Gömülü Sunucu ile Sıcaklık/Nem Ölçüm ve Kontrol Sisteminin Tasarımı ve Uygulaması

Transkript

1 Gömülü Sunucu ile Sıcaklık/Nem Ölçüm ve Kontrol Sisteminin Tasarımı ve Uygulaması Tülay Turan 1, Gökhan Turan 2 1 Gölhisar Mesleki ve Teknik Eğitim Merkezi, Bilişim Teknolojileri Bölümü, Burdur 2 Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Gölhisar Meslek Yüksekokulu, Bilgisayar Teknolojileri Bölümü, Burdur tulayturan@tulayturan.com, gokhanturan@gokhanturan.com Özet: Bu çalışmada, gömülü sunucu ile Internet üzerinden ortamın sıcaklık ve nem değerleri ölçülmüştür. Aynı zamanda bu değerlerin saklanması için MMC/SD hafıza kartı kullanılmıştır. Ölçülen değerler yerel ağda ya da internet üzerinden gömülü sunucunun IP adresi kullanılarak bilgisayar, akıllı cep telefonu, tablet, akıllı televizyon gibi cihazlardan izlenebilmektedir. Gerçekleştirilen çalışmada, ölçülen değer, belirlenen alt ve üst değer dışında ise herhangi bir cihazı, motoru çalıştırabilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu şekilde ortamın sıcaklık ve nem değerleri hakkında istenilen anda uzaktan bilgi edinilmiştir. Çalışmada sunucu bilgisayar kullanmayıp, seri Ethernet kartı kullanıldığı için, maliyet düşürülmüştür. Sistemin yapısı, seri Ethernet kartına bağlı PIC18F4620 mikrodenetleyici, mikrodenetleyiciye bağlı sensör kartı, MMC/SD kart ve kontrol kartından oluşmaktadır. Geliştirilen yazılım ve web ara yüzüne ait HTML etiketler mikrodenetleyici içindedir. Seri Ethernet kartı, mikrodenetleyiciyle seri haberleşme gerçekleştirerek HTML etiketleri tampon belleğinde barındırmaktadır. Böylelikle, sunucu bilgisayarın yapmış olduğu barınma işini, seri Ethernet kartı yapmaktadır. Seri Ethernet kartına atanan IP numarasıyla beraber internete bağlanan herhangi bir cihaz ile ortamın sıcaklık ve nem değerleri izlenebilmekte ve kontrol işlemleri gerçekleştirilebilmektedir. Anahtar Sözcükler: Sıcaklık, Nem, Mikroc, Mikrodenetleyici, Uzaktan Kontrol Embedded Server with Temperature / Humidity Measurement and Control Systems Design and Implementation Abstract: In this study, ambient temperature and humidity were measured on the Internet with the embedded server. Also for storing these values MMC/SD memory card is used. Measured values can be watched from devices such as computer, smart phone, tablet, smart TV by using the IP address of the embedded server on the local network or the internet. In this study, if the measured value is outside the specified minimum and maximum values, it is designed to start the engine and any device. In this way, the information about the ambient temperature and humidity were obtained from the distance at any time. In this study, serial Ethernet card is used instead of server computers so, the cost is reduced. Structure of the system consists of PIC18F4620 microcontroller, connected to the Ethernet card, sensor card, connected to microcontroller series, MMC / SD card and control card. Developed software and HTML tags belonging to the web interface are in microcontroller. Performing serial communication with microcontroller, serial Ethernet card contains HTML tags in a buffer. Thus, the serial Ethernet card has made the shelter job that the server computer operates. With the IP number assigned to the Ethernet card and any device connected to the internet, environment temperature and humidity values can be monitored and control operations can be performed. Keywords: Temperature, Humidity, Mikroc, Mikrocontroller, Remote Control

