Uzaktan Robotik El Kontrolü

Transkript

1 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Uzaktan Robotik El Kontrolü Hilal ALTUN Fulya AKDENİZ Neşe ÜNVER Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK Mayıs 2013 TRABZON

2 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Uzaktan Robotik El Kontrolü Hilal ALTUN Fulya AKDENİZ Neşe ÜNVER Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK Mayıs 2013 TRABZON

3 LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Hilal ALTUN, Fulya AKDENİZ, Neşe ÜNVER tarafından Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK yönetiminde hazırlanan Uzaktan Robotik El Kontrolü başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Unvanı Adı ve SOYADI Jüri Üyesi 1 : Unvanı Adı ve SOYADI Jüri Üyesi 2 : Unvanı Adı ve SOYADI Bölüm Başkanı : Unvanı Adı ve SOYADI ii

4 ÖNSÖZ Günümüzde birçok işin kolaylaştırılması amacıyla robotik üzerine farklı çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmaların en önemlileri insan sağlını korumayı ve gündelik işleri kolaylaştırmayı amaçlayan çalışmalardır. Uzaktan Robotik El Kontrolü isimli projemiz insan elinin yaptığı hareketi algılayarak, kablosuz bir şekilde robot el üzerinde hareketin aynısını taklit edebilmesi ve insan hayatını farklı alanlarda kolaylaştırması amaçlacıyla yapılmıştır. İlk olarak hazırlamış olduğumuz bu çalışmada bizlere zamanını ayıran ve danışmanımız olan değerli hocamız Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK e ve Tez çalışmamız süresince bu çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğü ne Mühendislik Fakültesi Dekanlığı na ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığı na içten teşekkürlerimizi sunarız. Ayrıca proje yapımında her türlü yardımı sağlayan ve bilgilerini hiç çekinmeden bizimle paylaşan Doç. Dr. İsmail KAYA ya ve Araş. Gör. Cemaleddin ŞİMŞEK e ve bize çalışma ortamı sunan İletişim Laboratuarına teşekkürü bir borç biliriz. Her şeyden öte, eğitimimiz süresince bizim her konuda yanımızda olan ve desteğini hiç esirgemeyen, canımız ve hep destekçimiz olan ailemize çok teşekkür ederiz. Son olarak örnek olan tüm hocalarımıza ve arkadaşlarımıza saygı ve sevgilerimizi sunarız. Mayıs 2013 Hilal ALTUN Fulya AKDENİZ Neşe ÜNVER iii

5 İÇİNDEKİLER LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU... ii ÖNSÖZ... iii İÇİNDEKİLER... iiv ÖZET... vi SEMBOLLER DİZİNİ..vii KISALTMALAR DİZİNİ viii ŞEKİLLER DİZİNİ... iix Tablolar Dizini... x 1.GİRİŞ Çalışma Takvimi ROBOT NEDİR? Robotların Tarihsel Gelişimi HABERLEŞME Haberleşme Sistemlerinin Elemanları Kablosuz İletişim Kablosuz Haberleşmenin Bazı Türleri Bluetooth (IEEE ) IrDA Sistemi Genel IrDA Karakteristikleri IrDA'nın Kullanım Alanları ZigBee Standartı Ağ ve XBee'ye Genel Bakış XBee Modül Stilleri ZigBee'nin Ağ Yapısı ve Fİziksel Tabaka ZigBee Topolojileri ZigBee'nin Kullanım Alanları..11 iv

6 ZigBee'nin Bazı Kablosuz Teknolojilerle Karşılaştırılması 11 4.Elektronik Devrimi Fiziki Programlama Gömülü Sistemler Mikroişlemci Nedir? Mikrodenetleyici Nedir? Mikrodenetleyicilerin Mikroişlemcilere Göre Avantajları Açık Kaynaklı Donanımlar ARDUİNO Arduino Çeşitleri Arduino Uno KULLANILAN MALZEMELER Servo Motorlar Servo Motorun Çalışma Prensibi Flex Sensör Flex Sensörle İlgili Bazı Devre ve Gösterimler TASARIM VE DENEYSEL ÇALIŞMALAR Maket Elin Yapımı Flex Sensörle İlgili Deneysel Çalışma Aşaması Xbee ile İlgili Çalışmalar Servo Motorla İlgili Çalışmalar Programlama Aşaması SONUÇLAR YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME KAYNAKÇA EKLER v

7 ÖZET Projenin amacı; İnsan sağlığı ve güvenliği açısından uygun olmayan yerlerde deney çalışma yapabilmek için uzaktan kontrol edilebilen robotik bir el gerçekleştirmektir. Giyilebilir herhangi bir eldivenin üzerine flex sensörler yerleştirilip hareket ettirilen parmakların hareketleri ve hareket miktarları ölçülecek ve bu bilgiler kablosuz haberleşme modülü X-bee üzerinden uzaktaki robotik ele gönderilip aynı hareketler taklit ettirilmeye çalışılacaktır. Projede flex sensörlerin direnç değerlerindeki değişimlere göre servo motorlar harekete başlamaktadır ve bu hareket Arduino Uno R3 mikro denetleyicisi ile kontrol edilmektedir. Burada her şeyi kontrol etmek için Arduıno platformu kullanılmıştır. vi

8 SEMBOLLER DİZİNİ R I V S L ρ d m I O A Kb Mb Kb/sn Direnç Akım Gerilim Dik kesit alanı Uzunluk Özdirenç Uzaklık Metre Giriş Çıkış Analog Giriş Kilo bit Mega bit Kilo bit/ saniye vii

9 KISALTMALAR DİZİNİ ALU RX TX PWM LAN IEEE CPU Bps IrDA ZC ZR ZED Aritmetik Logic Unit Transmiter Receiver Pulse Width Modulation Local Area Network Institute of Electrical and Electronics Engineers Central Processing Unit Bits Per Second İnfrared Data Association ZigBee Coordinator ZigBee Router ZigBee End Device viii

