KONU: Zagi Tipi Bir İnsansız Hava Aracının (İHA) Tasarımı ve Bilgisayar Görmesine Dayalı Olarak Kontrol Yazılımının Geliştirilmesi

Transkript

1 ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BİTİRME ÇALIŞMASI TEZ KİTAPÇIĞI KONU: Zagi Tipi Bir İnsansız Hava Aracının (İHA) Tasarımı ve Bilgisayar Görmesine Dayalı Olarak Kontrol Yazılımının Geliştirilmesi G Mehmet DEMİR G Bayram GÜNEŞ Danışmanı: Prof. Dr. Raşit KÖKER Mayıs 2017 SAKARYA

2

3 ÖNSÖZ Mühendislik yaşamımızda iyi bir referans olacağını düşündüğümüz bu çalışma, lisans eğitimimiz boyunca almış olduğumuz temel mühendislik derslerinin yanı sıra daha önce gerçekleştirmiş olduğumuz ödev ve proje çalışmalarında kazandığımız deneyimleri en üst düzeyde bir araya getirmemiz suretiyle gerçekleşmiştir. Çalışmalarımız boyunca bize her türlü konuda destek veren danışman hocamız Sayın Prof. Dr. Raşit KÖKER e, tüm sorularımızı sıkılmadan cevaplayan ve bizi yönlendiren Sayın Yrd. Doç.Dr Mustafa Zahid YILDIZ a ve bu tasarım çalışmamızda; Sakarya Üniversitesi Rektörlüğüne, Teknoloji Fakültesi Dekanlığına, bölüm olanaklarının kullanılmasına izin verdiği için Bölüm başkanlığına, labaratuar ortamında bize yardımcı olan teknisyenlerimize, ailelerimize teşekkürü bir borç biliriz. Mayıs 2017 Sakarya Bayram GÜNEŞ Mehmet DEMİR ii

4 İÇİNDEKİLER Bitirme Çalışması Onay Formu i Önsöz ii İçindekiler iii Özet v Semboller Ve Kısaltmalar Listesi vi Şekiller Listesi vii Tablolar Listesi viii 1. GİRİŞ Genel Bilgiler Litaretür Araştırması Özgünlük Yaygın Etki Standartlar Çalışma Takvimi TEORİK ALTYAPI Genel Bilgiler Mikrobilgisayarlar Motorlar Servo Motor Brushless (fırçasız) Motor DHT11 Sıcaklık ve Nem Sensörü LM35 Sıcaklık Sensörü LM V Gerilim Düzenleyici RF Haberleşme RTC DS1307(Gerçek Zamanlı Saat) ULN2003A Entegresi TASARIM Genel Bilgiler Boyutlandırmalar Sistem Bileşenleri ve Seçimleri Uygulanan Yöntemler Yazılımlar Visual Studio C OpenCV Yazılımın Akış Diyagramı Kontrol Yazılımı Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz. 4. SİMÜLASYON(BENZETİM) ÇALIŞMALARI iii 35 36

5 4.1. Genel Bilgiler Simülasyon Yazılımı Proteus Catia Sistem Modelleme Simülasyon GÖRÜNTÜ İŞLEME Görüntü İşlemenin Tanımı Görüntü İyileştirme Teknikleri Gri Seviyeye Dönüştürme Histogram Eşikleme Medyan (Ortanca) Filtre Kenar Belirleme DENEYSEL ÇALIŞMALAR Genel Bilgiler İnsansız Hava Aracı Tasarımı Joystick Kontrol İçin Gerekli Yazılımlar Genel Açıklama Yazılım Hakkında Bilgi Elektronik Devrelerin Gerçeklenmesi İnsansız Hava Aracı Tasarımı (Zagi) Zagi Üzerine Elektronik Elemanların Yerleştirilmesi SONUÇLAR Genel Açıklamalar Deney Sonuçları Değerlendirmeler KAYNAKLAR 60 EKLER 61 ÖZGEÇMİŞ iv

6 ÖZET Günümüzde çok farklı şekil, ebat, konfigürasyon ve karakterde araçlar üretilmektedir. Tarihsel olarak bakıldığında basitçe İHA Lar birer Drone dur. Ancak bağımsız kumanda sistemleri çok geliştirilmiştir. Bunun sebebi kumanda sistemlerinin İHA Lar ile güdümlü füzelerin farklarını ortaya çıkartmaktır. Öncelikle İHA Lar birçok amaç için tekrar tekrar kullanılabilir. Mürettebatsız olarak kontrol edilerek durmadan belli bir irtifada uçabilir. Ayrıca bu araçlar jet motoru veya elektrikli motor yardımıyla uçar. Günümüzde halen İHA Lar için bağımsız kumanda sistemleri sürekli olarak geliştirilmekte ve araçların kullanılması için en uygun tasarımlar ve çalışmalar yapılmaktadır. Kumanda sistemleri genellikle Joystick tabanlı olarak tasarlanmakta ve ara bir eleman olarak sürekli kullanılmaktadır. Bu araştırma projesinde; Ara eleman olarak kullanılan joystick i ortadan kaldırmak ve joystick kullanımından kaynaklan problemlerinde belirli bir oranda azaltılması amacıyla görüntü işleme teknolojisi kullanılarak bilgisayar üzerinden İHA nın kontrol edilmesi hedeflenmiştir. Hedefe ulaşmak için aşağıdaki adımlar gerçekleştirilecektir; İnsansız hava aracının tasarlanması Motor sürücü devre tasarımlarının yapılması Gerekli olan elektronik kart tasarımlarının yapılması Yazılım algoritmalarının tasarlanması ve uygulanması Aracın ve yazılımın çalışma hassasiyetlerinin belirlenmesi Sonuçların rapor edilmesi ve görüntülenmesi v

7 SEMBOLLER VE KISALTMALAR LİSTESİ İHA :İnsansız Hava Aracı LED : Light Emitting Diode OPENCV : Open Source Computer Vision RGB : Red Green Blue RPİ : Raspberry Pi YSA : Yapay Sinir Ağları ÇKA : Çok Katmanlı Algılayıcı MP : Megapixel CPU : Central Processing Unit USB : Universal Serial Bus MHZ : Megahertz GHZ : Gigahertz V : Volt HDMI : High Definition Multimedia Interface IDE :Integrated Development Environment FPGA : Donanım yapısı kullanıcı tarafından değiştirilebilen entegre RTC : Real-Time Clock RF :Radio Frekansı DHT11 :Sıcaklık ve Nem sensörü LM35 :Sıcaklık sensörü mm : Milietre ma : Miliamper A :Amper V :Volt vi

