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

Transkript

1 T.C KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ RAYLI SİSTEMLERDE CNY70 SENSÖRÜ İLE DA MOTOR YÖN VE HIZ KONTROLÜ BİTİRME ÇALIŞMASI ALİ CAN YILDIRIM EMRAH GENÇKAL TEZ DANIŞMANI : YRD. DOÇ. DR. H. İBRAHİM OKUMUŞ Mayıs, 2012 TRABZON

2

3 T.C KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ RAYLI SİSTEMLERDE CNY70 SENSÖRÜ İLE DA MOTOR YÖN VE HIZ KONTROLÜ BİTİRME ÇALIŞMASI ALİ CAN YILDIRIM EMRAH GENÇKAL TEZ DANIŞMANI : YRD. DOÇ. DR. H. İBRAHİM OKUMUŞ Mayıs, 2012 TRABZON

4 II

5 LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Emrah GENÇKAL ve Ali Can YILDIRIM tarafından Prof Dr. H. İbrahim OKUMUŞ yönetiminde hazırlanan RAYLI SİSTEMLERDE CNY70 SENSÖRÜ İLE DA MOTOR YÖN VE HIZ KONTROLÜ başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Unvanı Adı ve SOYADI Yrd. Doç. Dr. H. İ. OKUMUŞ Jüri Üyesi 1 : Unvanı Adı ve SOYADI Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ Jüri Üyesi 2 : Unvanı Adı ve SOYADI Prof. Dr. Sefa AKPINAR Bölüm Başkanı : Unvanı Adı ve SOYADI Prof Dr. İsmail H. ALTAŞ III

6 IV

7 ÖNSÖZ İlk olarak hazırlamış olduğumuz bu çalışmada bize değerli zamanını ayıran, bize her türlü bilgi ve birikimini sunmaktan kaçınmayan, her konuda bizi doğru bir şekilde yönlendiren değerli hocamız Yrd. Doç. Dr. H. İbrahim OKUMUŞ a, pic yazılımı için sürekli rahatsız etmek zorunda kaldığımız okulumuz asistanlarından M. Ali USTA ya ve bize her konuda yardımcı olan değerli asistanımız E. İsa TEZDE ye sonsuz teşekkürlerimizi sunarız. Aldığımız mühendislik eğitiminde, iyi bir mühendis olabilmemiz için gerekli olan değerli bilgilerini bizden esirgemeyen bütün bölüm hocalarımıza teşekkürlerimizi sunar ve saygılarımızı iletiriz. Ayrıca bu çalışmayı, bizlerin bugünlere gelmesini sağlayan her türlü fedakârlığı gösteren maddi ve manevi desteğini esirgemeyen saygıdeğer ailelerimize armağan ediyoruz. Ali Can YILDIRIM Emrah GENÇKAL TRABZON Mayıs, 2012 V

8 VI

9 İÇİNDEKİLER Sayfa No LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU.. IV ÖNSÖZ..... V İÇİNDEKİLER VII ÖZET X SEMBOLLER VE KISALTMALAR....XII ŞEKİLLER....XIV TABLOLAR......XVI 1.GİRİŞ SİNYALİZASYON Demiryolu Sinyalizasyonu Nedir? Sinyalizasyonun Faydaları MOTORLAR Doğru Akım Motorları Tanımı Doğru Akım Motorlarının İç Yapısı DA Motorların Üstünlükleri DA Motorların Mahsurları DA Motorların Sınıflandırılma Serbest Uyartımlı DA Motoru Şönt Uyartımlı DA Motoru Seri Uyartımlı DA Motoru Sürekli Mıknatıslı DA Motorlar...15 VII

10 4. CNY70 SENSÖRÜ Tanımı Pin Bağlantısı Çalışma Yöntemi Kullanım Alanları CNY70-Schmitt Trigger (74HC14) Devresi Kontrol Kartlarına Monte Edilmesi MİKRODENETLEYİCİLER PIC 16F877 nin Özellikleri SİSTEMİN MEKANİK KISMININ TASARIMI Tren Raylarının Tasarımı Makasların Tasarımı Makaslarda Kullanılan Parçaların Görevleri SİSTEMİN ELEKTRİKSEL KISMININ TASARIMI DA Motor Hız Kontrolü DA Motor Yön Kontrolü SONUÇLAR KAYNAKLAR EKLER ÖZGEÇMİŞ...39 VIII

11 IX

12 ÖZET Bu tez çalışmasının amacı, PIC programlama yardımıyla doğru akım motoru kontrolü yapmaktır. Bu tezdeki uygulamada kontrol mekanizması olarak bir mikrodenetleyici PIC 16F877A kullanarak dışarıdan bir müdahaleye gerek kalmadan sensörler yardımıyla makas kontrolü yapılarak tren sinyalizasyonu sağlanmıştır. Uygulamada PIC yazım dili olarak CCS C seçilmiş ve yazılım bu dilden uygulanmıştır. Uygulamanın teorik kısmı Proteus-ISIS yazılımı ile denenmiş ve uygulamaya konulmuştur. Ayrıca doğru akım motorlarında hız, moment, uyarma akımı ve endüvi akımı değerlerini gözlemleyebilmek için MATLAB-simulink benzetim programı kullanılmıştır. Sonuç olarak bu sistem ile dışarıdan bir müdahaleye gerek kalmadan trenin hareketi kontrol altına alınmıştır. X

13 XI

14 SEMBOLLER VE KISALTMALAR PIC: Programlanabilir Arabirim Denetleyicisi DA: Doğru Akım AA: Alternatif Akım A: Amper ma: Miliamper V: Volt nm: Nanometre XII

