İNSANSIZ SUALTI ARACI

Transkript

1 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği İNSANSIZ SUALTI ARACI Dilek DOĞRU Didem GENÇ Mehmet Emre TERZİ Murat GEDİKLİ Servet PEKER Elvan DOĞAN Yrd. Doç. Dr. Adnan CORA Öğr. Gör. Dr. Emre ÖZKOP Mayıs, 2013 TRABZON

2 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği İNSANSIZ SUALTI ARACI Dilek DOĞRU Didem GENÇ Mehmet Emre TERZİ Murat GEDİKLİ Servet PEKER Elvan DOĞAN Yrd. Doç. Dr. Adnan CORA Öğr. Gör. Dr. Emre ÖZKOP Mayıs, 2013 TRABZON

3 LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Dilek DOĞRU, Servet PEKER, Elvan DOĞAN, Mehmet Emre TERZİ, Didem GENÇ ve Murat GEDİKLİ tarafından Yrd. Doç. Dr. Adnan CORA ve Öğr. Gör. Dr. Emre ÖZKOP yönetiminde hazırlanan İNSANSIZ SUALTI ARACI başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Öğr. Gör. Dr. Emre ÖZKOP. Jüri Üyesi 1 : Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ. Jüri Üyesi 1 : Prof. Dr. Cemil GÜRÜNLÜ. Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ

4 ÖNSÖZ Hazırlamış olduğumuz bu çalışmada değerli zamanını bizlere ayıran, her türlü bilgi ve birikimini sunmaktan kaçınmayarak, çalışma süresince fikirleri ile bizleri aydınlatan bitirme projesi danışmanlarımız Sayın Yrd. Doç. Dr. Adnan CORA ve Sayın Öğr. Gör. Dr. Emre ÖZKOP a şükranlarımızı sunuyoruz. Bölüm olanaklarının bitirme çalışmalarında kullanılmasına izin verdiği için Bölüm Başkanlığı na, desteklerinden dolayı Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve KTÜ Rektörlüğüne teşekkürlerimizi sunarız. Aldığımız mühendislik eğitiminde, iyi bir mühendis olabilmemiz için değerli bilgilerini bizlerden esirgemeyen bütün bölüm hocalarımıza da teşekkürlerimizi sunar ve saygılarımızı iletiriz. Elektrik ve Güç sistemleri Laboratuvarı Teknikeri Yüksel SALMAN a; ayrıca projede birlikte çalıştığımız arkadaşlarımıza desteklerinden dolayı teşekkür ederiz. Son olarak bizlerin bugünlere gelmesinde her türlü fedakarlığı gösteren ve hayatımız boyunca her türlü maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen, proje süresince gerginlik ve stresimize katlanan ailelerimize sonsuz teşekkürlerimizi sunarız. Didem GENÇ Elvan DOĞAN Servet PEKER Dilek DOĞRU Mehmet Emre TERZİ Murat GEDİKLİ Mayıs 2013 v

5 İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖNSÖZ... v İÇİNDEKİLER... vi ÖZET... viii ŞEKİLLER DİZİNİ... ix SEMBOLER ve KISALTMALAR... xi 1. GİRİŞ İnsansız Hava Araçları (İHA) İnsansız Kara Araçları İnsansız Sualtı Araçları TEORİK ALTYAPI Kontrol ve Haberleşme Sistemi RS-232 Haberleşmesi Kullanıcı Arayüzü Yazılımı Enerji ve Dağıtım Sistemi Motor ve Motor Sürücü Sistemi Motor Sürücü Sistemi Darbe Genişlik Modülasyonu (DGM) Aydınlatma Sistemi Sensörler ve Transduserler Entegre Silikonlu Basınç Sensörü MPX LM35 Sıcaklık Sensörü Kamera Sistemi TASARIM Gövde Su Hazneleri Kapalı Hazneler Araç Aparatlarının Kablo Bağlantı ve Besleme Noktaları DENEYSEL ÇALIŞMALAR vi

6 4.1. Kontrol Devresi Kullanıcı Arayüz Parçaları Bağlantı Paneli Hareket Kontrol Paneli Joystick Kontrol Paneli Sensör Bilgi Paneli Veri Gönderme Paneli Aydınlatma Paneli Görüntü Paneli Karşılaşılan Zorluklar ve Alınan Önlemler Baskı Devre SONUÇLAR Motorların PIC ile Kontrolü YORUMLAR DEĞERLENDİRMELER KAYNAKLAR EKLER EK 1. STANDARTLAR VE KISITLAR EK 2. 1, Adet İçin Proje Malzeme Birim Fiyat Listesi.50 ÖZGEÇMİŞ..62 vii

7 ÖZET Bu projede; insansız sualtı aracının kullanım alanları ve yapılan uygulamalarına yer verilmiştir. İnsansız sualtı aracı projesi kapsamında savunma sanayi, balıkçılık teknolojisi, sualtı gözlem ve veri toplama alanları hedef kitle olarak belirlenmiştir. Projenin yapımı yedi ana bileşen esas alınarak gerçekleştirilmiştir. Bu bileşenler; tasarım, kontrol ve haberleşme sistemi, enerji ve dağıtım sistemi, motor ve sürücü sistemi, aydınlatma sistemi, sensörler ve kamera sistemidir. İnsansız sualtı aracına dönüş hareketi sağlayacak olan motorlar, aracın batma işlemi için gerekli olan sağ ve sol hazneler üzerine montelenmiştir. Aracın su içerisinde aşağı yukarı hareketi sağlayacak olan orta motor gövdeye bağlı haldedir. Motorların kontrolü ise bilgisayar kontrollü PIC yazılımı üzerinden RS232 haberleşmesi ile gerçekleştirilmiştir. Aracın enerji ihtiyacı 12V-39Ah lik jel akü ile sağlanmıştır. Sualtında görüntü almak için kamera sistemi ve aydınlatmanın sağlanması için ise anahtarlı led devresi kullanılmıştır. Su altında sensörler yardımı ile alınan veriler ise basınç ve sıcaklıktır. Sonuç olarak insan gücü ile yapılan uygulamalar insansız sualtı aracı ile yapılarak hem zamandan tasarruf edilip hızlı çalışma olanağı sağlanmış, hem de insanların can güvenliklerini tehlikeye atacak olası durumlar önlenmiş olacaktır. Sualtı aracı çok fazla maliyete sebep olmadığı için geliştirilip ülke genelinde, sadece askeri savunma sanayinde değil, şahıslar tarafından da birçok alanda kullanılabilir. viii

8 ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa No Şekil 1. Genel insansız araç sistem mimarisi... 1 Şekil 2. 9 Pinli dişi RS-232 konektör görünümü... 8 Şekil 3. Kullanıcı arayüzü görüntüsü...10 Şekil 4. Elektriksel motorlar.12 Şekil 5. Fırçasız DA motoru eşdeğer devresi...14 Şekil 6 Araç genel görüntüsü...21 Şekil 7. Araç ana gövde görüntüsü..22 Şekil 8. Su haznesi görüntüsü..22 Şekil 9. Kamera haznesi görüntüsü..23 Şekil 10. Sürücü haznesi görüntüsü.23 Şekil 11 Kontrol devresi görüntüsü Şekil 12 Kablo bağlantı noktası görüntüsü.. 24 Şekil 13. Araç kontrol devre şeması...25 Şekil 14. Anahtarlama devresi...26 Şekil 15. Bağlantı paneli Şekil 16. Hareket paneli..28 Şekil 17. Joystick kontrol paneli...33 Şekil 18. Sensör paneli Şekil 19. Veri gönderme paneli...35 Şekil 20. Aydınlatma paneli...36 Şekil 21. Görüntü paneli.37 Şekil 22. Baskı devre şeması..38 ix