10 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 1. Xbee pro modül... 8 Şekil 2. Tipik bir mikroişlemci ile xbee pin bağlantısı... 9 Şekil 3. Dış dünya ile elektronik ve interaktif sistemlerin etkileşimi Şekil 4. Genel bir gömülü sistem blok diyagramı Şekil 5. Bir mikroişlemci sisteminin temel bileşenlerinin blok diyagramı Şekil 6. Bir mikrodenetleyici sisteminin temel bileşenlerinin blok diyagramı Şekil 7. Arduino uno kartı önden görünümü Şekil 8. Arduino uno kartı arkadan görünümü Şekil 9. Arduino kartı pin gösterimi Şekil 10. RC servo motorun iç blok diyagramı Şekil 11. Servo motor Şekil 12. Flex sensor Şekil 13. Flex sensörün boyutsal diyagramı Şekil 14. Flex sensör devresi Şekil 15. Ayarlanabilir tampon Şekil 16. Eşik seviyeli anahtarlama Şekil 17. Direnç gerilim çevirici Şekil 18. Flexible boru Şekil 19. Boruların yarım ay şeklinde kesimi Şekil 20. Borulara misinaların yerleştirilmesi Şekil 21. Maket elin kullanıma hazır hali Şekil 22. Flex sensörün minimum direnç değeri Şekil 23. Flex sensörün maksimum direnç değeri Şekil 24. Flex sensör devresinin proteus gösterimi Şekil 25. Flex sensör devresinin ares şekli Şekil 26. Servo motor devresinin proteus gösterimi Şekil 27. Servo motor devresinin ares gösterimi ix

11 Tablolar Dizini Tablo 1. Çalışma takvimi... 2 Tablo 2. Arduino larda kullanılan mikrodenteleyici temel özellikler x

12 1. GİRİŞ Günümüz teknolojisi robotik sistemlere olan ilgiyi artırmış olmakla beraber bu alanda yapılan projelerde gün geçtikçe artmaktadır. Hobi olarak yapılan robotik sistemlerin yanında insan hayatını kolaylaştırmak için de birçok çalışma yapılmıştır. Bizim gerçekleştirdiğimiz robotik el projesinin de bir insanın yapamayacağı tehlike içeren işlerin yapılmasına büyük hizmet sunacağı düşünülmektedir. İnsan vücuduna zarar verebilecek maddelerle yapılan deneyler, bomba imha gibi durumlar buna örnek verilebilir. Bu proje plastik borular yardımıyla tasarlanmış maket elin, kişinin yapacağı el ve parmak hareketlerini taklit etmesi esasına dayanmaktadır. Tasarlanan maket elin her bir parmağına misinalar yardımıyla servo motorlar ve hareketi taklit edilecek ele giyilen eldivene de flex sensörler yerleştirilmiştir. Elimiz ile maket el arasındaki haberleşme kablosuz olarak sağlanmış olup kablosuz haberleşme modülü Xbee üzerinden yapılmıştır. Burada flex sensörlerin direnç değişimiyle birlikte servo motorlar programlama doğrultusunda harekete geçip maket eli hareket ettirmektedir. Bu hareketin programlaması Arduino Uno R3 mikrodenetleyicisi ile kontrol edilmiştir.

13 1.1. Çalışma Takvimi Proje Tablo 1. deki gibi çalışma takvimine uygun yapılmıştır. Tablo 1. Çalışma takvimi YAPILAN İŞ TARİH ŞUBAT MART MART MART 1-15 NİSAN NİSAN NİSAN 1-10 MAYIS MAYIS MAYIS HAREKET EDECEK ROBOT ELİN TASARIMININ GERÇEKLENMESİ SERVO MOTORLARIN TEST EDİLİP HAREKET EDECEK ROBOT ELE MONTAJI FLEX SENSÖRLERİN KULLANILACAK ELDİVENE MONTAJI VE ANALOG DEĞERLERİNİN TEST EDİLMESİ MİKROİŞLEMCİ-SERVO MOTOR BAĞLANTISININ YAPILIP TEST EDİLMESİ MİKROİŞLEMCİ -FLEX SENSÖRL BAĞLANTISININ YAPILIP TEST EDİLMESİ HABERLEŞME PROGRAMININ DENENMESİ PROJENİN TEST EDİLMESİ İÇİN FİZİKSEL DÜZENLEMENİN YAPILMASI PROJENİN TEST UYGULAMASININ YAPILMASI 2

14 2. ROBOT NEDİR? Robotlar doğayı taklit eden insan hayatını kolaylaştıran makinalardır. Robotlar, otonom ya da kumanda edilen, algılayıcıları, kontrol sistemi, eyleyicileri, ve bedensel yapıları ile nesneleri tutmak, kavramak, hareket ettirmek, taşımak, üretim yapmak gibi amaçları yerine getirebilen elektronik, mekanik veya simetrik yapılardan oluşan yapay sistemlerdir[1] Robotların Tarihsel Gelişimi Robot kelimesi ilk olarak 1921 yılında bir tiyatro oyununda karşımıza çıkar. Ünlü Çek bilim kurgu yazarı Karel Capek tarafından yazılan R.U.R. oyunu (Rosumovi Umeli Roboti) Prag- Çekoslavakya da sahnelenmiş bir bilim kurgu yapıtıdır. Yazar, Çekce de işgücü anlamına gelen robota kelimesini oyunda kullanarak bu kelimenin terim olarak yerleşmesine yol açmıştır[1]. 3

15 3. HABERLEŞME 3.1. Haberleşme Sistemlerinin Elemanları Verici Verici tarafından gönderilen bilgi iletilmeden önce iletilecek hale getirilir, gücüne göre iletim yaptığı mesafesi değişmek kaydıyla, gerekli kodlamaları yapar gerekirse kuvvetlendirme yapılır. İletim Ortamı İletim ortamı sinyalin iletildiği ortama verilen addır. İletim ortamları kablolu ( kılavuzlu ) ve kablosuz (kılavuzsuz) olmak üzere ikiye ayrılır. Kablolu İletim Ortamı: Verilerin iletimi sadece bu kabloların bağlı olduğu cihazlar arasında olur. Kablolu iletim ortamları: Bakır kablo, bükümlü kablo, koaksiyel kablo, fiber optik kablo vs. Kablosuz İletim Ortamı: Kablosuz iletim ortamlarında iletişim, veriler en uygun alıcı cihaz kullanarak radyo ve TV yayınlarındaki gibi herkes tarafından alınabilmektedir. Kablosuz iletim ortamları: Hava, su, boşluk vs. gibi doğal ortamlardır. Alıcı Vericide iletilecek hale gelen bilgi iletim ortamından geçtikten sonra alıcıya gelir Kablosuz İletişim Günümüz bilgi çağının en büyük yansıması haberleşme teknolojisi üzerinde olmuştur. Kablolu haberleşme sistemlerinin yanında artık kablosuz haberleşme sistemleri, kullanıcılara genel olarak herhangi bir yerde herhangi bir anda iletişim kurma olanağı sağlamaktadır. Kablosuz haberleşme teknolojileri kablo kullanımını 4