15 XIII

16 ŞEKİLLER Sayfa no Şekil 1. DA Motor... 3 Şekil 2. Serbest Uyartımlı DA Motor Şekil 3. Serbest Uyartımlı DA Motorun Açısal Hız- Zaman Karakteristiği Şekil 4. Serbest Uyartımlı DA Motorun Endüvi Akımı- Zaman Karakteristiği Şekil 5. Serbest Uyartımlı DA Motorun Uyartım Akımı- Zaman Karakteristiği. 8 Şekil 6. Serbest Uyartımlı DA Motorun Moment- Zaman Karakteristiği Şekil 7. Şönt Uyartımlı DA Motor... 9 Şekil 8. Şönt Uyartımlı DA Motorun Açısal Hız- Zaman Karakteristiği Şekil 9. Şönt Uyartımlı DA Motorun Endüvi Akımı- Zaman Karakteristiği Şekil 10. Şönt Uyartımlı DA Motorun Uyartım Akımı- Zaman Karakteristiği Şekil 11. Şönt Uyartımlı DA Motorun Moment- Zaman Karakteristiği. 11 Şekil 12. Seri Uyartımlı DA Motor. 12 Şekil 13. Seri Uyartımlı DA Motorun Açısal Hız- Zaman Karakteristiği.. 13 Şekil 14. Seri Uyartımlı DA Motorun Endüvi Akımı- Zaman Karakteristiği Şekil 15. Seri Uyartımlı DA Motorun Uyartım Akımı- Zaman Karakteristiği..14 Şekil 16. Seri Uyartımlı DA Motorun Moment- Zaman Karakteristiği 14 Şekil 17. Sürekli Mıknatıslı DA Motorun Eşdeğer Devresi Şekil 18. Sürekli Mıknatıslı DA Motor.. 16 Şekil 19. Sürekli Mıknatıslı DA Motorun Açısal Hız- Zaman Karakteristiği XIV

17 Şekil 20. Sürekli Mıknatıslı DA Motorun Endüvi Akımı- Zaman Karakteristiği...17 Şekil 21. Sürekli Mıknatıslı DA Motorun Uyartım Akımı- Zaman Karakteristiği..18 Şekil 22. Sürekli Mıknatıslı DA Motorun Moment- Zaman Karakteristiği. 18 Şekil 23. CNY70 Sensörü Üstten Görünüş İçyapısı Şekil 24. CNY70 Çalışma Prensibi Şekil 25. CNY70 Sensörünün Schmitt Trigger Entegresine Bağlantısı 22 Şekil HC14 Pin Bacakları.. 22 Şekil HC14 22 Şekil 28. Pic 16F877 nin Pin Bacakları ve Adları..24 Şekil 29. Makasların Tasarımı Şekil 30. Makasların Uygulanmış Hali Şekil 31. DA Motor Hız Kontrolünün İsis Proteus Çizimi Şekil 32. DA Motor Hız Kontrolünün Ares Çizimi Şekil 33. DA Motor Yön Kontrolü Sensörlerin Olduğu Kısmın İsis Çizimi...31 Şekil 34. DA Motor Yön Kontrolü Sensörlerin Olduğu Kısmın Ares Çizimi Şekil 35. Motorların Olduğu Kısmın İsis Çizimi.32 Şekil 36. Motorların Olduğu Kısmın Ares Çizimi...33 XV

18 TABLOLAR Sayfa no Tablo 1. Pic 16F877 nin Pin Özellikleri XVI

19 XVII

20 1.GİRİŞ Bu proje bir doğru akım motoru kontrolü ile tren sinyalizasyonu uygulamasıdır. CCS C ile PIC programlanarak ve CNY70 sensörü ile birlikte doğru akım motoru kontrolü ve sinyalizasyon çalışması yapıldı. Yaptığımız araştırmalarda, tren sinyalizasyonu konusu ile ilgili yapılan projelerde CNY70 sensörü kullanılan bir proje bulunmamaktadır. Günümüzde kullanılan sinyalizasyon sistemlerinde sinyalizasyon kabloları kullanılmaktadır. Ayrıca şuanda yapılan sinyalizasyon sistemlerinde PLC kullanılmaktadır. Biz projemizde bunun yerine PIC 16F877 kullanmayı tercih ettik. İlk olarak projemizin mekanik sistemi hazırlandı. Kullandığımız raylara şekil vererek iki adet makas ve kapalı çevrim bir demiryolu tasarlandı. Ardından projemizde doğru akım motor kontrolü konusunda çalışmalar, araştırmalar yapıldı ve doğru akım motor kontrolü sağlandı. Doğru akım motorunun hız kontrolünü yapmak için bir adet CNY70 sensörü trenin üzerine sabitlendi. Bu CNY70 sensörü, ray kenarına yerleştirilen siyah ve beyaz rengi algılayarak hız kontrolü yapmamızı sağladı. Daha sonra makasların hareketini sağlayacak olan doğru akım motorlarının kontrolü üzerine çalışmalar yapıldı. İki doğru akım motorunun hareketini kontrol etmek amacıyla tek bir PIC 16F877 kullanıldı. PIC 16F877 programlamak için CCS C dilinde bir program yazıldı.

21 2. SİNYALİZASYON 2.1. Demiryolu Sinyalizasyonu Nedir? Demiryolu sinyalizasyonu, öncelikle trenlerin emniyetli bir şekilde hareket etmelerini temel alır. Ayrıca demiryollarının daha az masrafla maksimum kapasitede en verimli şekilde çalışmasını sağlar. Sinyalizasyonun en önemli özelliği trenlerin karşılaşmalarını göz önüne alarak tren trafiğini düzgün bir şekilde yönetmektir. [1] 2.2. Sinyalizasyonun Faydaları Sinyalizasyonun faydaları yukarıdaki tanımdan da anlaşılacağı gibi şu şekilde sıralanabilir; Yol kapasitesi artar. Personel tasarrufu olur. Emniyet artar. Zaman kısalır. İşletme kolaylaşır.

