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

Transkript

1 T.C KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKILLI KAHVALTI TABAĞI BİTİRME ÇALIŞMASI SAMET YILANCI TRABZON 2011

2 T.C KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKILLI KAHVALTI TABAĞI BİTİRME ÇALIŞMASI SAMET YILANCI PROF. DR. İ. HAKKI ALTAŞ TRABZON 2011

3 ÖNSÖZ Bu projenin ilk taslaklarının hazırlanmasında emeği geçenlere, projenin son halinin almasında yol gösterici olan Sayın hocam Prof. Dr. Ġsmail Hakkı ALTAġ a, bu çalıģmada bana yardımcı olan Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü öğrencilerinden değerli arkadaģlarım Zafer SATILMIġ ve Cevat AĞIRMAN a en içten teģekkürlerimi sunarım. Ayrıca eğitimim süresince bana her konuda tam destek veren aileme ve bana hayatlarıyla örnek olan tüm hocalarıma saygı ve sevgilerimi sunarım. Samet YILANCI TRABZON, 2011 II

4 İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖNSÖZ... II ĠÇĠNDEKĠLER... III ÖZET... V 1. GĠRĠġ Projede Kullanılan Malzemeler Step Motor GiriĢ Step motorların Kullanım Alanları Step Motorların Avantajları Step Motorların Dezavantajları Step Motor Yapısı Step Motor ÇalıĢma Prensibi Step Motorların Uçlarının Bulunması Step Motor Kontrolü ULN2003A Entegresi CNY 70 Sensör PIC16F628A Mikrodenetleyicisi Bellek Organizasyonu Besleme Uçları Ve Bağlantıları Osilatör Konfigürasyonları Sıfırlama GiriĢ / ÇıkıĢ ( I / O) Portları Port A III

5 Port B Kesmeler Dirençler Mercimek Kapasite Kristal Osilatör DC Güç Kaynağı Breadboard SĠSTEM TASARIMI GiriĢ Sistemin Modellenmesi Sistemin ÇalıĢma Prensibi GELĠġTĠRĠLEBĠLĠRLER SONUÇLAR KAYNAKLAR IV

6 ÖZET Projedeki yapılıģ amacı akıllı bir kahvaltı tabağı yapmaktı. Büyük otellerde ve büyük iģletmelerde kullanılmak üzere yapılabilecek bir uygulama özelliklerde açık büfe menülerde büyük kullanım kolaylığı sağlayacaktır. AnlaĢılması açısından örnek vermek gerekirse bir iģletmede sabah kahvaltısında büyük bir masanın etrafında yemek alacak kiģilerin masanın etrafını dolaģmadan istediği yönde istediği yemeği alabilmesidir. Uygulamada yapılabilirliği için daha küçük bir proje hazırlanmıģtır. Yapılan uygulamada tek katlı bir kontrol mekanizması yapılmıģtır. Daha da kullanılabilir olması açısından iki,üç veya dört katlı bir mekanizma düģünülebilir. V

7 1 1. GİRİŞ Projede günlük hayatta rahatlıkla kullanılabilecek olan bir kahvaltı tabağı yapılmıştır. Burada bir masanın etrafındaki kişiler masanın etrafını dolaşmadan istediği yönde istediği yiyeceği alabimesi amaçlanmıştır. Bunun için kahvaltı tabağı 4 e bölünüp bu 4 dilimi temsilen masanın her bi tarafına 4 buton konulmuştur. Masanın herhangi bi köşesinde olan kişi istediği yiyeceği o yiyeceğin isminin yazılı olduğu butona basıp önüne çağırarak o yiyeceği alabilecektir. Kahvaltı tabağı olarak kullanılacak olan diskin dönüşünü sağlamak için step motor kullanılmıştır. Step motor kullanılmasının amacı hassas bir şekilde konum ve hız kontrolü yapmak içindir. Step motora ilk enerji verildiğinde tabağın referans noktasını bulması içinde CNY 70 sensör kullanılmıştır. Ayrıca projede kullanılan diğer devre elemanlarıda aşağıda tanıtılmıştır. Projenin tasarımı, modellenmesi ve diğer izlenen yollar aşağıda Tablo 1. deki çalışma takviminde belirtilmiştir.

8 Tablo 1. Çalışma Takvimi 2

9 Projede Kullanılan Malzemeler Projenin yapım aşamasında kullanılan malzemeler aşağıdaki Tablo 1.1. de gösterilmiştir. Bu malzemelerin neden ve nerde kullanıldığı aşağıda açıklanmıştır. Tablo 1.1. Projede Kullanılan malzemeler 1 adet Step motor 1 adet ULN2003A entegresi 1 adet 22 pf lık mercimek kapasite 7 adet 10 kω luk direnç 1 adet 220 Ω luk direnç 1 adet CNY70 sensör 16 adet Push buton 1 adet 4 Mhz kristal osilatör 3 adet LED 1 adet DC güç kaynağı 1 tane PIC 16F628A mikrodenetleyicisi 1 tane Breadboard Step Motor Giriş Step motorlar konum ve hareketin hassas olarak kontrol edilmesi gereken yerlerde kullanılan özel motorlar olduğundan dolayı projede kullanılan motorun türü Şekil de gösterilen step motordur. Step motorların diğer elektrik motorlarından en büyük farkı bir elektrik motoruna enerji verildiği zaman rotoru sürekli olarak döner. Eğer motora uygulanan enerji kesilirse dönme olayı son bulur. Hâlbuki step motorlarda, rotorun dönmesi girişe uygulanan uyartı sayısına

