ÖNSÖZ. Mayıs 2017 GÜRKAN SUNGUR MEHMET ÖZYAMAN

Transkript

1 İ ü ı Ğ ç ş ç Ğ ç ü ü» Ğ ş ı ç Ö ı ü ş ç İ İ

2 ı ç ş ü Ö ı ı ç İ İ ö ı ü Ü ğ ş ı ç ş ı ı Ç ış ı ı ı ı ğ çı ı ıı ş ış ç İ İ ü Ü ç ü Ü ç ö ü ş ı

3 ÖNSÖZ Bitirme Çalışmaları süresince her konuda kendisinden destek gördüğümüz danışman hocamız Sayın Doç. Dr. İhsan PEHLİVAN a bilgi ve tecrübesiyle yardımlarını esirgemeyen Mekatronik Mühendisi Sayın Görkem SUNGUR a ve maddi manevi her zaman yanımızda olan aile fertlerimize sonsuz teşekkürlerimizi sunmayı borç biliriz. Mayıs 2017 GÜRKAN SUNGUR MEHMET ÖZYAMAN ii

4 İÇİNDEKİLER Lisans Bitirme Çalışması Onay Formu i Önsöz ii İçindekiler iii Özet vi Semboller Ve Kısaltmalar vii Şekiller Listesi viii Tablolar Listesi ix 1.GİRİŞ Genel Bilgiler Literatür Araştırması Özgünlük Yaygın Etki Standartlar RS232 Standartları Video Standartları Kablosuz Ağ Standartları Çalışma Takvimi TEORİK ALTYAPI Sistemin Genel Yapısı ve Çalışma Prensibi Sistemin Blok Diyagramı Verici Devresi Alıcı Devresi Kullanıcı Arayüz Programı Sistemin Çalışması Verici Devresinde Kullanılan Elemanlar Seri Port ve RS232 Standartları ATX-34 Verici Anten Entegresi Araçta Kullanılan Elemanlar Arduino ve Özellikleri iii

5 L293D Sürücü Entegresi ARX-34 Alıcı Anten Entegresi RF Sinyalleri ile İletişim Kuran Kamera Güç Kaynağı DC Motorlar ve Aracın Hareket Ettirilmesi Step Motor ve ULN2003 Sürücüsü Step Motorun Dönme Açısının Hesaplanması TASARIM Arduino Yazılımı Arduino Programlama Aşamaları Kullanıcı Arayüz Programı Aracın Mekanik Görünümü ve Özellikleri Sistem Bileşenleri ve Seçimleri Kamera Anten Boyu Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz SİMÜLASYON ÇALIŞMALARI Verici Devrenin Simülasyonu Alıcı Devrenin Simülasyonu Uygulamanın Arayüz Programı Kısmının Simülasyonu DENEYSEL ÇALIŞMALAR Genel Bilgiler Verici Devre ve Yapılışı Alıcı Devre ve Yapılışı Sistemin Çalıştırılması Yapılan Testler SONUÇLAR Genel Açıklamalar Deney Sonuçları Değerlendirme iv

6 7. KAYNAKLAR EKLER ÖZGEÇMİŞ v

7 ÖZET Kablosuz ağ ile seri porttan kameralı araç kontrolü üzerine yapılan bu çalışmada amaç insan hayatını kolaylaştırmaya yönelik bir sistem geliştirilmiştir. Bitirme Çalışması kapsamında, bilgisayarın USB port ile haberleşerek RF vasıtası ile uzaktaki aracın motorlarını kontrol edilebilen ve üzerinde bulunan kamera aracılığı ile görüntü aktarabilen bir araç yapılmıştır. Bitirme Çalışması üç temel kısımdan oluşmaktadır. İlk kısımda USB porta bağlı olan Arduino bulunmaktadır. Arduino bilgisayardan aldığı bilgileri vericiye aktarmaktadır. Verici entegresi olarak ATX-34 entegresi seçilmiştir. İkinci kısımda ise yollanan verileri alarak bunları Arduino ya aktaran ARX-34 alıcı entegresi bulunmaktadır. Aracın üstünde ise vericiden gelen bilgileri yorumlayıp istenilen hareketi sağlamak için bir Arduino yerleştirilmiştir. Arduino olarak Arduino UNO R3 kullanılmıştır. Bu Arduino ile bir adet step motor ve iki adet DC motor sürücü entegresi kontrol ettirilmiştir. Aracın hareketi dört adet DC motor ile sağlanmıştır. Ön tarafta bulunan kamera ise step motor ile yönlendirilmesi yapılmıştır. Kamera aldığı görüntüyü RF ile bilgisayar arayüzüne aktarmaktadır. Bitirme Çalışmasının üçüncü kısmı ise kullanıcı arayüzüdür. Mobil aracın bir kullanıcı tarafından kontrol edilebilmesi ve kameradan gelen görüntüyü izleyebilmesi için bilgisayarda bir arayüz programı yazılmıştır. Bu arayüzü yazarken Labview programı kullanılmıştır. Tamamlanan Bitirme Çalışması sonucunda araç kapalı alanlarda 25 m açık alanlarda ise 40 m haberleşmiştir. Araç 1-2 km/saat arasında hız yapabilmektedir. Aracın boyutları 255 X 150 X 150 mm olarak yapılmıştır. Aracın kamerası yatay eksende 360 derece dönebilmektedir. vi

8 SEMBOLLER VE KISALTMALAR LİSTESİ USB DC PAL EPROM :Universal Serial Bus : Direct Current : Phase Alternating Line : Erasable Programmable Read Only Memory EEPROM : Electrical Eprom RF RAM ROM IEEE USART CPU RPM BPS WLAN I/O RISC PWM A/D Hz Mhz F V A : Radio Frequency : Random Access Memory : Read Only Memory : Institute of Electrical and Electronics Engineers : Universal Synchronous Asynchronous Reciever : Central Processing Unit : Rotations Per Minute : Bits Per Second : Wireless Local Area Network : Input/Output : Reduced Instruction Set Computer : Pals Genişlik Modülasyonu : Analog/Dijital : Hertz : Mega Hertz : Farad : Volt : Amper vii

9 ŞEKİLLER LİSTESİ Şekil 2.1. Sistemin Blok Diyagramı... 8 Şekil 2.2. Paralel İletişim Şekil 2.3. Seri İletişim Şekil 2.4. Senkron ve Asenkron İletişim Şekil 2.5. ATX-34 ve ARX-34 Entegreleri Şekil 2.6. ATX-34 ün Genel Görünüşü Şekil 2.7. Data Formatı Şekil 2.8. L293D nin Fiziksel Görünüşü ve Bağlantı Şekli Şekil 2.9. ARX-34 ün Genel Görünüşü Şekil Kablosuz Kamera Şekil Fırçalı DC Motor Şekil DC Motor Dış Görünüşü Şekil Step Motor Kontrol Devresi Şekil Step Motor Çalışma Prensibi Şekil ULN2003 Pin Diyagramı Şekil ULN2003 ile Step Motor Kontrolü Şekil Üç Fazlı Değişken Relüktanslı Adım Motorunun Yapısı Şekil 3.1. Aracın Demonte Hali Şekil 3.2. Aracın Birleştirilmiş Hali Şekil 4.1. Verici Devrenin Simülasyonu Şekil 4.2. Alıcı Devrenin Simülasyonu Şekil 4.3. Arayüz Simülasyonun 4 Kısımda İncelenmesi Şekil 5.1. Verici Devresi Şekil 5.2. Alıcı Devresi Şekil 5.3. Verici Devrenin Bilgisayara Bağlanması Şekil 5.4. Labview ile Yapılan Arayüz Programının Açılması Şekil 5.5. Hazır Hale Gelen Verici Devresi Şekil 5.6. Aracın Enerjilendirilmesi Şekil 5.7. Arayüz üzerine araçtan gelen örnek görüntü Şekil 5.7. Aracın açık alanda görüntüsü Şekil 5.7. Arayüz kapalı alanda görüntüsü viii

10 TABLOLAR LİSTESİ Tablo 1.1. Bitirme Çalışması çalışma takvimi... 6 Tablo 2.1. Verici Devresinde Bulunan Elemanlar... 7 Tablo 2.2. ATX-34 ün Uç Ayrıntıları Tablo 2.3. ATX-34 Elektriksel Özellikleri Tablo 2.4. Alıcı Kartı Eleman Listesi Tablo 2.5. ARX-34 ün Uç Ayrıntıları Tablo 3.1. Malzeme Listesi Tablo 5.1. Araç menzilinin farklı ortamlarda ölçülmesi ix