22 3. MOTORLAR Elektrik motorları elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür. Genel olarak çok çeşitli elektrik motorları vardır. Elektrik motorlarının çalışma prensiplerini göz önüne alarak doğru akımla çalışan (DA) ve alternatif akımla çalışan (AA) olmak üzere iki kısma ayırabiliriz. Biz projemizde trenin hareketini sağlamak için DA motoru tercih ettik. Projemizde kullanılması tercih edilen DA motor Şekil 1 te gösterilmektedir. [2] Şekil 1. DA Motor 3.1. Doğru Akım Motorları Tanımı DA motorlar, motor olarak kullanılan DA makinelerdir. Bu makineler aynı zamanda generatör olarak da çalışabilirler. Basitçe anlatmak gerekirse DA makinenin girişi mekanik olduğunda çıkışı elektrikseldir. Bu durumda generatör olarak çalışır. Dolayısıyla DA makinenin girişi elektriksel çıkışı mekanik ise motor olarak çalışır. Günümüzde DA motorlar yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Çünkü kullandığımız çoğu araç DA güç sistemine sahiptir. Ayrıca DA motorlar hız kontrol uygulamalarında da sıklıkla kullanılırlar. [3]

23 Doğru Akım Motorlarının İç Yapısı Doğru akım motorları temel olarak alan (uyartım) kutbu, endüvi, kollektör ve fırçalardan oluşmaktadır. Alan (uyartım) kutbu: Alan kutbu motor içerisindeki temel manyetik akıyı üretmektedir. Kutup, makinanın dış gövdesinin iç kısmına sabitlenmiş çıkık kutuplu bir elektromıknatıstır. Kutupların üzerine alan sargıları sarılmıştır. Alan kutupları DA uyartım akımını taşımaktadırlar. Dış gövde genellikle dökme demirden yapılırlar. Kutupların nüvelerini elde etmek için ise demir sac levhalar paketlenir. Ve bunların üzerine uyartım sargıları sarılır. Endüvi: DA motorların dönen kısımlarına verilen addır. DA motorlarda moment üretmek amacıyla kullanılır. Endüvi kollektör, demir nüve ve sargılardan oluşur. Endüvi bir mil üzerine yerleştirilir ve alan kutupları arasında döner. Endüviyi elde etmek için demir saclar paketlenir ve silindirik hale getirilir. Üzerine oyuklar açılır. Motorun ürettiği akımı taşımak amacıyla bu oyukların arasına endüvi iletkenleri yerleştirilir. Kollektör ve fırçalar: DA motorlarda kollektör endüvinin konumuna göre bobinlerden geçen akımı değiştirmekte kullanılır. Bakır dilimlerden yapılır. Dilimler arasında yalıtımı sağlamak amacıyla mika kullanılır. Fırçalar ise belli bir basınçla kollektöre basarlar. Bu işlem bir yay yardımıyla sağlanır. Fırçaların basıncının az olması kollektörle fırça arasındaki direnci artırır ve ısı meydana gelir. Az olması durumunda ise sürtünmelerden ısınır, kıvılcım çıkar ve kısa sürede aşınmaya sebep olur. [4]

24 DA motorların üstünlükleri 1. Kolay ve hassas olarak hız kontrolü yapılabilir. 2. Hız ve moment değişim işlemlerine hızlı cevap verirler. 3. DA motorların sürücü devrelerinin tasarımı basit ve ucuzdur. 4. Sıfır hızda da yüksek moment üretebilirler. 5. Lineere çok yakın performansları vardır DA motorların mahsurları 1. Üretmek için yüksek maliyet gerekmektedir. 2. Fırça ve kollektörleri dolayısıyla fazla bakım gerektirirler. 3. Yanıcı ve patlayıcı ortamlarda tehlikelidirler. 4. Kutupları sargılı olanlar asenkron motorlara göre daha büyüktürler. 5. Yüksek hızda fırça ve kollektörden dolayı kullanılamazlar. [5] DA Motorların Sınıflandırılması DA motorlar uyartım sargılarının besleme şekline göre beş şekilde sınıflandırılırlar.[5] Serbest uyartımlı DA motoru Sürekli mıknatıslı DA motoru Şönt uyartımlı DA motoru Seri uyartımlı DA motoru Kompunt uyartımlı DA motoru

25 6 Bu motorların birbirine göre avantajları veya dezavantajları bulunmaktadır. DA motor seçimini doğru yapmak amacıyla MATLAB-simulink benzetim programıyla bu motorları inceledik. İnceleme sonuçları ve değerlendirmeleri şu şekildedir Serbest Uyartımlı DA Motoru Serbest uyartımlı doğru akım motorlarının uyartım sargıları dışarıdan ayrı bir sabit gerilimli güç kaynağından beslenirler. Şekil 2 de serbest uyartımlı DA motorun MATLABsimulink benzetim programı ile çizilmiş hali gösterilmiştir. Şekil 3 te açısal hız-zaman, Şekil 4 de endüvi akımı-zaman, Şekil 5 de uyartım akımı-zaman, Şekil 6 da moment-zaman karakteristikleri gösterilmiştir. 1 Constant Logical Manual Switch Operator Logical Operator1 NOT NOT IGBT/Diode3 IGBT/Diode5 Continuous powergui Scope g V To Workspace Ia To Workspace1 m E g m C E IGBT/Diode4 m E g m C E DC Volt1 C 50 Constant1 g C TL A+ dc m A- F+ F- DC Machine IGBT/Diode6 DC Volt If To Workspace2 Clock t To Workspace4 M To Workspace3 Şekil 2. Serbest uyartımlı DA motor

26 açısal hız(v) zaman(t) Şekil 3. Serbest uyartımlı DA motorun açısal hız-zaman karakteristiği endüvi akımı(ia) zaman(t) Şekil 4. Serbest uyartımlı DA motorun endüvi akımı-zaman karakteristiği

27 uyartım akımı(if) zaman(t) Şekil 5. Serbest uyartımlı DA motorun uyartım akımı-zaman karakteritiği moment(m) zaman(t) Şekil 6. Serbest uyartımlı DA motorun moment-zaman karakteristiği