9 Şekil 23. D1 pininden alınan osiloskop görüntüsü...39 Şekil 24. D2 pininden alınan osiloskop görüntüsü...40 Şekil 25. D3 pininden alınan osiloskop görüntüsü..40 Şekil 26. Verilen 150 değeri için D1 pininden alınan osiloskop görüntüsü 41 Şekil 27. Verilen 170 değeri için D1 pininden alınan osiloskop görüntüsü 41 Şekil 28. Verilen 190 değeri için D1 pininden alınan osiloskop görüntüsü 42 Şekil 29. Verilen 200 değeri için D1 pininden alınan osiloskop görüntüsü 42 Şekil 30. Verilen 100 değeri için D2 pininden alınan osiloskop görüntüsü 43 Şekil 31. Verilen 150 değeri için D2 pininden alınan osiloskop görüntüsü 43 Şekil 32. Verilen 100 değeri için D3 pininden alınan osiloskop görüntüsü 44 Şekil 33. Verilen 150 değeri için D3 pininden alınan osiloskop görüntüsü.44 x

10 SEMBOLER ve KISALTMALAR DA AA PIC ROM AD DA USB UART ESC ID DB ASCII RS Doğru Akım Alternatif Akım Peripheral Interface Controller Read Only Memory Analog to Digital Digital to Analog Universal Serial Bus Universal Asynchronous Receiver/Transmitter Electronic Speed Controller Identity Data Base American Standard Code for Information Interchange Recommended Standard Rpm Round Per Minutes DGM Darbe Genişlik Modülasyonu xi

11 1. GİRİŞ İnsansız araçlar; içerisinde insan bulunmaksızın dışardan insan kontrolü ve müdahalesi gerektiren veya otonom çalışan araçlardır. İnsansız araçlar terörle mücadelede özellikle bölge tespiti ve mayın taraması yapılmasında; bina ve tesis güvenliklerinin sağlanmasında; uçak, gemi, denizaltı gibi büyük çaplı araçların kontrollerinin ve sağlık muayenesinin yapımında; uzay araştırmalarında ve buna benzer daha birçok faaliyette etkin olarak kullanılmaktadır. Kullanım amacı ise insanları olası bir tehlikelerden korumak, mürettebat ölümlerini engellemek ve tehlikeli olayların en az hasarla atlatılmasını sağlamaktır. İnsansız araçlar boyutlarının küçük oluşu (daha az malzeme ile gerçekleştirilişi) ve daha az yakıt tüketmeleri nedeniyle tercih edilirler. Şekil 1. de genel insansız araç sistem mimarisi verilmiştir, yaklaşık olarak her insansız araçta sistem işleyişi aynıdır. HABERLEŞME UNSURU Data Link PLATFORM PLANLAMA/ KONTROL UNSURU HEDEFLENEN GÖREVLER Şekil 1. Genel insansız araç sistem mimarisi İnsansız araçlar üç kategoride incelenebilir. Bunlar: 1. İnsansız hava araçları, 2. İnsansız kara araçları, 3. İnsansız sualtı araçlarıdır.

12 1.1. İnsansız Hava Araçları (İHA) İnsansız hava aracı ihtiyacı; savaş sırasında ülkelerin silah ve bomba taşımacılığı yanında insan kaybının da sıfıra inmesinin hedeflenmesi üzerine Alman Dr. Fritz Gosslau tarafından biri pilotlu diğeri pilotsuz iki sistem kurmasıyla karşılanmıştır. Pilotsuz olan dronun, pilotlu olan araç tarafından kontrol edilerek silah ve yaklaşık bir ton bomba taşıması ve kontrolü pilotlu olan uçağın altına yerleştirilen radyo frekans alıcı verici tarafından kontrol edilebilmekteydi [1]. İnsansız hava araçları; 1. Askeri alanda; harp sahası hasar tespit ve fiziksel saldırı planlanmasında, 2. Mayın tespiti ve imhasında, 3. Arama kurtarma, sivil güvenlik ve sınır güvenliği çalışmalarında, 4. Nükleer, biyolojik, kimyasal kirlilik tespitinde, 5. Atmosferik gözlemlerde, 6. Tarımsal ilaçlamalarda, 7. Yangın tespiti ve izlenmesinde de kullanılır İnsansız Kara Araçları İlk otonom mobil robot Shakey, 1960 yılında geliştirilen bir test cihazı olup, geliştirilirken yapay zeka kullanılmıştır. Navigasyon özelliği olan ve keşif yapabilen bu cihaz, radyo frekansları kullanılarak bilgisayara bağlantısı sağlanmıştır. Tekerlekleri, dönebilen kamerası, ultrasonik menzil bulucusu ve dokunma sensörleriyle oluşturulmuş bu otonom proje durdurulmuş olmasına rağmen ileriye dönük çalışmalar için ilham kaynağı olmuştur [2]. İnsansız kara araçlarına ihtiyaç duyulan konular; 1. Yakın ve uzak mesafeden keşif, gözetleme ve tespit yapabilmesi, 2. Yapı ve tesislerin içerisini uzaktan inceleyebilmesi, 3. Aydınlık ve karanlık ortamlarda görüntü alabilmesi, 4. Data saklayabilme ve gönderebilmesi, 5. Konuşma tanıyabilme ve üç boyutlu ses algılayabilmesi, 2

13 6. Mesafeye göre patlamamış patlayıcı maddeleri imha edebilmesi, 7. Yangına müdahale edebilmesi, 8. Nükleer, biyolojik ve kimyasal bakımdan kirli ortamlarda çalışabilmesi, 9. Alarm kaynağını uzaktan sorgulayabilmesi, 10. Otonom yön bulabilme ve pozisyon alabilmesi şeklinde sıralanabilir İnsansız Sualtı Araçları Kayıtlardaki ilk insansız sualtı aracı Luppis Whitehead Automobile tarafından 1864 yılında torpido şeklinde tasarlanmıştır. Günümüzde kullanılan manasıyla tasarlanan ilk araç ise 1953 senesinde Dimitri Rebikoff tarafından tasarlanmıştır [3]. İnsansız sualtı araçları boyutlarının küçüklüğü, motor sayısına bağlı olarak manevra kabiliyetinin ve hızının daha yüksek oluşu ve dalgıçların giremeyecekleri kadar küçük alanlarda da çalışma kolaylığı sağlıyor olmasından dolayı tercih edilir. İnsansız sualtı araçlarına ihtiyaç duyulan konular; 1. Balıkçılık teknolojileri, 2. Açık deniz petrol arama, 3. Sualtı gözlem ve veri toplama, 4. Arama ve kurtarma çalışmaları, 5. Hidroloji, Hidrojeoloji, Eko hidroloji gibi bilim dalları, 6. Tarihi eser arama ve arkeoloji çalışmaları, 7. Batık araç tespiti, 8. Gemi ve diğer birçok deniz araçlarının taban kontrollerinin yapılmasında şeklinde sıralanabilir. Bitirme kapsamında yapılan çalışmanın insansız sualtı aracı olmasının nedenleri; 1. Yapılan araştırmalar ve çalışmalarda ihtiyaç duyulan insan gücünü azaltmak, 2. İnsan sağlığı için tehlike oluşturacak her türlü olumsuz ortam koşullarından kaçınılmasını sağlamak, 3

14 3. Herhangi bilimsel araştırma, balık avı veya sualtı keşiflerinde ekstra donanım ihtiyacı gerektirmeden, zamandan ve konuda uzman kişilere harcanan maliyetten kazanç sağlamak, 4. Basınç farkından kaynaklanan ve vurgun adı verilen ölümcül durumun yarattığı tehlikeden insan sağlığını korumak, 5. Boyutlarından dolayı, dalgıçların rahatlıkla hareket edemeyeceği dar alanlarda gözlem yapabilmesini sağlamaktır. Aylara göre araç için yapılan çalışmalar Çizelge 1. de verilmiştir. Mavi ile doldurulan kutucuklar o ay yapılan çalışmaların varlığını belirtmektedir. Çizelge 1. İş zaman çizelgesi Yapılan çalışmalar ŞUBAT MART NİSAN MAYIS Bitirme çalışması için bölüm başvurusunun yapılması Malzeme tedarikinim dekanlıktan talebi Sensör devreleri kurulumu ve simülasyon çalışmasının yapılması Aracın mekanik donanımı için çizimlerin yapılması Temin edilen parçaların montajı 4

15 Çizelge 1. İş zaman çizelgesi devamı Sinyal üreterek motorun çalıştırılması ve verilerin elde edilmesi Aracın donanımının tamamlanması Tez yazım ve kontrolü 5