11 1. GİRİŞ 1.1. Genel Bilgiler Kablosuz ağ ile USB porttan araç kontrolü üzerine yapılan bu çalışmada amaç insan hayatını kolaylaştırmaya yönelik bir sistem geliştirilmiştir. Bitirme Çalışması kapsamında, bilgisayarın standart USB portu ile haberleşerek RF vasıtası ile kontrol edilebilen ve üzerinde bulunan kamera aracılığı ile görüntü aktarabilen bir araç yapılmıştır. Bitirme Çalışması üç temel kısımdan oluşmaktadır. İlk kısımda USB porta bağlı olan Arduino bulunmaktadır. Arduino bilgisayardan aldığı bilgileri vericiye aktarmaktadır. Verici entegresi olarak ATX-34 entegresi seçilmiştir. İkinci kısımda ise yollanan verileri alarak bunları Arduino ya aktaran ARX-34 alıcı entegresi bulunmaktadır. Aracın üstünde ise vericiden gelen bilgileri yorumlayıp istenilen hareketi sağlamak için bir Arduino yerleştirilmiştir. Arduino olarak Arduino UNO R3 kullanılmıştır. Bu Arduino ile bir adet step motor ve iki adet DC motor sürücü entegresi kontrol ettirilmiştir. Aracın hareketi dört adet DC motor ile sağlanmıştır. Ön tarafta bulunan kamera ise step motor ile yönlendirilmesi yapılmıştır. Kamera aldığı görüntüyü RF ile bilgisayar arayüzüne aktarmaktadır. Bitirme Çalışmasının üçüncü kısmı ise kullanıcı arayüzüdür. Mobil aracın bir kullanıcı tarafından kontrol edilebilmesi ve kameradan gelen görüntüyü izleyebilmesi için bilgisayarda bir arayüz programı yazılmıştır. Bu arayüzü yazarken Labview programı kullanılmıştır. 1

12 1.2. Literatür Araştırması B. Büchi (1996), İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsünde yapılan bir çalışmayla labirent içinde hareket eden mobil mini bir robot geliştirilmiştir. Robotun kontrol sistemi PIC16CS4 mikroişlemcisi ile gerçekleştirilmiştir. 2 adet SWATCH tipi motorla ve pille hareketi sağlanmıştır. Labirent içindeki kontrolü sağlamak için genel ve yerel geri besleme kontrolü kullanılmıştır. Genel geri beslemede infrared tabanlı olarak uzaktan kontrol sağlanmıştır. Operatör labirent içindeki bazı noktalarda kontrolü alabilmektedir. Yerel geri beslemede labirent içindeki hareketleri robot iki adet mesafe sensörü kullanarak otomatik olarak yapmaktadır.[1] S. Baluja, and D.A. Pomerleau (1997), yol üzerindeki şeritleri kamera ile izleyerek yönünü bulan bir robot geliştirmiştir. Geliştirilen algoritma yol üzerinde sapmaya neden olan nesneler olması durumunda fazladan şerit oluşturarak yoldan çıkmayı önlemektedir. Sistem sınırlı düzeyde çalışmakta olup, yapay sinir ağları ile sonraki adımları tahmin etme üzerine kurulmuştur.[2] W. Li, G. Lu, Y. Wang (1997), Li W. ve arkadaşları çevre şartlarında bir aracın otonom olarak kontrol edilebilmesi için beyaz yol şeritlerini tanıyan bir metot geliştirmişlerdir. Algoritmada bulanık mantık yöntemlerini kullanmışlardır. Metodu THMR-III ismini verdikleri bir mobil robot üzerinde uygulamışlardır.[3] Victor J.S (1998), görüntü ile uzaktan kontrol edilen bir robotun kontrolünü gerçekleştirmiştir. Bir veya birkaç kameradan alınan ortamın görüntüleri işlenerek robotun kontrolü kamera kalibrasyonu yapılmadan gerçekleştirilmiştir. Sistem birkaç aşamada ele alınmıştır. Bunlar; görsel bilgilerin işlenmesi, robotun ve kapalı devre kontrol sisteminin tasarımı, kamera yeri bilinmediğinde doğruluk analizinin yapılmasıdır. [4] A. Ollero (1999), Ollero ve arkadaşları yaptıkları çalışmada otonom taşıtların yön bulma davranışları üzerine çalışmışlardır. Özellikle net belirgin yollar, hareketli hedefler ve çevre özellikleri üzerine yoğunlaşmışlardır. Bu amaçla birçok pozisyon belirleme teknikleri kullanmışlardır. Uygulamalarını Romeo adını verdikleri bir robot taşıt üzerinde gerçekleştirmişlerdir. [5] 2

13 L.B. Cremean (2006), Cremean L.B. ve 12 arkadaşı çöl ortamında kendi yolunu bulan ve engellere çarpmadan ilerleyen gerçek bir araç üzerinde deneme yapmışlardır. Bu çalışmada ise RF (radyo frekansı) sinyalleri ile uzaktan kumanda edilen bir robot araba üzerine yine kontrolü ve görüntü alımı uzaktan olan bir kamera bağlanarak kontrol işlemi gerçekleştirilmiştir. Uzaktan gönderilen sinyallerle kamera düşey ve yatay eksende step motor kontrolü ile çevrilmiş ve alınan görüntüler gerçek zamanlı olarak bilgisayar ekranından izlenmiştir. Böylece arabanın kontrolü bilgisayar ekranı kullanılarak, doğrudan görsel temas kurulmadan sağlanmıştır. [6] Çayıroğlu ve Şimşir (2008), Bu çalışmada RF (radyo frekansı) sinyalleri kullanarak, kamera monte edilmiş tekerlekli bir mobil robot arabanın uzaktan kontrolü gerçekleştirilmiştir. Uzaktan gönderilen sinyallerle, düşey ve yatay eksende step motor kontrolü ile kamera yönlendirilmiş ve alınan görüntüler gerçek zamanlı olarak bilgisayar ekranından izlenmiştir. Böylece arabanın kontrolü doğrudan görsel temas kurulmadan, bilgisayar ekranı kullanılarak sağlanmıştır. [7] Çavuşoğlu ve Kırmızı (2007), Projenin konusu, DC motorlu bir mobil araç tasarımının RF aracılığıyla bir bilgisayar tarafından eş zamanlı kontrolüdür. Araç üzerinde bulunan kamera yardımıyla bilgisayar başındaki kullanıcı kumanda ettiği aracın hangi yöne gittiğini rahatlıkla görebilmektedir. Ayrıca aracın karanlık ortamlara da girebileceği düşünülerek araca güçlü bir lazer led monte edilmiştir. [8] Parlaktuna ve ark. (2006), Bu çalışmada, gezgin robot uygulamalarının geliştirilmesinde kullanılmak amacıyla, Z80 mikroişlemci tabanlı bir platformun tasarımı gerçeklenmiştir. Dört tekerlekli olan gezgin platform adım motorları ile hareket ettirilmektedir. Bu platform üzerine konulan bir kamera ile çizgi takibi uygulaması yapılmıştır. [9] Cinal (2010), Bu çalışmada amaç uzaktan kontrol edilebilen ve çevre görüntülerini kumanda merkezine aktarabilen bir takip sistemi geliştirmektir. Kumanda merkezi ve araç arasındaki kablosuz iletişimi sağlamak amacıyla RF ASK kullanarak iletişim yapan modüller kullanılmıştır. Kablosuz kameradan alınan görüntüleri izleyebilmek amacıyla kontrol panelinin üzerine 7 inclik bir LCD ekran yerleştirmiştir. [10] 3

14 Eroğlu ve Oskay (2012), Projenin konusu, oyuncak bir arabanın RF aracılığıyla seri port kullanılarak kontrol edilmesidir. Bu projede hedeflenen amaç bilgisayar üzerinden seri bir haberleşme sistemi ile uzaktaki bir cihazı kablosuz olarak kontrol etmek ve oyuncak arabanın ürerinde bulunan kamera ile bulunduğu ortamın görüntüsünü almaktır. [11] 1.3. Özgünlük Yapılan Bilgisayar Arayüzü Üzerinden Kablosuz Ağ ile Haberleşebilen Kameralı Araca benzer çalışmalar daha önceki yıllarda bitirme çalışması olarak yapılmıştır. Daha öne yapılan bir projeyi örnek verirsek, aracın dönüş hareketleri arka kısımda bulunan DC motorlar tarafından sağlanmakta ve önde bulunan bir sarhoş teker ile de ön kısmının yönlendirilmesi yapılmaktadır. Her iki yanda bulunan DC motorlar arasında bir hız farkı yaratılarak dönme hareketi sağlanmaktadır. Yine benzer bir projede mobil aracın sağa ve sola dönebilmesi ön tekerlerde bulunan mekanik aksam sayesinde gerçekleşmektedir. Mekaniğin kontrolü DC motor sayesinde olmaktadır. Bu Bitirme Çalışmasında ise dört adet DC motor ile hareket sağlanmıştır. Yönlendirme sağ ve sol tekerlerin birbirine zıt yönde dönmesiyle gerçekleştirilmiştir. Aracın önünde bulunan kamera ise step motor ile kontrol edilmiştir. Araç kontrol sistemi için ise kullanıcı arayüz tasarımı için Microsoft Visual Basic 6.0, C#, Delphi gibi programlar tercih edilmiştir. Bu Bitirme Çalışmasında arayüz için Labview programı kullanılmıştır. Tasarıma özgü çalışma koşulları ve kısıtlar aşağıda maddeler halinde verilmiştir. - Kapalı alanlarda en az 25m açık alanlarda en az 40m haberleşmektedir. - Araç kamerası yatay eksende 360 dönmektedir. - Aracın hızı 1-2 km/saat hız ile gidecek şekilde yapılmıştır. - Aracın boyutları 255 X 150 X 150 mm olarak yapılmıştır. 4

