıt arasındaki uzun süreli güvenliği sağlıyor. Bağlantı anahtarı, iki aygıt arasındaki güvenliği sağlıyor. Ağ anahtarı, ağdaki güvenliği sağlıyor. Bağlantı anahtarı ve bağ anahtarları düzenli olarak güncellenmektedir. Yeni mesajları kontrol ederek tekrarlama saldırısından önler. Mesajlar yollanırken saldırı olmaması adına bilgi girişini engeller. Yönlendirilen mesajın doğru yere iletilip iletilmediğini 'Asıllama Özelliği' ile kontrol eder. Ağ seviyesindeki asıllama ortak ağ anahtarı kullanılarak sağlanıyor. Aygıt seviyesindeki asıllama aygıtlar arasındaki tek bağlantı anahtarını kullanarak sağlanıyor OpenLayers OpenLayers, ağ tarayıcıların içerisinde harita datalarını görüntülemek için kullanılan açık kaynak kodlu JavaScript Kütüphanesidir. Yani bir bakıma; OpenLayers, ağ üzerinde kullanılabilecek özgür(ücretsiz) bir harita kütüphanesidir. OpenLayers, Google Maps e ve Bing Maps e benzer olarak ağ üzerinde bulunan coğrafik uygulamaları toplamak için bir API sağlar. Bu kütüphane, Prototype, JavaScript, Framework üzerinde bulunan bir kütüphanedir. Aynı zamanda aşağıdaki protokolleri de destekler ve bu protokoller için kullanılabilir. GeoRSS KML (Keyhole Markup Language) GML (Geography Markup Language) OpenLayers bu protokollerin yanında, OGC standartını kullanarak herhangi bir kaynaktan alınan harita datasını da destekler. Bu datalar WMS (Web Map Servis) yada WFS (Web Feature Servis) gibi servislerden alınmış olsalar bile. Bu da bize OpenLayers ın birçok protokol ile haberleştiğini göstermektedir. Şekil 4 de Openlayers ın haberleştiği protokoller gösterilmiştir. 9

21 Şekil 4. OpenLayer ın haberleştiği protokoller 5 OpenLayers ın kullanıldığı birçok örnek vardır bunlardan bazıları aşağıdaki gibidir. UMN Map Server: Mekansal etkin internet uygulamarı oluşturmak için açık kaynak kodlu bir geliştirme ortamıdır. Map Guide Open Source: Kullanıcıların hızlı bir şekilde web haritalama uygulamaları ve coğrafi web hizmetleri geliştirmeyi ve dağıtmayı sağlayan web tabanlı harita oluşturma platformudur. GeoServer: Programlamada; Java dilinde yazılmış bir açık kaynak sunucudur, paylaşım kullanımına izin verir ve coğrafik verileri işler ve düzenler. ArcGIS Server: Esri tarafından yapılmış coğrafik bilgi sistemi yazılımı merkez sunucusudur. Ka-Map Google Maps OpenStreetMap: Ücretsiz düzenlenebilir bir dünya haritası oluşturmak için yapılan ortak bir projedir. 10

22 Bing Maps Platform World Wind Servers Yahoo Maps Görüldüğü gibi OpenLayers, uygulamalarda kullanılacak olan bütün bilgileri kütüphanesinde bulundurur ve bu kütüphaneler kullanılarak birçok harita ve harita sunucusu oluşturulmuştur. Bu özelliklerinden ve kolaylıklarından yola çıkacak olursak yukarıda anlatılan uygulamalardan OpenStreetMap harita uygulaması bitirme projesi için kullanılacak olan en uygun harita uygulamasıdır PostgreSQL PostgreSQL açık kaynak kodlu güçlü nesne ilişkisel veritabanıdır. Mac, Linux ve Windows ile çalışabilmektedir. Ücretsiz ve açık kaynak kod yazılımına sahiptir ve diğer açık kaynak kodlu veritabanlarının özelliklerinin birçoğu yada daha fazlasını kapsamaktadır. Geniş kullanıcı kitlesine sahiptir. Bu yüzden hatalar en kısa sürede çözülebilmektedir, güvenilirdir. Aşağıda PostgreSQL ın özellikleri listelenmiştir: İşlemler Görüntüleme Yabancı anahtar bilgi tutarlılığı Kullanıcı tanımlı türler Gelişmiş kilitleme Bilgilerin devredilebilmesi Kurallar Eşzamanlı kontrol versiyonları Sıcaklık Zaman 11