16 2. TEORİK ALTYAPI 2.1. Kontrol ve Haberleşme Sistemi RS-232 Haberleşmesi RS-232 standardı 1962 yılında geliştirilen seri asenkron verinin iletilmesini veya alınmasını sağlayan bir iletişim protokolüdür. DB-9 ve DB-25 olmak üzere iki çeşit konnektör tipinde bulunmaktadır. İlk olarak geliştirilen DB-25 in pinlerinin bazılarına yeni teknoloji sistemlerinde gerek duyulmamasından dolayı daha sonra 9 pinli olan DB-9 geliştirilmiştir. RS-232 seri haberleşme protokolüdür. Seri olarak iletilecek veriler ASCII formatındadır ve bu formatta bir harf 8 bit uzunluğundadır. Seri iletişimde 8 bit uzunluğundaki harften sırasıyla her defasında 1 bit alınarak tek seferde karşı tarafa tek bit gönderilir. Gönderilen harf lojik-1 ve lojik-0 kombinasyonlarından ( ) oluşmaktadır. Bu lojik değerler iletilirken 3 V ile 25 V aralığında iletilebilir. Seri haberleşme ile paralel haberleşme karşılaştırıldığında seri haberleşme daha yavaş ve yazılım olarak daha karmaşıktır. Ancak daha uzak mesafeler ile haberleşme yapılmak istendiğinde seri kabloların daha uzun olması nedeniyle seri haberleşme kullanılır. Ayrıca seri iletişimde veri iletim seviyesi paralel iletişime (5 V) göre daha yüksek olduğu için iletim sırasında oluşacak kayıplardan daha az etkilenir. Bilgisayarın içinde gerçekleşen iletim düşünüldüğünde seri iletişim paralel olarak yapılmaktadır. Bu yüzden iletişimin seri yapılabilmesi için önce gönderilecek verilerin bilgisayar içinde seri forma dönüştürülmesi gerekmektedir. Bu işlemi ise UART devresi yapmaktadır. Gönderilecek veriler seri forma dönüştürüldükten sonra bilgisayardaki veri dış ortama gönderilebilir. Aynı şekilde RS-232 ile alınan verilerin de alıcıda paralel verilere dönüştürülmesi gerekmektedir. Çizelge 2. de RS-232 bağlantısının pinlerine göre işlevleri verilmiştir. RS232 ve PIC bağlantısı MAX232 ile birlikte yapılır. Şekil 2. de 9 pinli dişi RS-232 konnektör görünümü verilmiştir. 7

17 Şekil 2. 9 Pinli dişi RS-232 konnektör görünümü Çizelge 2. 9 pinli RS-232 konnektör pinlerinin işlevleri Pin No Pin 1 Pin 2 Pin 3 Pin 4 Pin 5 Pin 6 Pin 7 Pin 8 Pin 9 Pin İşlevi Taşıyıcı sinyali algıladığında bilgisayara ON sinyali gönderir. Alıcıdan gelen sinyalleri bilgisayara aktarır. Alıcı tarafa gönderilen verileri iletir. Bilgisayar haberleşmeye hazır olduğunda ON olur. Veri aktarımında kullanılan tüm sinyaller için referans noktasıdır (toprak noktası). ON olduğunda veri transferi için alıcı ile verici arasındaki bağlantıların uygun olduğunu belirtir. Alıcı tarafa bilgi gönderilmek istendiğini belirten sinyali gönderir. Alıcı tarafın bilgi almaya hazır olduğunu belirten sinyali bilgisayara gönderir. Ring sinyalini belirlemek için kullanılır. 8

18 Kullanıcı Arayüzü Yazılımı C# programlama dili Microsoft firması tarafından.net platformu için geliştirilmiştir. Nesne tabanlı bir programlama dilidir. Projede; Visual Basic dili kadar basit ve C++ dili kadar güçlü olması sebebiyle projede C# programlama dili kullanılmıştır. Kontrol sistemi, sualtı aracı projesinin en önemli aşamalarından biridir. Bir sualtı aracına hareket kabiliyetini kazandırmak kontrol sistemi sayesinde gerçekleştirilir. Kazandırılan hareketler; bilgisayar üzerinden araca verilen manuel komutlarla kullanılmıştır. Bu işlemi yapabilmek Visual Studio 2010 platformunda, C# programlama dilinde bir program yazılmıştır. Yazılımın başarılı olabilmesi için kolay kullanım ve erişilebilirliğinin olması gerekmektedir. Hazırlanan programda bu ölçütler dikkate alınarak sade, bilgiye kolay erişilebilir, basit yapılı arayüz tasarlamaya özen gösterilmiştir. Hazırlanan kullanıcı arayüzü şekil 3. de verilmiştir. Programın arayüzü parçalara ayrılarak, istenilen kontrole hızlıca erişimi sağlamaya çalışılmıştır. Bu parçalar; 1. Bağlantı Paneli, 2. Hareket Kontrol Paneli, 3. Joystick Kontrol Paneli, 4. Sensör Bilgi Paneli, 5. Video Görüntü Paneli, 6. Aydınlatma Paneli, 7. Veri Gönderme Paneli dir. Program arayüz parçaları ve simülasyon görüntüleri, parçaların çalışma mantığıyla birlikte kısım 4 DENEYSEL ÇALIŞMALAR başlığı altında verilmiştir. 9

19 10

20 2.2. Enerji ve Dağıtım Sistemi İnsansız sualtı aracının enerji kaynağı 12V 39Ah lik bir adet jel akü ve akü araca monte edilmeksizin dışardan kablo bağlantısı ile sağlanmıştır. İçerisinde jöle tipi elektrolit madde bulunan akülere jel akü denir. Ağır çevresel koşullara; örnek verecek olursak özellikle sıcaklığı yüksek veya düşük, nemli veya sulu ortamlara ve titreşime karşı dayanıklı bakımsız akülerdir. Bağlantı şekilleri ve duruşları sorun oluşturmaz, akü istenilen açıda durabilir. Jel Akülerin şarj olma süreleri uzun olsa da, derin deşarj sonrasında tamamen geri döndürülebiliyor olmaları (şarj edilmeleri) günlük çevrimsel kullanım için ideal hale gelmelerini sağlar. İnsansız sultı aracında iyon pil yerine jel akü kullanılmasının diğer bir nedeni de jel akülerin fiyat olarak daha uygun olup normal kullanım koşullarında en az on yıl ömürlerinin oluşudur. Ayrıca kendi kendilerine deşarjlarının düşük oluşu başka bir avantaj oluşturur, öyle ki iki yıla yakın sürede deşarjları %100 ü bulmadan durabilirler. Motorların yüksek akım çekiyor olmasından dolayı araç içerisinde akım dağıtımı için ve araca giden besleme kabloları olarak 25 lik NYAF kablo kullanılmıştır. Bu kablolar A arası akıma karşı dayanıklıdır. Araca verilen +V,-V gerilimleri araç içerisinde klamens ve köprülerle çoğaltılmıştır. Aküden çıkan +V ucuna sigorta bağlanarak araç ve can güvenliği sağlanmaya çalışılmıştır. 11

21 2.3. Motor ve Motor Sürücü Sistemi Motor ELEKTRİK MOTORLARI DA (DOĞRU AKIM MOTORLARI) EVRERSEL MOTORLAR ALTERNATİF MOTORLARI FIRÇALI DA FIRÇASIZ DA ADIM DA ASENKRON AA SENKRON AA DİSK TİPİ DIŞ ROTORLU İÇ ROTORLU Şekil 4. Elektriksel motorlar Şekil 4. te elektriksel motorlar ve çeşitleri gösterilmiştir. Koyu renkli kısımlar kullanılan motorun cinsine doğru adımları göstermektedir.[4] Bitirme projesi kapsamında yapılan insansız su altı aracında araç hareketini sağlamak için doğru akım motoru kullanılmıştır. Bu tip motorun tercih edilme nedenleri DA motorunun; 1. Hareket olarak daha düzgün, kesin ve güçlü olması, 2. Hassas hız ayarına sahip olması, 3. Yük altında ani frenleme yapılabilmesidir. Doğru akım motorları fırçalı, fırçasız ve adım doğru akım motorları olarak üçe ayrılır. Kullanılan motorun özelliği fırçasız DA motoru olmasıdır. Fırçasız DA motoru özellikleri başlığı altında verilmiştir. 12