15 1.4. Yaygın Etki Bilgisayar üzerinden kablosuz ağ ile haberleşebilen kameralı araç konulu bitirme çalışması tamamlanmış olup insanlığa kolaylık getirmesi amaçlanmıştır. İnsanın girmesinin zor olduğu yerlere ya da tehlikeli bir noktadan görüntü ihtiyacı gerektiğinde bu bitirme çalışması sayesinde gerekli ihtiyaç karşılanmıştır. Görüntü alımının bir kameraman tarafından zor olabilecek veya insan hayatını tehlikeye sokabilecek durumlarda bir çözüm olarak kullanılabilecektir. Bitirme Çalışmasının dikkat çeken yönlerinden en önemlileri RF sayesinde bilgisayar üzerinden uzaktan kontrol sağlanabilmesi ve canlı olarak görüntü alınmasıdır Standartlar RS232 Standartları Seri iletişim hızı, saniyede gönderilen bit sayısı olarak (bps-bits per second) tanımlanır. Bu orana seri iletişimin hızını belirtmek için kullanılan baud oranları, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, olarak çeşitli değerlerdedir. Bilgisayarlarda asenkron seri iletişim için 9 ve 25 uçlu RS 232 port ları vardır. Şekil 2.5 de 9 ve 25 pin li RS 232 dişi ve erkek seri portlar görülmektedir Video Standartları PAL (kısaca Phase Alternating Line), dünyanın en çok kullanılan renk kodlama sistemidir. PAL analog bir format olup televizyon yayın sistemlerinde kullanılır. Birçok farklı versiyonu bulunan PAL'ın ortak özelliği 625 yatay hat, 25 fps görüntü/saniye, 50i (interlaced layer) olmasıdır. Türkiyede video dönüştürücüden veya kameradan görüntü alabilmek için PAL formatına uygun bir cihaz seçilmelidir. 5

16 1.5.3 Kablosuz Ağ Standartları Kablosuz ağ standartları 1997 yılından itibaren Elektrik-Elektronik Mühendisleri Enstitüsü, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), tarafından geliştirilmeye başlanmıştır. Geliştirilen bu standardın genel adı IEEE dir standardı kablosuz yerel ağ, WLAN (Wireless Local Area Network ), üzerinden iletişim kurarken kullanılan kuralları temsil eder. IEEE 2,4 GHz frekansında çalışan, maksimum 75 metreyi kapsayan, 1-2 Mbps aralığında veri iletimi hızı sunan bu standardın teknolojik gelişmeler sonucunda yetersiz hale gelmesiyle, x adı verilen standartlar serisini geliştirmeye başlamıştır. Arada farklar olmasına rağmen temel olarak ailesi aynı iletişim kurallarını kullanır a, b, g ve yeni geliştirilen n bu standartlardan en çok kullanılanlardır Çalışma Takvimi Tablo 1.1. Bitirme Çalışması çalışma takvimi İş Paketleri Şubat Mart Nisan Mayıs Malzeme Temini x Alıcı ve Verici Kartlarının Hazırlanması x Araç Ekipmanlarının Monte edilmesi x x Sistemin Test Edilmesi ve Hataların Tespiti Sonuçların Tasarım Sonuçlarıyla Karşılaştırılması x x Bitirme Çalışmasının Raporlanması x Malzeme Temini EEM Tasarımında belirlenen devre için gerekli elektronik ve şase malzemeleri temin edilmiştir. Alıcı ve Verici Devrelerinin Hazırlanması Tasarlanan alıcı ve verici devrelerinin bütün bağlantıları yapılmıştır Araç Ekipmanlarının Monte Edilmesi Bütün sistem ekipmanları montajı yapılmıştır. Sistemin Test Edilmesi ve Hataların Tespiti Tamamlanan araç arayüz programında komutlar verilerek test edilmesi ve hataların tespit edilmesi yapılmıştır. 6

17 Sonuçların Tasarım Sonuçlarıyla Karşılaştırılması Testi yapılan sistemin tasarım sonuçlarıyla karşılaştırılarak değerlendirmesi yapılmıştır. Bitirme Çalışmasının Raporlanması Bitirme çalışmasının raporlanmasını içerir. Bu iş paketiyle daha önceki aylarda yapılan çalışmaların tasarım kriterlerine ve yazım kurallarına uygun olarak raporlanması yapılmıştır. 7

18 2. TEORİK ALTYAPI 2.1. Sistemin Genel Yapısı ve Çalışma Prensibi Bu bölümde sistemin temel yapısını gösteren blok diyagram verilerek sistemin nasıl çalıştığı üzerinde durulacak ve ana bloklar hakkında bilgi verilerek bu blokların birbirleriyle nasıl iletişim kurdukları anlatılacaktır Sistemin Blok Diyagramı Sistemin temel blok diyagramı Şekil 2.1 deki gibidir. Şekil 2.1. Sistemin blok diyagramı Şekil 2.1 de görüldüğü gibi, bilgisayardan alınan verileri karşıdaki alıcıya aktaracak olan verici devre bulunmaktadır. Bu verici devrede iki adet Arduino bulunmaktadır. Bir Arduino ya Labview Interface For Arduino adlı ek paket içine yüklenmiştir. Diğer Arduino ise alıcıya istenilen bilgileri gönderir. Alıcı devrede ise ARX-34 entegresi gelen bilgileri alarak Arduino ya aktarır. Arduino bu bilgileri yorumlayarak sürücüler vasıtasıyla aracın DC motorlarına ve step motora istenilen hareketi verir. 8

19 Sistemde bir de step motor ile sağa ve sola yönlendirilmesi yapılabilen kamera bulunmaktadır. Bu kameranın 5.8 GHz alıcı ve verici modülü bulunmaktadır. Kamera vericisi aldığı görüntüyü alıcıya aktararak bilgisayar arayüzü üzerinden izlenebilmesi sağlanmıştır Verici Devresi Bu verici devresi bilgisayardan alınan verileri karşıdaki alıcıya aktarmaya yarar. Bu verici devrede iki adet Arduino bulunmaktadır. Bunlardan birinde Arduino ya Labview Interface For Arduino adlı ek paket içine yüklenmiştir. Diğer Arduino ise alıcıya istenilen bilgileri gönderir. Verici entegresi olarak hem ucuz hem de kolay kullanımı sebebiyle ATX-34 entegresi seçilmiştir Alıcı Devresi Alıcı devrede ise ARX-34 entegresi gelen bilgileri alarak Arduino ya aktarır. Arduino bu bilgileri yorumlayarak sürücüler vasıtasıyla aracın DC motorlarına ve step motora istenilen hareketi verir. Arduino iki adet L293D DC motor sürücüsü ve bir adet ULN2003 step motor sürücüsünü kontrol etmektedir. L293D sürücülerine bağlı dört adet DC motor bulunmaktadır. ULN2003 entegresi ise bir adet step motor sürmektedir Kullanıcı Arayüz Programı Kullanıcıların aracı istedikleri şekilde yönetebilmeleri için kullanımı kolay bir arayüz programı hazırlanmıştır. Labview ile yapılan bu arayüz programı ileri düzeyde bilgisayar bilgisi olmayan en temel kullanıcıları da hedeflediğinden son derece sade bir şekilde hazırlanmıştır. Arayüz programı sayesinde kameradan alınan görüntüler bilgisayar ortamında izlenmektedir ve aracın yönlendirilmesi yapılmaktadır Sistemin Çalışması Mobil araca veri göndermek için bilgisayarın USB portu kullanılmaktadır. USB port Arduino ile seri haberleşme protokolü ile çalışmaktadır. Sistemde üç adet Arduino kullanılmaktadır. Bunlardan bir tanesi bilgisayar ile verici Arduino arasında köprü görevi görmektedir. Bu köprü görevi gören Arduino bilgisayara USB ile bağlıdır. Bu Arduino un amacı Labview arayüzünden gelen komutları verici Arduino ya iletmektir. Labview bu Arduino ya lojik 1-0 değerlerini yollayarak Arduino nun 9