10 4 göre değişir. Girişe bir tek uyartı verildiğinde, rotor tek bir adım hareket eder ve durur. Daha fazla uyartı uygulanırsa, uyartı sayısı kadar adım hareket eder. [1] İsminden de anlaşılacağı gibi step motorları, motorun sargılarından uygun olan birisine gerilim uygulanarak kontrol edilirler. Motorun yapısına bağlı olarak, step motor 90, 45, 18, 7,5, 1,8 derece veya daha değişik açı aralıklarıyla dönebilir. Projede kullanılan step motor 7,5 derece açı aralıklarıyla dönmektedir. Darbe oranı değiştirilerek step motorun bir adımlık hareketi çok yavaşlatılacağı gibi daha da hızlandırılabilir. Örnek vermek gerekirse projede kullanılacak olan step motorun adım açısı 7,5 derece idi bu motoru 90 derece döndürebilmemiz için motora 12 adım attırmamız gereklidir. Step motorları saat yönünde veya tersi yönde dönebilirler. Bunun için faz sargılarına uygulanan gerilimlerin sırası değiştirilir. Yapılan uygulamada kahvaltı tabağının dönüş yönü hem saat yönü hemde tersi yönde döneceği için step motor projede çok büyük kolaylık sağlamıştır. Step motorlarının hangi yöne doğru döneceği, devir sayısı, dönüş hızı gibi değerler mikroişlemci veya bilgisayar yardımı ile kontrol edilebilir. Projede PIC 16F628A mikroişlemcisi kullanılarak step motor kontrol edilecektir.sonuç olarak adım motorlarının hızı, dönüş yönü ve konumu her zaman bilinmektedir. Bu özelliklerinden dolayı projede Şekil de görülen step motor kullanılacaktır. Şekil Projede kullanılan step motor

11 Step motorların Kullanım Alanları Step motorlar çok uzun yıllardır var olmalarına rağmen seri üretim olarak kullanılmaları ancak 1960 dan sonraki yıllarda doğru akımla birlikte anahtarlama yapabilen transistörlerin üretilmesiyle yaygınlaşmıştır. Daha sonra 1970 li yıllardan beri özellikle elektronikte ve mikroişlemci teknolojisindeki gelişmelerle birlikte step motorlarının kullanımı dahada artmıştır. Günümüzde step motorları endüstride birçok kontrol sistemlerinde, özellikle konum kontrolünde kullanılmaktadır. En çok yazıcılar, çiziciler, disket sürücüler, harddisk sürücüler, kart okuyucular v.b. gibi bilgisayar donanımlarında step motorlardan yararlanılmaktadır. Ayrıca kontrol sistemlerinde, CNC tezgahlar gibi bir çok sistemde step motorlar kullanılmaktadır Step Motorların Avantajları Step motorların yukarıda anlatılan avantajlarını sıralanırsa; Step motorlar dijital giriş işaretlerine hızlı bir şekilde cevap vermeleri nedeniyle mikroişlemci veya bilgisayarlarla kontrol için en ideal motor türlerinden biridir. Step motorların hangi yöne döneceği, devir sayısı, dönüş hızı gibi değerlerin mikroişlemci veya bilgisayar yardımı ile kontrol edilebilmesi, her an bu motorların dönüş yönü, hızı ve konumunun bilinebilmesini sağlamaktadır. Bu da step motorları hassas konum kontrolü gerektiren yerlerde kullanılmasını sağlar. Step motorların dijital girişlere cevap vermesi, geri beslemeye ihtiyaç duyulmaksızın açık çevrim çalıştırılabilmesini sağlamaktadır. Yani açık çevrim çalıştırılan bir step motoru ile hız, ivme ve konum kontrolü daha basit ve daha az maliyetle gerçekleştirilebilir. Böylece alışılmış kararsızlık problemlerinin de önüne geçilmiş olur. Step motorlar, giriş işaretlerinin frekansına bağlı olarak çok geniş bir hız aralığında rahatlıkla sürülebilirler. Step motorlar, herhangi bir konum ve hız kaybına yol açmadan defalarca durdurulup çalıştırılabilirler. (Sürerken aniden durdurma ya da aniden ters yönde sürme isteğine karşı mükemmel cevap verebilirler.)

12 6 Aşırı yüklenmeden hasar görmezler, oldukça dayanıklıdırlar. Her yeni adımla artan konum hataları yoktur. Mekanik yapısı basit olduğundan bakım gerektirmezler. Yağlanma ve kirlenme problemleri yoktur Step Motorların Dezavantajları Step motorların bir çok avantajı olmasına rağmen bazı dezavantajları vardır.bunları sıralarsak; Adım açıları sabit yani 7,5, 9, 15 derece gibi olduğundan rotordan alınan hareket sürekli değil gelen darbe süresi kadardır. Verimleri düşüktür. Adım cevapları diğer motorlara göre büyük aşım ve salınımlıdır. Büyük yük sürülmesi gereken yerlerde kullanım alanları sınırlıdır. Sürtünme kaynaklı yüklerde konum hatası meydana getirebilirler. Elde edilebilecek çıkış gücü ve momenti belli aralıklardadır. Kontrol iyi edilmezse salınım meydana gelebilir. Yüksek hızlarda çalıştırmak kolay değildir Step Motor Yapısı Step motorun statorunun aşağıdaki Şekil te görüldüğü gibi birçok kutbu vardır. Bunların polaritesi elektronik anahtarlar yardımıyla değiştirilebilir. Anahtarlama sonucunda statorun ortalama güney ve kuzey kutupları döndürülmektedir. Rotorun güney kutbu, statorun kuzey kutbu sıralıdır.rotorun mıknatıslığı, bir sürekli mıknatıs veya dış uyarım metotlarıyla oluşturulabilir. Bu arada sürekli mıknatıs oluşacaktır. Adımları vasıtasıyla ortalama stator alanı döner ve rotor da bunu benzer adımlar arasında takip eder.