22 Fırçasız Doğru Akım Motorunun Yapısı ve Özellikleri Fırçasız doğru akım motorlarında kontrol mekanik olarak değil (fırça-kollektör düzeneği), elektriksel olarak (elektronik denetleyici tarafından) sağlanır. Elektronik denetleyiciyle birlikte bobinler; uygun olarak enerjilendirilerek rotor dönüşü başlar [4]. Fırçasız DA motoru yapısı ise sabit mıknatıslar yerleştirilmiş bir rotor (ki rotor hareketli parçadır) ve rotor yuvarlağına sabit olarak montelenmiş stator sargılarından oluşur. Bu tip fırçasız doğru akım motorları dış rotorlu fırçasız DA motoru olarak adlandırılır[4]. Fırçasız DA motoru kullanımını gerekli kılan sağladığı avantajlar; 1. Yapısında fırça bulundurmadığı için, karbon tozu oluşturmayışı (kirlilik oluşturmaz), 2. Herhangi bir mekanik kontak içermediğinden sürtünme oluşturmayıp ve daha verimli çalışması, 3. Fırçalı motorlara nazaran daha uzun ömürlü oluşu, 4. Hız kontrolü olanağı sunuyor olması, 5. Ağırlık ve hacimce küçük oluşu, 6. Ürettikleri momentin yüksek oluşu, 7. Çalıştırılması için uyarma akımına gerek olmayışı, 8. Isınması problem oluşturmayışı (kolay soğuması), 9. Sessiz çalışması, 10. Güvenilir çalışma ortamı sağlaması olarak sıralanabilir. Motor birimi rpm/v (KV) dir yani volt başına düşen devir sayısıdır. Fırçasız motorlar aynı zamanda elektronik devrelere de sahip olduğu için çalıştıkları gerilim değer aralıkları fırçalı motorlara göre daha kısıtlıdır. Motor ve elektronik kontrolör arasındaki voltaj ve akım uyumluluğu sağlanmalıdır Fırçasız Doğru Akım Motorunun Matematik Modelinin Elde Edilmesi Modeli elde edilmek istenen motor birçok kontrolör sistem tasarımı gibi doğrusal bir sistem gerektirir. Sistemin matematik modelinin doğrusal olmaması bazı varsayımların 13

23 yapılmasına neden olmuştur. Böylece model doğrusallaştırılmış olur [5]. Şekil 5. te fırçasız DA motorunun eşdeğer devresi verilmiştir. Şekil 5. Fırçasız DA motoru eşdeğer devresi Devrenin toplam gerilimi V aşağıdaki denklemde verilmiştir, V=L +RI+ (2.1) ve denklemde yer alan zıt-emk gerilimi ; = (2.2) olarak yerine konulmak kaydıyla temel gerilim denklemi aşağıdaki hali alır. V=L +RI+ (2.3) Burada manyetik alanın sabit olduğu kabul edilip, manyetik akının akım cinsinden ifadesi yazılacak olursa; T= (2.4) denklemi elde edilir. Motorun temel mekanik özellikleri atalet momenti ve sürtünme momenti dir. Sürtünme genellikle hızın doğrusal olmayan bir fonksiyonudur ve en azından hıza oransal bağlı kısmını göstermek üzere viskoz sabiti adını alan bir terimi takip eder şekilde ifade 14

24 edilir. Dω. Yük ise sabit tersinir moment ve buna ek olarak bir sürtünme ile ifade edilir. Tüm bu değerleri hesaba katarak motorun mekanik denklemi aşağıdaki gibi olur. T= (2.5) Hız ve uygulanan gerilim cinsinden transfer fonksiyonuna erişmek için, elde edilen denklemlerin Laplace dönüşümleri alınarak; V=( )I+ (2.6) denklemi elde edilir ve manyetik alanın akım ifadesinden de yola çıkarak; T= (2.7) denklemi elde edilir. Sürtünme momentinin (Tf) ve yük momentinin ( ) motor transfer fonksiyonunu etkilemeyeceği göz önüne alınırsa motor mekanik denklemi aşağıdaki gibi elde edilecektir. = [ ] (2.8) Fırçasız Doğru Akım Motoru Kulanım Alanları Fırçasız DA motorları özellikle fanlarda, basınçlı hava makinelerinde, otomobillerde kullanılan otomatik kontrollü klimalarda, otomobil sileceklerinde, hard disk ve CD-Rom gibi bilgisayar cihazlarında, hobi radyo kontrollü projelerde, hobi arabalarında, hobi helikopterlerinde ve yüksek hız gerektiren yerlerde kullanılmaktadırlar. 15

25 Sürücü Sistemi Motor sürücü devreleri kullanım yerleri ve karşılanması gereken ihtiyaçlar bakımından farklılık gösterir bu nedenle sürücüler sensörlü ve sensörsüz sürücü olarak ikiye ayrılır. Pozisyon etki sensörleri içeren sürücüler sensörlü sürücü, bu sensörleri içermeyen sürücüler sensörsüz sürücüdür. Sensörsüz sürücüler sensör mıknatısları, sensör telleri ve baskı devre gibi sensör kullanımı sonucu oluşacak sorunları içermediğinden sistem daha az parçayla daha güvenilir hale gelir. Aracın su altında kullanılması nedeniyle sensörsüz sürücü kullanılmıştır. Ancak bu metodun kullanılmasına bağlı olarak mikro işlemci üzerindeki A/D çevirici, karşılaştırıcı ve süzgeç devresinin çok hızlı olması gerektiği için, hazır ve standartlara uygun sürücü devresi kullanılmıştır. Motor ve sürücü uyumu kontrol açısından çok önemlidir. Yani sürücü devresinin verebileceği maksimum akım ile motorun çelebileceği maksimum akım değeri aynı veya sürücü kapasitesinin motora göre daha yüksek olması gerekir. Bunun nedeni motorun ihtiyaç duyduğu akımın sürücü üzerinden tahsis etmesidir. Motorun ihtiyaç duyduğu akım değeri sürücünün verebileceği maksimum akımdan büyük olursa sürücü zorlanıp yanabilir Darbe Genişlik Modülasyonu (DGM) Motor ve sürücü devre arasındaki iletişim bilgisayardan RS232 bağlantısıyla PIC üzerinden sürücüye verilen DGM (Darbe Genişlik Modülasyonu) ile sağlanır. DGM belirlenen bir darbenin, süre, genlik veya diğer parametrelerinin fonksiyonu doğrultusunda değiştirilmesi ile elde edilir. Sürekli olmayan ayrık zamanlı bir işlemdir. Bu yöntemler ile motorun hız kontrolü yapılabilir ve motor durdurulup dönüş yönü hareketi sağlanabilir. DGM analog devrelerin sayısal çıkışlarının kontrolünde kullanılan, en yaygın ve en yüksek verimli yöntemdir. Darbe genişlik modülasyonunda genişlikleri farklı genlikleri aynı olan darbeler üretilir. Bir DGM darbesinin çıkışında bulunan, dalganın oluştuğu bir periyotluk süre dahilinde çıkış sinyalinin yüksek seviyede bulunduğu zaman yüzdesine doluluk boşluk oranı denir. 16