16 azaltmaktadır. Bu sistem belli bir mesafede hareket serbestliği sağladığından sabit veya hareketli bir üniteden bilgi almak veya göndermek kablosuz haberleşme için büyük bir avantajdır. İlk düşünce bilgisayar ve onun çevresindeki elektronik ünitelerin (klavye yazıcı, tarayıcı vb.) birbirleriyle kablosuz olarak haberleşmesini sağlamaktı. Daha sonra bu düşünce genişleyerek daha da büyük alanlarda kullanılması hedeflenmektedir. Dar alan kablosuz haberleşme sistemleri özellikle askeri sahada, hastanelerde, otomobil sanayisinde ve büyük alışveriş merkezlerinde kullanılmaya başlanmış olup gün geçtikçe kullanım alanları artmaktadır. Bu sistemdeki temel amaç düşük güç sarfiyatı ile en az 10m lik bir alanda kabloyu ortadan kaldırarak güvenli bir haberleşme ağı kurmaktır Kablosuz Haberleşmenin Bazı Türleri Kablosuz haberleşme kanalı üzerinden yapılan her tür haberleşmedir. Bluetooth ve WiFİ, WI-MAX, 3G ve 4G gibi teknolojiler şuan en popüler olanlarıdır. PAN ler için geçtiğimiz senelere kadar Bluetooth ve WiFi olmak üzere iki ana teknoloji/standart bulunmaktaydı. Fakat her sistemin yenilikler, kolaylıklar gibi getirisi olmakla birlikte, bazı istekleri karşılayamazlar ve 1999 yılında FireFly çalışma grubu, ZigBee yi tasarlamaya başlamıştır. Öncelikle IEEE temel alınarak, ZigBee Alliance in bu sürece katılmasıyla ZigBee PAN ağlarından birisi haline gelmiştir Bluetooth( IEEE ) Bluetooth adını (M.Ö ) yılları arasında yaşayan Danimarka Kralı Harald Blataad tan almıştır[2]. Bluetooth genel olarak bina içi kablosuz ağ sistemi olarak tanımlanabilir. Tasarlanış amacı kısa mesafelerde düşük güç tüketmek suretiyle diğer komşu elektronik cihazlarla bağlantı kurarak veri alış verişinde bulunmaktır[3]. Bluetooth birbirini kapsam alanında görme şartını ortadan kaldırmış olmasına rağmen güvenlik problemi ortaya çıkmış ve bu kamsam alanı içindeki sistemi haberleşecek olan sitemlerin girişim ve bayılmadan dolayı bağlantı kopma problemleri 5

17 oluşmuştur. Aynı zamanda Bluetooth sistemi kapsam alanı dışındaki sistemlerle de girişim oluşturabilmektedir IrDA Sistemi Genel olarak IrDA elektronik düzenekler arası kablosuz bağlantı kurmak amacıyla kullanılır. IrDA noktadan noktaya haberleşme biçimi olup 30 lik dar bir görme açısına sahiptir[4]. IrDA sisteminde (İnfrared data association) verici ve alıcının mutlaka birbirini görme zorunlulukları vardır ve aksi halde bağlantının mümkün olmaması bu teknolojinin kullanılabilirliğini azaltmıştır Genel IrDA Karakteristikleri: Her ülke ve birimde kullanılan elektronik aletlerde kablosuz bağlantı gerçekleştirmek. Geniş donanım desteği sağlamak ve yazılım platformları oluşturmak. Noktadan noktaya olan haberleşmelerde kablo bağlantısını ortadan kaldırmak. Standartlar arası uyum sağlamak. Diğer elektronik düzeneklerde girişimi engellemek. Yüksek veri (data ) hızı[5] IrDA nın Kullanım Alanları: IrDA aşağıdaki sıralanan düzenekler arası veri iletişimini sağlamak için kullanılır. PC, diz üstü bilgisayarlar Yazıcı tarayıcılar Telefon modemler Dijital kameralar Yerel alan ağları (LAN) 6

18 Tıbbı ve endüstriyel cihazlar Saatler[6]. Kablosuz haberleşmede her zaman büyük boyutlarda veri aktarımına ihtiyaç duyulmaz. Sensör ve kontrol cihazları gibi küçük boyutlarda veri iletebilir veya alabilirler. Bu durumda verilerin iletimini sağlamak ve kontrolünü sağlamak için akıllı ağ topolojilerini destekleyecek bir teknolojiye ihtiyaç doğmuştur. Bunun üzerine IEEE, standartını çıkarmıştır. Bu standartı temel alan Zigbee protokolünün ve bu protokolü destekleyen cihazların üretilmesini sağlamıştır ZigBee Standartı ZigBee küçük alanlı kişisel ağ sistemlerinde düşük güç ve data ile en iyi çözümü sağlayan bir haberleşme standartıdır. IEEE ve ZigBee Alliance tarafından IEEE standartı olarak geliştirilmiştir[6]. Bu yapı sayesinde kişisel veya kurumsal herhangi bir kablosuz karmaşık ağ yapısı kurulabilir, genişletilebilir ve bu yapıyı diğer teknolojilerle haberleştirebiliriz. ZigBee 1998 den itibaren Buetooth ve WiFi nin bazı uygulamalar için uygun olmadığının fark edilmesiyle tasarlanmış geliştirilmeye başlanmıştır. Bu özellikler: Bazı mühendislerin düzenledikleri kablosuz dijital radyo ağları alanında bir ihtiyaç olduğunu görmüşleriyle başlamıştır. İlk olarak, bu konuda IEEE standart protokolü Mayıs 2003 te tamamlanmıştır te gelişmiş bir ağ destekleyicisi olan Philips Semiconductors, bu konudaki yatırımlarını sona erdirmiştir. Philips Zigbee Birliği yönetim kurulundaki üyeliğini halen devam ettirmektedir. 4 Aralık 2004 te ZigBee nin şartnamesi(patenti) tasdik edilmiştir. ZigBee Birliğinin üye sayısı Ekim 2004 te 22 ülkeden alınacak üyelerle beraber toplam üye sayının 100 ün üzerinde olması planlanmış, Nisan 2005 te üye sayısı 150 nin üzerine, Aralık 2005 te ise 200 ün üzerine çıkmıştır. 7

19 ZigBee Birliği 13 Mayıs 2005 tarihinde ZigBee 2004 Specifications diye de bilinen Specification 1. 0 sürümünün kamuya açık ulaşım hakkını duyurdu. ZigBee Birliği 2006 nın Eylül ayında ZigBee 2006 Specifications olarak da bilinen ZigBee standartlarının gelişmiş versiyonunu tamamlandığını ve acil üyelik sisteminin açıldığını duyurmuştur Ağ ve XBee ye Genel Bakış Xbee RF modem bir çeşit kablosuz alıcı vericidir. Xbee bir kablosuz sensör ağında kuvvetli ağ haberleşmeleri için gerekli özellikleri sağlayan data haberleşmelerinde uygulanmış protokolü kullanır. Mesela bu özellikler; data güvenliğini sağlamak için adresleme, bilgi verme ve yeniden deneme olarak incelenebilir. Xbee aynı zamanda data haberleşmesinin yanında cihazların uzaktan kontrolü ve izlenmesi gibi ek özelliklere de sahiptir XBee Modül Stilleri XBee modülü nün çeşitli sürümleri olsa da Şekil 1. de gösterildiği gibi benzer pin bağlantıları vardır. XBee çeşitleri arasında güç çıkışı, anten tarzı, çalışma frekansı ve dahili ağ yetenekleri gibi farklılıklar olabilir. Şekil 1. Xbee pro modülü 8