13 7 Daha iyi bir seçicilik elde etmek için rotor ve stator üzerine küçük dişler yapılmaktadır. Bu dişler birbirleriyle temas etmemelidir. Şekil Step motor yapıları ( Stator ve rotorları tek parça ve üzerine yapılmış dişlilerden oluşan motorlar) [1] Step Motor Çalışma Prensibi Step motorlar bir dizi kısa elektrik akımıyla hareket ederler. Stator birbirine dik manyetik alan üreten iki ayrı bobinden oluşur. Bu bobinlere sırayla elektrik akımı verilerek statorun içerisinde döndürme etkisine sahip bir manyetik alan oluşması sağlanır. Statorun içindeki rotor bobinler tarafından sırayla oluşturulan manyetik alanla polarize olarak döner. Her bir elektrik akım vurgusu yani darbe rotorun belli bir açı kadar veya adım dönmesine neden olur. Eğer güç sadece bir bobine verilirse manyetik alanın etkisiyle rotor sabitlenecektir, bu da motorun durdurulmasında kullanılır. Şekil da bir step motorun temel prensip şeması verilmiştir. Step motor bir daire içinde elektromagnetik alanların dönüşü ile ifade edilebilir. Şekil da görülen 1 nolu anahtar kapandığında (SW 1) rotor kendiliğinden 1. elektromanyetik alan ile aynı hizaya gelecektir. Bundan sonra 1 nolu anahtar açılıp 2 nolu anahtar kapatılırsa sabit mıknatıs 2. elektromagnetik alanın karşısına gelecektir. Bu olaylar sırayla tekrarlanırsa rotor bir daire içinde düzgün şekilde döner. Bu şekilde verilen elektrik akım vurgularının frekansı

14 8 motorun dönme hızını belirler. Hızlı ivmelenme sonucunda step motorda kayma meydana gelebilir bunun önlenmesi için ivmelenme sırasında vurgu sıklığı ayarlanmalıdır. Şekil Step motor çalışma prensip şeması [1] Step Motorların Uçlarının Bulunması Step motorlarda uçları ya kataloğuna bakılarak ya da basit metotlarla bulunulabilir. Örneğin Şekil de gösterildiği gibi 4 uçlu bir step motorda uçların bulunması şu şekilde olur. Bir ölçü aleti ile uçlar arasında direnç ölçümü yapılırsa ohmmetreden sadece A - B arasında ya da C - D arasında bir direnç değeri okunabilir. A - C, A D ya da B C, B D uçarının birbirleri ile bağlantıları olmadığı için ohmmetrede hiç bir değer okunamaz ya da sonsuz direnç değeri gösterir. Bu yol vasıtasıyla hangi uçların birbiri ile bağlantılı olduğunu yani motor bobinlerinin karşılıklı uçları belirlenebilir. Eğer motorun 6 ucu varsa, bu kez yine bir ölçü aleti yardımıyla uçlar arasında direnç ölçümü yapılarak hangi üç ucun birbiri ile bağlantılı olduğu bulunulabilir. Şekil de O1 ve O2 ortak uçlardır. Dolayısıyla A B arasında ölçülen direnç A - O1 ya da B O1 arasında ölçülen direncin 2 katıdır. Aynı şekilde C D arasında ölçülen direnç C O2 ya da D O2 arasında ölçülen direncin 2 katıdır.bu şekilde step motorun uçları belirlenebilir.

15 9 Şekil ve 6 uçlu step motor yapısı Step Motor Kontrolü Step motorların uçları belirlendikten sonra kontrol edilmesi için step motorun kablolarindan ortak olan bir veya iki tane kablosuna sürekli +12 Volt göndermek ve diger uçlari ise belli bir sirada topraga göndererek bir adim hareketi elde etmektir. Bunu iki farkli sekilde yapabiliriz. Bunlardan bir tanesi 4 transistörlü bir devre ile bu sinyalleri göndermek. Bir diger yolu ise içerisinde bu transistörleri hali hazirda bulunduran bir entegre kullanmaktır.bu entegrenin adı ULN2003A entegresidir ULN2003A Entegresi ULN2003 entegreleri ise PIC ten gelen sürüş bilgisini, yani bit kaydırmasını 12 DC volta yükselterek step motorlarına vermektedir. Eğer ULN2003 kullanılmaz ise PIC ten gelen 3-5 DC voltluk gerilim ve düşük akım step motorları süremeyecektir, sürse bile sistem için gereken torku sağlayamayacaktır. Bu sebeple ULN2003 entegre devresi kullanma ihtiyacı doğmaktadır. Şekil de gösterilen ULN2003A entegresi içerisinde 7 adet NPN transistor ve dâhili diyot bulunmaktadır. Bu entegre ile 500mA kadar akım çeken motorlar çalıştırılabilir. +12V a kadar entegreye besleme gerilimi verilebilir.