8 ŞEKİLLER LİSTESİ Şekil 1.1. Kontrol Ekranı...2 Şekil 1.2. İnsansız Hava Aracı....2 Şekil 2.1. Kontrol Ekranı Şekil 2.2. İnsansız Hava Aracı....7 Şekil 2.3. Arduino Nano Şekil 2.4. Arduino Mega...11 Şekil 2.5. Raspberry Pi Şekil 2.6. Servo İç Yapısı Şekil 2.7. Servo Motor Şekil 2.8. Brushless Motor Şekil 2.9. DHT11 Sıcaklık ve Nem Sensörü. 19 Şekil LM35 Sıcaklık Sensörü Şekil LM7805 Tümdevresi Şekil Elektromanyetik Dalga Yayılımı Şekil RF Haberleşme Temel Yapısı Şekil RF Verici Şekil RF Alıcı Şekil RTC DS Şekil RTC DS1307 İç Yapısı...27 Şekil ULN2003A Devre İç Yapısı...28 Şekil ULN2003A Entegre İç Yapısı Şekil 3.1. Zagi Tasarımı...29 Şekil 3.2. Zagi Boyutlandırması...29 Şekil 3.3. Arduino Nano Boyutları...30 Şekil 3.4. Lipo Pil.31 Şekil 3.5. Lipo Pil Batarya 32 Şekil 3.6. Visual Studio Programı Şekil 3.7. C++ Yazılım Dili. 35 Şekil 3.8. OpenCV Bileşenleri.35 Şekil 4.1. Proteus Zagi Kontrol Tasarımı.39 Şekil 4.2. Catia Kontrol Tasarımı. 40 Şekil 5.1. Görüntü İşleme Sistemi 40 Şekil 5.2. Görüntü Oluşumu.42 vii

9 Şekil 5.3. Görüntünün İki Boyutlu İfadesi 42 Şekil 5.4. Görüntünün Pixel İfadesi.43 Şekil 5.5. Histogram Eşitleme Şekil 5.6 Eşlemenin Grafiksel İfadesi...46 Şekil 5.7. Örnek İmge Histogramı ve İkili Eşikleme İşlevine İlişkin Giriş ve Çıkış İmge leri Şekil 5.8. Örnek İmge Histogramı ve Çoklu Eşikleme İşlevine İlişkin Giriş ve Çıkış İmg eleri.. 47 Şekil 5.9. Medyan Filtre Şekil Gradient Vektörü Şekil Kenar Belirleme Sisteminin Blok Diyagramı...50 Şekil Kenarı Belirlenmiş Resim.. 51 Şekil 6.1. Bilgisayar Görmesine Dayalı Joystick Ekranı..52 Şekil 6.2. Zagi Kontrol Birimi Yazılım Uygulaması 53 Şekil 6.3 Araç İletişim Birimi Yazılım Uygulaması...54 Şekil 6.4. Bilgisayar Görmesine Dayalı Joystick Kontrol Kodlama Mantığı Yazılımı.55 Şekil 6.5. Joystick Kontrol Uygulama Devresi ve Yazılımı...56 Şekil 6.6. Arduino nun Board Üzerinde Denenmesi 57 Şekil 6.7. Baskı Devreye Aktarma 57 Şekil 6.8.Motorların Denenmesi Şekil 6.9. Araç İletişim Birimi Proteus Devresi 58 Şekil Araç İletişim Birimi Uygulama Devresi.59 Şekil Zagi Tasarımı.60 Şekil Zagi Birimi Proteus Devresi..60 Şekil Zagi Birimi Ares Devresi 61 Şekil Zagi Birimi Uygulama Devresi...61 Şekil Elemanların Yerleştirilmesi 62 Şekil Elemanların Yerleştirilmesi 62 Şekil 7.1. Joystick Kontrol Birimi 66 viii

10 TABLOLAR LİSTESİ Tablo 1.1. İş-Zaman Grafiği..5 Tablo 2.1. Servo Motor Akım-Açı Grafiği.. 18 Tablo 2.2. Frekans Spektrumu. 23 Tablo 2.3. Mikrodalga Frekansları Harf Bant Dağılımı. 24 Tablo 3.1. Konsol Ekran Tasarımı Tablo 3.2. Malzeme Listesi..38 Tablo 6.1. Teorik Konsol Ekranı...53 Tablo 7.1. Alınan Malzemeler.63 Tablo 7.2. Hız Analiz Değerleri...65 ix

11 1. GİRİŞ 1.1. Genel Bilgiler İlk İHA lar A. M. Low tarafından 1916 yılında geliştirilmiştir. Takip Eden yıllarda ise sınırlı sayıda üretilen Hewitt- Sperry otomatik uçak I. Dünya Savaşı sırasında kullanılmıştır yılında ise film yıldızı ve model uçak tasarımcısı ReginaldDenny ilk ölçekli RPV (İngilizce Remote Piloted Vehicle Türkçesi Uzaktan Komutalı Araç) modelini geliştirmiştir. II. Dünya Savaşı süresince çok fazla miktarda uçak üretilmiş bunlar trenleri koruma amaçlıyla uçaksavar ve saldırı görevlerinde kullanılmıştır. Jet motoru bulunan ilk model 1951 yılında Teledyne Ryan firması tarafından geliştirilen FirebeeI dir yılında ise başka bir firma Beechcraft ABD Deniz Kuvvetleri için Model 1001 modelini üretmiştir. Bununla beraber bu araçlar Vietnam Savaşı süresince birer uzaktan kumandalı uçak olmaktan daha ileriyegidemediler.1980li ve 1990lı yıllarda olgunlaşan ve küçültülen bu araçlar özellikle ABD li askeri çevrelerin ilgisini çekmeye başlamıştır. Bunun en önemli nedeni İHA ların uçaklara nazaran çok daha ucuz olması ayrıca riskli görevlerde sırasında yetişmiş mürettebat kaybını sıfıra indirmesidir. İnsansız teknolojilerin kullanımının yaygınlaşmasının altında gelişen teknolojinin sağladığı imkânla birlikte bazı maliyetli ya da sorunlu kalemleri aşabilmenin getirisi bulunmaktadır. İnsansız uçakların otonom ya da bir yer istasyonu aracılığıyla kontroledilebiliyor olması insanlı uçakların idamesi için gerekli yaşamsal sistemler ve kokpit için gerekli yer ve mürettebatın getirdiği ağırlık yükü gibi maliyet kalemleri, insanlı uçakların manevra ve operasyon kabiliyetinin insan kabiliyetleriyle sınırlanması(yorgunluk / çalışma saati, G kuvveti vb.) gibi operasyon el kabiliyetle ilgili kalemler, düşman tarafından fark edilme ya da vurulabilme olasılığının düşük olması üstünlük kalemleri (ilk olarak İsraillilerin geliştirdiği Scout ile birlikte İHA ların bu yönüyle operasyon el vazgeçilmezliğinin ispatlanmıştır.) İHA' ları daha tercih edilir kılmaktadır. Daha da önemlisi, insansız hava araçlarının zayiat maliyetidir. 1