20 Mikrokontrollör Şekil 2. de XBee ile tipik bir 3.3 V denetleyici bağlantısı görülmektedir. 3.3V DOUT DIN XBee GND V SS Şekil 2. Tipik bir mikroişlemci ile xbee pin bağlantısı Xbee nin pin bağlantılarına bakmak gerekirse bunu EK 2 deki tablo ile açıklayabiliriz. DOUT/DIN: Bu pinler kontrolörden ya da bilgisayardan (DOUT) seri bilgi alımını ve XBee ye (DIN) gönderimini sağlayan pinlerdir. Bilgi hem XBee modülleri arasındaki iletim için hem de XBee bilgisinin okunması ve kurulması için gerekli olan bilgidir. Senkron seri haberleşmede varsayılan veri oranı 9600 Bps dir. RESET: Bu pin üzerindeki anlık bir düşüş xbee ye kaydedilen düzenleme ayarlarını sıfırlayacaktır. CST/RTS/DTR: Bunlar xbee ve kontrol ya da bilgisayar arasındaki veri transferinin koordinasyonu için kullanılır. Xbee RTS hattı düşük tutulmadığı sürece DOUT hattından kontrolörlere bilgi gönderimi yapmayacaktır. Bu kontrolörden xbee ye daha 9

21 çok bilgi alımını sağlar. DTR yeni bir data programı yüklendiğinde xbee tarafından tipik olarak kullanılır. İletim gerçekleşiyorken xbee kontrolörden CTS hattına daha çok data göndermek için bildirim yapabilir. CTS nadiren gereklidir çünkü xbee kontrolürden kabul edilen datadan çok çok daha hızlı data gönderir. DIO0-DIO7/D08:Bun pinler standart 3.3V dijital giriş ve çıkış olarak kullanılır. Xbee pinlerin ayar durumunu kontrol edebilir. AD0 to AD6: Bu pinler xbeeye 10 bitlik analog dijital konvertör girişleridir. RSSI: XBee bu pin üzerinde Pwm çıkışı olarak alınan RF sinyalin gücünü rapor edebilir. PWM0/1: Bu pinler analog çıkış filtrelemesi ya da direk olarak kullanılabilen 10 bit Darbe genişlik modülasyon çıkışı için ayarlanabilir. Analog çıkışı için filtrelenir ya da direk olarak kullanabilirler Zigbee nin Ağ Yapısı ve Fiziksel Tabaka ZigBee protokolünün kullandığı 3 tip aygıt vardır. ZigBee Koordinatör(ZC): ZigBee protokolünü kullanan aygıtlardan en yetenekli olanıdır. ZC aracı ağ bağlantılarını düzenler ve diğer ağlarla olan köprülemeyi sağlar. ZigBee koordinatör ayrıca ağda bilgiyi depolayabilme özelliğine sahiptir. Güvenlik anahtarının da ağda yönetilmesi ile ilgili bilgileri depolayabilir. ZigBee Yönlendirici (ZR): ZigBee de uygulama çalıştığı zaman Yönlendirici(router) kendini ara yönlendirici olarak göstererek veri akışını sağlar. ZigBee sistemlerinde geçiş aygıtı olarak görev almaktadır. ZigBee Son Cihaz (ZED): Bağlı olduğu diğer ZigBee koordinatör ve ZigBee yönlendirici aygıtlarıyla iletişim kurmak için yeterli derecede özellik içermektedir. ZigBee son cihaz, diğer aygıtlardan veri yayını yapmaz. Aradaki bu köprüleme durumu 10

22 aradaki düğümlerin uyku durumuna geçmesiyle uzun ömürlü kullanıma olanak sağlamaktadır Zigbee Topolojileri Zigbee Topolojileri Ağ katmanı şeklinde olup 3 e ayrılır. Bunlar Yıldız Topolojisi, Ağaç Topolojisi ve Örgü Topolojisidir. Zigbee Düşük data hızlı, düşük güç tüketimli, düşük maliyetli, otomasyon ve uzaktan kontrol uygulamaları için kablosuz ağ protokolünü amaçlayan bir teknolojidir. Bu sistem IEEE standartı olarak geliştirilmiştir Zigbee nin Kullanım Alanları Teknolojik yönden sık sık batarya değişimi pratik değildir fakat düşük güç tüketimi gerektiren yerler için avantajlı bir yapıdır. Pil ya da batarya ile gerçekleştirilen işlemlerde düşük güç tüketimi sağlaması, Ağ sistemlerinde 255 cihaza hizmet verebilmesi, Basit protokol tanımlaması, Dünyada deneyimli şirketlerin birkaçı tarafından geliştirilmiş incelenmiş ve kanıtlanmış bir standart olması, Ekonomik olması, nedeniyle kullanımı tercih edilir Zigbee nin Bazı Kablosuz Teknolojilerle Karşılaştırılması Zigbee ve diğer kablosuz teknolojiler arasında Başarı alanları, ağ boyutu vs. gibi bazı farklılıklar bulunmaktadır. Bu karşılaştırmalar EK 3 te belirtilmiştir. 11

23 4. ELEKTRONİK DEVRİMİ Son yüzyıl içerisinde dünyamız büyük bir değişim geçirdi. Elektroniğin ortaya çıkmasıyla gelişen bilgisayar teknolojisi tüm dünyayı müthiş bir değişime uğrattı. Elektronik ve bilişim teknolojilerinin içinde olmadığı bir alan hemen hemen yok diyebiliriz. Gelişen teknoloji ışığında geçmişte insan eliyle yapılan işlemler artık bilgisayarlar sayesinde gerçekleştirilmeye başlandı. Bu sayede içlerinde bulunan sistemleri akıllı hale getiren gömülü sistemler denilen bir alan ortaya çıkmış oldu. Dijital elektronikle birlikte sayısal işlemler yapan devreler tasarlandı. Sonrasında da bu sayılarla yapacağı işlemleri belirli bir program dahilinde yürüten mikroişlemciler ortaya çıktı. Öncesinde her bir iş için ayrı bir devre kurulması gerekirken, artık devrede fiziki bir değişim yapmadan yalnızca program değişikliğiyle farklı işlemler yapılabilir hale geldi. Günümüzde bilinenin aksine üretilmiş olan mikroişlemcilerin çoğunluğu bilgisayarlarda değil yaşamımızın her alanına yayılan akıllı cihazların içerisinde bulunuyor. Artık hayatımızın her alanında bu akıllı sistemleri görmek mümkün zaman içerisinde de mikroçip bulunmayan hiçbir ürün kalmayacak gibi görünüyor. Genel olarak elektronik mühendisliğinin uygulama alanına giren elektronik sistem tasarımı günümüzde artık tasarımcılarında ilgi odağı haline geldi. Dolayısıyla projelerin gerçekleşebilmesi için bir platforma ihtiyaç vardı. İşte böyle bir temeli baz alarak Arduino denilen proje oluşturulmuştur. Yazılım bilgisi kısıtlı olan kişilerin de projeler tasarlaması için yapılmış olan Arduino bizim de projemizde kullanacağımız mikroişlemci çeşididir. Arduino temel olarak açık kaynaklı donanıma dayalı bir fiziki programlama platformudur. Aynı zamanda gömülü sistemler geliştirmeye olanak veren bir platformda diyebiliriz. 12