16 10 Şekil ULN2003A entegresi CNY 70 Sensör Projede Şekil de görülen CNY 70 sensörü step motorun süreceği diskin referans noktasını bulmak için kullanılmıştır. CNY 70 sensörü kızılötesi (IR) ışık yayan ve bu ışığı geri alıp alamamasına göre analog çıkış veren ve önünde yansıtıcı (beyaz) bir yüzey olup olmadığına karar vermemize yarayan bir algılayıcıdır. Çalışma mantığı ışığın yansıması esasına dayanır. Eğer CNY 70 den gönderilen ışık beyaz bir yüzeye çarpıp geri dönerse sensörün çıkış bacağından 0V (lojik 0) gönderilir. Eğer önünde siyah bir yüzey varsa ışık soğurulur ve geri yansımaz, bu durumda sensörün çıkış bacağına 5V (lojik 1) gönderilir. Bunu sensörün içerisindeki transistör sağlar, ışık yansırsa yani sensör beyaz görürse transistorün beyz kısmına yüksek akım gelir ve emetörü toprağa bağlı olduğu için kolektördeki akım toprağa akar ve çıkış ayağındaki potansiyel sıfırlanır. Siyah gördüğünde ise transistör devreye girmez ve çıkış gerilimi yaklaşık olarak 5 volt olarak kalır. Teorik olarak böyle olsa da hayata geçirildiğinde alınan voltaj değerleri 0V-45V arasında olsada bazen kullandıgımız mikrodenetleyici (PIC) bunu bunu algılamayabilir.bunu engellemek için ise LM324 adı verilen ve CNY 70 den gelen sinyali düzelten bir entegre kullanılır.

17 11 Şekil CNY 70 sensör PIC16F628A Mikrodenetleyicisi PIC ismi Mikrochip firmasının ürettiği mikrodenetleyicilere verdiği isimdir. Mikrochip firması çeşitli özellikte ve tasarımda onlarca değişik tip denetleyici üretmektedir. Üretilen bu mikrodenetleyiciler, denetleyicinin kelime boyuna (Word Length) göre değişik aile isimlerine ayrılmıştır. Mikrochip firmasının 8 bitlik, 16 bitlik ve 32 bitlik denetleyicileri ile 16 bitlik DSC (Digital Signal Controller) ürünleri mevcuttur.8 bitlik mikrodenetleyiciler ucuz fakat işlem yetenekleri düşük, 32 bitlik olanlar ise pahalı ancak işlem yetenekleri yüksektir. Biz sistemimizde piyasada çok rahat olarak bulunan ve içinde ihtiyaç duyulan çoğu özelliği barındıran Şekil 1.4 te görülen 8 bitlik PIC16F628A ürünü üzerinde programlama yapılacaktır. [2] Şekil PIC16F628A mikrodenetleyicisi

18 Bellek Organizasyonu PICI6F628 in 2k boyutunda program belleği vardır. Bu bellekteki her bir göz 14-bit uzunluğundadır. Bu gözlerin uzunluğu ve içindeki veriler programcıyı doğrudan ilgilendirmemektedir. Şekil de PIC 16F628 in program belleği haritası gösterilmiştir. PIC16F628 in RAM bölgesinin 4 parçaya ayrıldığından ve bu 4 RAM bölgesinde genel amaçlı saklayıcılar ve özel amaçlı saklayıcılar bulunmaktadır. Her bir RAM bölgesinin ilk 32 byte lık kısmı özel amaçlı saklayıcılar tarafından kullanılmaktadır. Genel amaçlı saklayıcılar için ise 224 byte lık bir alan ayrılmıştır. Bu saklayıcılarda program yazarken kullanılan değişkenler tutulur. Şekil RAM veri belleği haritası [2]

19 Besleme Uçları Ve Bağlantıları PIC16F628 nın besleme uçları ve bağlantıları Şekil de görülmektedir. PIC16F628 in besleme gerilimi V arasında seçilebilir. PIC16F628 in beslemesi Şekil de görüldüğü gibi VDD ve VSS uçlarından verilmektedir. Besleme gerilimi 14 numaralı uç olan VDD nin + beslemeye, 4 numaralı uç olan VSS ise toprağa bağlanması gerekir. Şekil PIC 16F628A çıkış bacakları [2] PIC e besleme gerilimini sağlayan gerilim kaynağı ilk açıldığında besleme gerilimindeki dalgalanmaları ve yüksek akım çeken devre elemanlarının devreye girip çıkması ile besleme gerilimindeki ani ve istenmeyen değişimleri engellemek için VSS ile VDD uçları arasına bir kondansatör bağlanmalıdır. Böylece PIC in istenmeyen şekilde resetlenmesi engellenmiş olur Osilatör Konfigürasyonları PIC hafızasındaki komutları işlemek için bir sinyale ihtiyaç duyar. Bu sinyale clock sinyali yani saat sinyali denir. PIC16F628A işlemleri gerçekleştirmesi için gerekli olan saat işaretleri birçok farklı devre ile elde edilebilir. Projede kararlılığı en yüksek olan kristal osilatör kullanılmıştır. Mikroişlemcilerin program kodlarını çalıştırma süresi saat işaretine bağlıdır. Yüksek saat işareti hızında çalışan bir mikroişlemci aynı sürede saat işareti hızı düşük olan bir mikroişlemciye göre daha fazla komutu işler. Örneğin 3 GHz de çalışan bir işlemci 1 GHz de çalışan aynı işlemciye göre 3 kat daha hızlı komut işler.