12 İnsanlı uçakların manevra ve operasyon kabiliyetinin insan kabiliyetleriyle sınırlanması (yorgunluk / çalışma saati, G kuvveti vb.) gibi operasyon el kabiliyetle ilgili kalemler, insansız hava araçlarında teknolojinin verdiği imkânlar sayesinde ortadan kaldırılmaya ve azaltılmaya çalışılmaktadır. İnsansız hava araçlarında yapmayı amaçladığımız bu projede manevra hareketlerinin hızlı bir şekilde yapılması amaçlanmıştır. Bunun için gerekli yazılımlar ve tasarımların yapılması amaçlanmaktadır.bu yazılımlardan önemli olanlardan biride görüntü işleme yazılımlarıdır. Bunlar; Günümüzde, görüntü işleme ve nesne tanıma çalışmaları ve araştırmaları arttıkça uygulama alanları da hızla gelişmektedir [19][6][Kamera gibi görüntü araçlarının sağladığı görüntüyü ve görüntü işleme algoritmalarını kullanarak karar verebilen yapısı ile nesneleri tanıyan ve taşıma, yer değiştirme yapan robotik sistemler geliştirilmektedir. [17][1][2][3]Bilgisayar ve makine görmesi kavramı bu gelişmelerle ortaya çıkan, gören makinelerin teknolojisidir. [17][1][2][3] Bu tür sistemlerde yaygın olarak yapay sinir ağı (YSA) tekniği kullanılmaktadır [2][6] Bu bitirme çalışması projesinde Tübitak 2209-A Üniversite Öğrencileri Yurt İçi Araştırma Projeleri Destek Programı kapsamında destek alınmıştır. Şekil 1.1. Kontrol Ekranı Şekil 1.2.İnsansız Hava Aracı 1.2. Literatür Araştırması Wang ve arkadaşları, trafikte seyir halinde ki araçların algılanması ve izlenmesi ile ilgili bir çalışma yapmışlardır. Çalışmalarında metropol şehirler trafik durumunun izlenmesi ve çözüm önerilerinin geliştirilmesine katkı sağlamayı hedeflemişlerdir [1]. Weng ve arkadaşları, insansız hava araçlarının birbirleri ile etkileşimi ve görevleri sırasında optimum çalışabilmelerine yönelik olarak yapay 2

13 bağışıklık sistemi algoritmasını kullanmışlardır. Kullanılan algoritma ile başarılı bir sürü optimizasyonu uygulaması gerçekleştirmeyi hedeflemişlerdir [2]. Antonio ve arkadaşları, insansız hava araçlarını doğada kırsal bölgelerde bulunan özel karbon kayaların yerlerinin tespitine yönelik olarak kullanmışlardır. İHA lar kayaların yerlerinin belirlenmesine yönelik olarak gerekli olan elektronik donanımlarla donatılarak çalışmaları gerçekleştirmişlerdir. [3] Anıl Can BİRDAL ın ağaç yüksekliklerinin belirlenmesinde insansız hava araçlarının kullanımı için yaptığı çalışmalarda insansız hava araçları ile Ormancılık sektöründe, çeşitli alıcılar ile ağaç yüksekliklerinin hesaplanması ve taçlarının kestirimi için kullanımını tasarlayıp sunmuştur.[20] Yılgın, Serdar insansız hava aracı (İHA) takımları için görev planlama adıyla yaptığı çalışımlarda insansız hava araçları ile etkileşiminin sağlanarak yapılacak olan işlemlerin genetik algoritma kullanılarak minimum ve optimum seviyede yapılması ayrıca bu durumların analizi için geliştirdikleri 2. Bir algoritma ile bu sonucu analiz ederek karşılaştırdıkları çalışmaları sunmuşlardır.[19] Bradski, G. Ve arkadaşları kamu lisansına sahip olan açık kaynak kodlu bilgisayar görnesi kütüphanesi olan Opencv alanında ABD de uygulamalı çalışmalar yapmışlardır.[6] 1.3. Özgünlük İHA nın kontrol sisteminin (kumanda) ortadan kaldırılması ara birime duyulan ihtiyacın ortadan kalkmasına ortam hazırlayacaktır. Amaç olarak insansız hava aracının kontrol kumandasının yerine görüntü işleme kullanılarak algılanmak istenen el hareketinin şekli algılanıp kenar belirlemesi yapılıp hu moment kütüphanesi kullanılarak alınan sayısal değerler ile bir yapay zeka teknolojisi kullanılarak zekilik katılıp İHA nın daha hassas bir şekilde hareket manevralarının hızlanması sağlanacaktır. 3

14 1.4. Yaygın Etki - Yerli iha kontrol tasarımlarında görüntü işleme teknolojilerinin kullanılmasını sağlayacaktır. - İha nın uzaktan kontrolünde hız ve kaliprasyonu artıracaktır. - Görüntü işleme teknolojisi ile iha ların kontrol edilmesi dikkat çekecektir. - Gerekli güvenlik tedbirleri alındığında çevreye herhangi bir zararı yoktur. Günümüzdeki iha kontrol sistemlerine göre ekonomik, zaman ve üretim yönünden kolaylık sağlayacaktır. - Yayın çıkarma potansiyeli vardır. - Ulusal makalelerde yayınlanabilir Standartlar SİVİL Havacılık Genel Müdürlüğü (SHGM) göre belirlenen standartlar; İHA uçuşları, insan ve yapılardan en az 50 metre uzaklıkta gerçekleştirilebilecek. Standartlar çerçevesinde, azami kalkış ağırlığı 500 gr ila 25 kg aralığında olan İHA ların ve bunları kullanacak pilotların SHGM tarafından oluşturulan internet tabanlı 'Kayıt Sistemi'ne kayıt edilmesi gerekmektedir. Bunun dışındaki azami kalkış ağırlığı 25 kg ile 150 kg aralığında olan ikinci gruptaki İHA lar ile azami kalkış ağırlığı 150 kg ve daha fazla olan İHA ların Türk hava araçları tesciline kayıt yaptırmaları gerekiyor. Bizim tasarladığımız insansız hava aracı 500 gr altında 50 metre yüksekliğin altındadır.[5] Brushless Dc motor standartları 1400 KV/ XA 2212 prop 7-8 lipopil standartı 2-3S Batarya standartları 2 S 3,7*2 =7,4 V 450 mah 25C. ESC standartları 10 A 2-3 S lipo batarya kullanılabilir. 100mm erkek -erkek kablo kullanılmıştır 4

15 1.6. Çalışma Takvimi İŞ PAKETLERİ Literatür taraması Tablo 1.1 İş-Zaman Grafiği. ŞUBAT MART NİSAN MAYIS HAZİRAN Projenin planlaması, Malzemelerin tedarik edilmesi, İnsansız hava aracının tasarlanması ve yapılması Servo ve dc motor sürücü devrelerinin tasarlanıp test edilmesi. Rasperry Pi veya Arduino için yazılım algoritmalarının tasarlanması Opencv veya Emgu cv kütüphanelerinin kullanılması. Bilgisayar yazılım dili kullanılarak C++ ve C nin kullanılması. Tasarlanan elektronik sistemin İHA ya simülasyon ortamında entegre edilmesi Sonuç Raporları Literatür taraması geçmişten günümüze yapılan tüm çalışmalar ve adreslerinden araştırılıp bizim proje mantığına uyan makaleler taranarak uygulanan uygulamalar teker teker incelenmiş ve analiz edilmiştir. Malzeme tedarik edilmesi ve aracın tasarlanması literatür taraması yapıldıktan sonra yapılması planlananlar için bir uygulama planı yapılır. yapılan planda gerekli olan tüm malzemeler çıkarılarak, alternatif olarak en hassas malzemelerden 2 şer 3 er tane sipariş verilerek donanım eksikleri tamamlanmaya çalışılır. İnsasız hava aracının similasyon ortamında çizimi yapılarak kullanılacak malzemenin dayanım mukavemeti, hassasiyet değerleri, kullanılan malzeme miktarı, ağırlık merkezinin belirlenmesi üzerine konulacak olan kompenentlerin yerlerinin tam olarak kesinleştirildikten sonra malzeme alımı yapılacaktır. 5