23 Neden PostgreSQL? BSD lisansına sahiptir. Bu nedenle yasal yükümlülükleri yoktur. Lisans maliyetleri olmadan ek araştırmalar yapılabilmketedir. Bakım ve ayar oranı az olmaktadır. Kaynak kodları ek ücret ödenmeden alınabilmekte ve geliştirilebilmektedir. Yüksek hacimli işler için tasarlanmıştır. Birçok yazılım dilini desteklemektedir PostGIS PostgreSQL nesne-ilikisel veri tabanı için geliştirilmiş olan mekansal veri tabanıdır. Proje Yönlendirme Komitesi adı verilen grup tarafından geliştirilmiştir. Nokta, çizgi ve poligonlardan oluşmuştur. İşlemciler, ilişkisel operatörler, işleme fonksiyonları, gibi mekansal fonksiyonlara sahiptir. Gelişmiş geometrik dizini vardır. Kurulum için gerekli olanlar ise aşağıda belirtilmiştir: Proj4: Kartografik projeksiyonları birbirine dönüştürmek için kullanılan kütüphanedir. Geos: Mekansal doğrulama fonksiyonlarını, mekansal operatörler ve topolojik fonksiyonları desteklemektedir. PostgreSQL: Küçük uygulamalar için yardımcı olmaktadır. Debian Neden PostGIS? Shapefile adı verilen coğrafi yeri belirtmeye yarayan ve onunla ilgili verileri tutan dosyalardır. Bu dosyaların işlem kapasitesi sınırlıdır. PostGIS sorunlu dosyalarda veri yönetimi yapmaktadır. Var olan GIS (CBS- Coğrafik Bilgi Sistemi) veri hizmetleri oldukça pahalıdır. Pazarlanabilmektedir. Devamlı gelişen büyük bir topluluk tarafından desteklenmektedir. Çok düşük ücret karşılığı ve/veya ücretsiz olarak kullanılmaktadır. 12

24 Güvenlidir. Mac, Linux ve Windows ile çalışabilmektedir. Hiçbir dosya biçimi kilitli değildir. 2. MALZEMELERİN TANITIMI Her bir cihazımız için kullanılan malzemeler: Ana kart olarak raspberry pi (model b) Digicom firmasının Zigbee modulu (haberleşme için) Venus GPS loger (alıcı olarak) LCD 4.3 inch 12V dan 5 ve 3.3 V a dönüştüren DC-DC çevirici USB TTL RS232 dönüştürücü Kullanılan malzemelerin temel şeması Şekil 5 de gösterilmiştir. Şekil 5. Kullanılan malzemelerin temel şeması 13

25 2.1. Raspberry pi (model b) Raspberry pi bir bilgisayarın yapabileceği birçok işlemi yapabilmektedir. Hem HDMI hem de Video çıkışı bulunmaktadır. 700MHz hıza ve 512Mb Ram e sahiptir. 2 adet USB çıkışı vardır. Bunlardan bir tanesini GPS, diğerine kablosuz haberleşme modülü bağlantısı için kullanmaktayız. Ethernet soketini ise dataları almak için kullanmaktayız. Şekil 6 da projede kullanılan Raspberry Pi anakartı gösterilmiştir. Şekil 6. Raspberry Pi 14

26 2.2. Xbee Mo ü ü Daha önce belirttiğimiz gibi Zigbee WiFi ve Bluetooth a göre yeni bir teknolojidir. Güç tüketimi azdır ve uzun mesafelerde veri iletimi hızlıdır. Şekil 7 de projede kullanmış olduğumuz XBee modülü gösterilmektedir. Şekil 7. Digi.com firmasının XBee modülü Kullanmış olduğumuz XBee modülünün pin bağlantıları Şekil 8 de ve bu pinlerin bacak yapıları ise Tablo 1 de gösterilmektedir. Bu modül lehim kullanmadan monte edilmek için tasarlanmıştır. Bu yüzden projemizde bizlere kolaylık sağlamıştır. 15