28 Şönt Uyartımlı DA Motoru Şönt DA motorunda uyarma sargıları endüvi sargılarına paralel bağlıdır ve aynı güç kaynağından beslenirler. Şekil 7 de şönt uyartımlı DA motorun MATLAB-simulink benzetim programı ile çizilmiş hali gösterilmiştir. Şekil 8 de açısal hız-zaman, Şekil 9 da endüvi akımızaman, Şekil 10 da uyartım akımı-zaman, Şekil 11 de moment-zaman karakteristikleri gösterilmiştir. 1 Constant Logical Manual Switch Operator Logical Operator1 NOT NOT IGBT/Diode3 IGBT/Diode5 Continuous powergui Scope g V To Workspace Ia To Workspace1 m E g m C E IGBT/Diode4 m C E g m C E DC Volt1 50 Constant1 TL A+ g C dc m A- F+ F- DC Machine IGBT/Diode6 If To Workspace2 Clock t To Workspace4 M To Workspace3 Şekil 7. Şönt uyartımlı DA motor

29 açısal hız(v) zaman(t) Şekil 8. Şönt uyartımlı DA motorun açısal hız-zaman karakteristiği endüvü akımı(ia) zaman(t) Şekil 9. Şönt uyartımlı DA motorun endüvi akımı-zaman karakteristiği

30 uyarma akımı(if) zaman(t) Şekil 10. Şönt uyartımlı DA motorun uyarma akımı-zaman karakteristiği moment(m) zaman(t) Şekil 11. Şönt uyartımlı DA motorun moment-zaman karakteristiği

31 Seri Uyartımlı DA Motoru Seri uyartımlı DA motoru uyarma sargısı ile endüvi sargısı birbirine seri bağlanmıştır. Bu yüzden endüvi akımı aynı zamanda uyarma sargısından geçer. Şekil 12 de seri uyartımlı DA motorun MATLAB-simulink benzetim programı ile çizilmiş hali gösterilmiştir. Şekil 13 de açısal hız-zaman, Şekil 14 de endüvi akımı-zaman, Şekil 15 de uyartım akımı-zaman, Şekil 16 da moment-zaman karakteristikleri gösterilmiştir. 1 Constant Logical Manual Switch Operator Logical Operator1 NOT NOT IGBT/Diode3 IGBT/Diode5 Continuous powergui Scope g V To Workspace Ia To Workspace1 m E g m C E IGBT/Diode4 m C E g m C E DC Volt1 50 Constant1 TL A+ g C dc m A- F+ F- DC Machine IGBT/Diode6 If To Workspace2 Clock t To Workspace4 M To Workspace3 Şekil 12. Seri uyartımlı DA motor

32 açısal hız(v) zaman(t) Şekil 13. Seri uyartımlı DA motorun açısal hız-zaman karakteristiği endüvi akımı(ia) zaman(t) Şekil 14. Seri uyartımlı DA motorun endüvi akımı-zaman karakteristiği

33 uyarma akımı(if) zaman(t) Şekil 15. Seri uyartımlı DA motorun uyarma akımı-zaman karakteristiği moment(m) zaman(t) Şekil 16. Seri uyartımlı DA motorun moment-zaman karakteristiği

34 Sürekli Mıknatıslı DA motorlar Bu motorlarda uyarma sargısı kullanmak yerine kalıcı bir mıknatıs kullanılır. Isı şeklinde oluşan güç kaybı bu motorlarda meydana gelmez. Bu sebeple daha yüksek verimde çalışırlar. Ekstra bir kaynak kullanarak kutupları çalıştırmak gerekmez. Ve motorun gövdesi ısınmaz. Diğerlerine göre boyutları daha küçüktür. Endüstriyel makinalarda, tekstil endüstrisinde, el aletlerinde, tıp cihazlarında kullanılmaktadırlar. Şekil 17 de sürekli mıknatıslı DA motorun eşdeğer devresi gösterilmiştir. [6] Ia Ra La + W Va E N Te S - Şekil 17. Sürekli mıknatıslı DA motorun eşdeğer devresi Sürekli mıknatıslı DA motorlarının üstünlükleri; 1. Düşük devirlerde yüksek moment üretebilirler. 2. Sürücülerle kolay kontrol edilebilirler. 3. Lineer bir hız-moment karakteristiğine sahiptirler. 4. Çıkış karakteristikleri lineerdir. 5. Yüksek verimde çalışırlar. 6. Dinamik frenleme için kullanışlıdırlar. Sürekli mıknatıslı doğru akım motorlarının mahsurları; 1. Fırça ve kollektörleri sürekli bakım gerektirir. 2. Kutup mıknatısları zamanla mıknatıslıklarını kaybederler. 3. Aşırı ısı, darbe ve aşırı manyetik alana maruz kalmaları durumunda mıknatıslar özelliklerini kaybedebilirler. 4. Alan zayıflatması olmaması nedeniyle sabit güç bölgeleri yoktur.