16 Malzemeler alınırken malzemelerin fiyatları ve kalitesi göz önünde bulundurularak firmalar araştırılıp en uygun maliyet ve kalitede ürün alımı yapılacaktır Motor kontrol denetiminin yapılması ve yazılım algoritmalarının çıkarılması Motorların sağlamlık kontrolü ve çevreye verecekleri zararlar kontrol edildikten sonra bunların sürücü devre tasarımları bu hassasiyetler göz önünde bulundurarak tasarlanacaktır. Sistemlerin kontrolü için gerekli olan mikrodenetleyiciler kullanılacak ve bu mikrodenetleyicilerin ide(yazılım geliştirme)ortamları için gerekli algoritmalar oluşturulacaktır. Alternatif olarak motor ve sürücülerin hazır alınması sağlanacaktır. Algoritmaların yazılıma dökülmesi belirlenen algoritmalarda kullanılacak olan bilgisayar yazılımı c++ veya c# kullanılacak ve gerekli olan kütüphaneler ide ortamına eklenecektir. Alternatif olarak yazılım dili matlap veya pyhton da kullanılacaktır. Tasarımın simülasyon ortamında test edilip sonuçların analiz edilmesi Sistem tasarımlarının elektronik ve elektriksel devreleri proteus ortamında gerçeklenecektir. Elde edilern sonuçlar değerlendirilecektir. Alternatif olarak gerçekleme ortamı için orcad ve analiz, grafik işlemleri için matlab kullanılacaktır. Sistem sonucunda istenilen sonuçlar alınamamsına karşın fpga teknolojisi kullanılacaktır. 6

17 2. TEORİK ALTYAPI 2.1. Genel Bilgiler Bizim sistemimizde yapılmak istenen amaç görüntü işleme ve yapay zeka teknolojisi kullanılarak iha nın kontrol yazılımının geliştirilip iha ya entegre edilmesidir. Bu amaç kapsamında sistemde kontrol istansonundan algılanan el hareketlerinin kablosuz olarak iha aktarılması hedeflenmiştir, bunun için rf haberleşme sistemi kullanılacaktır.iha tasarım kısmında kablosuz haberleşme sistemi dc motor, servo motor ve bunların kontrolünü gerçek zamanlı sağlayan mikrokontrol bulunmaktadır. Şekil 2.1. Kontrol Ekranı Şekil 2.2. İnsansız Hava Aracı 2.2. Mikrobilgisayar Mikrobilgisayar terimi merkezi işlem birimi ve bir mikroişlemcisi olan bilgisayardır. Ana bilgisayarlara göre daha küçüktür. Mikrobilgisayarlara bir ekran ve tuştakımı eklenirse kişisel bilgisayarlara çok benzerler. Arduino Nano Arduino Nano; Atmega328 temelli bir mikrodenetleyici kartıdır. Üzerinde 14 adet dijital giriş/çıkış pini (6 tanesi PWM çıkışı olarak kullanılabilir), 8 analog giriş, 16Mhz kristal, usb soketi, ICSP konektörü ve reset tuşu bulundurmaktadır. Kart üzerinde mikrodenetleyicinin çalışması için gerekli olan her şey bulunmaktadır. Kolayca usb kablosu üzerinden bilgisayara bağlanabilir, adaptör veya pil ile çalıştırılabilir.[7] Şekil 2.3. Arduino Nano 7

18 Teknik Özellikler: Mikrodenetleyici ATmega328 Çalışma Gerilimi 5V Giriş Gerilimi (önerilen) 7-12V Giriş Gerilimi (limit) 6-20V Dijital I/O Pinleri 14 (6 tanesi PWM çıkışı) Analog Giriş Pinleri 8 Her I/O için Akım 40 ma 3.3V Çıkış için Akım 50 ma Flash Hafıza 32 KB (ATmega328) 2 KB kadarı bootloader tarafından kullanılmaktadır. SRAM 2 KB (ATmega328) EEPROM 1 KB (ATmega328) Saat Hızı 16 MHz Uzunluk 45 mm Genişlik 18 mm Ağırlık 5mg Güç: Arduino Nano gücünü usb üzerinden veya harici güç kaynağından alabilir. Harici güç kaynağı AC-DC adaptör olabileceği gibi bataryada olabilir. Adaptör ve batarya kart üzerindeki GND ve Vin pinleri üzerinden bağlanabilir. Kartın çalışması için sürekli olarak usb'nin bağlı olması şart değildir. Kart sadece adaptör veya batarya ile çalıştırılabilir. Bu sayede kart bilgisayardan bağımsız olarak çalıştırılabilir. Harici güç kaynağı olarak 6-20V arası kullanılabilir. Ancak bu değerler limit değerleridir. Kart için önerilen harici besleme 7-12V arasıdır. Çünkü kart üzerinde bulunan regülatör 7V altındaki değerlerde stabil çalışmayabilir. 12V üstündeki değerlerde de aşırı ısınabilir. Nano kartının üzerindeki mikro denetleyicinin çalışma gerilimi 5V'dur. Vin pini veya güç soketi üzerinden verilen 7-12V arası gerilim kart üzerinde bulunan voltaj regülatörü ile 5V'a düşürülerek karta dağılır. 8

