SOLUNUM PERFORMANS ÖLÇER

Transkript

1 T.C. KARADENĠZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü SOLUNUM PERFORMANS ÖLÇER Göktürk ÖZTÜRK Mehmet AKTEPE Prof. Dr. Cemil GÜRÜNLÜ Mayıs 2013 TRABZON

2

3 T.C. KARADENĠZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü SOLUNUM PERFORMANS ÖLÇER Göktürk ÖZTÜRK Mehmet AKTEPE Prof. Dr. Cemil GÜRÜNLÜ Mayıs 2013 TRABZON

4

5 LĠSANS BĠTĠRME PROJESĠ ONAY FORMU Göktürk Öztürk ve Mehmet Aktepe tarafından Prof. Dr. Cemil Gürünlü yönetiminde hazırlanan Solunum Performans Ölçer baģlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiģ, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiģtir. DanıĢman : Prof. Dr. Cemil GÜRÜNLÜ Jüri Üyesi 1 : Prof. Dr. Sefa AKPINAR Jüri Üyesi 2 : Prof. Dr. Ġsmail H. ALTAġ Bölüm BaĢkanı : Prof. Dr. Ġ. Hakkı ALTAġ

6

7 ÖNSÖZ Günümüzde yarı illetken teknolojisindeki geliģmeyle entegrelerin çeģitliliği ve kullanım kolaylığı artmıģ ve maliyetleri oldukça azalmıģtır. Fiziksel verilerin elde edilip iģlenmesi ve kullanıcının istediği Ģekilde çıktı olarak görülebilmesi, bu sebeple artık çok daha kolaydır. Bu mantıktan hareketle proje, tıp alanında kullanılmak üzere tasarlanmıģtır. Solunum üzerine etkisi olan astım, koah ve bazı alerjik hastalıkların artıģından dolayı bu tip cihazların geliģtirilmesi önem kazanmıģtır. Solunum Performans Ölçer projesi küçük boyutlu olması, kolay uygulanabilir olması ve kullanım kolaylığı ile bu tür projeler arasında kendisini göstermektedir. Bu çalıģmada solunum verilerinin optik çift ile elektriksel veriye dönüģtürülerek mikrodenetleyici devresi yardımıyla bilgisayara aktarılması amaçlanmıģtır. ÇalıĢmalarımız ve öğrenim hayatımız boyunca bize değerli zamanını ayıran ve verdiği fikirler ile bizi yönlendiren hocamız Sayın Prof. Dr. Cemil Gürünlü ye teģekkür ederiz. Ayrıca bu çalıģmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğüne, Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm BaĢkanlığına teģekkürlerimizi sunarız. Hayatımız boyunca her türlü maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen ailelerimize Ģükranlarımızı sunarız. Göktürk ÖZTÜRK Mehmet AKTEPE Mayıs 2013

8

9 ĠÇĠNDEKĠLER LĠSANS BĠTĠRME PROJESĠ ONAY FORMU.. II ÖNSÖZ.. III ĠÇĠNDEKĠLER.. IV ÖZET.. V SEMBOLLER VE KISALTMALAR.. VI 1. GĠRĠġ AraĢtırma olanakları ve Kullanılan Kaynaklar ÇalıĢma Planı TEORĠK ALTYAPI Solunum Performansı Ölçümü Elde Edilen Fiziksel Değerlerin ĠĢlenmesi Solunum Performans Ölçer Cihazının Özellikleri Programlama Altyapısı Cihazın Farklı Potansiyel Kullanım Alanları TASARIM Devrede Kullanılan Ana Elemanlar Mikrokontrolör Optik Çift Gerilim Regülatörü.. 13

10

11 MAX232 Entegresi Alan Etkili Sensör Projenin Gerçeklenmesi PIC16F877 Elemanının Programlanması Görsel Bilgisayar Yazılımının OluĢturulması Devre Montajı ve Mekanik Kısımlar SONUÇLAR YORUMLAR VE DEĞERLENDĠRME.. 23 KAYNAKLAR.. 24 EK ÖZGEÇMĠġ.. 26