26 Modülasyonda doluluk boşluk oranı devir hızını belirlerken frekans ise kayıpları ve performansı belirler. Sistemin çalışmasında hız değişimleri yavaş ve sabit hızlarda ise DGM frekansı azaltılır böylece kayıplar azalır dolayısı ile verim artar. Motor kontrolünde elde edilecek ortalama değer üretilen sinyalin doluluk boşluk oranına bağlıdır. Bir DGM darbesinin tepe noktasında kaldığı bölgeye tepede kalma süresi, aşağıda kaldığı bölge ise alçakta kalma süresi olarak adlandırılır. Genel olarak bu değerin sınır aralığı 0 V - 5 V arasındadır. DGM dalganın bu belirlenen genişliği değiştirilerek (0 V- 5V) arasında istenen bir gerilim değeri elde edilir Aydınlatma Sistemi Su altında ışık belirli derinliğe kadar iletilir ancak iletilen ışık yeterli olmaz. Bunun nedeni ışığın suyun her tabakasında kırılmaya uğramasıdır. Kırılma etkisinin fazla olduğu derinliklerde aracın net görüntü alabilmesi için ışıklandırması yapılması zorunlu hale gelmiştir. Aydınlatma sistemi üç adet üçlü yapıda yani toplamda dokuz led kullanılarak sağlanmıştır. 12V gerilim ve 1.5A akımla çalışan 107 lümenlik beyaz ışık veren bu ledler yalıtım yapılmaksızın yapışkan bantlarla aracın ön kısmına tutturulmuştur Sensörler ve Transduserler Fiziksel ortam değişikliklerini algılayan cihazlara sensör, aldığı bilgiyi elektrik enerjisine çeviren cihazlara ise transdüser adı verilmektedir. Sensörlerle alınan bilgiler elektrik sinyaline çevrildikten sonra, elektronik devreler tarafından yorumlanarak mekanik aletlerle kumanda edilebilirler. Bu çalışma prensibi doğrultusunda hem günlük hayat daha kolay hale gelmektedir, hem de ürünlerin endüstriyel üretim süreci kısalmaktadır. Sensörler ve transdüserleri kesin çizgilerle birbirinden ayırmak zordur. Sensörler ortam değişikliklerini algılarken, transdüserler ise iki farklı sistem arasında bilgi nakli yapan elemanlardır. Dışardan enerji kaynağı kullanmaksızın kimyasal veya fiziksel büyüklükleri elektriksel büyüklüklere çeviren sensörlere pasif sensör, bu çevirme işleminin gerçekleşmesi için harici enerji verilmesi gereken sensörler aktif sensörlerdir. 17

27 Araç içerisinde suyun sıcaklığı bilgisinin alınması için sıcaklık sensörü ve aracın bulunduğu derinlik bilgisinin alınması içinse basınç sensörü kullanılmıştır Entegre Silikonlu Basınç Sensörü MPX5999 Basınç; birim alana etki eden kuvvettir. Kullanılan sensör serilerdeki piezorezistif dönüştürücüler silikonlu entegrelerdir. Geniş uygulama alanlarına sahip bu sensörler bir mikroişlemci veya mikrodenetleyicilerle sağlanabilirler. Sensör yüksek seviyeli analog çıkış sağlayan mikro işleme tekniklerini, bipolar işleme oranını tek bir elemente dönüştürür. Sensör genel özellikleri; 1. Maksimum %2,5 hata oranı ile birlikte 0-85 C arası çalışma aralığı sunar. 2. İdeal mikroişlemci veya mikro denetleyici tabanlı sistemleri için uygunluğu vardır. 3. Mutlak ve diferansiyel yapılandırmaları mevcuttur. 4. Patentli silikon kesme gerilmesi mevcuttur. MPX5999D basınç sensörünün bilinmesi gereken bazı özellikleri; 1. Kullanılacak birim; 1.0kPa (kilopascal) = psi dir. 2. Çıkış voltaj aralığı 0,2V ile 4,7V arasında değişmektedir. 3. Offset olarak tanımlanan çıkış voltajının minimum basınç değeridir. 4. Doğruluk oranı aşağıdaki özellikleri içermektedir. a) Lineerlik(Doğrusallık): Belirtilen basınç aralığında basıncın düz bir çizgi halinde sapma değeridir. b) Histerisiz Sıcaklığı: Sıfır basınç farkı ile minimum veya maksimum çalışma sıcaklığı noktaları arasında bir döngü yaptıktan sonraki herhangi sıcaklık sapması olan noktadır. c) Histerisiz Basıncı: 25 C de minimum ve maksimum basınç aralığında tam bir döngü yaptığı andaki çıkış sapmasıdır. 18

28 d) TcSpan değeri: Gerçek sıcaklığı 25 C de fakat 0 C ile 85 C arasındaki göreceli çıkış sapmasıdır. e) TcOffset: Gerçek sıcaklığı 25 C fakat 0 ile 85º arasında uygulanan minimum basınçtaki çıkış sapmasıdır. f) Nominal Sapmalar: 25 C deki yüzde değeri olarak belirlenen sapmadır. g) Tepki Süresi: Çıkışın herhangi bir adım değişikliğine maruz kaldığında son değerin %10 dan % 90 değerine giderken harcanan artımlı süredir. MPX5999D serisinin nominal transfer değeri (4.1) ve (4.2) formüllerinde verilmiştir. Bu formüller; sensörün bir yüzündeki hava basıncı ile diğer yüzündeki su basıncının arasındaki oran farkından ortam basıncını vermektedir.[6]. ( : sensöre uygulanan gerilim, = çıkış gerilimi, P değeri ise çıkış gerilim ile orantılı basınç değeridir.) = (P x 0, ) ± Hata Payı (4.1) =5.0 (4.2) LM35 Sıcaklık Sensörü Sıcaklık sensörü, uygulamada bulunan sıcaklık değerini algılayarak bir direnç ve gerilim değerine dönüştüren elemandır. Su altındaki ısı bilgisi alınabilmesi için kullanılacak olan LM35 sıcaklık sensörü analog çıkışlı olup 2,7 V ile 5V arasında besleme verilerek yine bu değer aralığında çıkış voltajı üretir. Sıcaklık sensörü devrede bir diyot halinde kullanılmaktadır. Devreye sabit bir akım uygulandığı takdirde gerilim düşümü Kelvin başına 10 mv değer civarındadır. Çıkış voltajı uygulanan akımdan bağımsız olarak değişir. Sensörün akım değeri ise 0.4mA ile 5mA arasında değişmektedir. Sıcaklık oranı; -55 ile +150 C ye kadar tipik hata oranı ise 1,3 ºC dir. 19

29 Bölgesel olarak sıcaklık hata oranı maksimum ve minimum da ± 6ºC olarak değişirken; çıkış empedans değeri ise 0,6 ohmdur. Çalışma sıcaklık aralığı -40ºC ile 100ºC arasındadır. Kolayca kalibre edilebilir ve 1 ohmdan daha az dinamik empedansa sahiptir. Bağlı olduğu PIC devresinde alınan 10 bitlik değer 10mV/ K ölçüm faktörünü kullanılan sıcaklık değeri voltaj değerine dönüştürülmüş ölçüm yapılmıştır [7] Kamera Sistemi Sualtı aracının yapım amaçlarından biri olan su altı gözlemi yapılabilmesi için projede kamera sistemi kullanılmıştır. Sualtı kamerasıyla görüntü aktarımı kablosuz şekilde yapılamadığından projede kullanılmak üzere web cam kullanılmasına karar verilmiştir. Su altında görüntü almak için kullanılacak olan kamera 720 piksel 1280 x 720 özelliğindedir. Bağlantısı USB 2.0 şeklindedir. Alınan kamera görüntüsü USB bağlantısıyla bilgisayara aktarılarak su altı gözlemi yapılmıştır. 20

30 3. TASARIM İnsansız sualtı aracı genel tasarımı birçok deneme sonucunda oluşturulmuştur. Gerek aracın su üstünde kalabilmesi gerekse kontrollü olarak su altına indirilebilmesi tasarımın birkaç kere değiştirilmesine yol açmıştır. Araç; gövde, iki yanında su haznesi, gövdenin ön tarafına ve içerisine yerleştirilen hazneler ve kabloların bağlantı noktası olmak üzere dört kısımdan oluşturulmuştur. Sualtı aracının genel görüntüsü şekil 6. da verilmiştir. Şekil 6. Araç genel görüntüsü Araç parçalarını daha detaylı inceleyecek olursak; 3.1. Gövde Aracın merkezini oluşturan 35,5 cm uzunluğunda, 25,4 cm genişliğinde ve 10 cm yüksekliğinde bu yapı; üzerinde aracın aşağı-yukarı hareketini sağlayan orta motoru bulundurmaktadır. Orta motor gövdeye merkezlenmiş şekilde yerleştirilen 13 cm çaplı ve 15 cm yüksekliğinde silindirik hazneye montelenmiştir. Bu hazne motorun hareketi sırasında suyolu oluşturularak aracın daha rahat hareket etmesini sağlamıştır. Gövde ve orta motorun bire bir ölçümlü boyutlarda çizimi şekil 7. de verilmektedir. 21