19 Güç pinleri aşağıdaki gibidir: VIN: Harici güç kaynağı kullanılırken 7-12V arası gerilim giriş pini. 5V: Bu pin regülatörden çıkan 5V çıkışı verir. Eğer kart sadece usb (5V) üzerinden çalışıyor ise usb üzerinden gelen 5V doğrudan bu pin üzerinden çıkış olarak verilir. Aynı zamanda bu pin üzerinden 5V girişi yapılabilir. Eğer karta güç Vin (7-12V) üzerinden veriliyorsa regülatörden çıkan 5V doğrudan bu pin üzerinden çıkış olarak verilir. 3V3: Kart üzerinde bulunan 3.3V regülatörü çıkış pinidir. Maks. 50mA çıkış verebilir. GND: Toprak pinleridir. Hafıza: Atmega KB'lık flash belleğe sahiptir (2 KB kadarı bootloader tarafından kullanılmaktadır). 2 KB SRAM ve 1 KB EEPROM'u bulunmaktadır. Giriş ve Çıkış: Nano üzerindeki 14 adet dijital pinin hepsi giriş veya çıkış olarak kullanılabilir. 8 tane analog giriş pinide bulunmaktadır. Bu analog giriş pinleride aynı şekilde dijital giriş ve çıkış olarak kullanılabilir. Yani kart üzerinde toplam 20 tane dijital giriş çıkış pini vardır. Bu pinlerin tamamının lojik seviyesi 5V'dur. Her pin maks. 40mA giriş ve çıkış akımı ile çalışır. Ek olarak, bazı pinlerin farklı özellikleri bulunmaktadır. Özel pinler aşağıda belirtildiği gibidir.seri Haberleşme, 0 (RX) ve 1 (TX): TTL Seri veri alıp (RX), vermek (TX) için kullanılır. Bu pinler doğrudan kart üzerinde bulunan FT232 usb-seri dönüştürücüsüne bağlıdır. Yani bilgisayardan karta kod yüklerken veya bilgisayar-nano arasında karşılıklı haberleşme yapılırkende bu pinler kullanılır. O yüzden karta kod yüklerken veya haberleşme yapılırken hata olmaması için mecbur kalınmadıkça bu pinlerin kullanılmamasında fayda vardır. Harici Kesme, 2 (interrupt 0) ve 3 (interrupt 1): Bu pinler yükselen kenar, düşen kenar veya değişiklik kesmesi pinleri olarak kullanılabilir. PWM, 3,5,6,9,10 ve 11: 8-bit çözünürlükte PWM çıkış pinleri olarak kullanılabilir. SPI, 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK): Bu pinler SPI haberleşmesi için kullanılır. LED, 13: Nano üzerinden 13. pine bağlı olan dâhili bir led bulunmaktadır. Pin HIGH yapıldığında led yanacak, LOW yapıldığında led sönecektir. Analog, A0-A7: Nano 8 tane 10-bit çözünürlüğünde analog giriş pinine sahiptir. Bu pinler dijital giriş ve çıkış içinde kullanılabilir. Pinlerin ölçüm aralığı 0-5V'dur. AREF pini ve analogreference() foksiyonu kullanılarak alt limit yükseltilip, üst 9

20 limit düşürülebilir.i2c, A4 veya SDA pini ve A5 veya SCL pini: Bu pinler I2C haberleşmesi için kullanılır. AREF: Analog giriş için referans pini. Reset: Mikrodenetleyici resetlenmek istendiğinde bu pin LOW yapılır. Reset işlemi kart üzerinde bulunan Reset Butonu ile de yapılabilir. Arduino Mega Arduino Mega 2560 ATmega2560 mikrodenetleyici içeren bir Arduino kartıdır. Arduino Uno 'dan dan sonra en çok tercih edilen Arduino kartı olduğu söylenebilir. Arduino 'nun kardeş markası olan Genuino markasını taşıyan Genuino Mega 2560 kartı ile tamamen aynı özelliklere sahiptir. Arduino Mega 2560 'ta 54 tane dijital giriş / çıkış pini vardır. Bunlardan 15 tanesi PWM çıkışı olarak kullanılabilir. Ayrıca 16 adet analog girişi, 4 UART (donanım seri port), bir adet 16 MHz kristal osilatörü, USB bağlantısı, power jakı (2.1mm), ICSP başlığı ve reset butonu bulunmaktadır. Arduino Mega 2560 bir mikrodenetleyiciyi desteklemek için gerekli bileşenlerin hepsini içerir. Arduino Mega 2560 bir bilgisayara bağlanarak, bir adaptör ile ya da pil ile çalıştırılabilir. Arduino Mega, Arduino Duemilanove ya da Diecimila için tasarlanan shield lerin çoğu ile kullanılabilir. Arduino Mega 2560 R2 (revision 2) 8U2 HWB çizgisini toprağa çeken bir dirence sahiptir. Böylece DFU mode kullanmak kolaylaşır. Arduino Mega R3 (revision 3) ise şu ek özelliklere sahiptir; 1,0 pinout: AREF pininin yanına SDA ve SCL pinleri eklenmiştir. Reset pininin yanına iki yeni pin eklenmiştir. IOREF shield lerin karttan sağlanan voltaja adapte olmasını sağlar. İleride shield ler hem 5 V ile çalışan AVR kullanan kartlar ile hem de 3.3 V ile çalışan Arduino Due ile uyumlu olacaktır. İkinci pin ise herhangi bir yere bağlı değildir. Arduino Mega 2560 R1 ve R2 de kullanılan ATmega8U2 yerine R3 te ATmega16U2 kullanılmıştır. [7] Şekil 2.4. Arduino Mega 10

21 Arduino Mega 2560 Teknik Özellikleri Mikrodenetleyici: ATmega2560 Çalışma gerilimi : +5 V DC Tavsiye edilen besleme gerilimi: 7-12 V DC Besleme gerilimi limitleri: 6-20 V Dijital giriş / çıkış pinleri: 54 tane (15 tanesi PWM çıkışını destekler) Analog giriş pinleri: 16 tane Giriş / çıkış pini başına düşen DC akım: 40 ma 3,3 V pini için akım: 50 ma Flash hafıza: 256 KB (8 KB bootloader için kullanılır) SRAM: 8 KB EEPROM: 4 KB Saat frekansı: 16 MHz Güç Arduino Mega 2560 bir USB kablosu ile bilgisayar bağlanarak çalıştırılabilir ya da harici bir güç kaynağından beslenebilir. Harici güç kaynağı bir AC-DC adaptör ya da bir pil / batarya olabilir. Adaptörün 2.1 mm jaklı ucunun merkezi pozitif olmalıdır ve Arduino Mega 2560 'ın power girişine takılmalıdır. Pil veya bataryanın uçları ise power konnektörünün GND ve Vin pinlerine bağlanmalıdır. Arduino Mega V - 20 V aralığında bir harici güç kaynağı ile beslenebilir. Ancak 7 V altında bir besleme yapıldığında 5V pini 5 V tan daha düşük çıkış verebilir ve kart kararsız çalışabilir. 12 V üzerinde bir voltaj beslemesi yapılması durumunda ise regülatör fazla ısınabilir ve karta zarar verebilir. Bu nedenle tavsiye edilen besleme gerilimi 7 V - 12 V aralığındadır. VIN: Arduino Mega 2560 kartına harici bir güç kaynağı bağlandığında kullanılan voltaj girişidir. 5V: Bu pin Arduino kartındaki regülatörden 5 V çıkış sağlar. Kart DC power jakından (2 numaralı kısım) 7-12 V adaptör ile, USB jakından (1 numaralı kısım) 5 V ile ya da VIN pininden 7-12 V ile beslenebilir. 5V ve 3.3Vpininden voltaj beslemesi regülatörü bertaraf eder ve karta zarar verir. 3.3V: Arduino kart üzerindeki regülatörden sağlanan 3,3V çıkışıdır. Maksimum 50 ma dir. 11