20 14 PIC16F628 en fazla 20 MHz saat işaretinde düzgün çalışabilir. Saat işareti farklı yollarla elde edilebilir; LP (Low Power Crystal) : Düşük güçlü kristal XT (Crystal/Resonator) : Kristal/rezonatör RS (High Speed Crystal/Resonator) : Yüksek hızlı kristal/rezonatör ER (External Resistor) Harici direnç (2 çalışma biçimi) INTRC (Internal Resistor/Capacitor) : Dahili RC (2 çalışma biçimi) EC (External Clock In) : Harici Saat Girişi LP, XT veya RS tipi osilatörler OSCI ve OSC2 uçlarına bağlanırlar Sıfırlama (Reset) PIC16F628 i donanımsal olarak resetlemenin iki yolu vardır. Bunlardan ilki, besleme verildiğinde PIC in kendini resetlemesi ve reset komutuna giderek program kodlarını çalıştırması şeklinde olur. İkincisi ise donanım resetidir. PIC 16F628A nın 4 nolu pini olan MCLR ucunun 0 a çekilmesi ile gerçekleşir Giriş / Çıkış ( I / O) Portları PIC16F628, A portu ve B portu olmak üzere 8 uçlu iki porta sahiptir. B portunun her bir ucu ayrı ayrı giriş/çıkış olarak ayarlanabilirken, A portunun RA5/ ucu hariç diğer uçları ayrı ayrı giriş/çıkış olarak ayarlanabilmektedir. Bu uç sadece giriş olarak düzenlenebilir. Diğer PIC lerde olduğu gibi, az sayıdaki uçların etkin kullanımı için bazı uçların birden fazla kullanım özelliği vardır. Böylece fazladan uç kullanımına gerek kalmadan birçok özellik kullanılabilmektedir.

21 Port A Port A 8-bit uzunluğundadır. Tablo de Port A nın uçları ile ilgili açıklamalar görülmektedir. Tablo Port A uçları hakkında açıklamalar [2] Uç adı Uç no IO tipi Açıklama RA0/AN0 17 IO İki yönlü I/O ucu ve analog karşılaştırıcı girişi RA1/AN1 18 IO İki yönlü I/O ucu ve analog karşılaştırıcı girişi RA2/AN2/VREF 1 IO İki yönlü I/O ucu ve analog karşılaştırıcı girişi ve VREF çıkışı RA3/AN3/CMP1 2 IO İki yönlü I/O ucu ve analog karşılaştırıcı girişi ve analog karşılaştırıcı çıkışı RA4/TOCKI/CMP2 3 IO İki yönlü I/O ucu, TMR0 saat işareti girişi ve analog karşılaştırıcı çıkışı RA5/ THV 4 I Giriş ucu ve reset girişi RA6/OSC2/CLKOUT 17 IO İki yönlü I/O ucu ve kristal osilatör çıkışı RA7/OSC1/CLKIN 18 IO İki yönlü I/O ucu, kristal osilatör girişi ve harici saat kaynağı girişi

22 Port B Port B 8-bit uzunluğundadır. Tablo de Port B nin uçları ile ilgili açıklamalar görülmektedir. Tablo Port B uçları hakkında açıklamalar [2] Uç adı Uç no IO tipi Açıklama RB0/INT 6 IO İki yönlü I/O ucu ve harici kesme girişi RB1/RX/DT 7 IO İki yönlü I/O ucu, USART alıcı ucu ve senkron veri giriş/çıkış ucu RB2/TX/CK 8 IO İki yönlü I/O ucu, USART verici ucu ve senkron saat darbesi giriş/çıkış ucu RB3/CCP1 9 IO İki yönlü I/O ucu, yakala karşılaştır PWM modülü giriş/çıkış ucu RB4/PGM 10 IO İki yönlü I/O ucu, düşük gerilimle programlama giriş ucu RB5 11 IO İki yönlü I/O ucu RB6/T1OSO/T1CK1 12 IO İki yönlü I/O ucu, TIMER1 osilatör çıkış ve TIMER1 saat darbesi girişi RB7/T1OSI 13 IO İki yönlü I/O ucu ve TIMER1 osilatör girişi