27 Şekil 8. XBee nin pin bağlantıları Tablo 1. XBee pinlerinin bacak yapıları Pin İsimler Komut Tanım 1 Vcc - GÜÇ KAYNAĞI 2 Dout ÇIKIŞ UART VERİ ÇIKIŞI 3 Din / CONFIG GİRİŞ UART VERİ GİRİŞİ 4 Do8 ÇIKIŞ DİJİTAL ÇIKIŞ 8 5 RESET GİRİŞ MODÜL RESET 6 PWM0 / RSSI ÇIKIS PWM Output 0 7 PWM1 ÇIKIŞ PWM Output 1 8 ayrılmış - BAĞLANTI YOK 9 DTR / SLEEP GİRİŞ PİN Uyku Kontrol Hattı 10 GND - GROUND 11 AD4 / DIO4 GİRİŞ / ÇIKIŞ Analog Giriş 4 - Dijital I/O 4 12 CTS / DIO7 GİRİŞ / ÇIKIŞ Clear-to-send Akışı 13 ON / SLEEP ÇIKIŞ Modül Durum Göstergesi 14 Vref GİRİŞ Referans Voltaj 15 ASSOCIATE / AD5 / DIO5 GİRİŞ / ÇIKIŞ Analog Giriş 5 - Dijital I/O 5 16 RTS /AD6 / DIO6 GİRİŞ / ÇIKIŞ Request-to-send Akış Kontrol 17 AD3 / DIO3 GİRİŞ / ÇIKIŞ Analog Giriş 3 - Dijital I/O 3 18 AD2 / DIO2 GİRİŞ / ÇIKIŞ Analog Giriş 2 - Dijital I/O 2 19 AD1 / DIO1 GİRİŞ / ÇIKIŞ Analog Giriş 1 - Dijital I/O 1 20 AD0 / DIO0 GİRİŞ / ÇIKIŞ Analog Giriş 0 - Dijital I/O 0 16

28 XBee nin kullanım amacına göre dizayn şekilleri vardır: Minimum bağlantı noktaları: Vcc, GND, Dout & Din Donanım yazılım güncellemesi için minimum bağlantı noktaları: Vcc, GND, Din, Dout, RTS & DTR Sinyal yönü modül ile ilgili olarak belirtilmektedir. Modül; 50 ohm luk Reset leme direnci içermektedir. Kullanılmayan pin bağlantıları bırakılmaktadır GPS Trafik verilerini almak ve kontrol edebilmek için araçların dünya üzerindeki konumlarını belirlemek gerekmektedir. Araç kendi ve çevresindeki konumları bilmelidir. Bu konumlarla birlikte üzerinde hareket ettikleri otoyol da bilinmeli ve düzenli trafik verisi gerekmektedir. GPS lerden elde edilen konum bilgisi ile araç var olan haritalarımız üzerinden gitmekte olduğu otoyol, kavşak, viraj bilgilerini elde etmekte gerekli bilgileri sürücüye iletmektedir. Şekil 9 da projede kullanılan GPS gösterilmektedir. Bu GPS alıcısı daha güçlü ve daha küçüktür. Hassasiyeti yüksektir. Şekil 9 da projede kullanılan GPS gösterilmiştir. Şekil 9. Venus GPS data logger 17

29 Şekil 10 da ise GPS in blok diyagramı verilmiştir. Şekil 10. GPS in blok diyagramı 2.4. LCD Gelen GPS verilerini harita üzerinde yerleştirmek için OpenStreetMap ile elde ettiğimiz verileri harita sunucumuz üzerine aktardık. Bu verilerin sürücüye iletilmesi için 4.3 inch LCD tercih edilmiştir. Şekil 11 de projede kullanılan LCD gösterilmiştir. 18

30 Şekil 11. Kullanmakta olduğumuz LCD 2.5. DC-DC Çevirici er Araçta bulunan ve kullanacağımız çakmaklıktaki giriş 12V dur. Kullanmış olduğumuz Raspberry pi nin çalışma gerilimi 5V dur. GPS ve Xbee modülünün çalışma gerilimi 3.3V dur. Bu yüzden DC-DC çeviriciye ihtiyaç duyulmaktadır. Şekil 12 de çeviricinin test kartı gösterilmiştir. 19

31 Şekil 12. Çeviricinin test kartı 20

32 2.6. USB - TTL RS232 önüştürücü Kablonun fiş kısmında bulunan FTDI-232 dönüştürücü entegre ile USB sinyallerini RS232 sinyallerine dönüştürmektedir. Aynı şekilde tersi de mümkündür. Şekil 13 de projede kullanılan dönüştürücü gösterilmiştir. Şekil 13. Projede kullanılan dönüştürücü 21