35 16 Sürekli mıknatıslı doğru akım motorlarında kullanılan formüller; Moment: T e = I a K T (1) Zıt emk: E b = K b ω r (2) Açısal hız aynı zamanda: ω r = E I a R a K b (3) Motora verilen güç: P v = E I a (4) Motordan alınan güç: P a = P v η (5) I a : Endüvi akımı R a : Endüvi direnci K b : Zıt emk sabiti K T : Moment sabiti Şekil 18 de sürekli mıknatıslı DA motorun MATLAB-simulink benzetim programı ile çizilmiş hali gösterilmiştir. Şekil 19 da açısal hız-zaman, Şekil 20 de endüvi akımı-zaman, Şekil 21 de uyartım akımı-zaman, Şekil 22 de moment-zaman karakteristikleri gösterilmiştir. 1 Constant Logical Manual Switch Operator Logical Operator1 NOT NOT IGBT/Diode3 IGBT/Diode5 Continuous powergui Scope V DC Machine IGBT/Diode6 g To Workspace Ia To Workspace1 m E g m C E IGBT/Diode4 m E g m C E DC Volt1 50 Constant1 TL dc m C g C A+ A- If To Workspace2 Clock t To Workspace4 M To Workspace3 Şekil 18. Sürekli mıknatıslı DA motor

36 açısal hız(v) zaman(t) Şekil 19. Sürekli mıknatıslı DA motorun açısal hız-zaman karakteristiği endüvi akımı(ia) zaman(t) Şekil 20. Sürekli mıknatıslı DA motorun endüvi akımı-zaman karakteristiği

37 uyarma akımı(if) zaman(t) Şekil 21. Sürekli mıknatıslı DA motorun uyarma akımı-zaman karakteristiği moment(m) zaman(t) Şekil 22. Sürekli mıknatıslı DA motorun moment-zaman karakteristiği

38 19 Sürekli mıknatıslı DA motorların üstünlükleri, mahsurları ve MATLAB-simulink benzetim programında çizdiğimiz şekiller gözlemlenildiğinde projemiz için bu motorun kullanılmasında karar kılındı.

39 4. CNY70 SENSÖRÜ Projemizde CNY70 sensörü çok fazla kullanıldığı ve projemizin ana elemanlarından biri olduğu için bu sensöre başlık açıldı Tanımı CNY70 sensörü, gönderdiği ışığı siyah ya da beyaz yüzeyde yansıtarak, ışığın geri algılanıp algılanmamasına bağlı çalışan bir sensördür. Kullanılan ışığın dalga boyu 950 nm dir. 4.2.Pin Bağlantısı CNY70 sensörünün bacakları ve iç yapısı Şekil 23 de gösterilmiştir. Şekil 23. CNY70 sensörü üstten görünüş içyapısı

40 Çalışma Yöntemi CNY70 sensöründen karşısındaki yüzeye gönderilen ışık yüzeyin rengine bağlı olarak yansır ya da emilir. Yüzey rengi siyah ya da koyu renkte ise gönderilen ışık geri algılanmaz. CNY70 sensörü gönderdiği ışığı geri algılamazsa 1 çıkışı verir. Eğer ışığı tekrar algılarsa 0 çıkışı verir. Yani; Siyah=1 Beyaz=0 [7] Şekil 24 de CNY70 sensörünün çalışma prensibi anlatılmıştır. d(mesafe) YANSITICI YÜZEY Işığı gönderen Işığı alan ANOT KATOT EMETÖR KOLLEKTÖR Şekil 24. CNY70 Çalışma Prensibi 4.4 Kullanım Alanları Çizgi takip etme(çizgi izleyen Robot) Belirli bir alan içinde Kalma(Sumo Robot) Shaft Encoder(Sesar)

41 CNY70-Schmitt Trigger (74HC14) Devresi Kontrol Kartlarına Monte Edilmesi 74HC14 entegresini kullanma amacımız CNY70 sensörünün çıkışını elektriksel bir çıkış haline dönüştürmektir. Şekil 25 de bir CNY70 sensörünün Schmitt trigger entegresine bağlantı şekli gösterilmiştir. Şekil 26 da 74HC14 ün pin bacakları, Şekil 27 de ise 74HC14 gösterilmiştir. CNY70 sensör 100 Ω 47kΩ kollektör anot 5V giriş çıkış i1 o1 i2 tetikleyici 74HC14 Vcc i6 o6 o2 i5 katot emetör i3 o3 o5 i4 gnd o4 Şekil 25. CNY70 sensörünün Schmitt trigger entegresine bağlantısı tetikleyici 74HC14 i1 o1 i2 o2 i3 o3 gnd Vcc i6 o6 i5 o5 i4 o4 Şekil HC14 pin bacakları Şekil HC14

42 5. MİKRODENETLEYİCİLER Bir tüm devre üzerinde üretilen bilgisayara mikrodenetleyici denir. Bir mikrodenetleyici tüm devresinde bulunan hafıza ve giriş/çıkış alt sistemleri (I/O), bu işlemcilerin birçok uygulama içinde, gömülü olarak doğrudan ve tek başına mikroişlemcilere göre çok daha basit ve ucuz ara birim teknikleriyle, kontrol amaçlı kullanımlarını sağlar. Günümüzde mikrodenetleyiciler; televizyon sistemlerinde, kameralarda, cep telefonlarında, telefon santrallerinde, fax-modemlerde, oyuncaklarda, fotokopi cihazlarında ve haberleşme cihazlarında kullanılırlar. Projemizde PIC 16F877 kullanıldı. Şekil 28 da PIC 16F877 nin pin bacakları ve adları gösterilmiştir. Tablo 1 de ise 16F877 nin pin özellikleri gösterilmiştir. [8] 5.1 PIC 16F877 nin Özellikleri Seçilebilir osilatör seçenekleri Düşük güç, yüksek hızlı CMOS EPROM / EEPROM teknolojisi Devreyi iki pin ile Seri programlama (ICSP) Programlama özelliklerinin çalışabilmesi için sadece 5 V yeterlidir. İşlemci/ bellek programına okuma / yazma erişimi İşlemi belleğe erişebilir. (okuma /yazman) Geniş çalışma voltaj aralığı: 2,5 V ile 5,5 V Yüksek Sink / Kaynak akımı: 25 ma Ticari ve Endüstriyel sıcaklık aralıkları