2 1. Giriş Günümüzde İnternetin her yere girmesiyle zaman kontrollü sistemler, yerini uzaktan kontrollü sistemlere bırakmaktadır [1]. Bu gibi sistemlerde, uzaktan kontrol tek başına yalın kalmaktadır. Her türlü makine ve cihazların web üzerinden kontrolünün yanında durumu hakkında bilgi almakta önemli bir konu haline gelmiştir. Bundan dolayı, Internet aracılığı ile uzak bir ortamda bulunan bir sisteme erişimi mümkün kılarak, o sistem üzerinde işlem ve gözlem yapılabilmesini sağlayan web tabanlı kontrol uygulamaları geliştirilmiştir [2]. Teknolojideki hızlı gelişmeye paralel olarak artık mekândan bağımsız, kontrol etmek istediklerimiz engellenemez duruma gelmiştir. İnsanlar evlerinin dışındayken dahi evlerindeki elektronik eşyaları kontrol etmek istemektedir. Bunun yanında insanlar, güvenlik kameraları, otomatik kapılar, bahçe sulama sistemleri, sıcaklık ve ısı kontrolleri gibi sistemleri de kontrol etme ihtiyacı duyduğu için otomasyon sistemleri ortaya çıkmıştır. Bu tür sistemlerin gelişmesi için, uygulanabilirliğin artırılması ve maliyetinin düşürülmesi gerekmektedir [3]. Teknolojinin gelişmesi sürdükçe bunların da istenilen ve ulaşılabilen konumlara geleceği öngörülmektedir. Seri Ethernet kartı ile gelişmiş otomasyon sistemleri, internet teknolojileri kullanılarak düşük maliyetlerle sistemler kontrol edilebilir. Seri Ethernet kartı ile oluşturulan sistem, kendi başına çalışan bir web sunucu ile bilgisayar gibi maliyet gerektiren donanımdan bağımsız çalışmaktadır. Seri Ethernet kartı ile yapılacak olan sistem, dünyanın herhangi bir noktasından web üzerinden kontrol edilebilmektedir. Bu çalışmada, ortamın sıcaklık ve nem değerlerinin ölçülmesi, ölçülen değerin, belirlenen değere göre röle kontrolü ve sıcaklık/nem verilerinin MMC/SD hafıza kartına kaydı gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmanın hedefi, internete bağlanan cihazlarla beraber (bilgisayar, akıllı cep telefonu, akıllı televizyon vb.) ortam sıcaklık/nem değerlerini izlemek ve kontrol etmektir. Bu hedef gerçekleştirilirken maliyet en aza indirgenmiştir. Bu konu ile ilgili yapılan çalışmalar incelendiğinde, ölçüm, kontrol ve izleme işlemi için birçok sistemin kullanıldığı gözlenmiştir. Örneğin; gömülü sunucu ile tasarlanmış internet tabanlı sera otomasyon sistemi uygulaması [4], Internet tabanlı sıcaklık kontrol sistemi [5], ısıtma sistemlerinin otomasyonu ve Internet üzerinden kontrolü [6], gerçek zamanlı sistemlerin web üzerinden kontrolünün gerçekleşmesi [7], arduino ile sera otomasyonu [8], Internet destekli sera otomasyonu [9], ZigBee teknolojisine dayalı sıcaklık ve nem izleme sistemi tasarımı [10], akıllı sıcaklık ve nem izleme sistemi tasarımı [11] gibi başarılı çalışmalar bulunmaktadır. Gerçekleştirilen çalışma, yazılım ve donanım olmak üzere iki ana bölümden oluşmaktadır. Yazılım kısmında, sunucu görevi görecek seri Ethernet kartı ve PIC18F4620 mikrodenetleyicisi için MikroC programlama dili kullanılmıştır. Ethernet ve seri haberleşme için ifade edilen programlama dilinin kütüphanelerinden faydalanılmıştır. Donanım kısmında, Aosong Electronics Co.,Ltd firmasının DHT11 sıcaklık/nem sensörü, röle kartı ve MMC/SD kart kullanılmıştır. DHT11 sıcaklık/nem sensörü ile ortamın sıcaklık ve nem değeri, mikrodenetleyicinin analog/dijital dönüştürme özelliğinden faydalanılarak anlık izleme işlemi gerçekleştirilmiştir. İnternet sağlayıcısından alınan sabit IP ile izleme ve kontrol işlemleri dünyanın herhangi bir yerinden, internete girilen herhangi bir cihaz üzerinden yapılabilmektedir.