33 3. PROJENİN ÇALIŞMA ŞEKLİ Projemizin; güç kaynağı (DC-DC çevirici), XBee Pro kablosuz haberleşme modülü, GPS modül, 4.3 LCD ekran ve Raspberry Pi anakartından oluştuğunu daha once belirtmiştik. Bu kısımda projemizde bulunan modüllerin işlevlerini tek tek anlattıktan sonra modüllerin bir arada nasıl kullanıldıkları, aralarındaki iletişimin nasıl sağlandığı ve projenin gerçeklenmesinde nasıl görev aldıklarını anlatacağız. İlk olarak DC - DC çeviriciyle başlayalım. Araçların üzerindeki elektrik tertibatı bize 12V DC bir kaynak sunmaktadır. Kullanmakta olduğumuz modüller 5V ve 3.3V güç kaynaklarına ihtiyaç duymaktadır. Modüllerin nominal değerlerde beslenebilmesi için elimizdeki 12V luk kaynaktan 5V ve 3.3V elde etmemiz gerekti, bu ihtiyacımızı basit bir DC-DC çevirici devresi tasarlayarak giderdik. DC DC Çeviricinin tasarımında kullandığımız malzemeler: 2 adet LM317 ( ayarlanabilir gerilim regülatörü ) 2 adet 100nF kondansatör 1 adet 0.1uF kondansatör 1 adet 100uF kondansatör 2 adet 1k pot 4 adet 270 ohm direnç Aşağıdaki Şekil 14 ve Şekil 15 de ARES programıyla yapılmış olan çizimler gösterilmektedir. Şekil 14. ARES baskı devre kartı görüntüsü-1 22

34 Şekil 15. ARES baskı devre kartı görüntüsü- 2 İkinci adımda; XBee kablosuz haberleşme modülünden bahsedeceğiz. XBee kablosuz haberleşme modülü, Raspberry Pi anakartına seri porttan bağlanmıştır ve haberleşme seri port ile sağlanmaktadır. Seri port bağlantısı bu modül üzerindeki 2 ve 3 numaralı pinlere bağlanmıştır. Bu modülün pin bağlantı yapısı Tablo 1 de gösterilmiştir. Tabloda da görüleceği gibi 2 numaralı pin DOUT (UART Veri çıkışı), 3 numaralı pin ise DIN ( UART Veri girişi ) pinleridir. Haberleşme bu pinler üzerinden sağlanmaktadır. UART arayüzüne sahip olan cihazlar belirttiğimiz pinlere doğrudan bağlanabilmektedir. Bağlantı şekli ve veri akış yönü Şekil 16 daki gibidir. Şekil 16. UART veri akış diyagramı Seri porttan gönderilen veri, DIN (pin 3) pininden senkronize bir sinyal gibi giriş yapar. Seri haberleşme sırasında herhangi bir veri iletilirken sinyal boşta olmalıdır. 23

35 Her data baytı; 1 başlangıç biti, 8 data biti (önemsiz bit ilk başta bulunur) ve 1 durdurma biti içerir. Şekil 17 de işlemciden modüle gönderilen verinin seri bit paterni gösterilmektedir. Şekil 17. UART veri paketi Seri haberleşme yapılırken, haberleşmenin uyumlu ayarlar (bant aralığı, eşlik, başlangıç biti, durdurma biti, veri biti) ile yapılandırılmış olması mikroişlemci ve RF modül üzerindeki 2 UART a bağlıdır. XBee modül üzerindeki UART veri akış hızı ve denklik ayarları sırasıyla BD ve SB komutlarıyla yapılandırılabilir. Tablo 2 de Xbee yapılandırma komutlarından olan BD ve SB komutlarının özellikleri verilmiştir. Tablo 2. XBee yapılandırma komutları AT Komut Komut ismi ve açıklaması Parametre Tercih Komutları Kategorisi aralığı Edilen Değer BD Seri bağlantı Arayüz veri hızı. RF modül arayüz seri port ve sunucu (Standart arasındaki haberleşme için akış hızı) seri arayüz veri hızını 0=1200bps yükler ve okur. 1=2400 2=4800 3=9600 4= =