43 24 MCLR/Vpp RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/Vref RA3/AN3/Vref RA4/T0CKI RA5/AN4/SS RE0/RD/AN5 RE1/WR/AN6 RE2/CS/AN7 Vdd Vss OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSO/CCP2 RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL RD0/PSP0 RD1/PSP RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0/INT Vdd Vss RD7/PSP7 RD6/PSP6 RD5/PSP5 RD4/PSP4 RC7/RX/DT RC6/TX/CK RC5/SDO RC4/SDI/SDA RD3/PSP3 RD2/PSP2 Şekil 28. PIC 16F877 nin pin bacakları ve adları PİC 16F877 nin pin özellikleri Tablo 1 de gösterilmiştir. Tablo 1. PIC 16F877 nin pin özellikleri Pin Adı OSC1/CLKIN Açıklamalar Osilatör clock girişi (kristal veya harici kaynak) OCS2/CLKOUT MCLR/Vpp Osilatör kristal çıkış ucu Resetleme girişi

44 25 PORTA iki yönlü giriş/çıkış potudur. RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/Vref RA3 RA4/TOCK1 RA5/SS/AN4 RB0/INT RB1 Analog olarak kullanılabilir. Analog olarak kullanılabilir. Analog olarak kullanılabilir. Analog olarak kullanılabilir. Bu pin TMR0 için bir clock girişi olabilir. SSP Slave seçme pini veya analog giriş/çıkış olabilir. PORTB iki yönlü giriş/çıkış portudur. Giriş konumunda iken dahili pull-up devresi aktifleşebilir. Dış kesme girişi olarak seçilebilir. RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD Düşük akımda programlamada da kullanılabilir. Kesme girişi olarak seçilebilir. Kesme girişi olarak seçilebilir. Kesme girişi olarak seçilebilir. Kesme girişi olarak seçilebilir.

45 26 PORTC iki yönlü giriş/çıkış portudur. RC0/T1OS0/T1CK1 RC1/TR1OS1/CCP2 RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL RC4/SD1/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 Timer1 osc çıkışı ya da saat girişi olarak kullanılabilir. Timer1 osc giriş veya capture2 giriş/compare2 çıkışı/pwm2 çıkışı olarak kullanılabilir. Timer1 osc giriş veya capture1 giriş/compare1 çıkış/pwm1 çıkışı olarak kullanılabilir. SPI modunda, seri saat giriş/çıkışında kullanılır. SPA modda SPI çıkış verisi için seçilebilir. USART asenkron gönderme ya da senkron saat için USART asenkron alma ya da senkron veri için PORTC iki yönlü giriş/çıkış portudur. PSP 0 biti olarak kullanılabilir. PSP 1 biti olarak kullanılabilir. PSP 2 biti olarak kullanılabilir. PSP 3 biti olarak kullanılabilir. PSP 4 biti olarak kullanılabilir. PSP 5 biti olarak kullanılabilir. PSP 6 biti olarak kullanılabilir. PSP 7 biti olarak kullanılabilir.

46 27 PORTA iki yönlü giriş/çıkış portudur. RE0/RD/AN5 RE1/WR/AN6 RE2/CS/AN7 NC Vss Vdd Analog olarak ya da PSP okuma kontrollü kullanılabilir. Analog olarak ya da PSP okuma kontrollü kullanılabilir. Analog olarak ya da PSP okuma kontrollü kullanılabilir. Bu pinler içeride kontrol edilmiyor. Bağlı değil. Toprak ucu Pozitif kaynak ucu PIC 16F877 yi kullanma amacımız pin sayısıdır. Çünkü makasların kontrolü için devremiz de 2 adet DA motor kullandık. PIC 16F877 nin pin sayısı 2 adet DA motoru kontrol etmeye yeterlidir. PIC 16F877 yi programlamak için CCS C programlama dilini kullandık. Yazılan program ektedir. [9]

47 6. SİSTEMİN MEKANİK KISMININ TASARIMI 6.1. Tren Raylarının Tasarımı Sistemimizin en uygun ve en basit şekilde çalışmasını sağlayabilecek raylar ve tren temin edildi. Temin edilen raylar dairesel olduğu için rayları parçalanılarak trenin doğrusal hareketine en uygun şekle getirildi. Bu işlem, kontrplak bir yüzey üzerine alınan plastik raylar kesilerek yeniden şekil verilip yapıştırılarak yapıldı Makasların Tasarımı Trenin makasa geçişini sağlayabilmek amacı ile çeşitli araştırmalar yapıldı ve sistemimize en uygun makas tasarımı bulunarak çeşitli değişikliklerle bir makas sistemi tasarlandı. Tasarlanılan bu makas tren yolunu tasarlarken yaptığımız gibi kesilerek Şekil 29 a uygun hale getirildi. Şekil 29. Makasların tasarımı

48 Makaslarda Kullanılan Parçaların Görevleri Hat geçiş noktası: Bu noktalar trenin hangi hatta gireceğini belirleyen noktalardır. Bağlantı çubuğu: Makas raylarının hareketini sağlayan çubuktur. Bir sistem ile step motora bağlıdır. Uç raylar Destek rayları: Treni gittiği yoldan çıkmasını engelleyen raylardır. Diğer ray hareketli olup bu raylar sabit olduğu için destek rayları denmiştir. Kontrol rayları: Bu raylar trenin makas noktalarında gideceği güzergâhta dengesini bozmamak için kullanılan raylardır. Aynı zamanda denge rayları da denmektedir. Kanat rayları: Kontrol raylarıyla aynı görevi yapmak üzere destek amacı ile tasarlanmıştır. Geçiş: Geçiş noktasıdır. Hareket rayları: Trenin üzerinde hareket ettiği raylardır. Uygun hale getirilmiş raylar şekil 30 da gösterilmektedir. Şekil 30. Makasların Uygulanmış Hali