24 4.1. Fiziki Programlama Ortaya çıkan yazılımlar programlamayla uğraşanların da bildiği gibi genellikle bilgisayar içerisinde çalışan sanal işlemler yaparlar. İşte bundan farklı olan ve dış dünyayla etkileşimde bulunan sistemlerin programlanmasına fiziki programlama denir. Bahsedilen sistemler dış dünyadan algılayıcılar aracılığıyla aldığı sıcaklık, ses, ışık şiddeti gibi büyüklükleri elektronik ortama aktarıp elektronik olarak işledikten sonra eyleyiciler aracılığıyla yine dış dünyaya bir etki sunan sistemlerdir. Bu etkileşimi Şekil 3. teki diyagramla gösterebiliriz: EYLEYİCİLER İNTERAKTİF SİSTEM DIŞ DÜNYA SENSÖRLER Şekil 3. Dış dünya ile elektronik ve interaktif sistemlerin etkileşimi[7] Gömülü Sistemler Gömülü sistemlerin birçok tanımı olmakla birlikte belirlenen bir işi gerçekleştirmek amacıyla tasarlanmış donanım, yazılım ve bazen de mekanik birimlerden oluşan ve genellikle kendisinden daha büyük bir sistemin içine gömülü olarak çalışan sistemlerdir diyebiliriz. Gömülü bilgisayar sistemi bulundurmayan elektronik cihaz hemen hemen yok denilecek kadar azdır. Bunlara birkaç örnek verecek olursak; cep telefonları, dijital fotoğraf makineleri, video kaydedicisi, hesap makinesi, televizyon gibi kişisel tüketici 13

25 cihazları, ofis cihazları, elektrikli ev aletleri, otomobiller, elektronik ölçüm cihazları gibi Genel bir gömülü sistemi Şekil 4. teki blok diyagramıyla gösterebiliriz BELLEK SENSÖRLER VE GİRDİ ELEMANLARI EYLEYİCİLER VE ÇIKTI ELEMANLARI MİKRODENETLEYİCİ Şekil 4. Genel bir gömülü sistem blok diyagramı [7] Mikroişlemci Nedir? Mikroişlemcilerin çoğu zaman merkezi işlem ünitesi(cpu-central Processing Unit) olarak adlandırılması bilgisayar programlarının yapmak istediği tüm işleri yerine getirebilmesinden kaynaklanmaktadır. Mikroişlemciler kişisel bilgisayarlarda olduğu gibi elektrikli aygıtların kontrolünde kullanıldığında gömülü bilgisayar sistemi sınıfına girmektedir. Şöyle denebilir ki; sistemin belleğine yazılan program cihaza sürekli olarak aynı işlemi yaptırmak amacıyla yazılır. Bir mikroişlemci sisteminde aşağıdaki yardımcı ünitelere gereksinim vardır. 14

26 1. Merkezi İşlem Birimi(CPU) 2. Giriş/Çıkış(Input/Output) ünitesi 3. Bellek(Memory) ünitesi Bu üniteler CPU çipi dışında, bilgisayarların ana kartı üzerinde bulunan çiplerden veya bağlantı yuvalarına yerleştirilmiş kartlardan oluşur. Aralarındaki iletişim adres yolu (addres bus) ve veri yolu(data bus) adı verilen iletim hatları ile yapılır. Mikroişlemcili sistemde yukarıda saydığımız üniteler dışında ana kart üzerine yerleştirilmesi gereken özel amaçlı ünitelerde gerekebilir. Örnek verecek olursak; gerilim, ışık, ısı gibi analog bir veri girişini dijital veriye dönüştürmek için ADC çip i yada tam tersi dijital bir veriyi analog veriye dönüştürmek için DAC çip i sisteme eklenmelidir[8]. Bir mikroişlemci sisteminin temel bileşenlerini Şekil 5. te verilen diyagramda gösteridiği gibidir. Single board (tek bord) mikroişlemci kartı Çevresel üniteler Monitör, printer, klavye, sabit disk, modem vb. I/O Giriş/Çıkış Ünitesi CPU Mikroişlemci Kontrol Ünitesi ALU RAM Bellek ROM Bellek Şekil 5. Bir mikroişlemci sisteminin temel bileşenlerinin blok diyagramı[8]. 15

27 I/O(PORTA, PORTB..) 4.4. Mikrodenetleyici Nedir? Mikroişlemcili bir sistemin içerisinde bulunması gereken temel bileşenlerden RAM, ROM, ALU, kontrol ünitesi ve I/O ünitesini tek bir çip içinde barındıran devreye mikrodenetleyici denir. Veri giriş aygıtlarından gelen dijital veya analog verileri ALU ve kontrol ünitesi yoluyla değerlendiren mikrodenetleyiciler sonrasında çıkış sinyalini I/O portları aracılığıyla kontrol ettiği aygıtlara gönderirler. Şekil 6. da görüldüğü gibi bir mikrodenetleyici sisteminin temel bileşenleri aşağıda gösterilmektedir. Tek çip Mikrodenetleyici Çevresel üniteler LED, LCD, Isı, Işık sensörü, role vb. Kontrol Ünitesi ALU RAM ROM Şekil 6. Bir mikrodenetleyici sisteminin temel bileşenlerinin blok diyagramı[8] Mikrodenetleyicilerin Mikroişlemcilere Göre Avantajları Mikroişlemci ile kontrol edilecek olan bir sistemi gerçekleştirmek için gereken donanımda CPU, RAM, I/O chip leri ve bunlar arasında veri alış verişini sağlamak için de veri yolu, kontrol yolu, adres yolu gerekmektedir. Aynı zamanda bu çipler arasındaki iletişimi sağlayan bu yolları yerleştirmek için gereken baskı devre katıdır. 16