31 Şekil 7. Araç ana gövde görüntüsü 3.2. Su Hazneleri Gövdenin sağ ve sol tarafına tutturulmuş olarak duran bu iki hazne 40 cm uzunluğunda ve 7,5 cm çapındadır. Üzerine su alması için iki adet delik açılmıştır. Delikler 5cm- 2 cm ebatlarında olup dikdörtgen şeklindedir ve motorun hareketiyle kontrollü olarak batırılabilmesi için silindirlerin referans orta çizgilerine göre daha yukarıda açılmışlardır. Her hazne üzerinde aracın sağ ve sol hareketini sağlamak adına birer adet motor su haznelerinin merkezlerinde olacak şekilde montelenmiştir. Şekil 8. de yan hazne görüntüleri verilmiştir. Şekil 8. Su haznesi görüntüsü 22

32 3.3. Kapalı Hazneler Araçta su ile temasını engellenmesi gereken aparatlar kapalı hazne içine alınmıştır. Araçta toplamda üç adet kapalı hazne bulunmaktadır. Birinci hazne aracın ön tarafına tutturulmuş olan kamera haznesidir. Hazne içerisine kameranın yanında görüntünün daha net alınabilmesi için ledler de yerleştirilmiştir. Kamera haznesi görüntüsü şekil 9. da verilmiştir. Şekil 9. Kamera haznesi görüntüsü İkinci hazne motor sürücü devrelerini bulunduran haznedir. Hazne 14 cm uzunluğunda 7 cm yüksekliğinde ve 4 cm genişliğindedir. Üç adet sürücü devresi üst üste birbirlerine değmeyecek şekilde yerleştirilmiştir. Sürücü haznesi görüntüsü şekil 10. da verilmiştir. Şekil 10. Sürücü haznesi görüntüsü 23

33 Üçüncü hazne; sıcaklık ve basınç sensörlerinin, sürücü kontrol devrelerinin ve RS-232 bağlantısının bulunduğu haznedir. Hazne içerisinde bir adet baskı devre bulunmaktadır. Görüntüsü şekil 11. de verilmiştir. Şekil 11. Kontrol devresi görüntüsü 3.4. Araç Aparatlarının Kablo Bağlantı ve Besleme Noktaları Kamera USB bağlantısı, sürücü kontrolü için RS-232 bağlantısı ve aracın beslemesini sağlayan kabloların toplandığı kısım sürücü haznesinin üstüne yerleştirilmiştir. Şekil 12. de görüntüsü bulunmaktadır. Şekil 12. Kablo bağlantı noktası görüntüsü 24

34 4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Araç kontrolü; oluşturulan arayüz ve devre arasında bulunan RS232 bağlantısı ile PIC üzerinden gerçekleştirilmiştir Kontrol Devresi Şekil 13. Araç kontrol devre şeması Şekil 13. de verilen görüntü kontrol devresinin bağlantılarını göstermektedir. Kontrol devresi içerisinde; basınç sensörü devresi (M1), PIC bağlantısı (U1) ve kristal osilatörü (X1), sıcaklık sensörü devresi (U2), aydınlatma için anahtarlama devresi, RS-232 bağlantısı (J1) ve MAX232 bağlantısı (U3), orta motor yönünün değiştirilmesi için kullanılan rölelerin anahtarlama devreleri bulunmaktadır. Devre üzerinden arayüz bağlantısı ile kontrolü sağlanan aracın suda hareketi sağlanmıştır. Sıcaklık sensörünün 1 ucu beslemeye, 3 ucu toprağa bağlanmıştır. Analog çıkış olan 2 ucu ise PIC in ADC girişine bağlanmıştır. 25

35 Basınç sensörü bağlantısı; 2 ucu toprağa, 3 ucu pozitif beslemeye ve analog çıkış alınan 1 ucu ise PIC in A1 pinine bağlanmıştır. Sistemde, şekil 14. te de gösterildiği gibi 3 adet anahtarlama devresi (transistörlü anahtarlama devresi) kullanılmıştır. Bu devrelerden ikisi orta motorun dönüş yönünü değiştirme için kullanılırken diğeri anahtarlama devresi için kullanılmıştır. Basit bir biçimde anahtarlama devresinin çalışma prensibini anlatacak olursak; Transistörün base ucuna 0 Volt uygulandığında transistör kesimde olmakta, diyotlara paralel bağlanacak olan röleden akım geçmemekte ve röle iletimde olmamaktadır. Transistörün base ucuna 5 Volt uygulandığında transistör iletimde olmakta, röleden akım geçmekte ve röle iletime geçmektedir. Şekil 14. Anahtarlama devreleri Kullanılan PIC e verilen komutlar ve görevleri çizelge 3. te belirtilmiştir. Programla kısmında yazılan kodlara göre, durum bilgisi doğrultusunda ledlerin ve motorların durumları belirtilmiştir. Bu panellerdeki kontroller, seri porta gönderilen byte türünde veriler ile sağlanmaktadır. 26

36 Çizelge 3. Bilgisayardan PIC e giden veriler Durumlar Görevleri 0 Bütün motorları durdurur. 1 Sola dönüş için sağ motoru çalıştırır. 2 Sağa dönüş için sol motoru çalıştırır. 3 İleri hareket için sağ ve sol motor çalıştırılır. 4 Yukarı hareket için orta motor çalıştırılır. 5 Aşağı hareket için orta motor ters yönde çalıştırılır. 6 Aydınlatma sistemi aktifleştirilir ve ledlere enerji gider. 7 Aydınlatma sistemi pasifleştirilir ledlere enerji gitmez Kullanıcı Arayüz Parçaları Kullanıcı arayüzü görünümü şekil 3. te verilmişti. Arayüz parçaları daha detaylı olarak bu bölümde incelenmiştir. Arayüzde bulunan yedi adet panel şu şekildedir; bağlantı paneli, hareket kontrol paneli, joystick kontrol paneli, sensör bilgi paneli, veri gönderme paneli, aydınlatma paneli ve video görüntü paneli Bağlantı Paneli Bu panelde hangi port ile iletişim sağlanacağı belirlenmektedir. İçerisinde bir adet açılan kutu (combobox) ve bir adet buton bulunmaktadır. Açılan kutu nesnesinde bilgisayardaki seri portlar listelenmektedir. Seçili olan porta bağlantı sağlanır, bağlantının kesilmesi istendiği durumda Bağlantıyı Kes butonuna basılır. Bağlantı panelinin arayüzdeki görüntüsü şekil 15. te verilmiştir. 27

37 Şekil 15. Bağlantı paneli Hareket Kontrol Paneli Hareket kontrol paneli; cihazın su içerisinde sağa, sola, ileri hareketlerinin yanı sıra suya dalma ve sudan çıkma hareketlerinin kontrol edildiği, bununla birlikte motor hızının arttırıldığı paneldir. Şekil 16. da verilen hareket kontrol paneli arayüzünde üç adet yön butonu (sağ ve sol yan motorların kontrolünü sağlayan) ve iki adet derinlik (orta motor kontrolünü sağlayan) ayar butonu ve motor hızlarının arttırılmasının sağlandığı hız kadranı bulunmaktadır. Şekil 16. Hareket paneli CCS C programında motor kontrolünün sağlanması için yazılan program kodları aşağıda verilmiştir. 28

38 #include <16f877.h> #device ADC=10 #fusesxt,nowdt,noprotect,nobrownout,nolvp,noput,nowrt,nodebug,no CPD #use delay (clock= ) #use rs232 (baud=9600, xmit=pin_c6, rcv=pin_c7,parity=n,stop=1) unsigned int32 hiz=0, gelen=0; int durum=0,durum1=0,durum2=0; unsigned long int bilgi; int16 sicaklik, basinc; #int_rda void seri_data_geldi() { disable_interrupts(int_rda); gelen = getch(); if(gelen <= 5) { durum = gelen; } else if(gelen == 6) { durum2 = gelen; } else if(gelen == 7) { durum2 = gelen; } else { hiz = gelen * 10; } 29