49 6 7. SİSTEMİN ELEKTRİKSEL KISMININ TASARIMI Sistemimizin elektriksel kısmında DA motoru hız kontrolü ve DA motoru yön kontrolü yapılmıştır. Bu tasarımları yapmak için CNY70 sensörü, entegreler, röleler, anahtarlama elemanları ve PIC 16F877 kullanıldı DA Motor Hız Kontrolü DA motor hız kontrolü birkaç yöntemle yapılmaktadır. Bunlar; 1. Uyarma direncini ayarlayarak(rf) 2. Endüviye uyguladığımız uç gerilimini değiştirerek 3. Endüvi devresine seri bir direnç bağlayarak [2] Kullanılan DA motor sürekli mıknatıslı DA motordur ve uyarma sargıları yerine bir mıknatıs kullanıldığından birinci maddenin gerçekleşmesi mümkün değildir. Motorun hız kontrolünü yapmak için endüvi devresine seri bir direnç bağlandı. Trenimizin bazı yerlerde hızlı bazı yerlerde yavaş gitmesi istenildiğinden CNY70 ten gelen sinyalden faydalanıldı ve gelen sinyal röle yardımı ile endüvi devresine bağlanılan seri direnç ile tamamlandı. Dolayısıyla trenin yavaşladığı gözlemlendi. Şekil 31 de DA motor hız kontrolü İSİS çizimi bulunmaktadır. Baskı devreye dökmek için ARES çizimi de Şekil 32 de yapılmıştır. Şekil 31. DA motor hız kontrolü ISIS-Proteus çizimi

50 31 Şekil 32. DA motor hız kontrolü ISIS- Ares çizimi 7.2. DA Motor Yön Kontrolü DA motorunun yön kontrolünü yapmak için CNY70 in girişine 5V DA uygulandı. Çıkış ucu ise 74HC14 entegresine bağlandı. İSİS proteusta çizimi yapıldıktan sonra ARES programıyla baskı devre yapımına hazırlanıldı. Şekil 33 de sensörlerin olduğu kısmın İSİS çizimi gösterilmiştir. Şekil 34 de ise sensörlerin olduğu kısmın ARES çizimi gösterilmiştir. J5 2 1 CONN-H2 U VI C1 1nF GND 2 3 VO C2 1nF R1 R2 J SIL R3 R4 R5 R6 J SIL J SIL U2:A HC14 R7 R8 J SIL Şekil 33. DA motor yön kontrolü sensörlerin olduğu kısmın İSİS çizimi

51 Şekil 34. DA motor yön kontrolü sensörlerin olduğu kısmın ARES çizimi Ardından entegreden gelen sinyal PİC 16F877A nın giriş portu olarak belirlediğimiz A portunun bacaklarına gelmektedir. PİC 16F877A nın programı gereği motoru çevireceği yöndeki röleyi hareketlendirir ve motor ileri ya da geri yönde harekete başlar. Şekil 35 de motorun yön hareketi için motorların olduğu kısmın İSİS proteus çizimi Şekil 36 da ise baskı devre için ARES çizimi verilmiştir. +5V +5V RL1 12V RL2 12V RL3 12V RL4 12V +12V Q2 +12V Q4 R1 220 Q1 NPN R2 220 R3 220 Q3 NPN R4 220 NPN NPN +9V U2 VDD VI VO C2 C1 1nF 1nF GND OSC1/CLKIN RB0/INT OSC2/CLKOUT RB1 RB2 RA0/AN0 RB3/PGM RA1/AN1 RB4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP U1 PIC16F877A C3 1nF C4 X1 CRYSTAL 1nF Şekil 35. Motorların olduğu kısmın isis çizimi

52 33 Şekil 36. Motorların olduğu kısmın ARES çizimi

53 8.SONUÇLAR Bu projede basit bir tren sinyalizasyon sistemi kurulmuştur. Bu tasarım için sensörler, entegreler ve DA motor kullanılmıştır. Sensörler yardımıyla treni algılayan sistem trenin konumunu belirlemek üzere yani iç cebe gireceğini ya da dış raydan gideceğini ayarlayarak DA motor sistemini tetikler. DA motorun hareketiyle trenin konumu ayarlanır. DA motorun hareketini sağlamak amacıyla ise PIC 16F877 kullanılmıştır. PIC 16F877 yi programlamak için CCS C program dili kullanılmıştır. Bu program kendi araştırmalarımız ve bölüm hocalarımız sayesinde sistemimize yetecek kadar öğrenildi. Aynı zamanda trenin hız kontrolü içinde DA motor kullanıldı. DA motorun hızını trenin konumuna göre değiştirmek amacıyla endüvi devresine seri direnç bağlanmıştır. Bu sistem basit bir örnek olup geliştirilmeye açıktır. Hali hazırda boşta bulunan PIC portları kullanılarak sistemimiz DA motora gelen bilgi erişimi için daha hassas hale getirilebilir. Aynı zamanda DA motor daha farklı yöntemlerle kontrol edilebilir. Makas sayıları arttırılarak kaza olasılığı daha aza indirilebilir. Sonuç olarak sistemimiz, demir yoluyla ulaşımı daha güvenli, daha az maliyetli, aynı mesafelere daha kısa zamanda ulaşma imkânı ve bunun yanı sıra işletme kolaylığı sağlamaktadır.

54 9. KAYNAKLAR [1]. Görünütülenme tarihi: [2]. Stephen J. Chapman, Çeviren: Prof. Dr. Erhan AKIN, Yrd. Doç. Dr. Ahmet ORHAN, Elektrik Makinalarının Temelleri, Çağlayan Kitabevi, İstanbul, Türkiye, 2007 [3]. İbrahim ŞENOL, Nur BEKİROĞLU, Oktay AYBAR, Elektrik Makinaları I, Birsen Yayınevi, İstanbul, Türkiye, 2005 [4]. Prof. Dr. Güngör BAL, Doğru Akım Makinaları Ve Sürücüleri, Seçkin Yayınevi, Ankara, Türkiye, 2006 [5]. Yrd. Doç. Dr. M. Cihat ÖZGENEL, Çözümlü Örneklerle Doğru Akım Elektrik Makinaları, Birsen Yayınevi, İstanbul, Türkiye, 2011 [6]. Doç. Dr. Güngör BAL, Özel Elektrik Makinaları, Seçkin Yayınevi, Ankara, Türkiye, 2004 [7]. Görüntüleme Tarihi: [8]. Çağatay AKPOLAT PIC Programlama, Pusula Yayıncılık, İstanbul, Türkiye,2006 [9]. Serdar ÇİÇEK, CCS C İle PIC Programlama, Altaş Yayınevi, İstanbul, Türkiye, 2007