28 Mikrodenetleyici ile kontrol edilecek sistemde ise yukarıda bahsettiğimiz üniteleri tek bir çip içerisinde barındıran bir entegre bir de devre kartı yeterli olacaktır. Tek bir entegre ile elektronik çözümler sunmanın maliyetinin daha düşük olacağı bir gerçektir. Bunun yanında kullanım ve programlama kolaylığı da ayrı bir avantajıdır Açık Kaynaklı Donanımlar Açık kaynak kavramını ilk olarak yazılım alanında duymuş olsak ta son zamanlarda donanım alanında kendine yer bulmaya başladı. Yazılımların kaynak kodlarının kullanıcılara üzerinde değişiklik yapabilme hakkıyla beraber verildiği açık kaynak kavramı donanım tarafında da bir donanıma ait bütün tasarım elemanlarının o donanımla birlikte üzerinde değişiklik yapma ve serbestçe üretme haklarıyla beraber verilmesini kapsamaktadır. Arduino da günümüzde en popüler açık kaynak donanım projelerinden biridir. 17

29 5. ARDUİNO Arduino kökenleri Wiring ve Processing projelerine dayanmaktadır. Henüz programlama deneyimi olmayan kişilere programlamayı öğretebilmek amacıyla processing programlama dili ve geliştirme ortamı oluşturulmuştur. Genel olarak elektronik mühendislerinin kullanım alanlarından olan mikrodenetleyici tabanlı tasarım kapılarını Arduino ile birlikte teknik bilgisi çok az olan insanlara da açtı. Çevresiyle etkileşim içinde olan interaktif nesneler oluşturmak isteyen tasarımcılar Arduino ile bunu kolaylıkla yapabilme olanağı buldu. Arduino nun bu kadar popüler olma nedenlerine bir bakalım: Bütün platformlarda( Windows, Linux vs.) çalışabilen geliştirme ortamı ve sürücülerinin kurulumu çok kolay olmaktadır. Birçok karmaşık işleme kolaylık sağlayabilecek zengin bir kütüphane desteğine sahiptir. Programlamalar oldukça hızlı çalışmaktadır. Birçok ek donanıma birlikte çalışabilecek donanım desteği sağlamakta, ve Arduino ya bağlanmayan hemen hemen hiçbir sensör çeşidi yok gibidir. Fiyatı benzerlerine göre oldukça uygundur. Açık kaynaklı olduğu için isteyen herkes istediği gibi kullanma hakkına sahip yani örnek verecek olursak bir eğitim kurumu Arduino için lisans parası ödemeden rahatça kullanabilir. İnternet ortamında yapılmış birçok proje bulma imkanı sağlamaktadır Arduino Çeşitleri Arduino kartlarının birçok çeşidi bulunur. Temel olarak bütün kartlarda benzer bileşenler olmakla beraber mikrodenetleyici modelleri, giriş/çıkış pinleri ve dahili modüllerin sayısı, boyut, çalışma gerilimleri gibi farklılıklara sahipler[7]. 18

30 Arduino larda kullanılan mikrodenetleyicilerin temel özellikleri Tablo 2. de verilmiştir. Tablo 2. Arduino larda kullanılan mikrodenteleyici temel özellikleri[7]. Mikrodenetleyici Atmega 2560 Atmega 328 Atmega V veya 5V (modele Çalışma Gerilimi 5V 5V göre değişiyor) Dijital Giriş/Çıkış 54(14 tanesi PWM) 14(6 tanesi PWM) 14(6 tanesi PWM) Analog Giriş Pinleri Her bir G/Ç pini başına akım 40mA 40mA 40mA 3.3V gerilim çıkışı akımı maksimum 50mA 50mA 50mA Flash Bellek 256KB(8 kb ı program yükleyici tarafından kullanılıyor.) 32KB(2KB bootloader tarafından kullanılıyor) 16Kb SRAM 8KB 2KB 1KB EEPROM 4KB 1KB 512 Bayt 8MHz(3.3V Saat Hızı 16MHz 16MHz modeli) 16MHz(5V modeli) 9 çeşit Arduino kartı bulunmaktadır. Bunlar; 1. Arduino Uno 2. Arduino Mega 3. Arduino Lilypad 19

31 4. Arduino Adk 5. Arduino Ethernet 6. Arduino Bluetooth 7. Arduino Mini ve Mini Pro 8. Arduino Nano 9. Arduino Leonardo Arduino Uno En çok kullanılan Arduino modellerinden biri olan ve projemizde de tercih edilen Arduino kartıdır. Üzerinde Atmega328 mikrodenetleyici, USB bağlantı portu, güç regülatörü, 16 MHz kristal gibi bileşenler bulunuyor. Üzerindeki seri-usb dönüştürücü sayesinde USB portu üzerinden hem programlanabilmekte hem de bilgisayar ile seri portu üzerinden iletişim kurulabilmektedir. Kart hem USB üzerinden hem de adaptör üzerinden beslenebilmektedir [7]. Arduino Uno kartının ön ve arka görünümü Şekil 7. ve Şekil 8. de görüldüğü gibidir. Şekil 7. Arduino uno kartı önden görünümü 20

32 Şekil 8. Arduino uno kartı arkadan görünümü Atmega328 Mikrodenetleyicisi: Programların üzerine yüklendiği ve diğer tüm işlemlerin gerçekleştirildiği mikrodenetleyici modülü Arduino kartının beyni diyebileceğimiz bir birimdir. Kart üzerine bir soketle yerleştirilmiştir V DC Güç Girişi: Bu giriş Arduino kartını beslemek için kullanılır. Karta bağlanan 9-12V luk adaptör projeleri USB bağlantısı olmadan beslemek için kullanılabilir. 2. USB Bağlantı Konnektörü: Arduino ya program yüklemekte ve bilgisayarla haberleşmede kullanılan bağlantı ucudur. 3. Dijital Giriş-Çıkış Pinleri: Dijital giriş ve çıkışta kullanılan Arduino pinleri burada bulunmaktadır. Bunun yanında analog çıkış (PWM) almak içinde kullanılan pinlerin yanında ( ) işareti bulunur. 4. Analog Giriş Pinleri ve Güç Bağlantıları: Projelerde kullanılabilecek analog giriş ve gerilim bağlantıları bu kısımda bulunmaktadır. Aynı zamanda analog-dijital dönüştürücünün referans giriş pini ve seri iletişim pinleri de (RX ve TX) burada bulunur. 5. Reset Butonu: Bu buton ile Arduino yeniden başlatılır. Programların yeniden başlatıldığı fonksiyon setup( ) tır, bu sırada RAM bellek üzerinde bulunan veriler silinir. Reset butonu programları yeniden başlatmak için kullanılabilir Nolu Pine Bağlı Olan LED: Yazdığımız programların çalışır durumda olduğunu görmek amacıyla LED kullanılabilir. LED 13 nolu dijital pine bağlıdır. 21