12

13 ÖZET Günümüzde solunumda rahatsızlığa sebep olan hastalıklar çevre etkileriyle birlikte artmasına rağmen, bu tür hastalıkların akciğerde ve dolayısıyla solunum performansında ortaya çıkardıkları bozucu etkiler aktif bir Ģekilde periyodik olarak kontrol edilememekte ve tedavi süreci hastalar için zorlu geçmektedir. ġu anda hastanelerde bu tür hastalıkların teģhisinde ve ilerleyiģinin izlenmesinde, solunum fonksiyon testi olarak Spirometre isimli cihaz yaygın olarak kullanılmaktadır [1]. Ancak cihazın pahalı olması ve hastaların bireysel kullanımı için yeterince uygun olmaması sebebiyle sadece hastanelerde kullanımı mümkündür. Bu tezde hedeflenen asıl fikir astım, koah, bronģit, mevsimsel alerji ve benzeri sebeplerden solunum rahatsızlığı çeken kiģilerin hastaneye gitmeden anlık solunum performanslarını öğrenmelerinin ve solunum güçlüğü baģlamadan performans düģüģünü algılayıp zamanında ilaç kullanmalarının veya hastaneye gitmelerinin sağlanmasıdır. Buna ek olarak cihaz uygun bir biçimde taģınabilir olarak hazırlandığında doktorların da hastanın hastaneye gelemediği durumlarda hastanın evine giderek teģhis yapması ve periyodik kontrol yapması mümkün olacaktır. Solunum Performans Ölçer cihazı, hastanın solunum sırasında bir pervaneye uyguladığı anlık kuvveti göstererek solunumun performansını yani akciğerin gücünü ölçmeye yarar. Bunun için kiģinin, pervaneyi ve kendine bağlı mil üzerindeki iģaretli diski nefesi ile döndürerek optik çiftte sinyal üretilmesine sebep olarak bu iģaretin frekansı bir PIC ile ölçülüp bir bilgisayara sayısal olarak aktarılacaktır.

14

15 SEMBOLLER VE KISALTMALAR s ms us ns RPM LED LCD USB JAL IN OUT V MHz : saniye : milisaniye : mikrosaniye : nanosaniye : round per minute : light emitting diode : liquid crystal display : universal serial bus : Just Another Language : input : output : volt : megahertz

16

17 1. GİRİŞ Bu tez çalışması ile kolaylıkla taşınabilir ve uygulanabilir bir solunum performans ölçer yapılması amaçlanmıştır. Cihaz, tıbbi alanda kullanılabilecek solunum performans testi cihazı prototipi olarak tasarlanmıştır. Tasarlanmış bu devre ve bilgisayar programı ile hastane haricinde de doktorların ve hatta hastaların yalnızken anlık solunum performanslarını ölçebilmeleri için uygun koşullar sağlanmıştır. Devrede solunum hızı ile orantılı hareket edecek olan bir pervane ve ona bağlı yarısı siyah yarısı beyaz boyalı bir disk ile hastanın solunum hız bilgisi bir optik çift ile alınacaktır. Optik çiftte üretilecek olan dikdörtgen dalga işaretinin frekansı anlık olarak bir PIC ile sayılacaktır. Bu projede pic olarak PIC 16F877 kullanılmıştır. PIC için hazırlanan devre ile optik çiftten gelen sinyal sayısı periyodik olarak sayılarak pic in OUT6 ve OUT7 yani 39 ve 40 numaralı bacaklarından MAX232 entegresinin 9 ve 10 numaralı bacakları ile bilgi MAX232 ye aktarılır. Devrenin çıkışı olan RS232 çıkışı ile bağlantı bu entegre ile sağlanır ve MAX232 nin 7 ve 8 numaralı bacaklarından RS232 nin 2. ve 3. pinlerine giriş yapılır [2]. Bilgisayar için tasarlanmış olan yazılım ile bu dijital işaret bilgisayar ekranında anlık devir sayısı verisi olarak görülür. Bu yazılım; VisualBasic 6.0 kullanılarak tasarlanmıştır.

18 1.1. AraĢtırma olanakları ve Kullanılan Kaynaklar Projenin fiziksel katmanı Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektrik Makinaları Laboratuvarında ve bu laboratuvar imkânları kullanılarak gerçekleģtirilmiģtir. Mühendislik Fakültesi Dekanlığından proje için herhangi bir maddi kaynak talep edilmemiģtir. Toplamda 3 günlük bir çalıģma ile devrenin kaba yapısı hazırlanmıģtır ÇalıĢma Planı Bitirme tezi yazımı genel haliyle Çizelge 1. e göre yapılmıģtır; Çizelge 1. Bitirme tezi yazım çizelgesi Özet 1.GiriĢ 2.Teorik Altyapı 3.Tasarım 4.Sonuçlar 5.Yorumlar ve Değerlendirme Göktürk Öztürk - Mehmet Aktepe Mehmet Aktepe Mehmet Aktepe Göktürk Öztürk Göktürk Öztürk - Mehmet Aktepe Göktürk Öztürk 2