20 girişlerini tetiklemektedir. Tetiklenen verici Arduino, aldığı bu sinyalleri kendi bünyesinde gömülü olan Arduino yazılımını kullanarak RF haberleşme yolu ile alıcı Arduino ya aktarır. Alıcı Arduino RF seri haberleşme protokolü ile aldığı bu verileri kendi yazılımı ile işleyerek gerekli eyleyicilere komutları yollamaktadır. Köprü Arduino nun Labview ile kontrol edilmesi için Labview yazılımına Labview Interface For Arduino (LIFA) Arduino sürücüsü yüklenmiştir. Labview yazılımının Arduino gibi diğer tüm donanımlarla haberleşmesi için NI-VISA sürücüsü yüklenmiştir. Arduino nun bilgisayar ile haberleşmesi için Arduino IDE yazılımının yüklenmesi gerekmektedir. LIFA sürücüsünün Arduino versiyonu Arduino IDE yazılımı aracılığıyla Arduino ya yüklenmesi gerekmektedir. LIFA sürücüsü doğrudan RF haberleşme yolunu sağlamadığı için bu Arduino köprü olarak kullanılmıştır. Ana kullanıcı Labview arayüzünden butonlara basarak aracı ileri, geri, sağ ve sol yönlendirmesini köprü Arduino aracılığı ile verici Arduino ya iletmektedir. Verici Arduino, köprü Arduino aldığı dijital girişleri kendi yazılımında işleyerek alıcı Arduino ya bir takım komutlar yollamaktadır. Verici Arduino ya kullanıcıdan gelen dijital komut kıyaslama sonucu mesaj dizisi seçerek bu mesajı karakterler halinde seri olarak alıcıya yollamaktadır. Veriler ASC II tablosuna göre her bir karaktere karşılık gelen arasında bir değer seçilerek gönderilir. Her bir karakter 8 bitlik veriyi diziler halinde ve yanında mesaj uzunluğuyla birlikte gönderilmektedir. Alıcı Arduino seri olarak aldığı bu bitleri değerlendirerek karşılığındaki karakterleri bulur. Gelen bu karakterleri kendi yazılımıyla kıyaslayarak çıkış sürücülerine gerekli sinyalleri yollamaktadır. Labview yazılımına görüntü geliştirme modülü yazılımı yüklenerek RF kameranın görüntüsünün arayüze eklenmesi sağlanmıştır. Labview arayüzü aracın ileri, geri, sağ ve sola ilerlemesini ya da RF kameranın sola veya sağa döndürmesini kullanıcıya görsel olarak sunmaktadır. 10

21 2.2. Verici Devresinde Kullanılan Elemanlar Verici kartı bilgisayarda yüklü bulunan kullanıcı arayüz programı ile araç üzerinde bulunan alıcı devresi arasında RF sayesinde haberleşmeyi sağlamaktadır. Verici devresinde bulunan elemanlar ve bu elemanların özellikleri bu bölümde anlatılacaktır. Tablo 2.1 de verici devresinde bulunan elemanlar verilmiştir. Tablo 2.1 Verici devresinde bulunan elemanlar Verici Kartı Eleman Listesi Adet USB port kablosu 1 LED 1 Arduino 2 ATX Seri Port ve RS232 Standartları Bilgisayarlar ile iletişim kurabilmek için bir takım yöntemler vardır. Seri haberleşme, paralel haberleşme gibi. Paralel iletişimde her bir bilgi için bir data hattı vardır. Yani 8 bit lik bir veri gönderimi için 8 tane data hattına ihtiyaç vardır (Şekil 2.2). Paralel haberleşmede tüm bit ler aynı anda data yollarından gönderilir. Bu nedenle paralel iletişim seri iletişime göre daha hızlıdır. Fakat paralel iletişim ile uzun mesafelere veri iletmek, hem uygun değildir, hem de pahalıdır. [12] Şekil 2.2. Paralel iletişim Bu sebeple seri iletişim (Şekil 2.3) daha yavaş olmasına rağmen, hem daha ucuz hem de uzun mesafelere iletim için uygundur. Seri haberleşmede bilgiler tek bir kanal üzerinden gönderilip, tek bir kanal üzerinden alınır. 11

22 Şekil 2.3. Seri iletişim Seri port üzerinde bitler yani lojik 1 ya da lojik 0 değerleri 8-bit olarak tek bir kablo aracılığı ile peşi sıra iletilirler. Seri port, lojik değerleri -3 V ile + 25 V arasında iletebilir. Yani seri port 50 V maksimum voltaj değişim aralığına sahiptir. Bunun sonucu olarak da seri portta oluşan kayıp önemli değildir. Seri iletişimde az tel kullanılır ve cihaz ile bilgisayar arsındaki 3 telli kablo seri iletişim için yeterlidir. Seri haberleşmede, gönderici kısımda 8-bit veri, paralelden seriye çevrilir ve daha sonra tek bir hattan karşıya gönderilir. Alıcı, seri veriyi paralele çevirerek 8-bit veriyi oluşturur. Bir linkteki veri akışının kontrolü için gerekli sinyallerden biri saat (clock) sinyalidir. Hem gönderici hem de alıcı cihazda, bir bitin ne zaman gönderileceğine veya alınacağına karar verilirken bir saat sinyali kullanılır. Veri gönderen ve alan uçların belli kurallar çerçevesinde haberleşmesi gerekir. Verinin nasıl paketleneceği, bir karakterdeki bit sayısını, verinin ne zaman başlayıp biteceği gibi bilgileri bu kurallar belirler. Bu kurallar çerçevesine, protokol adı verilir.[8] Şekil 2.4 de gösterildiği gibi seri portlarda 2 çeşit iletim vardır. Senkron ve asenkron iletimdir. Her biri saatleri farklı şekilde kullanır. 12

23 Şekil 2.4. Senkron ve asenkron iletişim [8] Senkron seri iletişimde gönderilen veri bit leri ile alınan veri bit leri arasında bir uyum olmalıdır. Yani senkron ifadesi, alıcı devre ile verici devrenin eş zamanlı çalışması anlamına gelmektedir. Bu alış veriş arasındaki uyumu sağlamak için data kablosu yanında birde clock sinyali kablosu bulunur. Böylece bilgi iletişimi için start (başlangıç) ve stop (bitiş) bit lerine gerek kalmaz. Senkron seri iletişim asenkron seri iletişime göre daha hızlıdır. Ancak senkron iletişim karmaşık ve pahalı devreler içerir. Asenkron seri iletişimde ise sadece veri hattı bulunur. Alıcı ve verici devreler veri iletişiminde eş zamanlı çalışmazlar. Senkron iletimdeki clock palsi yerine asenkron iletişimde start bit i, stop bit i ve parity bit i vardır. Start (başlangıç) bit i, bilginin gönderilmeye başlandığını alıcı tarafa bildirmek için kullanılır. Asenkron iletişimin ilk bit i her zaman start bit idir. Stop(bitiş) bit i, gönderilen bilginin bittiğini alıcı tarafa belirtir. Stop bit inden sonra gönderilen bilgi yeniden start bit i ile başlar. Parity (eşlik) bit i, alıcı tarafa gönderilen karakterin doğru olarak iletip iletilmediğini kontrol etmek için kullanılan bit tir. Asenkron veri iletişiminde start bit i her zaman lojik 0, stop bit i ise her zaman lojik 1 olmalıdır. [12] Seri iletişim hızı, saniyede gönderilen bit sayısı olarak (bps-bits per second) tanımlanır. Bu orana seri iletişimin hızını belirtmek için kullanılan baud oranları, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, olarak çeşitli değerlerdedir. 13

24 ATX 34 Verici Anten Entegresi Seri port ile araç kablosuz haberleşeceğinden, haberleşmenin kesintisiz olabilmesi için RF iletişim şekli kullanılmaktadır. Kullanılan alıcı-verici modül ise Udea Elektronik A.Ş. nin ürettiği ARX 34 ve ATX 34 entegreleridir. Bu entegreler Şekil 2.5 de gösterilmiştir. Şekil 2.5. ATX 34 ve ARX 34 entegreleri ATX 34 entegresinin görevi, gelen sayısal veriyi, araç üzerinde bulunan ARX 34 alıcısına bir anten vasıtası ile yollamaktır. RF yaklaşık 433Mhz de ve UHF bandında çalışmaktadır. Kısa mesafeli uzaktan kontrol uygulamaları için düşük fiyatı nedeniyle ideal bir çözümdür. ATX-34 ün genel görünüşü ile uç ayrıntıları ve elektriksel özellikleri şöyledir. Şekil 2.6 da ATX 34 entegresinin genel görünüşü verilmiştir. [14] Şekil 2.6. ATX 34 genel görünüş 14