36 6= = SB Seri bağlantı Durdurma biti. UART için 0= 1 SB 0 arayüz durdurma bitinin numarasını 1= 2 SB yükler ve okur. Yukarıda bahsettiğimiz Xbee modülünün temel çalışması haricinde, projenin uygulanabilmesi için araçların herhangi bir sunucu yada baz istasyonuna ihtiyaç duymadan birbirleri ile haberleşebilmeleri gerekmektedir. Yapılacak olan çalışmanın özgünlüğünden dolayı takip edebileceğimiz, endüstride standartlaşmış bir protokol yada veri paket şablonu bulunmamaktadır. Bu sebeple bu kısımda kendi ara çözümlerimizi gerçekleştirdik. Tasarladığımız her bir cihaz enerji verildiği andan itibaren belirli bir frekanstan sürekli olarak bazı bilgiler anons etmektedir. Bu bilgiler sayesinde araçlar çevrelerinde var olan araçları tespit edebilmekte ve gerekli görürse de iletişime girmektedir. Bu anonslar sırasında cihazlarımız tüm verileri bir ASCII karakter dizisi olarak her bir karakter bir bayt olacak şekilde göndermektedir. Bir başka deyişle anons yapan araca ait konum, doğrultu, hız, trafikteki öncelik veya aciliyet, aracın sağlığı ve belki diğer istisnai bilgiler bir karakter katarı şeklinde arka arkaya eklenerek anons edilmektedir. Tablo 3. Tasarlanan veri paketi ÜLKE KODU EYALET ŞEHİR PLAKA TRAFİK ÖNCELİĞİ GPS BİLGİLERİ EKSTRA DATA 3 bayt 3 bayt 3 bayt 10 bayt 2 bayt 30 bayt N bayt Veri paketi yukarıda da görüldüğü gibi Tablo 3 de tasarlanmıştır. İlk dört alan aracın belirleyici ID si olarak kullanılacaktır. Araçlar aralarında doğrudan iletişim kurmak istediklerinde bu belirleyici bilgiler, PC iletişim ağlarındaki IP adresleri gibi, kullanılacaktır. 25

37 Üçüncü olarak; GPS modülünden bahsedeceğiz. GPS modülümüz de XBee modülümüz gibi Raspberry Pi anakartına seri porttan bağlanmış olup, seri port haberleşmesi yapmaktadır. Ayrıca GPS modülümüzün 3.3V ile çalıştığını belirtmiştik. Modül, üzerindeki TX ve RX pinlerine bağlanmıştır. Aslında GPS sadece bir alıcı olduğu için RX pinini kullanmamız da yeterli olabilmektedir. Kullanmış olduğumuz GPS alıcılarımızın; SKYTRAQ uydularından aldığı GPS sinyallerinin kalitesi, zaman bilgileri ve konum bilgileri test edilmiş ve görüntüsü Şekil 18 de belirtilmiştir. Ek olarak şekil 19 da GPS den alınan konum haritada işaretlenmiştir. Şekil 18. GPS SKYTRAQ ekran görüntüsü 26

38 Şekil 19. GPS SKYTRAQ ekran görüntüsü (harita eklenmiş) Yukarıda bahsettiğimiz DC-DC Çevirici, Xbee ve GPS modüllerinin tek bir kart üzerinde toplamak amacıyla bir baskı devre tasarlanmıştır. Bu baskı devre Şekil 20 de belirtilmiştir. Bu baskı devre, kablo karmaşası ve bağlantı hatalarını önlememizi sağlamıştır. 27

39 Şekil 20. Tasarlanan baskı devre kartı Son olarak; anakarttan bahsedeceğiz. Anakartımızın Raspbery Pi olduğunu belirtmiştik. Anakart üzerinde bulunan iki seri porttan bir tanesi GPS alıcısıyla haberleşmek için, diğer dahili seri portumuz ise Debug amacıyla ayrıldığından dolayı XBee haberleşme modülü için gerekli olan seri haberleşme harici olarak satın alınan USB FTDI RS 232 haberleşme kablosu üzerinden sağlanmıştır. Anakartımız üzerine kurmuş olduğumuz bir Linux dağıtımı olan Debian ın ARM platformu için özelleştirilmiş olan Raspbian sürümünü kullandık. Bu işletim sistemi bize, projenin temelinde bulunan araçların coğrafik olarak konumlarını kendiliğinden tespit edebilmeleri için gerekli olan GIS uygulamalarını kurabilmemizi ve kullanmış olduğumuz algoritmaların uygulanması kolaylığı sağlamaktadır. 28