3 2. Gömülü Sunucu İle Sıcaklık/Nem Ölçüm Ve Kontrol Sistemi Gömülü sunucu ile sıcaklık/nem ölçüm ve kontrol sisteminin tasarımı ve uygulamasını gerçekleştirmek için yapılan çalışma donanım ve yazılım olmak üzere iki ana bölümden oluşmaktadır. Gerçekleştirilen çalışmanın genel şeması Şekil 1 de görülmektedir. Şekil 1. Sıcaklık/nem ölçüm ve kontrol sistemi Araştırmanın ilk aşamasını donanım bölümü oluşturmaktadır. Bu aşamada sistem için gerekli olan elektronik devreler tasarlanmıştır. İkinci aşamayı ise yazılım bölümü oluşturmaktadır. Bu aşamada da PIC18F4620 entegresi için mikroc mikrodenetleyici programlama dilinde yazılım geliştirilmiştir. Bu yazlım ile donanım kısmı bir bütün olarak gerçekleştirilen çalışmayı ortaya koymaktadır Gerçekleştirilen Sistemin Donanımı Bu araştırmadaki donanım bölümü sensör, röle kartı, MMC/SD kartı, mikrodenetleyici ve seri Ethernet kartından oluşmaktadır Sensör Sıcaklık/Nem Sensörü olarak DHT11 kullanılmıştır. Bu sensör PIC18F4620 mikrodenetleyicinin RA0 ayağına bağlanmıştır. Şekil 2 de sensör bağlantısının açık devre şeması görülmektedir. Şekil 2. DHT11 sensörünün açık devre şeması Mikrodenetleyici ve Seri Ethernet Kartı Gerçekleştirilen projede mikrodeneteleyici olarak PIC18F4620 kullanılmıştır. Bu mikrodenetleyicinin Analog/Dijital dönüştürücü özelliğine sahip 13 kanalı bulunmaktadır. Bu 13 kanaldan Şekil 3 de de görüldüğü gibi 4 kanal sensörler için kullanılmıştır. Gerçekleştirilen çalışmada bir adet sensör kullanılmıştır. Ancak ilerleyen zamanlarda başka sensörlerin de bağlanabileceği göz önüne alınarak 3 kanal daha sistemin baskı devresine dahil edilmiştir. DHT11 sensörünün ve ilerleyen zamanlarda bağlanabilecek sensörlerin olduğu kanallar Tablo 1 de yer almaktadır. Sensör DHT11 Mikrodenetleyici Pinleri (ADC Kanalları) RA0/AN0 Boş RA1/AN1 Boş RA2/AN2 Boş RA3/AN3 Tablo 1. Sensörün mikrodenetleyiciye bağlandığı pin

4 Röle ve MMC/SD Hafıza Kartı Mikrodenetleyici kartına bağlı olan röle kartı ile ortamın sıcaklık/nem durumuna göre röle kartına bağlanan cihazlar kontrol edilmektedir. Ölçülen sıcaklık/nem değerleri belirli aralıkta kaydedilmesi için MMC/SD hafıza kartı kullanılmıştır. Röle kartı mikrodenetleyicinin PORTB sine, MMC/SD kart ise PORTD sine bağlanmıştır. Şekil 4 de röle ve MMC/SD hafıza kartının mikrodenetleyiciye bağlantısı görülmektedir. Şekil 3. Mikrodenetleyici açık devre şeması PIC18F4620 mikrodenetleyicisine Seri Ethernet kartı 10 pinli konnektör aracılığı ile bağlanmıştır. Seri Ethernet kartının pinleri ile mikrodenetleyicinin pinleri Tablo 2 deki gibi bağlanmıştır. Seri Ethernet Kartı Bağlantı Pinleri CS Mikrodenetleyici Pinleri RC1 SCK RC3 MOSI RC5 NC - RST RC0 INT - MISO RC4 NC - Tablo 2. Seri Ethernet kartı ile mikrodenetleyici pinleri Şekil 4. Röle ve MMC/SD hafıza kartı Gerçekleştirilen Sistemin Yapısı Tasarımı yapılan tüm kartlar birleştiğinde Şekil 5 te görülen, modüler bir yapıya sahip bir sistem ortaya çıkmıştır. Bu bağlantı yapıldıktan sonra aşağıdaki gibi mikroc de pin tanımlamaları yapılmıştır. // Seri Ethernet kartının pin tanımlamaları sfr sbit SPI_Ethernet_Rst at RC0_bit; sfr sbit SPI_Ethernet_CS at RC1_bit; sfr sbit SPI_Ethernet_Rst_Direction at TRISC0_bit; sfr sbit SPI_Ethernet_CS_Direction at TRISC1_bit; Şekil 5. Sistemin genel görünümü 2.2. Gerçekleştirilen Sistemin Yazılımı Gömülü sunucu ile sıcaklık/nem ölçüm ve kontrol sisteminin yazılımı, MikroElektronika firmasına ait mikroc mikrodenetleyici programlama dili kullanılarak geliştirilmiştir. Geliştirilen yazılımla oluşturulan hex dosyası,