25 Besleme voltajı: Modüller içerisinde bir voltaj regülatörü bulunmamaktadır. Tasarım daha çok pil ile kullanıma uygundur. ARX 34 modülü 4,9 5,1 V regüle edilmiş bir voltaj kaynağına, ATX- 34 ise 5 12 V arasında regüle edilmiş bir voltaj kaynağına ihtiyaç duymaktadır. Modüller belirtilen değerlerin altında bir besleme yapıldığında kararsız çalışacaktır. Besleme voltajı ve topraklama GND bağlantısı belirtilen değerlerin üzerinde veya ters olursa, modül de kalıcı hasarlara açabilir. Pin sırası ve özellikleri Tablo 2.2 de verilmiştir. Elektriksel özellikleri Tablo 2.3. de verilmiştir. [14] Tablo 2.2. ATX 34 un uç ayrıntıları [14] Pin No Pin İsmi I/O Açıklama 1 GND - Kontrol kartınızı toprak hattına bağlayınız 2 ANT O 50 Ohm empedans anten bağlantı noktası 3 GND - Kontrol kartınızı toprak hattına bağlayınız 4 DIN I DIGITAL INPUT 5 Vcc - +5V DC besleme terminali Data formatı: ATX 34 modülün de, dijital data girişi için DIN pini bulunur. DIN pini RF ile gönderilecek sinyallerin kullanıcı tarafından verildiği giriştir. Standart data protokolü su şekildedir. Şekil 2.7 da gösterilmiştir. [14] TX : preamble + sencron + data1+...+datax En basit haberleşme sistemlerinde bile mesajın başlangıcı için bir preamble kullanılması neredeyse zorunludur. Preamble veri olarak ardışık 1 ve 0 lar dan oluşan ( ) bir bit dizinidir. 5 byte 0x55 veya 0xAA olabilir. Gönderilen 1 ve 0 larin süreleri eşit olmalıdır. Kısaca preamble donanım senkronizasyonunu sağlamaktadır. Sencron ise yazılımın senkronizasyonuna yardımcı olur. Bit senkronizasyonunun sağlanması ve mesaj başlangıcının doğru tayini için kullanılması gereklidir. Bu bit dizininin boyu uygulama gereksinimleri veya kısıtlamalarına göre değişebilmekle birlikte 5 byte 0x byte 0xFF olabilir. Data gönderirken araya boşluk girmemeli, girer ise tekrar preamble ve sencron gönderilmelidir. [14] 15

26 Şekil 2.7. Data Formatı Anten: Verimli data transferi ve alımı için gerekli en önemli iki nokta iyi bir anten ve doğru RF topraklama seçilmesidir. Anten olmadan data nın uzun mesafelere gönderilmesi mümkün değildir. Modüller basit bir anten bağlantı pinine sahiptir. Uygun bir UHF anten doğrudan bu pine bağlanabilir. En basit anten 17.3cm uzunluğundaki bir kablonun anten girişine lehimlenmesi ile yapılabilir. En iyi iletişim mesafesi her iki taraftaki antenlerin birbirini görmesi ile elde edilebilir. Herhangi bir obje veya metal bir engel iletişim mesafesini düşürecektir. Ayrıca sinyal göndermeleri, gönderilen sinyallerin metal yüzeylerden, binalardan vb. gelen yansımalardan etkilenirler. Bu yanlış data alımlarına yol açabilir [14] Tablo 2.3. ATX 34 un elektriksel özellikleri Min Typ. Max Unit Not Frequency Mhz Bandwidth ±2 Mhz Data Rate Kbit/s RF Sensitivity -108 dbm Voltage supply Vcc Supply current 5 ma Logic 0 DOUT 0 0.1*Vcc Vdc voltaj Logic 1 DOUT voltaj 0.8*Vcc Vcc Vdc Use regulated voltage source Max Riple 100mV Max. 5 ma current source RX on time 10 Ms Working Temperature ºC ETSI

27 2.3. Araçta Kullanılan Elemanlar Alıcı devresi, verici kartından alınan verilerin Arduino ya iletildiği ve mobil aracın hareketini sağlayan devredir. Alıcı devresi üzerindeki elemanların listesi Tablo 2.4 de verilmiştir. Bu elemanlar tek tek açıklanacaktır. Tablo 2.4. Alıcı kartı eleman listesi Alıcı Devre Elemanları Adet Arduino 1 ARX 34 1 Step Motor ve ULN DC Motor 4 LED 1 Kamera 1 9V Pil 3 L293D 2 Lipo Pil Arduino Ve Özellikleri Arduino; Bir giriş çıkış kartı ve Processing/Wiring dilinin bir uygulamasını içeren geliştirme ortamından, İtalyan elektronik mühendisleri tarafından açık kaynak kodlu geliştirilen ve isteyen herkesin baskı devreleri indirerek kendi devrelerini basabilecekleri dilerlerse şık bir görüntüye sahip hazır basılmış ve bileşenleri yerleştirilmiş halde alabilecekleri, esnek, kolay kullanımlı donanım ve yazılım tabanlı bir fiziksel programlama platformudur. Arduino tek başına çalışan interaktif nesneler geliştirmek için kullanılabileceği gibi bilgisayar üzerinde çalışan yazılımlara da bağlanabilir. Hazır üretilmiş kartlar satın alınabilir veya kendileri üretmek isteyenler için donanım tasarımı ile ilgili bilgiler mevcuttur. 17

28 Arduino geliştirme kartı üzerindeki mikroişlemci (AtmegaXX) Arduino programlama dili (wiring tabanlı) ile programlanır ve bu program Processing tabanlı Arduino Yazılım Geliştirme Ortamı (IDE) yardımı ile karta yüklenir. Ardunionun Özellikleri - Kolay bir şekilde çevresiyle etkileşime girebilen sistemler tasarlanabilinir. - Açık kaynaklı bir geliştirme platformudur. - Arduino kartları üzerinde Atmega firmasının 8 ve 32 bit mikrodenetleyicileri bulunur. - Arduino kütüphaneleri ile mikrodenetleyicileri kolaylıkla programlanabilir. - Analog ve dijital girişleri sayesinde analog ve dijital verileri işleyebilir. - Sensörlerden gelen verileri kullanılabilinir. - Dış dünyaya çıktılar (ses, ışık, hareket vs ) üretilebilir. Arduino Donanım Özellikleri Bu donanım özellikleri board'a göre farklı özellikler göstermektir. - ATmega8, ATmega168, ATmega328 mikroişlemci - 5 voltluk regüle entegresi, - 16MHz kristal osilatör - Flash Memory - SRAM - EEPROM L293D Sürücü Entegresi Motorların ihtiyaç duyduğu akım Arduino nun verebileceğinden fazla olduğundan voltajı ve akımı artırmak için sürücü entegreleri kullanılmalıdır. Aksi halde Arduino nun zarar görmesi ve kullanılmaz hale gelmesine sebep olabilir. L293D motor sürücü entegresi iki adet H köprüsü barındıran 16 bacaklıdır. DC motor kontrolünde tercih edilen bu entegre ile iki adet motor birbirinden bağımsız olarak çift yönlü kontrol edilebilmektedir. Ek olarak enable bacaklarının kullanılmasıyla PWM kontrolü de yapılabilmektedir. L293D entegresi 4.5 V ile 36 V aralığında maksimum 18

29 600mA sınırına kadar kullanılabilir. L293D nin fiziksel görünüşü ve bağlantı şekli Şekil 2.8 de gösterilmektedir. Şekil 2.8. L293D nin fiziksel görünüşü ve bağlantı şekli ARX 34 Alıcı Anten Entegresi ARX 34 entegresinin görevi, haberleşme kartında bulunan ATX 34 entegresinden gelen sayısal veriyi alarak Arduino nun giriş ucuna vermektir. RF yaklaşık 433Mhz de ve UHF bandında çalışmaktadır. Kısa mesafeli uzaktan kontrol uygulamaları için düşük fiyatı nedeniyle ideal bir çözümdür. ARX-34 ün genel görünüşü Şekil 2.9 de ARX-34 ün uç ayrıntıları Tablo 2.5. de gösterilmektedir.[13] Şekil 2.9. ARX-34 nin genel görünüşü 19