19 2. TEORİK YAPI Bu bölümde tasarlanan sistemin teorik açıklaması yapılmış ve kullanımı ile ilgili bilgi verilmiştir. Cihaz ve bilgisayarda kullanılan yazılımlar gösterilmiş ve açıklanmıştır. Ayrıca solunum performansı ölçümünün gerekliliği ile ilgili kısa açıklamalar yapılmıştır Solunum Performansı Ölçümü Hâlihazırda hastanelerde kullanılan teknik ile kararlı ve düzgün ölçümler yapılabilse de eski cihazların ebadı, yeni cihazların taşımaya elverişli olmamasından dolayı bu alanda taşınabilir cihazlara ihtiyaç vardır. Solunum performansı ölçümü bütün yöntemlerde nefesin bir pervaneyi hareket ettirmesine dayalıdır. Hasta, bir ölçüm işleminde önce normal durumda normal olarak nefes alıp verir. Sonra hızlıca derin nefes alır ve verir. Son olarak da ciğerindeki bütün havayı verir ve alır. Bu yöntemle solunum hastalığı olan kişilerin solunum performansı ölçülür. Bu yöntemle hastalığın teşhisi ve hastalığın tekrarı durumunda, testin yapıldığı anda hastalığın geldiği son durumun görülmesi mümkündür. Ancak özellikle astım ve bronşit hastalarının, mevsimsel solunum rahatsızlığı hastalarının ilaç kullanımı veya hastalığın takibi için solunum performansını her an ölçmeleri bu yöntemlerle mümkün değildir. Özellikle hastaneye uzak olunan yerlerde, hastanın hastaneye sıkça gelemediği durumlarda kullanılmak üzere taşınabilir bir solunum performansı ölçer ihtiyacı söz konusudur. Tez çalışmamızda gerçekleştirilen cihaz ve bilgisayar programı bu ihtiyaç temel alınarak tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Solunum performansı birçok şekilde etkilenebilir. Bazı rahatsızlıklarda kısa süreli performans düşümüne sebep olabilir, bazı hastalıklarda ise sürekli olarak solunumu zorlaştıran etkenler söz konusudur. Bu tür durumlarda performans sürekli olarak düşer ve ölçülüp, belirli bir seviyeye yaklaşınca ilaç alınması gerekmektedir. Örneğin mevsimsel astım hastalığında sonbahar döneminde hastanın solunum yolu daralır ve solunumu

20 zorlaģtırır. Bu durumdaki bir hastada 2 gün içinde solunum performansı, yorulma ile düģer ve müdahale gerekir. Bu durumun oluģmaması için yavaģça düģüģ gösteren performansın izlenmesi gerekir. Hastaların bu durumu önceden ve kendi evlerinde kestirmeleri için bu bitirme projesi çok önemli bir imkân sağlamaktadır [3] Elde Edilen Fiziksel Değerlerin ĠĢlenmesi Projede ilke olarak giriģ bilgisinin, yani solunum bilgisinin, neredeyse bütün fiziksel ölçümlerde olduğu gibi elektriksel bir iģarete çevrilmesi ve bu iģaretin incelenmesi söz konusudur. Bu dönüģüm bitirme tezinde QRD1114 kızılötesi optik çift ile uygulanmıģtır. Pervane ile birlikte mile sabitlenmiģ olan yarısı siyah yarısı beyaz diskin siyah yüzü optik çiftin karģısına gelince optik çift, logic 0 sinyali üretir. Beyaz yüzünün karģısına gelince logic 1 sinyali üretir. Bu Ģekilde pervanenin bir devri okunmuģ olur. Sürekli hareket durumunda ise anlık frekansı değiģken bir kare dalga oluģur. Bu iģaretin kısa periyodlarda (örneğin birkaç milisaniye) sayılması ile anlık frekans ölçülmüģ olur. Projede bu iģi PIC16F877 mikroiģlemcisi yapmaktadır. QRD1114 optik çiftinin kullanılmasının önemli sebebi; kızılötesi çalıģması ve içeriğinde bir günıģığı filtresi bulunmasıdır. Bu sayede daha kararlı bir iģaret elde edilebilmektedir [4]. Optik çiftin yapısı, ġekil 2.1. de gösterilmiģtir. 4

21 ġekil 2.1. Kızılötesi optik çiftin Ģematik iç yapısı Sensörde (optik çiftte) üretilen iģaret PIC in 21 numaralı bacağından, yani IN 2 giriģinden alınmaktadır. Kullanılan PIC in kapasitesi gereği 20 MHz frekansta iģlem yapabilmektedir. Yani 0.05us periyodla okuma kapasitesine sahiptir [5]. PIC in projede kullanılan pinleri ġekil 2.2. de gösterilmiģtir. ġekil 2.2. PIC16F877 nin projede kullanılan pinleri (ISIS programı ile çizilmiģtir) 5