33 ANALOG GİRİŞ 7. Seri İletişim Giriş(RX) ve Çıkış(TX) LED leri: Bu LED ler seri haberleşmede kullanılan RX ve TX pinlerinin durumunu gösterir. LED lerin yanması seri haberleşmenin olduğunun bir göstergesidir. 8. Güç LED i: Bu LED ise Arduino kartının güç gösterim LED idir. Besleme çıkışının doğru çalışıp çalışmadığını göstermektedir. 9. Kart Üzeri Programlama Pinleri: Arduino da bulunan Atmega mikrodenetleyici harici bir programlayıcı kullanarak da programlanabilir. Şekil 9. da gösterilen Arduino kartı pin gösterimine bakarak digital va analog pinleri görebiliriz. RST AREF ARDUİNO D13 D12 D11 D10 D9 A0 A1 A2 A3 A4 A5 ANALOG GİRİŞ GND DİJİTAL GİRİŞ/ÇIKIŞ D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Şekil 9. Arduino kartı pin gösterimi 22

34 6. KULLANILAN MALZEMELER 6.1. Servo Motorlar Servo motorlar nümerik kontrollü makinelerde (CNC) model uçaklarda, arabalarda, küçük güçteki birçok robot uygulamalarında kullanılmaktadır. Servo motor içerisinde DC elektrik motoru, planetar dişli sistemi, geri besleme potansiyometresi ve DC motor pozisyon kumanda elektroniği bulunmaktadır. Dişliler Potansiyometre DC Servo Elektronik Devre MOTOR Şekil 10. RC servo motorun iç blok diyagramı Şekil 10. da bir servo motorun iç yapısını temsil etmektedir. Servo motorları devreye bağlayabilmemiz için 3 adet kablo kullanılır. Kablolardan iki tanesi enerji için diğer kablo ise sinyal girişi için kullanılır. Kırmız renkteki kablo genellikle artıyı, Kahverengi veya siyah kablo genelde toprağı, turuncu ya da beyaz renkteki kablo ise sinyal hattını temsil eder. 23

35 Servo Motorun Çalışma Prensibi İçerisinde dişli olan ve hareketi çok hassas olan bu dc motorlar normal olarak ±90 derece açı içerisinde ve geri besleme kullanarak hareket etmektedirler. Motora 1 ms darbe verildiğinde motor tamamıyla bir yöne döner (örneğin -90 derece). 1.5 ms darbe verililince motor ortada durur (0 derece). 2 ms darbe verincede motor tamamıyla diğer yöne (örneğin +90 derece) gidip durmaktadır[9]. Servo motorların robotlarda kullanılmasının en önemli nedeni, düşük gerilimde yüksek tork üretmeleridir. Bir servo motorun görünümü Şekil 11. de görüldüğü gibidir. Şekil 11. Servo motor 6.2. Flex Sensör Flex sensör üzerine uygulanan basınçla direnci değişen bir devre elemanıdır.şekil 12. de bir flex sensörün görünümü verilmiştir. Robotik uygulamalarda, tıbbi cihazlarda, müzik aletlerinde, bilgisayar ve çevre birimlerinde sıkça kullanılan sensör çeşididir. 24

36 Şekil 12. Flex sensor Flex sensörün direnç aralığı 10 K Ohm ile 60 K Ohm arasında değişmektedir. Çalışma aralığı 30 0 C ile 60 0 C arasında değişmektedir Flex Sensörle İlgili Bazı Devre ve Gösterimler Flex Sensörün Boyutsal Diyagramı KULLANILABİLİR UZUNLUK [4.419] 6.35[0.250] AKTİF UZUNLUK [3.750] Şekil 13. Flex sensörün boyutsal diyagramı Yukarıdaki Şekil 13. te bir flex sensörün boyutsal diyagramı gösterilmektedir. Flex sensörün kullanılabilir uzunluğu mm aktif uzunluğu ise mm dir. 25

37 Temel Flex Sensör Devresi V Giris + R 1 VOLTAJ BÖLÜCÜSÜ R 2 - V CIKIS EMPEDANS TAMPONU Şekil 14. Flex sensör devresi OUT = V IN (1) Şekil 14. teki temel flex sensor devresinde empedans tampon tek taraflı bir işlemsel yükselteçtir.bunlar sensörlerle kullanılırlar çünkü opampların düşük akım kutuplanması, voltaj bölücü olarak flex sensörün kaynak empedansından dolayı hatayı azaltır. Devrenin çıkış gerilimi Denklem (1) te verildiği gibidir. LM 358 ve LM 324 opampları bunu destekler Ayarlanabilir Tampon Şekil 15. te ayarlanabilir tampon devresi görülmektedir. Hassasiyet ayarını yapmak için bir potansiyometre devreye eklenebilir. 26

38 V V R M R M Ayarlanabilir Sensör V + - R 1 R 2 V CIKIS R 5 R 6 V Ayarlanabilir Sensör R 4 V CIKIS R 3 - R 5 V Şekil 15. Ayarlanabilir tampon Eşik Seviyeli Anahtarlamada Değişken Sapma V R 2 R M Ayarlanabilir Sensör R 1 + U1 - V V CIKIS R 3 Şekil 16. Eşik seviyeli anahtarlama 27

39 Şekil 16. da bir opamp kullanılır ve değiştirilen giriş voltajına bağlı olarak hem düşük hemde yüksek seviyede çıkış verir. Bu yolla flex sensörü herhangi bir mikrokontrolör kullanmadan bir anahtar gibi kullanabiliriz. Direnci Gerilime Çevirici V REF Ayarlanabilir Sensör - + R G U1 V CIKIS Şekil 17. Direnç gerilim çevirici Flex sensör aynı zamanda çift taraflı opamp kaynağı kullanarak girişin direncini gerilime çevirici olarak kullanılabilir.negatif bir referans gerilimi pozitif bir çıkış verebilir.bükülmeden dolayı düşük bir çıkış istiyorsak flex sensor Şekil 17. de ki gibi kullanılmalıdır. 28