30 Tablo 2.5. ARX-34 ün uç ayrıntıları Pin No Pin Adı I/O Tanımlama 1 ANT I Anten 2 GND - Toprak 3 VCC - +5 Besleme 4 AOUT O Analog Çıkış 5 DOUT O Dijital Çıkış ARX-34 nün besleme voltajı: ARX 34 içerisinde bir voltaj regülatörü bulunmamaktadır. Tasarım pil kullanımı düşünülerek yapılmıştır. Bu nedenle besleme voltajında belirtilen değerlere dikkat edilmelidir. Modül belirtilen değerlerin altında bir besleme yapıldığında kararsız çalışacaktır. Besleme voltajı +5 VDC ve topraklama GND bağlantısı belirtilen değerlerin üzerinde veya ters olursa, modülde kalıcı tahribatlara yol açılabilir. Düşük akım sarfiyatlarının sağlanabilmesi için modül içerisine ters polarizasyondan koruyacak bir devre konulmamıştır. Besleme voltajında çalışma sürecinde ±100 mv değişimlerin üzerindeki değişimler modülün kararsız çalışmasına neden olur. Besleme devresinde regülatör IC kullanılması önerilir. [13] Anten: Verimli data transferi ve alimi için gerekli en önemli iki nokta iyi bir anten ve doğru RF topraklama seçilmesidir. Anten olmadan datanın uzun mesafelere gönderilmesi mümkün degildir. Modül basit bir anten bağlantı pinine sahiptir. Uygun bir UHF anten doğrudan bu pine bağlanabilir. ARX 34 modülüne bağlanabilecek en basit anten 17.3cm uzunluğundaki bir kablonun anten girişine lehimlenmesidir. Anteni, modülden uzak bir yere bağlanması gerekiyorsa 50 Ohm Coax anten kablosu kullanılması gerekmektedir. Anten kablosunun topraklaması, modülün anten girişine yakin bir yerden yapılmalıdır. [13] 20

31 RF Sinyalleri ile İletişim Kuran Kamera Yapılan bu çalışmada, RF sinyalleri ile haberleşerek görüntü alıp gönderen, güvenlik kamerası sistemi kullanılmıştır (Şekil 2.10). Kamera 5.8 Ghz frekansında 600mW gücündedir. Kameranın bir alıcı bir de verici modülü bulunmaktadır. Kamera alıcısı 12VDC adaptörü ile çalışmaktadır. Verici ve kamera ise 3S lipo pil ile enerjisi sağlanmaktadır. Kamera 6 km kadar bir çekim menzilene sahiptir. Alıcıdan gelen görüntüyü bilgisayarda izleyebilmek için RCA kablolarını USB ye çevirmek için EasyCapture kullanılmıştır. Şekil kablosuz kamera Güç Kaynağı Mobil araçta iki farklı güç kaynağı kullanılmaktadır. Arduino yu ve DC motor sürücüleri için 9 V luk 3 adet pil kullanılmaktadır. Kamera ve vericisi için ise 3S 11.1V luk lipo pil kullanılmaktadır. 21

32 DC Motorlar ve Aracın Hareket Ettirilmesi Mobil aracın hareketi, üzerindeki dört adet tekerlek ile sağlanmıştır. Her bir tekere bağlı DC motor ile hareket ettirilmiştir. Mobil robotun sağa ve sola hareketleri DC motor: Elektrik enerjisini, mekanik enerjiye dönüştüren elemanlara motor denir. Elektrik motorları AC ve DC olmak üzere sınıflandırılırlar. DC motorlar, çalışması ve kullanımı bakımından en kolay öğrenilebilecek motorlardır. Bir mıknatısın N ve S kutupları arasına bir bobin yerleştirilip, bobinden akım geçirilirse iletken manyetik alanın dışına itilir ve bunun sonucunda bir hareket meydana gelir (Şekil 2.11). Basit bir DC motor, bu prensibe göre çalışır. Şekil Fırçalı DC motor Bu tip projelerde en sık tercih edilen motor tipi DC motorlardır (Şekil 2.12). DC motorlar ucuz, küçük ve etkilidir. Ayrıca boyut, şekil ve güç bakımından çok çeşitli olmaları da DC motorların sık kullanılmalarının bir diğer sebebidir. DC motorların kullanımına dair temel özellikler aşağıda açıklanmıştır. Şekil DC motor dış görünüşü 22

33 Yön: DC motorlara bir güç kaynağı bağlandığında DC motorun dönüş yönü akımın yönüne bağlıdır. Akımın yönü terslendiğinde DC motorun dönüş yönü de terslenmiş olur. Hız: Bir motorun hızı rpm (rotations per minute - bir dakikada tamamlanan devir sayısı) ile ölçülür. Motorun hızı voltaja ve yüke bağlıdır. Bir DC motorun hızının voltaja ve yüke göre değişimini değerlendirmek için iki durum düşünülebilir. Bunlardan ilki; DC motora yük binmeyen ya da sabit bir yükün olduğu bir sistemdir. Böyle bir sistemde DC motorun hızı uygulanan voltaja bağlıdır ve voltaj arttıkça hız da artar. İkinci durum ise; DC motora binen yükün zamana ya da gerçekleştirilen göreve göre değiştiği bir sistemdir. Bu durumda DC motorun hızı yüke bağlı olacaktır. Yük arttıkça uygulanan güç de artar ve güç arttıkça hız azalır. Voltaj: Küçük DC motorlar 1,5 V ile 48 V arasında değişen voltaj değerlerine sahip olarak bulunabilirler. Her bir DC motor için belirtilen voltaj değeri, o DC motorun kendi verilen hız, güç ve akım değerlerinde stabil çalıştığı voltaj değeridir. Robotlarda ve diğer sistemlerde DC motorları kullanırken de bu voltaj değeri, DC motora verilecek maksimum çalışma voltajını belirlediği için önemlidir. Akım: Bir DC motor belirtilen voltaj değerinde çalıştırıldığında DC motorun çekeceği akım yüke bağlıdır. Yük arttıkça DC motorun çektiği akım da artar. DC motor, maksimum akım sınırının aşılacağı fazla bir yükle çalıştırılmamalıdır. Böyle bir durumda DC motor kısa devreye neden olur ve uygulanan güç ısıya dönüşür. Bu durum uzun sürerse DC motor yanabilir. Genellikle DC motorların uygulama akımı aralığı 50 ma den başlayıp 2A üzerine kadar çıkabilir Step Motor ve ULN2003 Sürücüsü Bu çalışmada güvenlik kamerasını sağa sola hareket ettirmek için Bipolar (çift kutuplu) step (adım) motor ve sürücü entegre devresi kullanılmıştır (Şekil 2.13) BIOSTEP devresi PIC 16f628 ile yapılmış bir step motor kontrol devresidir. PIC lerin çıkış akımı step motoru sürmeye yetmediği için bir adet ULN2003 kullanılmıştır. 23

34 Şekil Step motor kontrol devresi Bipolar step motor; bobinlerdeki akımı, ters yöne çeviren torka neden olan bir uyartım meydana getirir. Step motorlar aldığı sayısal darbelere bağlı olarak belirli bir açıda dönme hareketi yapan motorlardır. İsminden de anlaşılacağı üzere, sadece tekil dönme adımları atabilir (Şekil 2.14). Bu motorlar lojik 0, lojik 1 prensibine göre çalışırlar. Bu özelliğinden dolayı kullanım alanı oldukça geniştir. Motora uygulanacak sinyallerin frekansı değiştirilerek motorun hızı kontrol edilebilir. Step motorlarda stator sargılarına uygulanan sinyallerin sırası değiştirilerek dönüş yönü değiştirilir. Step motorlarının hangi yöne döneceği, devir sayısı, dönüş hızı gibi değerler mikroişlemci veya bilgisayar yardımıyla kontrol edilmektedir. Şekil Step motor çalışma prensibi Adım motor sürücüsü olarak ULN2003 entegresini kullanılmıştır. Sürücü devresi olarak kullanılan ULN2003, içerisinde 7 adet NPN transistor ve dahili diyot barındırmaktadır. Şekil 2.15 de görüldüğü gibi 8 numaralı bacağa toprak, 9 numaralı bacağa ise +9V uygulanır. Ayrıca giriş bacaklarına +5V uygulandığında karşısındaki bacakları lojik 0 yapar. Bir adım motor sürülmek istendiğinde ULN2003 ün giriş pinlerine belirli aralıklarla sırasıyla lojik 1 değeri gönderilir. ULN2003 ün çıkış pinleri ise adım motora bağlanır.uln2003 entegresinin girişine sırasıyla lojik 1 uygulandığından, çıkışlarını sırasıyla lojik 0 yapar ve böylece adım motor sargıları sırasıyla toprağa bağlanır. Adım motorun ortak ucu +9V a bağlandığından adım motor 24