22 PIC in 39 ve 40 numaralı pinleri çıkıģ pinleridir. Kaynak [2] de verildiği gibi, bilgisayara aktarılmak üzere buradan alınan iģaret MAX232 entegresinde iģlenir. MAX232 nin 9 ve 10 numaralı pinleri giriģ, 7 ve 8 numaralı pinleri çıkıģ pinleridir. MAX232 entegresi, devrenin son bileģenidir ve çıkıģı doğrudan seri portla (RS232) bilgisayara bağlanır. MAX232' nin pin yapısı ġekil 2.3. te verilmiģtir. ġekil 2.3. MAX232 entegresinin Ģematik olarak gösterimi (ISIS programı ile çizilmiģtir) MAX232 nin 7ve 8 numaralı pinleri de RS232 çıkıģının 2 ve 3 numaralı uçlarına bağlanır. RS232 bağlantısı ile bilgisayar bağlantısı tamamlanmıģ ve fiziksel iģaret elektriksel bir büyüklüğe çevrilmiģ ve o da sayısal iģarete çevrilmiģ olur. Yani optik elemandan alınan dikdörtgen dalga iģaretinin dalgaları belirlenen periyod ile PIC te sayılır ve MAX232 entegresi aracılığı ile bilgisayarın seri portu olan RS232 giriģine bir kablo ile aktarılır. 6

23 Fiziksel verinin elektriksel veriye dönüģtürülmesi günümüzde hastane uygulamalarında da her alanda olduğu gibi iki yolla yapılmaktadır; 1. Analog, 2. Dijital. Her iki durumda da düzgün bir analiz yapılabilse de günümüzde dijital cihazlar fiyat, ebat, kararlılık ve kullanım kolaylığı ile öne çıkmaktadır. Analog yöntem doğru akım generatörü ilkesi ile çalıģır. Burada ölçülen büyüklük, gerilimin genliğidir. Dijital uygulamada ise ölçülen büyüklük frekanstır. Pervane bir generatöre değil bir optik çift veya Hall elemanı gibi bir sensöre fiziksel büyüklüğü aktarır. Bitirme Projesindeki uygulama da bu türe bir örnektir. Bir optik siyah-beyaz algılayıcı ile yarısı siyah, yarısı beyaza boyalı bir disk üzerinden okuma yapılırsa, siyah ve beyaz kısımlar eģit büyüklükte olacağından sabit hızla bir dönüģte tam bir kare dalga iģareti elde edilir. Ancak mil hızı sürekli değiģeceğinden hiçbir zaman bir kare dalga elde edilemeyecektir. Sürekli olarak doluluk boģluk oranı değiģen bir dikdörtgen dalga iģareti gözlenecektir. PIC e bu iģaret uygulandığında belirli bir süre içerisinde elde edilen dalgaları sayarak bu süre içindeki ortalama frekans değerini verecektir. Örneğin; 10ms lik bir periyod ile sayma yaparsa, frekansın bu süre içinde 4kHz den 6kHz ye çıkması durumunda 5kHz değeri okunacaktır. 6kHz okuyabilmek için bu okuma periyodu içinde sürekli o değerde kalması gerekmektedir. 7

24 2.3. Solunum Performans Ölçer Cihazının Özellikleri Cihaz anlık değer okuyacağından ilk etken devrenin tepke hızıdır. Ölçüm süresince her an her değiģim hızlı bir Ģekilde gözlemlenebilmelidir. Diğer bir etken de kullanım kolaylığıdır. Projede hazırlanan devre ve program altyapısı sayesinde bir adet bilgisayar bulunan herhangi bir yerde bu ölçümler yapılabilmektedir. Devrenin sadeliği sebebiyle fiziksel büyüklüğü iģleme hızı ile ilgili bir sorun yoktur. Bu durumda bilgisayar bağlantısı (RS232) sistemin tepke süresini belirleyecektir. RS232 seri portunun kolaylığının yanı sıra dengesiz veri aktarım hızı ve bağlantı sorunları gibi olumsuz yönleri de mevcuttur. Seri port, ideal olarak hazırlanan devre için ortaya çıkabilecek birçok potansiyel sorunu da beraberinde getirir Programlama Altyapısı Tasarlanan devre PIC temelli bir devre olduğundan ilk olarak PIC programlamasından bahsetmekte fayda vardır. Programın oluģturulması, derlenmesi ve Hex kodunun çıkartılması için JAL (Just Another Language) programı kullanılmıģtır. JAL programın seçilmesinin sebebi açık kaynak kodlu olması yani uyarlanabilir olması ve ücretsiz olmasıdır. Ancak aynı sebeplerden dolayı kullanımı zordur ve programla alakalı birçok Ģey öğrenilmesi gerekmektedir. Ama nihayetinde PIC de kullanılacak olan Hex kodu üretilmiģ ve PIC e yazdırılmıģtır. Ġkinci tür kullanılan program ise Visual Basic 6.0 görsel programlama programıdır. Bu program ile elde edilen devir sayısı verileri bilgisayar ekranından görülebilmektedir. Yazılan programın basit ve küçük boyutlu olmasından dolayı hızlı iģleyememe sorunu oluģmaz ve sistem tepkesini yavaģlatma durumu oluģmaz. 8