22 GND: Toprak pinidir. IOREF: Arduino kartlar üzerindeki bu pin, mikrodenetleyicinin çalıştığı voltaj referansını sağlar. Uygun yapılandırılmış bir shield IOREF pin voltajını okuyabilir ve uygun güç kaynaklarını seçebilir ya da 3.3 V ve 5 V ile çalışmak için çıkışlarında gerilim dönüştürücülerini etkinleştirebilir. Giriş ve Çıkışlar Arduino Mega 2560 'ta bulunan 54 tane dijital giriş / çıkış pininin tamamı, pinmode(), digitalwrite() ve digitalread() fonksiyonları ile giriş ya da çıkış olarak kullanılabilir. Bu pinler 5 V ile çalışır. Her pin maksimum 40 ma çekebilir ya da sağlayabilir ve KOhm dâhili pull - up dirençleri vardır. Ayrıca bazı pinlerin özel fonksiyonları vardır: Serial: 0 (RX) ve 1 (TX); Serial 1: 19 (RX) ve 18 (TX); Serial 2: 17 (RX) ve 16 (TX); Serial 3: 15 (RX) ve 14 (TX) : Bu pinler TTL seri data almak (receive - RX) ve yaymak (transmit - TX) içindir. 0 ve 1 pinleri ayrıca ATmega16U2 USB-to-TTL Si çipinin ilgili pinlerine bağlıdır. Harici kesmeler 2 (kesme 0), 3 (kesme 1), 18 (kesme 5), 19 (kesme 4), 20 (kesme 3) ve 21 (kesme 2) : Bu pinler bir kesmeyi tetiklemek için kullanılabilir. PWM: 2-13, 44-46: Bu pinler analogwrite () fonksiyonu ile 8-bit PWM sinyali sağlar. SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS) : Bu pinler SPI kütüphanesi ile SPI haberleşmeyi sağlar. TWI : 20 SDA 21 SCL : Wire kütüphanesini kullanarak TWI haberleşmesini destekler. (Bu pinlerin yeri Arduino Duemilanove ve Diecimila kartlardaki ile aynı değildir.)arduino Mega 2560 'ın 16 tane analog girişinden her biri 10 bit çözünürlüğü destekler. Varsayılan ayarlarda topraktan 5V a kadar ölçerler. Ancak, AREF pini ve analogreference() fonksiyonu kullanılarak üst limit ayarlanabilir. AREF : Analog girişler için referans voltajıdır. analogreference() fonksiyonu ile kullanılır. RESET : Mikrodenetleyiciyi resetlemek içindir. Genellikle shield üzerine reset butonu eklemek için kullanılır. 12

23 Raspberry pi 3 Raspberry Pi mm 56.5 mm boyutlarında The Raspberry Foundaiton (Raspberry Pi Vakfı) tarafından üretilmiş mini bir bilgisayardır. İlk olarak 2012 yılında satışa sunulan Raspberry mini bilgisayar, düşük maliyeti, taşınabilirliği ve desteklediği özellikler ile yüksek satış rakamlarına ulaşmıştır. Alışılmış bilgisayarlardan farklı olarak Raspberry ARM tabanlı bir işlemci (CPU) kullanır. Raspberry Pi 3 üzerinde Broadcom tarafından üretilen BCM2837 SoC (systemon-chip), 1.2 GHz 64-bit 4 çekirdekli ARM Cortex-A53 işlemci bulunur. Bu sayede 1200 MHZ hızında yüksek işlem gücüne sahiptir. RPi üzerinde herhangi bir disk ve depolama alanı bulunmaz. Bunun yerine SD kart yuvası var ve işletim sistemi bu SD kart üzerine kurulur. İşletim sisteminin performansının iyi olması için en az 32 GB SD kart kullanılmalıdır. RPi 3 üzerinde klavye, mouse, wifi dongle ve daha birçok şey bağlayabilmeniz için dört adet USB portu bulunmaktadır. Dışarıdan harici olarak USB Hub ile USB sayısı da istenildiği kadar arttırılabilir. Mikrobilgisayar kart, gücünü standart mikro-usb adaptör üzerinden alır. Verimli ve sürekli çalışabilmesi için adaptör çıkışının 5 V 2.1 amper olması gerekmektedir. Raspberry'nin herhangi bir güç tuşu yoktur. Adaptör takıldığı zaman çalışmaya başlayacaktır. Raspberry Pi 3 kartın tasarımı, B+ ve Pi 2 modelleri ile neredeyse tamamen aynıdır. Bağlantı olarak GPIO pinleri, CSI (kamera) ve DSI (ekran) konektörleri, 4 adet USB2.0 portu, 100 Mbit Ethernet portu, HDMI ve kompozit görüntü çıkışları (3.5mm TRRS jak üzerinde) ve güç bağlantısı için kullanılan USB mikro-b konektörü bulunur. Farklı olarak önceki kartlarda PWR ve ACT LED'lerinin bulunduğu alanda seramik WiFi/bluetooth anteni bulunmakta. Bu LED'ler ise DSI konektörünün diğer tarafında yer almaktadır. Şekil 2.5. Raspberry Pi 3[10] 13

24 Raspberry Pi 3 Mikrobilgisayar Teknik Özellikleri: Broadcom BCM2837 SoC1.2 GHz 4 çekirdekli 64-bit ARM Cortex-A53 işlemci 2 çekirdekli Videocore IV Multimedia işlemcisi 1 GB LPDDR2 bellek Dâhili b/g/n destekli WiFi Bluetooth 4.1, low-energy destekli 10/100 Mbit destekli Ethernet portu HDMI portu (HDMI 1.4 destekli) Kompozit video ve ses çıkışı için 3.5mm TRRS (4 uçlu) konektör 4 adet USB2.0 portu 40 adet GPIO pini, önceki Raspberry Pi modelleri ile uyumlu WiFi/Bluetooth için dahili çip anten CSI (kamera) ve DSI (ekran) konektörleri Mikro SD kart yuvası Tüm Raspberry Pi uyumlu Linux dağıtımlarını ve Windows 10 IoT Core işletim sistemini destekler. Boyutlar: 85 x 56 x 17 mm 2.3. Motorlar Servo Motor Servo motorlar gönderilen kodlanmış sinyaller ile şaftları özel bir açısal pozisyonda döndürülebilen motorlardır. Kodlanmış sinyal servo motorun girşine uygulandığı sürece servo motor şaftın açısal pozisyonunu korur. Kodlanmış sinyal değiştirilirse şaftın açısal pozisyonu da değişir. Servo motorlar çeşitli robot projelerinde, robot kollarda, uzaktan kumandalı uygulamalarda sıklıkla kullanılır. Aynı zamanda yüksek güçlü servo motorlar endüstriyel otomasyonlarda da kullanılabilir. Şekil 2.6. Servo İç Yapısı 14