23 Kesmeler Mikrodenetleyicinin rutin olarak yaptığı işler dışında bazı özel durumlar oluştuğunda, rutin işlerini bırakıp bu özel durumla ilgili görevleri yerine getirmesi gerekir. Burada bahsedilen, özel durumun oluşup oluşmadığının sürekli kontrol edilmesi yerine, kesme kullanılarak özel durumun oluştuğu mikrodenetleyiciye otomatik olarak bildirilir ve böylece gereksiz kontrollerden kurtulunur. Burada bahsedilen özel durum öncelikli bir görev olabileceği gibi, nadiren yapılması gereken bir görev de olabilir. Örneğin PIC16F628 ile bir sıcaklık kontrolü yapıldığını düşünelim. Ortam sıcaklığı belirli bir değerin (ayar noktasının) üstüne çıktığında klima devreye sokulsun. Ayar noktası iki butonla kontrol edilsin. Sistem sıcaklığı ölçüp ayar noktasına göre klimayı kapatıp açmaktadır. Ayar noktasının değiştirilmesi işlemi nadiren yapılacağından bu işlem kesme ile yapılabilir. Böylece bu butonların sürekli olarak kontrolüne gerek kalmaz. Sadece butonlara basıldığında ayar noktasının değeri kesme hizmet programı ile değiştirilir ve sistem ana programa dönerek rutin sıcaklık kontrolü işlemine devam eder Dirençler Projede kullanılan dirençler PIC 16F628A mikrodenetleyici, CNY 70 sensor, ULN2003A entegresi, ledler ve butonların devreye yerleştirilirken kullanılmıştır. Dirençler devrede mikrodenetleyici, sensör ve entegrenin bacaklarının çekeceği akımları sınırlamak için kullanılmıştır. Kullanılan dirençlerin değerleri 10 kω, 1 kω, Ω değerleri arasında değişmektedir. Çoğu dirençler bir tarafında üç renkli bir band ve diğer tarafında ise tek renkli bir banda sahiptir. Bu üç bitişik renk direncin değeri hakkında bilgi verir. Bu üçlü gruptan direnç bacağına enyakın renk 1. Sayıyı oluşturur. Örneğin bu rengin kahverengi olduğunu varsayarsak, kahverenginin sayı karşılığı 1 dir. Bir sonraki bandın rengi ise bize 2. Sayı değerini verir. Örneğin bu renkde kırmızı olsun yani karşılığı olan sayı 2. Daha sonra 3. Band rengi ise sıfır sayısını verir. Örneğin rengimiz portakal rengi olsun bunun sayısal değeri de 3 dür ve buda ilk iki sayı yanına 3 tane 0 koymaktır.

24 18 Sonuçta dirençe değerini bulacak olursak kahverengi, kırmızı ve portakal rengi yanyana geldiği zaman direnç değerinin Ω olduğunu belirleyebiliriz. Aşağıdaki Tablo de direnç değerlerini okurken yararlanabilenecek renk kodlarını vermektedir. Tablo Direnç renk kodları Mercimek Kapasite Projede PIC 16F628A nın osilatör devresi için kullanılmıştır. Elektronik devrelerde katlar arasında kuplaj, by pass, dekuplaj, bloklama, ayar ve filtre elemanı olarak kullanılan pasif bir devre elemanıdır. Elektrikte kompanzasyon yani güç katsayısının 1 e yaklaştırılmasında, bir fazlı motorlarda ilk hareketi sağlamada ve kalkınma momentini artırmada kullanılır. Şekil da görüldüğü gibi mercimek kondansatör olarak adlandırılan kutupsuz kondansatörler bulunduğu gibi yine elektronikte sıkça kullanılan yönlü kondansatörler mevcuttur.

25 19 Şekil Mercimek Kapasite Kristal Osilatör Osilatörlerde frekansın sabit olması çok önemlidir. Frekansın sabit kalabilme durumuna frekans kararlılığı denir. Pek çok elektronik uygulama da frekansın kararlı olması önem arz etmektedir. Bu noktada kristal osilatörler devreye girmektedir. Bu osilatörlerin yapısında quartz kristalleri kullanılmaktadır. Bu kristaller çok kararlı frekanslar üreterek hassas frekans gerektiren devrelerde kullanılırlar. Quartz kristali üzerine bir basınç uygulandığında iki ucu arasında gerilim meydana getiren bir maddedir. Şekil de gösterilen kristal osilatör projede mikrodenetleyecinin ihtiyaç duyduğu clock sinyalini üretmede kullanılmaktadır. Kullanılan kristal osilatörün frekansı 4 MHz dir. Şekil Mhz kristal osilatör

26 DC Güç Kaynağı DC güç kaynağı şebekeden aldığı alternatif akımı elektronik devrelerin çalışabilmesi için ihtiyaç doğru akıma çeviren elemandır. İçerisinde yarım dalga veya tam dalga doğrultucusu bulunur. Güç kaynakları farklı seviyelerde DC gerilimler sağlayabilmektedir. Örneğin; 5V, 12V, 24V DC gerilim veren güç kaynakları günümüzde sıkça kullanılmaktadır. Projede kullanılan DC güç kaynağının çalışması içinde çıkış uçlarından mavi portu toprağa kısa devre edilmiştir. Şekil de görülen DC kaynak projede 12 V ve 5 V luk besleme almak için kullanılmıştır. Şekil Güç Kaynağı Breadboard Elektronik devreleri daha kolay ve daha kısa zamanda kurabilmek için breadboardlar kullanılır. Breadbordlar, üzerlerine kabloların bağlanması için delikli şekilde yapılmış tablalardır. Şekil da görüldüğü gibi boardın en üstünde üzerleri kırmızıyla çizilmiş çizgiler içten kısadevredir, yani soldan sağa bir sütun kısa devre şeklindedir. Aynı şekilde resmin sağında görülen yukardan aşağıya üzeri kırmızı çekilen deliklerde içten kısa devredir. En üstteki satır halinde kısa devre olan delikler genelde enerji uçlarının bağlandıkları bölümlerdir. Elektronik devre elemanları ise yukardan aşağı kısa devre olan ortadaki deliklere bağlanmaktadır. Delikler arası genellikle 0.1 inch yani 2.54 mm dir. Breadboarda bağlantı için 0.6 mm lik yalıtımlı tellerin kullanılması tavsiyeedilir.