25 Programda 4 çeģit sayıcı ve 1 rpm göstergesi vardır. Bunlar; counterl: 200ns, counterh: 51us, counterxh: 13ms, counterxxh: 3.35s dir Bu süreler PIC in darbe sayma periyodlarıdır [5]. (ns: nanosaniye, us: mikrosaniye, ms: milisaniye, s: saniye). PIC bu sayıcılar doğrultusunda darbeleri sayar ve frekansa dönüģtürür. Ġdealde frekans 1s de alınan darbe sayısı olmasına karģın düzensiz gelen iģaret bu Ģekilde sayılır. Programın ekran görüntüsü ġekil 2.4. te gösterilmiģtir. ġekil 2.4. Visual Basic ile hazırlanan programın ekran görüntüsü 9

26 2.5. Cihazın Farklı Potansiyel Kullanım Alanları Kullanılan devrede temel prensibin fiziksel veriden elde edilen elektriksel verinin sayılması olduğu düģünülürse, aparatlar biraz değiģtirilerek tıbbi alanın haricinde de kullanılabilir. Örneğin; rahatça rüzgâr hızı ölçmek için ayarlanabilir. Veya alıcı olarak sismik bir alıcı kullanılırsa sismograf olarak veya uygun bir aparatla bir taģıtın hız göstergesi olarak kullanılabilir. Ayrıca uç bir örnek olarak, uygun bir süzgeç kullanılırsa, bir müzik aleti çalınırken müzisyenin gitar, piyano, vurmalı müzik aletleri ve benzeri müzik aletlerine uyguladığı darbeler saydırılarak, müzisyenin metronomla uyumunu gözlemesi mümkün olacaktır. 10

27 3. TASARIM Bu kısımda projenin tasarım ve gerçekleme süreci anlatılacaktır. Ayrıca kullanılan elemanlar hakkında detaylı bilgiler verilecektir Devrede Kullanılan Ana Elemanlar Mikrokontrolör Projede mikrokontrolör olarak Microchip firmasına ait PIC16F877 modeli kullanılmıştır. Bu model yüksek performans, uygun maliyet ve düşük güç tüketimi nedenlerinden dolayı yaygın olarak kullanılmaktadır [6]. Kullanılan PIC, Şekil 3.1. ve Şekil 3.2. de gösterilmiştir. Şekil 3.1. PIC16F877 ye ait pin diyagramı (ISIS programı ile çizilmiştir)

28 ġekil 3.2. PIC16F877 mikrodenetleyici Optik Çift Optik çift olarak Fairchild Semiconductor firmasına ait QRD1114 yansıtmalı nesne sensörü tercih edilmiģtir. Sensörün yüzeyle temas etmeden çalıģması ve günıģığından etkilenmesini önleyen filtresi kullanım açısından önemli yararlar sağlar. Yansıtma mantığına göre çalıģan sensör kızılötesi fotodiyot ve npn silikon fototransistörden oluģmaktadır. Elemanın 1 den 4 e kadar numaralandırılmıģ pinleri (kollektör, emetör, anot, katot) bulunmaktadır [4]. Bu sensörün Ģeması ve resmi, ġekil 3.3. ve ġekil 3.4. te verilmiģtir. ġekil 3.3. QRD1114 ün Ģematik gösterimi (ISIS programı ile çizilmiģtir) ġekil 3.4. QRD1114 elemanı [4] 12