25 Bir servo motorun temel konfigürasyonu şekilde gösterilmektedir. Bir DC motor yüksek redüksiyon oranına sahip bir dişli kutusunu hareket ettirir. Sondaki şaft çok yavaş bir hızla dönerek dönme ekseni üzerindeki potansiyometreyi de çevirir. Potansiyometrenin amacı geri besleme yaparak servo motorun şaftının pozisyonun algılanmasını sağlamaktır. Potansiyometre algılanan pozisyona karşılık gelen voltajı, voltaj karşılaştırıcısı olarak kullanılan opampa gönderir. Bu voltaj değerinin, şaftın istenilen pozisyonunu belirleyen giriş voltajı ile karşılaştırılması ile karşılaştırcının çıkış voltajı belirlenir. Bu çıkış voltajı, motor şaftını girişte uygulanan sinyala karşılık gelen açuya uyması için gerekli yönde hareket ettirecek gücü sağlar. Standart Konfigürasyon: Bir servo motorun şaftının pozisyonunu kontrol etmenin bir diğer yolu kodlanmış bir sinyal kullanmaktır. Bu metot uzaktan kumandalı uygulamalarda kullanılan standart servolarda sıklıkla kullanılır. Servonun kontrol girişine 18 ms periyotlu palslardan oluşan bir sinyal gönderilir. Palsın süresi servo motorun şaftının 180º 'lik bir aralıktaki pozisyonunu belirler. Eğer pals 1,5 ms uzunluğunda ise servo motorun şaftının pozisyonu 180 º 'lik aralığın ortasındadır. Pals 1 ms uzunlukta ise servo motor 90 º sola, 2 ms uzunlukta ise 90 º sağa hareket eder.bazı servo motorların pals uzunluğu 1,25 ms ile 1,75 ms arasındadır. Bu durumda pals uzunluğu 1,5 ms iken servo motor şaftı ortadadır. Pals uzunluğu 1,25 ms iken 90 º sola, 1,75 ms iken ise 90 º sağa hareket eder. Servo Motor Çeşitleri: Standart servo motorların üç kablosu vardır. Bunlardan biri power (4 V ile 6 V arasında), biri toprak, diğeri ise kontrol girişi içindir. Kabloların renkleri ise genellikle power için kırmızı, toprak için siyah ve kontrol için beyazdır.servo motorların boyutları ve şekilleri planlanan uygulamaya bağlıdır. Yandaki resimdeki servo motor ve benzerleri robotikte sık kullanılan servo motor tipleridir. Bunlar düşük güçte çalışabilir, kullanılan servo motorun karakteristik özelliklerine ve uygulamaya bağlı olarak 100 ma ile 2A 15

26 aralığındaki DC voltaj kaynakları ile beslenebilirler. Endüstriyel ve mobil uygulamalarda kullanılan AC voltaj ile çalışan servo motorlar da vardır. Şekil 2.7.Servo Motor Servo Motorların Karakteristikleri: Diğer motorlarda olduğu gibi servo motorlarında elektriksel ve mekaniksel olarak önemli karakteristik özellikleri vardır. Bunlardan en önemlileri aşağıda açıklanmıştır. Güç Sağlayıcı (Power Supply) Voltajı: Normal robotik uygulamalarında sıklıkla kullanılan servo motorlar için bu voltaj değeri genellikle 4 V ile 6 V aralığındadır. Bu aralığın dışında özel tipte servo motorlar da bulunabilir. Akım: Burada akım ile kastedilen servo motorun bir yüke maksimum tork uyguladığında çektiği akımdır. DC motorlarda olduğu gibi bu akım değeri yüke göre değişir. Genellikle servo motorların maksimum akım aralığı 100 ma ile 2 A arasıdır. Uygulama Hızı: Uygulama hızı servo motoru şaftının belirli bir pozisyona (normalde 60 º) gelebilmesi için gereken zaman olarak tanımlanır. Genellikle servo motorların uygulama hızları 0,05 s / 60 º ile 0,2 s / 60 º arasındadır. Tork: Diğer motorlarda oludğu gibi tork kg / cm ya da N-cm olarak verilir. Genel tork değerleri 0,5 kg / cm ile 10 kg /cm arasındadır. Kontrol Palsi: Kontrol palsi şaftın belli bir pozisyona gelebilmesi için kullanılan pals tipidir. 16

27 Uygulamalarda kullanılan iki ana tip vardır. Bunlar 1-2 ms aralığında pals ve 1,25-1,75 ms aralığında pals değerleridir. Tablo 2.1 Servo Motor Akım-Açı Grafiği. 1-2 ms Servo Motorların Pals Sürelerine Göre Açıları 1,25-1,75 ms Servo Motorların Pals Sürelerine Göre Açıları Süre (ms) Açı (derece) Süre (ms) Açı (derece) 1,0-90 1, ,1-72 1, ,2-54 1, , , ,3-36 1, ,4-18 1,50 0 1,5 0 1, ,6 18 1, ,7 36 1, , , ,8 54 1, ,9 72 2,0 90 Kararlılık: Kararlılık, bir komut sinyali algılandığında servo motorun şaftının pozisyonunun istenilen açıya göre kesinliğidir. Genellikle servo motorların kararlılık aralığı 1 º ile 10 º arasındadır Brushless (fırçasız) Motor Brushless (fırçasız) motorlar gelişen teknolojiyle birlikte birçok alanda olduğu gibi robotikte de kullanım alanı bulmuştur.standart motorlara göre yeni sayılabilecek bir motor teknolojisi olmalarına rağmen bugün fırçasız motorlarla her yerde karşılaşıyoruz. Bu dc motor türleri iç yapı olarak birebir AC senkron motorlara benzerler. Gelin fırçasız motorları biraz daha yakından tanıyalım.. 17

28 Kullanım alanları Bu motorlar özellikle Hobi radyo kontrollü projeler için sıkça kullanılırlar. Birim enerji yoğunlukları daha iyi olduğu için RC arabalarda, Helikopterlerde Yüksek performans için fırçasız motorlar tercih edilmektedir.brushless motorların genel fırçalı motorlara göre birçok avantajı ve dezavantajı vardır. Dezavantajları Pahalı sistemler Kompleks Kontrol Isınma Avantajları Sessiz çalışma Elektriksel gürültü oluşturmaması Bakım kolaylığı Uzun Ömür Şekil 2.8. Brushless Motor. Daha yüksek hızlar Daha çok tork 2.4. DHT-11 Sicaklik ve Nem Sensörü DHT-11, dijital bir sıcaklık ve nem sensörüdür. Çevresindeki havayı ölçmek için içerisindeki kapasitif nem sensörünü ve termistörü kullanır. Bu sensörlerin verilerini dijital çıkış pinine aktarır. Sensör, 2 saniyede bir çıkış verir. Şekil 2.9 DHT-11 Sicaklik ve Nem Sensörü. Teknik Özellikler: 3-5V giriş-çıkış voltajı Maksimum 2.5mA çalışma akımı %20-80 nem oranı için %5 hassasiyet 0-50 C derece sıcaklık için ±2 C hassasiyet Ölçüler: 15.5mm x 12mm x 5.5mm 2.54mm pin aralığı 18