27 21 Şekil Breadboard

28 22 2. SİSTEM TASARIMI 2.1. Giriş Projedeki amaç kahvaltı tabağı olarak düşünülen diskin istenilen yönde dönmesini ve durmasını sağlamaktır. Bunun içinde kullanılacak step motorun miline takılan diskin kontrolü sağlanacaktır. Kullanıcıya bağlı olarak yön ve konum seçimi yapılabilecek olan projede öncelikle olarak kullanılacak olan step motorun kontrolü yapılacaktır. Step motor kontrolü PIC 16F628A ile yapılacaktır. Ayrıca PIC direkt olarak step motoru sürmeye yetmeyeceğinden ULN2003 entegresi kullanılacaktır. Projenin modellenmesi için PROTEUS programı kullanılmıştır Sistemin Modellenmesi PROTEUS programını kullanarak projede kullanılacak elemanları bilgisayar ortamında gerekli bağlantıları yaparak simüle etmek projenin gerçekte uygulanmadan önce hertürlü hatayı görmemizi sağlayacaktır. PROTEUS yardımıyla step motorun dönüş yönü ve konumunu kontrol etmek için çizilen uygulama şekil 2.2 de görülmektedir. Şekil 2.2 de görüldüğü gibi PROTEUS da modelleme yapılırken önce PROTEUS programı açılarak devrede kullanılacak elemanlar belirlenir. Daha sonra PIC16F628A nın 6, 7, 8, 9 nolu çıkış uçları ULN2003 entegresinin 1, 2, 3, 4 nolu ucuna bağlanır. ULN ,16, 17, 18 nolu pinleri de sırasıyla step motora adım darbesi vermek için dört ucuna bağlanır ve ULN2003 entegresinin 10 numaralı pini besleme için 12 V a bağlanır. Ayrıca step motorun ortak ucu da 12 V a bağlanır. PIC 16F628A in çalışması için gerekli olan kristal osilatör kapasiteler yardımıyla mikroişlemcinin 15 ve 16 nolu çıkış uçlarına bağlanır.10 numaralı uca bağlanacak olan Led ile step motorun dönmeye hazır olup olmadığı kontrol edilir.cny 70 sensöründen gelen 1 veya 0 yani +5 v gerilimde PIC in 11 nolu bacağına bağlanır.daha sonra PIC 16F628A in 1, 2, 17, 18 nolu pinleride push butonlara bağlanarak step motorun konum kontrolü için yapılan devre hazır hale gelir. Geriye sadece PIC 16F628A nın çalışması için gerekli olan program kalır. [3]

29 23 Şekil 2.2 Uygulama proteus devresi

30 24 Şimdide CCS C PIC programlayıcıyı kullanarak Step motorun konum kontrolü için yazılan program aşağıda görülmektedir. Bu programı da PROTEUS programındaki PIC 16F628A nın içine atarak sistem test edilebilir. [4] Aşağıda step motorun sürülmesi için yazılan PIC programı görülmektedir. #include <16f628A.h> // Kullanılan mikroişlemci tanıtımı #fuses INTRC_IO,XT,NOCPD,CPD,nomclr // Sigorta ayarları #use delay (clock= ) // Çalışma frekansı #use fast_io(a) // A port aktif #use fast_io(b) // B port aktif int z=0,hiz=40,i,tus=0; const int tam_sag[]={0x03,0x06,0x0c,0x09}; // Sağa dönüş adımları const int tam_sol[]={0x09,0x0c,0x06,0x03}; // Sola dönüş adımları void saga_donus (void) // Sağa dönüş fonksiyonu { for(i=0;i<12;++i){ if (z==4) z=0; output_b(tam_sag[z]); delay_ms(hiz); z++;} } void sola_donus (void) // Sola dönüş fonksiyonu

31 25 { if(z==4) z=0; for(i=0;i<12;++i){ ++z; if (z==4) z=0; output_b(tam_sol[z]); delay_ms(hiz);} } void eee (void) // durak { if(tus==1) for(i=0;i<4;i++) write_eeprom(i,i+1); if(tus==2) for(i=0;i<4;i++) write_eeprom(i,((i+1)%4)+1); if(tus==4) for(i=0;i<4;i++) write_eeprom(i,((i+2)%4)+1); if(tus==8) for(i=0;i<4;i++) write_eeprom(i,((i+3)%4)+1); }

32 26 void main (){ // Ana fonksiyon int zz=0,adres,s; set_tris_b(0x20); set_tris_a(0x0f); output_b(0x00); output_a(0x00); while(input(pin_b5)!=1) sola_donus(); for(i=0;i<4;i++) write_eeprom(i,i+1); while("ktu") { dur_step: output_high(pin_b4); tus=input_a(); if(tus==0) goto dur ; switch(tus){ case 1: zz=1;break; case 2: zz=2;break; case 4: zz=3;break;

33 27 case 8: zz=4;break;} for(i=0;i<4;i++){ if(zz==read_eeprom(i)){ //durak2 adres=i; durak (); break;}} if(adres>2) saga_donus(); else { if(adres==0) goto dur; else{ for(s=0;s<adres;s++) sola_donus(); }} }}