29 Gerilim Regülatörü Projede gerilim regülatörü olarak STMicroelectronics firmasına ait L7805 modeli kullanılmıģtır. AĢırı ısınmaya ve kısa devreye karģı koruması mevcuttur. Gerilim regülatörü PIC16F877 ve MAX232 entegreleri için gerekli olan 5 volt doğru gerilim beslemesini sağlar [7]. Regülatörün yapısı ve resmi, ġekil 3.5. ve ġekil 3.6. da verilmiģtir. ġekil 3.5. L7805 in pin konfigürasyonu (ISIS programı ile çizilmiģtir) ġekil 3.6. L7805 elemanı MAX232 Entegresi Projede devrenin RS232 ile haberleģebilmesi için Maxim Integrated firmasına ait MAX232 entegresi kullanılmıģtır. PIC, istenen iģareti üretse bile bunu bilgisayara gönderemez. Bu entegre sayesinde devre RS232 üzerinden bilgisayarla bağlantıya geçer. Böylece veri bilgisayara aktarılabilir [2]. Entegrenin Ģeması ġekil 3.7. de gösterilmiģtir. 13

30 ġekil 3.7. MAX232 pin Ģeması Alan Etkili Sensör (Hall Effect Sensor) Sensör olarak Allegro Microsystems firmasına ait A3144 modeli kullanılmıģtır [8]. Bu algılayıcının endüstriyel alanda birçok uygulaması bulunmaktadır. Bu projede solunumla hareket ettirilen diskin her bir turunun bilgisayarsız olarak algılanması ihtiyacını temel düzeyde gidermek için kullanılmıģtır. Sensör her bir turda oluģturduğu darbe sayesinde LED lambayı o darbe süresi boyunca yakacak ve böylelikle kullanıcı solunum kalitesi hakkında bir ön bilgiye sahip olacaktır. Elemanın resmi ve yapısı, ġekil 3.8. ve ġekil 3.9. da verilmiģtir. ġekil 3.8. A3144 elemanı 14

31 ġekil 3.9. A3144 elemanının pinleri (ISIS programı ile çizilmiģtir) 3.2. Projenin Gerçeklenmesi Bu kısımda projenin gerçekleme aģamaları anlatılacaktır. PIC ve bilgisayarda kullanılan programlar ve devrenin Ģeması açıklanacaktır PIC16F877 Elemanının Programlanması Mikrodenetleyicinin programlanması için öncelikle.hex uzantılı dosyanın elde edilmesi gerekmektedir. Piyasada hex kodunu elde etmede kullanılan birçok derleyici bulunmaktadır. Basit programlama dili, kolay arayüzü ve açık kaynak koduna sahip olmasından dolayı projede JAL(Just Another Language) ın JAL Edit derleyicisi tercih edilmiģ ve öğrenilmiģtir [9]. ġekil da JAL Edit ile yazılan kodun derleme sonucu gösterilmiģtir. 15

32 ġekil JAL Edit arayüzünde programın derleme sonucu Sonraki aģamada ise yine derleyici yardımıyla, yazılan kodlar mikrodenetleyicinin dili olan hex koduna çevrilmiģ ve ġekil deki veriler elde edilmiģtir. Elde edilen hex kodu PIC e komutları aktarmak için kullanılır. Kaynak [5] te verildiği gibi PIC16F877 entegresinin sayma kapasitesi en fazla 20 Mhz dir. Projede bu sebeple iģlem doğruluğunu da artırmak adına 20 Mhz kristal seçilmiģtir. Hex kodu ġekil de verilmiģtir. 16

33 ġekil Elde edilen hex uzantılı dosya JAL dilinde yazılan programın tam hali Ģöyledir; include 16f877_bert var byte counterl, counterh, counterxh, counterxxh pin_d2_direction = input var bit inputpin is pin_d2 forever loop while inputpin loop end loop tmr1ie = 0 t1con = 0b_0000_0000 tmr1h = 0x00 17

34 tmr1l = 0x00 t1con = 0b_0000_0001 tmr1ie = 1 while! inputpin loop if tmr1if then tmr1if = 0 if counterxh == 255 then counterxxh = counterxxh + 1 end if counterxh = counterxh + 1 end if end loop counterh = tmr1h counterl = tmr1l serial_sw_write("1") delay_1ms(10) serial_sw_write(counterl) delay_1ms(10) serial_sw_write("2") serial_sw_write(counterh) delay_1ms(10) serial_sw_write("3") 18