5 Microchip firmasının PICkit2 programlayıcı ve yazılımıyla, PIC18F4620 ye atılmıştır. Geliştirilen yazılım; seri Ethernet kartındaki ENC28J60 entegresine ait MAC adresini ve IP adresini, IP adresiyle beraber tarayıcı (web browser) kullanarak sisteme bağlandığımızda karşımıza çıkacak olan web sayfasına ait HTML etiketleri, veri iletim yöntemini ve sensörün ADC sayesinde okunacak sıcaklık ve nem değerleri için vb. kodları içermektedir. Seri Ethernet kartının pin tanımlamaları sfr sbit SPI_Ethernet_Rst at RC0_bit; sfr sbit SPI_Ethernet_CS at RC1_bit; sfr sbit SPI_Ethernet_Rst_Direction at TRISC0_bit; sfr sbit SPI_Ethernet_CS_Direction at TRISC1_bit; televizyon vb.) mutlaka Internete bağlı olması gerekir. Bununla birlikte seri Ethernet kartı için internet sağlayıcısından (TÜRKTELEKOM) sabit IP kiralanmalıdır. Kiralanan bu IP seri Ethernet kartının IP si olarak atanmalıdır. Sistem yerel ağda çalıştırılacaksa, cihaz ile seri Ethernet kartı, aynı ağda olmalıdır. Cihaza herhangi bir yazılım kurmaya gerek yoktur. Internet tarayıcısı (web browser) sayesinde, seri Ethernet kartının IP sini kullanarak sisteme erişilebilmektedir. Şekil 6 da da görüldüğü gibi Access Point ile sistemin çalıştırılması yerel ağda gerçekleştirilmiştir. ENC28J60 Ethernet denetleyicisinin ağ parametreleri char mymacad[6]={0x61,0x45,0x32,0x15,0x03,0x AA}; //Seri Ethernet kartının MAC adresi char myipaddr[4]={192,168,30,61}; //Seri Ethernet kartının IP Adresi char gwipaddr[4]={192,168,30,254}; //Seri Ethernet kartının ağ geçidi IP adresi char dnsipaddr[4]={192,168,30,61}; //Seri Ethernet kartının DNS IP adresi char ipmask[4]={255,255,255,0}; //Seri Ethernet kartının alt ağ maskesi adresi Şekil 6. Çalışan sistemin görüntüsü Seri Ethernet kartının Access Point cihazına bağlı olmasından dolayı kablosuz ağ üzerinden cep telefonu ve laptop gibi cihazlarla sisteme bağlanarak ortamın sıcaklık ve nem değerleri izlenebilmektedir. Bağlanılacak cihazın web tarayıcısında adres kısmına Şekil 7 de de görüldüğü IP adresi yazılarak sisteme bağlanılmaktadır. Ara yüzde ölçülen sıcaklık/nem değerlerinin daha görsel olması için Google Chart API Kütüphanesi kullanılmıştır Gerçekleştirilen Sistemin Çalışması Gerçekleştirilen sistem, hem yerel ağda hem de Internet üzerinden çalışmaktadır. Sistem, Internet üzerinden çalıştırılacaksa kullanıcı cihazının (bilgisayar, akıllı telefon, akıllı Şekil 7. Çalışan sistemin ekran görüntüsü