39 } void main() { setup_adc(adc_clock_div_8); setup_adc_ports(all_analog); setup_psp(psp_disabled); setup_spi(spi_ss_disabled); setup_timer_0(rtcc_internal RTCC_DIV_1); setup_timer_1(t1_disabled); setup_timer_2(t2_disabled,0,1); enable_interrupts(global); set_tris_d(0x00); while(1) { enable_interrupts(int_rda); if(durum == 0) { output_high(pin_d1); output_high(pin_d2); output_high(pin_d3); delay_us(900); output_low(pin_d1); output_low(pin_d2); output_low(pin_d3); delay_ms(20); } else if(durum == 1) { output_low(pin_d1); output_low(pin_d2); output_high(pin_d3); delay_us(hiz); 30

40 output_low(pin_d3); delay_ms(20); } else if(durum == 2) { output_low(pin_d1); output_high(pin_d2); output_low(pin_d3); delay_us(hiz); output_low(pin_d2); delay_ms(20); } else if(durum == 3) { output_low(pin_d1); output_high(pin_d2); output_high(pin_d3); delay_us(hiz); output_low(pin_d2); output_low(pin_d3); delay_ms(20); } else if(durum == 4) { output_high(pin_b0); output_low(pin_b3); output_high(pin_d1); output_low(pin_d2); output_low(pin_d3); delay_us(hiz); //t2 output_low(pin_d1); delay_ms(20); 31

41 } else if(durum == 5) { output_low(pin_b0); output_high(pin_b3); output_high(pin_d1); output_low(pin_d2); output_low(pin_d3); delay_us(hiz); //t2 output_low(pin_d1); delay_ms(20); } if (durum2 == 6) { output_low(pin_d4); } else if (durum2 == 7) { output_high(pin_d4); } 32

42 Joystick Kontrol Paneli Aracın hareketi bilgisayar kontrolünün yanı sıra butonla harekete ek olarak kullanıcının kolay kullanımı joystick ile de sağlanmıştır ve panel görüntüsü şekil 17. de verilmiştir. Araç dışardan bir joystick ile arayüzde bulunan diğer kontrol butonlarının pasif edilmesi kaydı ile kontrol edilebilir. Şekil 17. Joystick kontrol paneli Sensör Bilgi Paneli Cihazda bulunan basınç ve sıcaklık sensörlerinden alınan anlık bilgileri göstermektedir. Sensör paneli arayüz görüntüsü şekil 18. de verilmiştir. PIC den bilgisayara gelen veriler 1 ile başlıyorsa sıcaklık değeri alınır, 1 büyük bir değerle başlıyorsa basınç değeri alınır. Her sensörden saniyede bir bilgi alınmaktadır. Bu bilgiler veri tabanında kaydedilip geçmişe ait verilerin grafikleri de çizdirilebilmektedir. 33

43 Şekil 18. Sensör paneli CCS C programında sıcaklık ve basınç sensörleri için yazılan kodlar aşağıda verilmiştir. //sıcaklık değerinin okunması ve gönderilmesi set_adc_channel(0); bilgi = read_adc(); sicaklik = (( * bilgi) * 100) + 100; printf("%ld",sicaklik); //basınç değerinin okunması ve gönderilmesi set_adc_channel(1); bilgi = read_adc(); basinc = ((( * bilgi) - (5 * 0.04)) / (5 * )) + 200; printf("%ld",basinc); enable_interrupts(int_rda); 34

44 Veri Gönderme Paneli Şekil 19. da görüntüsü verilen paneldir. Araca veri gönderilmek istendiğinde açılan kutuya veri girilir ve gönder butonuna basılır. Şekil 19. Veri gönderme paneli Programda veri göndermek için send fonksiyonu tanımlanmıştır. public void send(byte data) { if (serialport1.isopen) { byte[] buffer = { 0 }; buffer[0] = data; serialport1.write(buffer, 0, 1); } Else { messagebox.show( Port açık değil, Hata ); } } Örneğin program içinde herhangi bir buton fonksiyonunun içine send(100) yazılarak pice 100 verisi gönderilmektedir. 35

45 Aydınlatma Paneli Bu panel, cihaz içerisinde bulunan aydınlatma sisteminin kontrolünü sağlamaktadır. Aydınlatma sistemini, sadece gerektiğinde çalıştırılması için hazırlanmıştır ve kontrolü anahtarlama devresiyle sağlanmıştır. Aydınlatma panelinin görüntüsü şekil 20. de verilmiştir. Sarı lamba durumu ışığın yakılmak istenmesi durumunda (ledlerin sönük olması sonucu istenen durum), gri lamba ise ışığın kapatılmak istenmesi durumunda (ledlerin yanıyor olması sonucu istenen durum) aktif edilir. Ayrıca lambaların sualtı ışık durumuna göre açılıp kapatılmasını sağlamak amacı ile tetikleme devresi kullanılmaktadır. Şekil 20. Aydınlatma paneli Görüntü Paneli Cihaz içerisinde bulunan kameradan alınan sualtı görüntüsünü kullanıcıya aktaran paneldir. Panelde üç adet buton bulunmaktadır. Orta buton görüntü alma işlemi yapan cihazın faaliyetini durdur, ilk buton durdurma işini sona erdirir (görüntü alma devam eder), üçüncü buton anlık fotoğraf kayıt işlemleri için kullanılır. Panel görüntüsü şekil 21. de verilmiştir. 36

46 Şekil 21. Görüntü paneli 4.3. Karşılaşılan Zorluklar ve Alınan Önlemler Proje kapsamında yapılan deneysel çalışmalarda karşılaşılan zorluklar genellikle su ortamından kaynaklı olup, araç parçalarının izolasyonu ile sorun ortadan kaldırılmaya çalışılmıştır. Diğer bir sorun bağlantı kablolarının gerekli akımı taşıması ve sağlığı tehlikeye atmayacak şekilde iletimi sağlamasıydı. Bu nedenle araç beslemesinde kullanılan 12V, 50 Hz şebeke standartlarını sağlamaktadır ve araç içi bağlantılarda kullanılan kablolar TSE standartlarına uyar. Motor sürücülerinde ise EMC (Electro Magnetic Compliant) standartlarına uygun olarak üretilen sürücüler kullanılmıştır. Aracın su içerisinde kontrollü hareketi kontrol ünitesi, motor hareketleri bunun yanında aracın dinamik yapısına da bağlıdır. Örneğin herhangi bir noktada hava kalması araç batırılmasını olumsuz yönde etkilemiştir. Bu nedenle aparatların bulunacağı hazneler hava kalmayacak şekilde vakumlanıp, gerekli izolasyon sağlanarak araca monte edilmiştir. 37

47 4.4. Baskı Devre Çizimi tamamlanan kontrol devresinin sualtı aracına montelenmesi için baskı devre şeması şekil 22. de gösterildiği gibi hazırlanarak devre ekipmanları üzerine yerleştirilmiştir. Şekil 22. Baskı devre şeması 38

48 5. SONUÇLAR 5.1. Motorların PIC ile Kontrolü Sualtı aracı hareketinin iki adet yan (özdeş) ve bir adet orta motor olmak üzere toplam üç motorla sağlandığından önceki kısımlarda bahsedilmişti. Motorların çalışması ve kontrolü PIC C Compiler programı ve 16f877 işlemcisi kullanılarak sağlanmıştır. Bilgisayardan PIC in C7 pinine değerler gönderilerek, bu değer sonucunda D1 pininden (orta motorun), D2 pininden (sağ motorun) ya da D3 pininden (sol motorun) çıkış sinyalleri alınmıştır. Aşağıda bahsedilen tanımlarda pinler direkt motora bağlanmış gibi algılanabilir ancak pin D1, D2, D3 çıkış uçları sürücü kısmına bağlantılıdır dolayısıyle motorla da bağlantısı da yapılmıştır. Durum 0: Motorların çalışmaya hazır şekilde bekletildiği durumdur. Bu durumdayken araç çalışmaz ancak C7 pinine uygun değer gönderilmesini bekler. Motorun çalışmaya hazır olduğu, motora sürücü üzerinden verilen işaret sonucunda motordan uygun ses gelmesiyle anlaşılır. Bilgisayardan PIC e çalışmasını sağlayacak değer gönderilmediği durumda üç motor için de 20.09ms periyot, Hz frekansında DGM gözlenmiştir. Orta motor için çalıştırılmaya hazır olarak bekletildiği haldeki osiloskop görüntüsü şekil 23. te verilmiştir. Şekil 23. D1 pininden alınan osiloskop görüntüsü 39