35 serial_sw_write(counterxh) delay_1ms(10) serial_sw_write("4") serial_sw_write(counterxxh) counterl = 0 counterh = 0 counterxh = 0 counterxxh = 0 end loop Son olarak ġekil de bir kısmı verilen hex kodu pic programlayıcı yardımıyla USB üzerinden PIC16F877 elemanına aktarılmıģtır Görsel Bilgisayar Yazılımının OluĢturulması Projede devrenin çıkıģından gelen veri RS232 seri portu üzerinden bilgisayara aktarılmaktadır. Aktarılan veri ise yazılım sayesinde kullanıcının anlayabileceği Ģekle getirilir. Microsoft firmasının Visual Basic yazılımı ile oluģturulan program sayesinde solunum performans ölçeri kullanan kiģinin verileri gözlemlenebilir. Program kiģinin solunum gücünü, sürekliliğini algılatabilecek Ģekilde oluģturulmuģtur. Programın görsel arayüzü daha önce ġekil 2.4 te verilmiģtir. 19

36 Devre Montajı ve Mekanik Kısımlar Devre dıģ ortamdan izole edilmek amacıyla plastik materyalin içine alınmıģtır. Ek olarak bu muhafazanın dıģına projeye iģlevsellik katmak adına iki adet LED lamba ve bir adet anahtar yerleģtirilmiģtir. LED lambalardan biri güç devresinin aktif olup olmadığı bilgisini diğeri ise kullanıcının temel düzeydeki solunum hız bilgisini aktarır. Solunum eylemi ile dönen pervane küçük değiģimlerde bile kolayca hareket edebilecek türde seçilmiģtir. Bu noktada daha kolay ve daha doğru bilgi elde edilmesi amaçlanmıģtır. Devre montajı ġekil 3.12 ye göre yapılmıģtır. ġekil Devre montaj Ģeması (ISIS programı ile yapılmıģtır) Devre montajında RS232 slotu çıkıģ, optik algılayıcı giriģ iģlevi gördüğü için board üzerinde değildirler. Optik eleman, pervane üzerindeki siyah-beyaz kısma belirli uzaklıkta sabitlenmiģtir ve seyyar kısımda yer alır. RS232 slotu ise devreye 2 pin (nötr dahil 3 pin) 20

37 üzerinden bağlanmıģtır. Besleme gerilimi olan 5 V, regülatör çıkıģından alınmakta, regülatör de 9 voltluk pil üzerinden beslenmektedir. Resimden de anlaģılacağı üzere devre 3 temel kısımdan oluģur. Üst kısım besleme, orta bölüm PIC ve temel devre elemanları, alt bölüm ise giriģ-çıkıģ terminalleri olarak tasarlanmıģtır. Devre tasarımı, kullanım kolaylığı düģünülerek bu Ģekilde gerçeklenmiģtir. Devrenin RS232 çıkıģlarının ayrılmıģ hali ġekil te görülmektedir. ġekil Devrenin görünüģü (kutu dıģında ve bağlantıları çıkarılmıģ) 21

38 4. SONUÇLAR Tasarlanan cihaz basit tutulmaya çalışılsa da birçok potansiyel sorun oluşturabilecek etken vardır. Devre eksiksiz tamamlanmasına rağmen ilk denemelerde sonuca ulaşılmasına en büyük engel RS232 bağlantısı olmuştur. İlk olarak planlanan RS232 USB dönüştürücü kullanarak bilgisayar bağlantısı yapma girişimi, hem PIC16F877 nin USB uyumsuzluğu, hem de Visual Basic programının USB girişinden bilgi alma özelliğinin kısıtlı olması sebebiyle sonuçsuz kalmıştır. Bu sebeple RS232 seri portu bulunan bir bilgisayar DSP laboratuvarından sağlanmıştır. Seri port bazı aksamalara ve uyumsuzluklara sebep olsa da kararlı olarak çalışabilmektedir. Seri porttaki değişken veri aktarım hızı ve asenkron veri iletiminin bu devrede bir etkisinin olmadığı görülmüştür.

39 5. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME Projenin en zorlayıcı kısmı JAL programlama dilinin kullanımı ve bilgisayar için gerekli yazılımın oluşturulmasıdır. Bunun haricinde devrenin kurulumu kısa sürede tamamlanmış ve devrenin fiziksel kısmı kolayca gerçeklenmiştir. Cihazın maliyetine etki eden en önemli unsur PIC in fiyatı olacaktır. Bunun dışında fiyata etki edecek eleman kullanılan optik çifttir. Kullanılan diğer elemanların özellikle toplu alımlarda fiyatının düşeceği göz önünde bulundurulursa maliyete büyük bir yansıması olmayacağı anlaşılmaktadır. PIC in yeniden programlanabilir ve bilgisayar yazılımının değiştirilebilir oluşu projeyi gelişime açık kılmaktadır. Yine geliştirme amacıyla LCD de eklenerek tıbbi kullanıma uygun olmasa da daha portatif ve kullanıcı için daha basit bir çözüm elde edilebilir. Ayrıca devrenin kurulumunun basit ve hex kodunun zaten elde edilmiş olması sebebiyle cihazın seri üretimi oldukça masrafsız ve kolaydır.