6 Gerçekleştirilen sistemde, sıcaklık 26 C nin üstünde ise Röle 1, nem %55 in üzerinde ise Röle 2 devreye girmektedir. Ölçülen değerler bu değerlerin altına düşerse röleler devreden çıkmaktadır. Böylelikle rölelere bağlı olan sitemler bu değerlere göre çalışmaktadır. Rölelerin devreye girmesi ya da çıkması yazılımla gerçekleştirilmiş olunup istenildiği değere ayarlanabilmektedir. // Sıcaklık Değeri 26'dan büyükse Röle 1 aktif olacak. if (sicak>26) { PORTB.F3=1; } else {PORTB.F3=0;} // Nem Değeri %55'ten büyükse Röle 2 aktif olacak. if (nem>55) {PORTB.F4=1;} else {PORTB.F4=0;} Yukarıdaki kod parçacığından da görüldüğü gibi baz alınacak değerler yazılımsal olup, bu değerler değiştirilebilmektedir. 3. Sonuç ve Öneriler Bu çalışmada, gömülü sunucu ile sıcaklık/nem ölçüm ve kontrol sisteminin tasarımı ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Internet tabanlı olarak tasarlanan bu sistem, kullanıcının günün her saatinde, Internet bağlantısı olan bir cihaz üzerinden herhangi bir yerden bağlanmasına olanak sağlamaktadır. Bu tür sistemlerin gelişmesi için, uygulanabilirliğin artırılması ve maliyetinin düşürülmesi gerekiyor. Teknolojinin gelişmesi sürdükçe bunların da istenilen ve ulaşılabilen konumlara geleceği öngörülmektedir. Seri Ethernet kartı ile gelişmiş otomasyon sistemleri, internet teknolojileri kullanılarak düşük maliyetlerle kontrol edilebilir. Sistem kendi başına çalışan bir web sunucu ile bilgisayar gibi maliyet gerektiren donanımdan bağımsız çalışmakta olup, ortamın sıcaklığı ve nemi, dünyanın herhangi bir noktasından web üzerinden, ara yüz ile izlenip, kontrol edilebilmektedir. Bundan önce yapılan uygulamalarda daha çok bilgisayarlı sistemler kullanılmıştır. Bu çalışmada ise bilgisayar kullanmayarak maliyet düşürülmüştür. Gerçekleştirilen bu çalışma, geliştirilmeye açık bir yöntem izlenerek tasarlanmıştır. Çalışma istenirse birçok uzaktan kontrol ve otomasyon sistemlerine uyumlu hale getirilebilir. 5. Kaynaklar [1] U. Alp, H. Ayaz, M. Karadeniz, Ç. Dikici, H. I. Bozma, İnternet Üzerinden Uzaktan Robot Erişimi, 11. Sinyal İşleme Ve İletişim Uygulamaları Kurultayı, İstanbul, Haziran, [2] K. Delikanlı, Uzaktan Erişimli Kontrol Laboratuarı, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, [3] G. Turan, Seri Ethernet Kartı İle İnternet Üzerinden Asenkron Motorların Kontrolü Ve İzlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, [4] M. Baytürk, G. Çetin, A. Çetin, Gömülü Sunucu ile Tasarlanmış İnternet Tabanlı Sera Otomasyon Sistemi Uygulaması, Bilişim Teknolojileri Dergisi, 6(2), 53-57, [5] M. Arslan, İnternet Tabanlı Sıcaklık Kontrol Sistemi, Yüksek Lisans Tezi, Kırıkkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, [6] İ. Atabaş, M. Arslan, İ. Uzun, Isıtma Sistemlerinin Otomasyonu ve İnternet Üzerinden Kontrolü, IX. Akademik Bilişim Konferansı, Kütahya, 31 Ocak-2 Şubat, [7] Z. Candan, Gerçek Zamanlı Sistemlerin Web Üzerinden Kontrolünün Gerçekleşmesi, Yüksek Lisans Tezi, Bahçeşehir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, [8] G. Turan, A. Karakan, B. Uslu, Arduino İle Sera Otomasyonu, II. Uluslararası Kop Bölgesel Kalkınma Sempozyumu, Niğde, Ekim, 2014.

7 [9] T. Aydoğan, A. Çakır, H. Çalış, İnternet Destekli Sera Otomasyonu, VII. Akademik Bilişim Konferansı, Gaziantep, 2-4 Şubat, [10] L. Ke, L. Lifang, H. Ting-lei, Design of Temperature And Humidity Monitoring System Based on Zigbee Technology, Control and Decision Conference, Guilin, , June, [11] Z. Wei-zhao, M. Sheng-qian, F. Man-hong, L. Jinlong, Design Of Temperature And Humidity Intelligent Monitoring System, Electrical and Control Engineering (ICECE) International Conference, Wuhan, , June, 2010