55 10. EKLER Ek-1. PIC 16F877 nin programı #include <16F877A.h> #FUSES NOWDT #FUSES XT #FUSES NOPUT #FUSES NOPROTECT #FUSES NODEBUG #FUSES NOBROWNOUT #FUSES NOLVP #FUSES NOCPD #FUSES WRT_50% #use delay(clock= ) void main() { setup_adc_ports(no_analogs); setup_adc(adc_off); setup_psp(psp_disabled); setup_spi(spi_ss_disabled);

56 37 setup_timer_0(rtcc_internal RTCC_DIV_1); setup_timer_1(t1_disabled); setup_timer_2(t2_disabled,0,1); setup_comparator(nc_nc_nc_nc); setup_vref(false); set_tris_a(0x0f); //A portunun 2. pini girş olarak ayarlanıyor. set_tris_b(0x00); //B portu tümüyle çıkış olarak ayarlanıyor. output_b(0x00); while(1) //Tüm işlemler sonsuz döngü içinde gerçekleşir. { if(input(pin_a0)==1) //Eğer A portunun 0. pini sensörden sinyal aldıysa alttaki işlemi yap. { output_high(pin_b0); //B portunun 0. pinini 1 yap. delay_ms(2000); output_low(pin_b0); //B portunun 1. pinini 0 yap. } if(input(pin_a1)==1) //Eğer A portunun 1. pini sensörden sinyal aldıysa alttaki işlemi yap. { output_high(pin_b1); //B portunun 1. pinini 1 yap. delay_ms(2000); output_low(pin_b1); //B portunun 1. pinini 0 yap. } if(input(pin_a2)==1) //Eğer A portunun 2. pini sensörden sinyal aldıysa alttaki işlemi yap.

57 38 { output_high(pin_b2); //B portunun 2. pinini 1 yap. delay_ms(2000); output_low(pin_b2); //B portunun 2. pinini 0 yap. } if(input(pin_a3)==1) //Eğer A portunun 3. pini sensörden sinyal aldıysa alttaki işlemi yap. { output_high(pin_b3); //B portunun 3. pinini 1 yap. delay_ms(2000); output_low(pin_b3); //B portunun 3. pinini 0 yap. } } }

58 11. ÖZGEÇMİŞ Emrah GENÇKAL yılında Ankara da doğdum yılında Gazi İlköğretim Okulu nda ilköğretim hayatına başladım yılında ilköğretimden mezun olarak Polatlı Lisesi nde lise eğitimime başladım yılında liseden mezun oldum yılında Balıkesir Üniversitesi Elektronik Haberleşme Teknikerliği bölümüne başladım yılında başarı ile buradan mezun oldum. Yine 2005 yılında Dikey Geçiş Sınavını kazanarak Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği bölümünü kazandım. Okul hayatım sona erdiğinde yaptığımız bitirme projesinde ki sinyalizasyon alanında çalışmayı düşünüyorum. Ali Can YILDIRIM 1988 yılında Ankarada da doğdum. Öğrencilik hayatıma ilk olarak Tuzluçayır İlköğretim Okulu nda başladım. Ardından Ankara Başkent Lisesi nde lise eğitimime başladım. Liseyi okul birinciliği ile bitirdikten sonra 2005 yılında kazandığım Karadeniz Teknik Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği bölümünde öğrencilik hayatıma devam etmekteyim yılından beri dans eğitimi almakla birlikte şuan bir dans okulunda eğitmenlik yapmaktayım. Mezun olduktan sonra İletim ve Dağıtım projeleri, iç tesisat projeleri konusunda kendimi geliştirip bu alanda çalışmayı hedefliyorum.

59 STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU 1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. Projemizde kontraplak diye adlandırdığımız odunumsu bir malzeme kullandık ve boyutu 1.75*1.25 dir. 2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü? Tren raylarını ve ray takımından oluşan makas kısmını tasarlarken yani mekanik kısmı tasarlarken makine mühendisliğinden faydalandık. 3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız? Motorlar için, Elektrik makinaları, Özel elektrik makinaları, Sürücü düzenekler, anahtarlama için Elektronik I, Elektronik II, Güç elektroniği I derslerinden faydalandık. 4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir? Devremizde 5V DA kaynak kullanıldı. 5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir? a) Ekonomi: yaklaşık 300 TL ye mal ettiğimiz sistemimiz için üniversitemizden hiçbir destek almadık. b) Çevre sorunları: Projemizin çevreye zararı yoktur. c) Sürdürülebilirlik: Projemizin gerçek hayatta bir eşi olduğundan sürdürebilirliği kesindir. d) Üretilebilirlik: Üretilebilirliği yüksek ve gerçek hayatta benzerleri bulunmaktadır.

60 e) Etik: Kullanılan kaynaklara atıfta bulunulduğu için etik olarak bir sıkıntı olmayacaktır. f) Sağlık: Kullandığımız malzemeler küçük çaplıdır ve sağlık açısından bir zararı yoktur. g) Güvenlik: Devrelerimiz 5V ile çalıştığından güvenlidir. Çünkü standart alınan temas geriliminden düşüktür. h) Sosyal ve politik sorunlar: Sosyal ve politik sorun içermemektedir. Projenin Adı Projedeki adları Öğrencilerin RAYLI SİSTEMLERDE CNY70 SENSÖRÜ İLE DA MOTOR YÖN VE HIZ KONTROLÜ Emrah GENÇKAL Ali Can YILDIRIM Tarih ve İmzalar