34 Sistemin Çalışma Prensibi Sistemde öncelikle olarak kahvaltı tabağı olarak kullanılacak olan dört parçaya bölünmüş olan disk motor miline yerleştirilmiştir. Diskin dört yönünden (kuzey, güney, doğu, batı) olmak üzere hangi yönde hangi dilim isteniyorsa o yöndeki butona basılarak istenilen dilim kullanıcın önüne getirilecektir. Bunun içinde her yönde 4 dilimi temsilen 4 buton kullanılacaktır. Toplam da 16 buton 4 yönde yerleştirilerek kullanıcının rahatça diski yani tabağı kontrol etmesi sağlanacaktır. Sistemin şematik olarak görünümü aşağıda Şekil 2.3 de görülmektedir. Şekil 2.3. Sistemin şematik gösterimi Sistemin çalışma prensibi olarak da örnek verilirse örneğin diskin doğu tarafında olduğumuzu varsayalım. Doğu tarafında A dilimini istenirse doğudaki A butonuna basarak A diliminin önümüze gelmesini sağlanacaktır. Referans olarak kullanılan konumdan istenilen konuma gelmek için step motor 180 derece açıyla dönecektir. Sistemde referans

35 29 olarak kullanılan noktayı belirlemek için CNY 70 sensörü kullanılmıştır. Sistem ilk çalışmaya başladığında 1 nolu durumda durması için CNY 70 sensör referans noktasında PIC 16F628A nın 11 nolu bacağına 5 V DC gerilim gelmesini sağlayarak diskin referans noktasında durmasını sağlayacaktır. Bundan sonra kullanıcıya bağlı olarak istenilen yönde ve konumda diskin kontrolü sağlanabilir. Sistem çalışma olarak çok karışık gözüksede aslında 4 temel pozisyonda çalışmaktadır. Bunlardan 1 nolu durumu referans alınarak diski 2 durumu için 90,3 durumu için 180,4 durumu içinde 270 döndürülerek istenilen konum elde edilecektir. Sistemde 16 buton kullanılacaktır. Ancak temelde 4 buton olacaktır. Bu da sistemde kolaylık sağlayacaktır. Örnek vermek gerekirse diskimiz 1 durumundan 2 durumuna geçmesi için kuzey yönünden A butonuna, güney yönünden C butonuna, doğu yönünden B butonuna, batı yönünden D butonuna basmak gerekir. Şekil 2.3 de görüldüğü gibi bu 4 durum aslında aynı durumdur. Bu nedenle 2. Durum için geçerli olan A, B, C, D butonları aynı girişten kontrol edilebilir.geri kalan diğer 3 durumda 3 girişle kontrol edilmiştir. Projenin son hali aşağıdaki Şekil ve Şekil de gösterilmiştir. Şekil Sistemin üstten görünümü

36 30 Şekil Sistemin Yandan Görünümü

37 31 3. GELİŞTİRİLEBİLİRLER Yapılan uygulamada düşünülen kahvaltı tabağı tek katlıdır. Büyük işletmelerde kullanılabilirliği açısından iki veya üç katlı yapılabilir. Bunun için bir step motor yerine iki veya daha fazla kullanılabilir. Kullanılan step motorların milleri birbiri içinden geçmek üzere birden fazla katlı bir kahvaltı tabağı yapılabilir.. Projede kullanılan step motorun gücü, hızı ve adım açısı değiştirilerek daha hızlı ve daha büyük bir kahvaltı tabağı düşünülebilir. Ayrıca bu kahvaltı tabağından sadece istenilen dilimi önümüze getirecek şekilde bir sistem tasarımıda yapılabilir. Böylece bir kullanıcın önündeki dilim alınmadan diğer kullanıcının önüne istenilen dilim getirilebilir.

38 32 4. SONUÇLAR Yapılan uygulamada günlük hayatta rahatlıkla kullanılabilecek bir kahvaltı tabağı yapılmıştır. Akıllı kahvaltı tabağı projesi dahada geliştirilebilir olup proje tamamen başlangıç aşaması olarak yapılmıştır. Yapılan testlerde kahvaltı tabağının bir peryodunun yaklaşık olarak 3 saniyede tamamladığı görülmüştür. İki dilim arasında ise 0.5 saniye ile 2 saniye arasında değişimi aşağıda Şekil 4 te görülmektedir. Ayrıca çok büyük ağırlıklarda çalışması zor olacağından kullanılan step motor yerine daha kararlı ve güçlü bir step motor kullanılarak daha büyük bir proje gerçeklenebilir. Projede kullanılan CNY 70 sensörü yerine daha sağlam konum ve kararlı çıkış veren bir sensör kullanılırsa tabağın konumu çok daha hassas olarak kontrol edilebilir. Bu projede bir mikrodenetleyici yardımıyla sistemin nasıl kontrol edilebileceğini, daha sonra ise sistem elemanlarının kontrolünün, hangi devre elemanlarıyla ve nasıl yapılacağını, kontrol için seçilen elemanların hangi kriterler göz önünde bulundurarak seçileceği öğrenilmiştir. Şekil 4 : Dilimlerin dönme açılarına göre değişimi

39 33 5. KAYNAKLAR [1] BAL, Güngör, Özel Elektrik Makinaları,2004,Ocak [2] GÜMÜŞKAYA, Haluk, Mikroişlemciler ve 8051 Ailesi,2007,Temmuz [3] BENSON, David, An Introduction to Stepper Motors for The Experimenter,2007,Şubat [4] ÇİÇEK, Serdar, CCS C ile PIC Programlama,2009,Temmuz