35 adım adım dönmeye başlar. ULN2003 ün step motora bağlantı şekli Şekil 2.16 de gösterilmiştir. [15] Şekil ULN2003 pin diyagramı Şekil ULN2003 ile step motor kontrolü Step Motorun Dönme Açısının Hesaplanması Değişken relüktanslı adım motorlarında da sabit mıknatıslı adım motorlarda olduğu gibi en az dört kutuplu stator bulunur. Sabit mıknatıslı adım motorlarından tek farkı ise rotorun, sabit mıknatıs yerine artık mıknatıslık özelliği göstermeyen olması ve dişler açılmış yumuşak demirden imal edilmesidir. Dişler, silindir eksenine paralel olarak açılmış oluklarla şekillendirilmiştir. Şekil 2.17 de üç fazlı değişken relüktanslı adım motorunun yapısı görülmektedir. Statordaki diş sayısının rotordaki diş sayısından fazla olduğu şekilden görülmektedir. statorda 12 diş (kutup), rotorda ise 8 diş (kutup) bulunmaktadır. 25

36 Şekil 2.17 Üç fazlı değişken relüktanslı adım motorunun yapısı 1.Yol 2.Yol Nr N s s. 360 Nr. Ns s 360 BDAS Өs = Adım açısı (Step angle) Ns = Stator Kutup (Diş) sayısı Nr=Rotor Kutup (Diş) sayısı θ s = BDAS Nr. FS, BDAS = Bir Devirdeki Adım Sayısı, FS = Faz Sayısı. 360 θ s = = 15 θ s = 15 26

37 3. TASARIM 3.1. Arduino Yazılımı Arduino programlama kod tabanı C++ olmaktadır. Bu dil ise günümüzde birçok dile kaynaklık yapmaktadır. C# gibi diller bu dillerden türemiştir ve günümüzde ki kullanımları bir hayli yaygın olmaktadır. Arduino programlama dili kabiliyeti ve sağladığı performans bakımından beklentiyi karşılamaktadır. Arduinoya yüklenen alıcı ve verici devresinin kodlarının tamamı Ek 3 ve Ek 4 de verilmiştir Arduino Programlama Aşamaları Verici Kod : - Arduino programlanırken ilk önce WirtualWire kütüphanesi tanıtılır. - Bütün butonlar int olarak tanımlanır ve bunlara bir pin değeri atanır. - Bütün butonlar giriş olarak tanımlanır. - Void loop ile döngü açılır - If, else if gibi komutları kullanarak gelen verilere göre istenilen fonksiyonlar yaptırılır. - Delay fonksiyonu ile gerekli kısımlarda gecikmeler verilir. Alıcı Kod : - WirtualWire kütüphanesi alıcı koda tanıtılır. - Motor pinleri const int olarak tanıtılır. - Bütün motor pinleri çıkış olarak atanır. - If, else if gibi komutları kullanarak gelen karaktere göre istenilen fonksiyonlar yaptırılır. 27

38 3.2. Kullanıcı Arayüz Programı Bilgisayardan kontrolleri yapabilmek için Labview programı kullanılarak bir arayüz programı hazırlanmıştır. Program görüntü izleme ve mobil aracı kontrol amaçlı olarak kullanılmıştır. Mobil aracı kontrol amaçlı olarak aracı ileri, geri, sağ ve sola hareket ettirmek. Ayrıca kamerayı da step motor ile sağ ve sola çevirmektir. Arayüzde bulunan bir ekran sayesinde görüntü takip edilmektedir Aracın Mekanik Görünümü ve Özellikleri Aracın motorlarının ve gövdesinin demonte hali Şekil 3.1. de verilmiştir. Platform üzerine Arduino başta olmak üzere birçok kontrol birimi, sensör, kablosuz haberleşme modülleri ve kamera gibi bir çok elektronik donanım eklenebilmektedir. 4 motorlu yapısı sayesinde yüksek hareket kabiliyeti ve güçlü bir yapısı vardır. Hem iç alanlarda, hem de dış alan uygulamalarında kullanılabilir. Şekil 3.2. de ise aracın birleştirilmiş hali verilmiştir. Ürünün Özellikleri : Motor Redüksiyon Oranı: 48:1 Motor Yüksüz Hızı: 220 Rpm Tekerlek Çapı: 65mm Tekerlek Genişliği: 26mm Platform Uzunluğu: 255mm Platform Genişliği: 150mm 28

39 Şekil 3.1 Aracın demonte hali Şekil 3.2 Aracın birleştirilmiş hali 29

40 3.4. Sistem Bileşenleri ve Seçimleri Kamera Yapılan bu çalışmada, RF sinyalleri ile haberleşerek görüntü alıp gönderen, güvenlik kamerası sistemi kullanılmıştır (Şekil 2.15). Kamera 5.8 Ghz frekansında 600mW gücündedir. Kameranın bir alıcı bir de verici modülü bulunmaktadır. Kamera alıcısı 12VDC adaptörü ile çalışmaktadır. Verici ve kamera ise 3S lipo pil ile enerjisi sağlanmaktadır. Kamera 6 km kadar bir çekim menzilene sahiptir. Alıcıdan gelen görüntüyü bilgisayarda izleyebilmek için RCA kablolarını USB ye çevirmek için EasyCapture kullanılmıştır Anten Boyu Verimli data transferi ve alımı için gerekli en önemli iki nokta iyi bir anten ve doğru RF topraklama seçilmesidir. Anten olmadan datanın uzun mesafelere gönderilmesi mümkün değildir. Modüller genelde basit bir anten bağlantı pinine sahiptir. Uygun bir UHF anten doğrudan bu pine bağlanabilir. 434MHz modüllere bağlanabilecek en basit anten 17.3cm uzunluğundaki bir kablonun anten girişine lehimlenmesidir. Anteni, modülden uzak bir yere bağlamanız gerekiyorsa 50 Ohm Coax anten kablosu kullanmanız gerekmektedir. Anten kablosunun topraklaması, modülün anten girişine yakın bir yerden yapılmalıdır. Gereken anten boyu aşağıda hesaplanmıştır. λ = c f λ = m/sn Hz = anten boyu = λ 4 = = m = 17.3 cm 30

41 3.5. Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz Tasarımın malzeme listesi ve ekonomik analizi Tablo 3.1 de verilmiştir Tablo 3.1. Malzeme listesi Malzemenin Adı Kullanım Amacı Birim Fiyatı Adedi Fiyatı (TL) (TL) Arduino Yazılım ATX-34 Haberleşme ARX-34 Haberleşme L293D Dc motor sürücüsü RF Kamera Görüntü Step motor ve sürücü kartı Kamerayı Hareket Ettirmek Güç Kaynağı Aracın Enerjisini Sağlar Board Alıcı ve verici devreleri için DC Motor Aracı Hareket Ettirmek EasyCapture RCA Kablolarını USB ye çevirir Sarf Malzemeler Şase Malzemeleri TOPLAM 515TL 31

42 4. SİMÜLASYON ÇALIŞMALARI Sistemin elemanları, genel iç yapısının çizimi, Proteus ISIS programları kullanılarak simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen simülasyonlar bu bölümde verilmiştir. 4.1.Verici Devrenin Simülasyonu Verici kartının sistem içindeki görevi, kullanıcı arayüz programından gelen verileri bilgisayarın seri portu yardımıyla alarak, üzerinden bulunan verici anten yardımıyla araç üzerinde bulunan alıcı antene iletmektir. Kullanıcı ile araç arasında bir köprü görevi görmektedir. Proteus simülasyon çizimi Şekil 4.1 de verilmiştir Şekil 4.1 Verici devrenin simülasyonu 32

43 4.2.Alıcı Devrenin Simülasyonu Bu devre üzerinde bulunan Arduino sayesinde verici devreden alınan veriler kontrol edilmekte ve mobil aracın hareket etmesi sağlanmaktadır. Bilgisayardan gelen verilere göre mobil araç, ileri, geri, sağa veya sola hareket edebilmekte ve mobil araç üzerinde bulunan kamera step motor yardımıyla hareket ettirilerek sağa veya sola döndürülebilmektedir. Proteus simülasyon çizimi Şekil 4.2 de verilmiştir Şekil 4.2. Alıcı devrenin simülasyonu 33

44 4.3. Uygulamanın Arayüz Programı Kısmının Simülasyonu Kullanıcıların aracı istedikleri şekilde yönetebilmeleri için kullanımı kolay bir arayüz programı hazırlanmıştır. Labview ile yapılan bu arayüz programı ileri düzeyde bilgisayar bilgisi olmayan en temel kullanıcıları da hedeflediğinden son derece sade bir şekilde hazırlanmıştır. Arayüz programı sayesinde kameradan alınan görüntüler bilgisayar ortamında izlenmektedir. Şekil 4.3 de Arayüz Simülasyonu verilmiştir. Şekil 4.3 Arayüz simülasyonun 4 kısımda incelenmesi 1. Bölüm- Şekilde gösterilen 1.bölüm araç üzerindeki RF kameradan alınan görüntünün izlendiği kısımdır. 2. Bölüm- Aracı istenilen yönde hareket ettirebilmek için dört adet buton bulunmaktadır. Bunlar ileri, geri, sağ ve sol butonlarıdır. 3. Bölüm- Kamerayı istenilen yönde hareket ettirebilmek için iki adet buton bulunmaktadır. Bunlar sağ ve sol butonlardır. 4.Bölüm- Aracı ve kamerayı durdurmak için iki adet buton bulunmaktadır. 34