40 7. TASARIM VE DENEYSEL ÇALIŞMALAR Uzaktan robotik el kontrolü projemiz maket bir elin insan elinin yapacağı hareketleri taklit etmesi esasına dayanmaktadır. Amacı insan elinin yaptığı hareketleri kopyalarak robot ele aynı hareketleri kablosuz haberleşme yardımıyla yaptırmaktır Maket Elin Yapımı: Bu amaca yönelik çalışmalara öncelikle maket elin yapımıyla başlanmıştır. Maket elin malzemesi olarak Şekil 18. de görüldüğü gibi esnek yapıya sahip klima atık su borusu kullanılmıştır. Şekil 18. Flexible boru Bu borular el üzerindeki eklemlerin yapacağı bükülme hareketlerini gerçekleştireceğinden eklem yerlerine uygun noktalardan Şekil 19. da görüldüğü gibi yarım ay şeklinde kesilmiştir. 29

41 Şekil 19. Boruların yarım ay şeklinde kesimi Parmakları temsil eden boruların her birinin baş tarafından Şekil 20. de görüldüğü gibi misinalar düğümlenerek boruların içerisinden geçirilmiş ve servo motora bağlanmak üzere hazır hale getirilmiştir. Şekil 20. Borulara misinaların yerleştirilmesi. 30

42 Proje için hazır hale gelen maket elimiz Şekil 21. de görülmektedir. Şekil 21. Maket elin kullanıma hazır hali 7.2. Flex Sensörle İlgili Deneysel Çalışma Aşaması Maket elin hazırlanmasının ardından taklit edilecek ele giyilen eldivene yerleştirilmek üzere flex sensör aşamasına geçilmiştir. Bu aşamada internet üzerinden parmak uzunluğunda 4.5 inç yani yaklaşık 11cm lik flex sensörleri temin ettik. Öncelikle şekil e de görüldüğü gibi eldivenin bir parmağına yerleştirilen flex sensörün direnç aralıkları ölçümler sonucunda bulunmuştur. Bu aşamada parmağın tam açık ve tam kapalı durumları için iki direnç değeri multimetreden ölçülmüştür. Flex sensör düz bir konumda iken yaklaşık olarak 10k olduğu Şekil 22. de maksimum eğimde ise yaklaşık 20k değerini gösterdiği Şekil 23. 'te görülmektedir. 31

43 Şekil 22. Flex sensörün minimum direnç değeri Şekil 23. Flex sensörün maksimum direnç değeri Sensörümüzü arduinoda kullanabilmek için öncelikle direnç değerini gerilim değerine dönüştürmek amacıyla her bir flex sensörün önüne 10k lık direnç yerleştirilerek gerilim bölücü yapılmıştır. Ardından bu değer arduinoda analog digital dönüşrtürücü(adc) birimi kullanılarak sayısal değere dönüştürülmüştür. 32

44 Fleksif sensörlerin bükülmesiyle ortaya belli bir direnç değeri çıkmaktadır. Bu değerde anlık olarak arduinonun analog girişlerine gönderilmektedir. Gönderilen değerlerden minumum 10 kilo ohm ve maksimum 20 kilo ohm olan direnç değerleri referans alınarak istediğimiz kontrol işlemini gerçekleştirilmiştir. Sensörlerin çalışması için gereken gerilim bread board üzerinden alınan 5 Voltluk gerilim ile sağlanmaktadır. Gerilim bölücü devresinin çalışıp çalışmadığını test etmek amacıyla devre ilk önce boarda kurulup ardından Proteus programında devrenin dizaynı oluşturulmuş olup Şekil 24. te görüldüğü gibidir. Şekil 24. Flex sensör devresinin proteus gösterimi ISIS de şematik dizaynı tamamlanan devre ARES e aktarılarak baskı devreye hazır hale getirilmiştir. Devrenin bu hali Şekil 25. de görülmektedir. 33

45 Şekil 25. Flex sensör devresinin ares şekli 7.3. Xbee ile İlgili Çalışmalar Xbee arduinoya fleksif sensörden gelen bilginin servo motorlara ulaşmasını sağlayan haberleşme modülüdür. Sensörlerden sırayla okunan bilgiler xbee modülü ile seri olarak gönderilmiştir. sensörlerdeki tüm bilgiler yazılan programa göre 200 milisaniye de bir güncellenmektedir ve her bir bilgi arasında 5 milisaniye gecikme bulunmaktadır.verici arduinodan alıcı arduinoya 5 milsaniye aralıkla gelen veriler alıcı arduinoda daha önceden tanımlanmış değişkenlere kaydedilmiştir.xbee aracılığıyla sensörlerden gelen servoların derece aralığına eşitlediğimiz bilgileri son olarak servolara atıyoruz Servo Motorla İlgili Çalışmalar Hazırlanan maket elin her bir parmağını hareket ettirmek için 5 adet servo motor kullanılmıştır. Kullanılan servo motorlar R/C tipi servo motor olup aldığı sinyale göre motor milini istenilen açıya döndürerek o açıda sabit tuttuğu için tercih edilmiştir. Servo motorların dönüşü ile birlikte parmakların hareket etmesi için her bir parmaktan çıkan misinalar servo motorların pervanelerine bağlanmıştır. Servolar tam harekette yaklaşık olarak 500 ma akım çekmektedir.bu durumda parallel bağlı olan 5 servonun aynı anda çalışması için A akıma ihtiyaç duyulmaktadır. Arduinonun çalışması için gerekli 34

46 olan beslemeden yeterli akım alınamadığından servolar arduinodan farklı bir kaynakla beslenmiştir. Bunun için 6 V 4 A lık bir adaptör kullanılmıştır. Servo motorun Arduino ile bağlantısını sağlayan sarı kablolar 5 servo motor için Arduino nun PWM çıkışı uçlarına bağlanmıştır. Bu uçlar sırasıyla numaralı pinlerdir. Kırmızı kablo pilin + ucuna kahvrengi kablo ise pilin ucuna bağlanmıştır. Pil ile servo motor arasına 6A lik diyot yerleştirilmiştir. Bunun nedeni ters enerji gelmesi durumunda servoların zarar görmesini engellemektir. Servo motor devresinin çalışıp çalışmadığını test etmek amacıyla öncelikle boarda kurulup ardından Proteus programında devrenin dizaynı oluşturulmuştur. Oluşturulan devre Şekil 26. da görülmektedir. Şekil 26. Servo motor devresinin proteus gösterimi ISIS de şematik dizaynı tamamlanan devre ARES e aktarılarak baskı devreye hazır hale getirilmiştir. Devrenin bu hali Şekil 27. de görülmektedir. 35

47 Şekil 27. Servo motor devresinin ares gösterimi 7.5. Programlama Aşaması Gerekli bağlantılar yapıldıktan sonra projenin programlama aşamasına geçilmiştir. Programlama aşamasında öncelikle flex sensörlerin düz ve tam bükülme durumundaki analog değerleri serial monitörden okunarak programda bu değerler için aralıklar belirlenmiştir. Arduino işlemcisi okunan bu analog değerleri servo motorlara açısal bilgi gönderecek şekilde programlanmıştır. 36