40 KAYNAKLAR [1]. A. Kaya, M. Karadağ, M. MetintaĢ ve T. Özlü, Solunum Sistemi ve Hastalıkları, Ġstanbul Tıp Kitabevi, Ġstanbul, Türkiye, Aralık (sayfa; 24). [2]. MAX232 data sheet, Maxim Integrated Inc., San Jose, California, USA. [3]. (2013) Türkiye Solunum AraĢtırmaları Derneği resmi websitesi. [Online]. Aktif olarak: [4]. QRD1114 data sheet, Fairchild Semiconductor., San Jose, California, USA. [5]. G. Dinçer, PIC Mikrokontrolör Uygulama Devreleri (Uygulamalı Elektronik Devreler), Era Bilgi Sistemleri Yayıncılık, Ġstanbul, Türkiye, 4. Baskı. [6]. PIC16F877 data sheet, Microchip Inc., Chandler, Arizona, USA. [7]. L7805 data sheet, STMicroelectronics, Geneva, Switzerland. [8]. A3144 data sheet, Allegro Microsystems, Worcester, Massachusetts, USA. [9]. S. Ayyıldız, JAL İle PIC Programlama, AltaĢ Yayıncılık, Ġstanbul, Türkiye, (sayfa; ve ). 24

41 Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU Tasarım Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları cevaplayınız. 1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. Bu çalışmada Solunum Performans Ölçer cihazının tasarımı ve üretimi yapılmıştır. 2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü? Hayır. 3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız? Elektronik devreler, bilgisayar programlama ve güç elektroniği derslerinden edinilen bilgi ve becerilerden faydalanılmıştır. 4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir? EMC standartları göz önünde bulundurulmuştur. 5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir? a) Ekonomi Malzeme seçiminde uygulama için gereken şartları taşıyan, en düşük maliyetli ürünler seçilmiştir Sistemin üretim maliyetinin en az olması sağlanmıştır. b) Çevre sorunları: Projede çevreye zararlı olan kurşun kullanılmamıştır. Tüm montaj işleminde kurşunsuz lehim kullanılmıştır. c) Sürdürülebilirlik: Sistem özellikle programlama açısından geliştirilmeye açıktır. Gelecek projelere temel oluşturacak niteliktedir. d) Üretilebilirlik: Gerçekleştirilen sistem ülkemizde kolaylıkla üretilebilir niteliktedir. e) Etik: Sistemin tasarımı proje ekibi tarafından yapılmış ve etik kurallara riayet edilmiştir. f) Sağlık: Gerçekleştirilen sistem 9 voltluk kaynağa sahiptir ve 5 voltta çalışacaktır. Bu nedenle sağlık açısından herhangi bir risk oluşturmamaktadır. g) Güvenlik: Sistem herhangi bir güvenlik riski içermemektedir. h) Sosyal ve politik sorunlar: Gerçekleştirilen proje sosyal ve/veya politik herhangi bir soruna yol açmayacaktır. Not: Gerek görülmesi halinde bu sayfa istenilen maddeler için genişletilebilir. Projenin Adı Projedeki Öğrencilerin adları Solunum Performans Ölçer Göktürk ÖZTÜRK Mehmet AKTEPE Tarih ve İmzalar

42 ÖZGEÇMĠġ Mehmet AKTEPE 1989 da BAKIRKÖY/ĠSTANBUL da doğdu. Aslen AYAġ/ANKARA lıdır. Ġlk ve orta öğrenimini Beylikdüzü nde BüyükĢehir Ġlköğretim Okulu ve 75.Yıl Cumhuriyet Lisesinde tamamladı yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği bölümünde lisans eğitimine baģladı. Üniversitedeyken iyi derecede ingilizce, klasik ve elektronik gitar öğrenmiģtir. Göktürk ÖZTÜRK 1989 yılında Ordu da doğdu. Ġlköğreniminin bir bölümünü Akyazı Çamsan Ġlköğretim Okulu nda diğer bölümünü ise Özel Ordu Seçkin Ġlköğretim Okulu nda gerçekleģtirdi. Lise öğrenimini ise Özel Ordu Seçkin Fen Lisesi nde tamamladı yılında lisans eğitimi için Karadeniz Teknik Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği bölümüne giriģ yaptı. Yabancı dil olarak Ġngilizce bilmektedir. 26