45 5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 5.1. Genel Bilgiler Bilgisayar arayüzü üzerinden kablosuz ağ ile haberleşebilen kameralı araç tamamlanmıştır. Aracın performansının testleri yapılmıştır. RF alıcı verici entegrelerinin menzilinin ölçülmesi için açık ve kapalı alanlarda deneyler yapılarak bir tablo haline getirilmiştir. Bu tablo 5.1. de verilmiştir. Verici devresi ve alıcı devresinin gerçekleşmesi ve test yöntemleri bu bölümün alt başlıklarıyla anlatılacaktır Verici Devre ve Yapılışı Mobil araca veri göndermek için Arduino bilgisayara USB port ile bağlanmıştır. Verici devrede iki adet Arduino kullanılmıştır. Bunlardan bir tanesi bilgisayar ile verici Arduino arasında köprü görevi görmektedir. Bu köprü görevi gören Arduino bilgisayara bağlı olandır. Bu Arduino un amacı Labview arayüzünden gelen komutları verici Arduino ya iletmektir. Labview bu Arduino ya lojik 1-0 değerlerini yollayarak Arduino nun girişlerini tetiklemektedir. Tetiklenen verici Arduino, aldığı bu sinyalleri kendi bünyesinde gömülü olan Arduino yazılımını kullanarak RF haberleşme yolu ile alıcı Arduino ya aktarılmaktadır. Alıcı Arduino RF seri haberleşme protokolü ile aldığı bu verileri kendi yazılımı ile işleyerek gerekli eyleyicilere komutları yollanmıştır. Köprü Arduino nun Labview ile kontrol edilmesi için Labview yazılımına Labview Interface For Arduino (LIFA) Arduino sürücüsü ve Labview yazılımının Arduino gibi diğer tüm donanımlarla haberleşmesi için NI-VISA sürücüsü yüklenmiştir. Arduino nun bilgisayar ile haberleşmesi için Arduino IDE yazılımının yüklenmesi gerekmektedir. LIFA sürücüsünün Arduino versiyonu Arduino IDE yazılımı aracılığıyla Arduino ya yüklenmiştir. LIFA sürücüsü doğrudan RF haberleşme yolunu sağlamadığı için bu Arduino köprü olarak kullanılmıştır. Ana kullanıcı Labview arayüzünden butonlara basarak aracı ileri, geri, sağ ve sol yönlendirmesini köprü Arduino aracılığı ile verici Arduino ya iletmektedir. 35

46 Verici Arduino, köprü Arduino aldığı dijital girişleri kendi yazılımında işleyerek alıcı Arduino ya bir takım komutlar yollamaktadır. Verici Arduino ya kullanıcıdan gelen dijital komut kıyaslama sonucu mesaj dizisi seçerek bu mesajı karakterler halinde seri olarak alıcıya gitmektedir. Veriler ASC II tablosuna göre her bir karaktere karşılık gelen arasında bir değer seçilerek gönderilir. Her bir karakter 8 bitlik veriyi diziler halinde ve yanında mesaj uzunluğuyla birlikte gönderilmektedir. Devrenin kurulmasında ise iki Arduino nun kullanımda olan altı adet pin numaraları birbirine eş olacak şekilde bağlanmıştır. İki Arduino GND si ortak bağlanmıştır. Devrede bulunan ATX-34 entegresi ise dört bacaklı bir entegredir. Birinci bacağında anten bulunaktadır. İkinci bacağına GND, dördüncü bacağına da Arduino nun veri çıkış pinine bağlanmıştır. Son kalan bacağa 5V verilmiştir. Devrede birde led bulunmaktadır. Bu led her veri gönderdiğinde yanmaktadır. Bu devre Şekil 5.1 de verilmiştir. Şekil 5.1. Verici devresi 5.3. Alıcı Devre ve Yapılışı Alıcı devrede ise Arduino seri olarak aldığı bu bitleri değerlendirerek karşılığındaki karakterleri bulmaktadır. Gelen bu karakterleri kendi yazılımıyla kıyaslayarak çıkış sürücülerine gerekli sinyalleri yollamaktadır. İki adet L293d motor sürücüsü ile dört adet motoru kontrol ettirilmiştir. Böylece aracın hareketi sağlanmıştır. Bir de 36

47 ULN2003 step motor sürücüsü ile kameranın sağa ve sola hareketi için step motor kontrol ettirilmiştir. İki adet L293d motor sürücüsü ile dört adet motoru kontrol ettirilmiştir. Entegrenin 1. ve 9. uçları izin pinleridir ve bu uçlara 5V verilmiştir. 2, 6, 11 ve 14. uçlar motorlara bağlanmıştır. 2, 7, 10 ve 15. Pinleri ise Arduino çıkışlarına bağlanarak aracın yönlendirilmesi sağlanmıştır. 4, 5, 12 ve 13. pinler ortak uçlardır ve şaseye bağlanmıştır. 8. Pin motor sürücüsü için gerilim girişidir ve 9V uygulanmıştır. Verici devrede bulunan ARX-34 ise 5 bacaklı bir entegredir. 1. uç anten girişidir. 2. uca GND 3. uca ise 5V verilmiştir. 5. Pin vericiden gelen bilgiyi Arduino ya iletmektedir. Güç kaynaklarının kontörlü için ise 2 adet 2 li dip switch kullanılmıştır. Bunlar ile lipo ve 9V luk pillerin anahtarlaması yapılmıştır. Labview yazılımına görüntü geliştirme modülü yazılımı yüklenerek RF kameranın görüntüsünün arayüze eklenmesi sağlanmıştır. Labview arayüzü aracın ileri, geri, sağ ve sola ilerlemesini ya da RF kameranın sola veya sağa döndürmesini kullanıcıya görsel olarak sunulmuştur. Alıcı devrenin bulunduğu araç Şekil 5.2 de verilmiştir. Şekil 5.2. Alıcı devresi 37

48 5.4. Sistemin Çalıştırılması Bilgisayar üzerinden kablosuz ağ ile haberleşebilen kameralı aracın alıcı ve verici devreleri kurulduktan sonra çalışması denenmiştir. Bu aracın çalışma basamakları aşağıda verilmiştir. İlk önce verici devreyi USB ile kullanıcı bilgisayara takılır. Bu bağlantı Şekil 5.3. de gösterilmiştir. Şekil 5.3. Verici devrenin bilgisayara bağlanması Labview ile yapılmış olan arayüz programı açılır. Arayüzde Run komutuyla program çalıştırılır. Programın çalışması Şekil 5.4. de gösterilmiştir. Şekil 5.4. Labview ile yapılan arayüz programının açılması 38

49 Arduino üzerindeki TX ve RX ışıkları yanmasıyla arayüz hazır olur. Şekil 5.5. de yaban TX ve RX ışıkları görülmektedir.. Şekil 5.5. Hazır hale gelen verici devresi Aracın üzerindeki güç kaynakları anahtarları açılarak araç enerjilendirilir. Şekil 5.6. da alıcı devrenin hazır olduğu görünmektedir. Şekil 5.6. Aracın enerjilenmesi 39

50 Aracın enerjisi geldiğinde, araç arayüzden kullanılabilir hale gelir. Şekil 5.7. de aracın kullanıma hazır olduğu görünmektedir. Şekil 5.7. Arayüz üzerine araçtan gelen örnek görüntü 5.5. Yapılan Testler Bilgisayar arayüzü üzerinden kablosuz ağ ile haberleşebilen kameralı araç tamamlanmıştır. Aracın performans testleri yapılmıştır. RF alıcı verici entegrelerinin menzilinin ölçülmesi için açık ve kapalı ortamlarda deneyler yapılarak bir tablo haline getirilmiştir. Bu tablo 5.1. da verilmiştir. Aracın açık alanda çalışması Şekil 5.8. de ve kapalı alanda çalışması 5.9. da verilmiştir. Tablo 5.1. Araç menzilinin farklı ortamlarda ölçülmesi Ortam Mesafe (m) Kapalı Alan 25 Açık Alan 40 40

51 Şekil 5.8. Aracın açık alanda çalışrken görüntüsü Şekil 5.9. Aracın kapalı alanda çalışırken görüntüsü 41