49 D2 pinine bağlı sağ motorun çalışmaya hazır durumda olduğunu gösteren grafik şekil 24. te verilmiştir. Şekil 24. D2 pininden alınan osiloskop görüntüsü D3 pinine bağlı sol motorun çalışmaya hazır olduğu durumda D3 pininden alınan osiloskop görüntüsü şekil 25. te verilmiştir. Şekil 25. D3 pininden alınan osiloskop görüntüsü Durum 1: Hazır durumda bekletilen motorlara bilgisayardan sadece C7 pinine sırasıyla 150, 170, 190 ve 200 değerlerinde veriler gönderilerek osiloskop görüntüleri kaydedildi. 40

50 C7 pinine 150 değeri gönderilmesi sonucunda D1 pininde 21.5ms periyodunda ve Hz frekansına sahip DGM şekil 26. da verilen grafikte gözlenmiştir. Şekil 26. Verilen 150 değeri için D1 pininden alınan osiloskop görüntüsü Şekil 27. de C7 pinine 170 değeri gönderilmiş ve D1 pininden ms periyotlu ve Hz frekanslı DGM işaretinin osiloskop görüntüsü alınmıştır. Şekil 27. Verilen 170 değeri için D1 pininden alınan osiloskop görüntüsü Şekil 28. de C7 pinine 190 değeri gönderilmiş ve D1 pininden ms periyotlu, Hz frekanslı DGM dalga şekli gözlenmiştir. 41

51 Şekil 28. Verilen 190 değeri için D1 pininden alınan osiloskop görüntüsü Şekil 29. da C7 pinine 200 değeri gönderilmiş ve 22 ms periyotlu ve Hz frekanslı DGM işaretin osiloskop görüntüsü verilmiştir. Şekil 29. Verilen 200 değeri için D1 pininden alınan osiloskop görüntüsü Durum 2: İleri yönlü hareketin sağlandığı durumdur. Bu hareket yan motorların pervane dönüşlerinin ters yönde yapılmasıyla sağlanmıştır öyleki orta motor devre dışıdır. 42

52 C7 pinine 100 değeri gönderilmiş ve osiloskopta 21ms periyotlu Hz frekanslı DGM dalga şekli şekil 30. da gözlenmiştir. Şekil 30. Verilen 100 değeri için D2 pininden alınan osiloskop görüntüsü C7 pinine 150 değeri gönderilmiş ve şekil 31. de verilen 21.5 ms periyotlu ve Hz frekanslı DGM dalga şekli gözlenmiştir. Şekil 31. Verilen 150 değeri için D2 pininden alınan osiloskop görüntüsü 43

53 C7 pinine 100 değeri gönderilmiş ve şekil 32. de verilen 22 ms periyotlu ve Hz frekanslı DGM dalga şekli gözlenmiştir. Şekil 32. Verilen 100 değeri için D3 pininden alınan osiloskop görüntüsü Şekil 33. te de C7 pinine 150 değeri gönderilmiş ve 21.5 ms periyotlu ve Hz DGM dalga şekli gözlenmiştir. Şekil 33. Verilen 150 değeri için D3 pininden alınan osiloskop görüntüsü 44

54 6. YORUMLAR DEĞERLENDİRMELER İnsansız sualtı aracı, gelişen teknoloji ile birlikte insan gücünü en aza indirerek, zamandan tasarruf etmek ve sağlığa yönelik tehlikeleri ortadan kaldırmak amacı ile su ortamında gereksinimi artan bir araç haline gelmiştir. Boyutu, ağırlığı ve kontrol mekanizması ile kullanıcılara kolaylık sağlayan insansız sualtı aracı belirli sıcaklık, basınç değerleri alma ve sualtında görüntü alma özellikleri ile birlikte gerek hobi gerekse bilimsel araştırmalara ışık tutacak niteliktedir. Kullanılan motorların sessiz çalışma özelliği; özellikle sualtı bilimsel çalışmalarda sualtında yaşayan canlıların yaşamlarına engel oluşturmayacak nitelikte olup, renk ve tasarımı ile sualtı yaşamına uygunluk sağlamaktadır. Proje boyunca yapılan çalışmalarda motor kontrollerinin hangi elektronik elemanlarla ve hangi program kodları ile sağlanacağı kavranmış aynı zamanda sualtı veri toplamak amaçlı kullanılan sensörlerin kullanım ve değerlendirilmesi hakkında bilgi ve deneyim sahibi olunmuştur. Baskı devre çalışmalarının çizim uygulaması ve gerekli bağlantılarının uygun izolasyonlar ile yapılması edinilen bilgiler kapsamındadır. Proje; çalışılan sualtı ortamının şartlarından dolayı mekanik aksamın su içerisindeki hareketi ve duruşu konusunda geniş çaplı araştırmalar yapma imkanı sunmuştur. Yapılan çalışmalar doğrultusunda, orta seviye bir bütçe ile bir sualtı aracı tasarlanarak; laboratuvar çalışmaları ile birlikte amaçlarına uygun olarak yapılan tasarım, uygulamaya dönüştürülmüştür. Proje doğrultusunda edinilen her türlü bilginin ve tecrübenin grup üyelerine mühendislik yaşamı boyunca problemlere ışık tutması hedeflenmektedir. 45

55 KAYNAKLAR [1]. P.W., Singer, Wired For War, The Penguin Press, New York, [2]. W., Douglas, A Brief History of Unmanned Ground Vehicle (UGV) Development Efforts, Special Issue on Unmanned Ground Vehicles Unmanned Systems Magazine, Volume 13, Number 3, 1995, pp [3]. Ö. Yıldız, A. Yılmaz, ve B. Gökalp, State-of-the-Art System Solutions for Unmanned Underwater Vehicles, Radioengineering, Cilt 18, Sayı 4, s , Aralık, 2009 [4]. S. Bulut ve M. Unveren, HSK Teknik Bülten, [5]. J. R. Hendershot and T. Miller, Design of Brushless Permanent Magnet Motors. [6]. Magna Physics, Publishing and Clarendon Press, Oxford, [7]. MPX5999D dataseheet, Technical Information Center, [8]. LM35 datasheet, National Semiconductor Corporation, U.S.A,

56 EKLER EK 1. STANDARTLAR VE KISITLAR Bitirme Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları cevaplayınız. 1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. İnsansız sualtı aracının su içerisinde sağ, sol, yukarı, aşağı hareketlerini motorlar yardımı ile sağlamak, su altından sıcaklık ve basınç bilgisi almak aynı zamanda görüntü almak gibi işlemleri yerine getiren donanımı ve kontrolü grubumuz tarafından tasarlanmıştır. Yan hazneler 2 adet 7cm çapında orta motor haznesi 13cm çapında,10 cm yüksekliğe sahip 35x25 boyutlarında yaklaşık ağırlığı 5kg dır. 2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü? Proje kapsamında aracın su içerisindeki ağırlığına göre suyun kaldırma kuvvetini göz önüne alarak aracın su içerisindeki hareketi sağlanmıştır. 3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız? C++ dersinde öğrenilen C dili, Elektronik Devreler dersi ve Otomatik Kontrol sistemleri dersinde öğretilen motor kontrolü ve diğer derslerde alınan birçok teorik bilgi proje boyunca kullanılmıştır. 4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir? Araç beslemesinde kullanılan 12V, 50 Hz şebeke standartlarını sağlamaktadır ve araç içi bağlantılarda kullanılan kablolar TSE standartlarına uyar. Motor sürücülerinde ise EMC (Electro Magnetic Compliant) standartlarına uygun olarak üretilen sürücüler kullanılmıştır. 5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir? a) Ekonomi Aynı alanda yapılan diğer uygulamalara karşı bu projede kullanılan her türlü yazılım donanım ve yazılım programı her türlü ekonomik şartlara uygundur. b) Çevre sorunları: Projemizin çevreyi olumsuz etkileyecek herhangi bir etkisi yoktur. Motorlar çalışması esnasında su içerisinde herhangi bir gürültü veya atık madde çevreye verilmemiştir. c) Sürdürülebilirlik: 47