29 DHT11 Sıcaklık-Nem Sensörünün Özellikleri ve Kullanımı DHT11, dijital sinyal çıkısı ve sıcaklık-nem sensörü birimlerini bulunduran bir sensördür. Sensör içerisinde direnç ile nem ölçüm bileşeni ve NTC Sıcaklık ölçüm bileşeni bulunmaktadır. Özel bir dijital sinyal üretip bunu tek hat üzerinden seri olarak iletmektedir. Bu hat çift yönlü seri iletim yapabilmektedir. Sensör doğru bağlanmış ise sensörün data pinine bağlı olan pin en az 18 ms boyunca 0 ardından us boyunca 1 yapılır. Daha sonra bu pin giriş pini olarak ayarlanır. Eğer 80 us boyunca 0 ve yine 80 us boyunca 1 geliyorsa sensör doğru bağlanmış ve veri transferine başlamış demektir. DHT11 toplam 40 bitlik(5 byte) bir veri gönderir. 1. byte nem değerinin tam sayı kısmını, 2. byte nem değerinin ondalıklı kısmını, 3. byte sıcaklık değerinin tam sayı kısmını, 4. byte ise sıcaklığın ondalıklı kısmını ifade eder. Eğer veri iletimi doğru bir şekilde tamamlandıysa, 5. byte ilk 4 byte toplamına eşittir. Her bitin gönderiminden önce 50us lik bir bekleme süresi vardır. Bu sürenin ardından gelen sinyal 26 28us arasında sürüyor ise bu bit değeri olarak 0 ı, 70us sürüyor ise bit değeri olarak 1 i ifade eder. DHT11, 0 50 arasında sıcaklık ölçümü yapabilmektedir. +-%2 lik hata payı vardır. DHT11, %20 -% 90 arası nem ölçümü gerçekleştirebilmektedir. Nem hata payı ise +- %5 dır.dht11 i Arduino ile kullanacaksak yukarıdaki bilgileri kullanmamıza gerek duymadan programla yapabiliriz. Çünkü hazır kütüphaneler bizim için bu bilgileri işleyen fonksiyonlara sahipler.eğer DHT11 i FPGA ile kullanacaksak yukarıdaki bilgileri en ince ayrıntısına kadar bilmemiz gerekmektedir. [8] 2.5. LM35 Sıcaklık Sensörü National Semiconductor firmasının üretmiş olduğu LM35 sıcaklık sensörü bulunduğu ortamdaki sıcaklığı algılar ve algıladığı sıcaklığı, belirli bir katsayı ile çarparak çıkış gerilimi olarak aktaran, santigrat tipi derece ile çalışan bir sıcaklık algılayıcısıdır. Santigrat tabanlı ölçüm yapması nedeniyle kullanım kolaylığı sağlar ve bu projede ullanılmasının nedenlerinden biri budur. Ayrıca düşük güç gereksinimi nedeniyle uzaktan kontrollü uygulamalarda LM35 tercih edilmektedir.lm35 her 1 C sıcaklık artışında çıkış gerilimini 10mV artırmaktadır. Besleme gerilimi 4 Volt ile 30 Volt arasında seçilebilmektedir. Bu projede besleme gerilimi 5 Volt olarak seçilmiştir. -55 C ile

30 C arasında sıcaklık ölçümü yapabilen devre, oda sıcaklığı civarında en fazla ± 0.5 C hatalı ölçüm yapabileceği, üretici firma tarafından garanti edilmektedir. Ayrıca yapılan deneylerde de bu hata payı doğrulanmıştır. Güç tüketimi, devre şeması ve diğer algılayıcı modelleri gibi ek bilgilere ulaşmak için devrenin kataloğu incelenmelidir. Şekil LM35 Sıcaklık Sensörü LM V Gerilim Düzenleyici LM78XX serisi pozitif gerilim düzenleyicileri, elektronik elemanların güç tüketimlerinin hızla azalmaya devam ettiği günümüzde, devre tasarımında sıklıkla kullanılmaktadır. Ayrıca LM79XX serisi negatif gerilim düzenleyicileri de bulunmaktadır. Bir LM7805 devresi, girişine uygulanan 15 Volt luk gerilimi, 5Volt a düşürüp sabitlerken; LM7905 devresi, aynı gerilim girişine uygulandığında bu gerilimi -5 Volt a düşürmektedir. Model olarak; 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24 Volt çıkış gerilimi verebilen modeller bulunmaktadır. Ayrıca LM117XX serisi gerilim düzenleyiciler 1.2 Volt tan 57 Volt a kadar çıkış gerilimi sağlayabilmektedirler. Bu projede kullanılan gerilim düzenleyici modeli LM7805 modelidir. 3 bacağa sahip olan devrede giriş gerilimi 5 Volt ile 24 Volt arası seçilebilmektedir. Bu projede özellikle 5V gerilimle beslenmesi gereken RF modül için kullanılmıştır. Aşağıda 32 resmi görülen devrenin en üstteki bacağı, düzenlenmiş çıkış bacağıdır. En alttaki bacak pozitif doğru gerilim girişi, ortadaki bacak ise toprağa veya 0 Volt gerilime bağlanması gereken giriştir. Şekil LM7805 Tümdevresi 2.7. RF Haberleşme Bu kısımda ünitelerin birbirleriyle kablosuz haberleşme için radyo frekanslarından, projede kullanılan RF modül ve antenden bahsedilecektir. Ayrıca, RF modüllerin çalışma prensibi içinde yer alan frekans kaydırmalı anahtarlamadan da bu kısımda 20

31 bahsedilecektir. Kablosuz (RF) Teknoloji 3 Hz ile 300 GHz spektrum içerisinde elektromanyetik dalgaların işletilmesidir. Elektromanyetik dalgaların varlığı ilk olarak 1864 yılında James Maxwell tarafından öne sürüldü yıllında Heinrich Hertz tarafından varlığı kanıtlandı yılında Guglielmo Marconi tarafından icat edilen radyo ile birlikte iletişim için kullanılabilecek bir teknoloji olduğu ortaya çıktı.kapalı bir sitemin elektrik enerjisiyle yüklenmesi sonucu oluşan statik bir elektrik alanda, bir değişim söz konusu olduğunda, elektromanyetik dalga oluşur. Bu dalganın şiddeti (E), ana kaynaktan olan mesafesinin karesi ile ters orantılı (E ά R-2) bir zayıflama ile yayılır. Şekil 2.12 Elektromanyetik Dalga Yayılımı Esas olarak teori: Yükleme sisteminin, oluşan alanın bilgi taşıyabilmesi için düzgün aralıklarla elektromanyetik dalga oluşturabilecek şekilde modüle edilmesidir. Bu dalgaların başka bir kapalı sisteme ulaştıklarında, o sistem içerisinde oluşturdukları değişimin algılanmasıdır. RF kablosuz ve yüksek frekans sinyallerle eş anlamlıdır. RF, 535kHz ile 1605kHz AM radyo frekanslarından 2.4GHzlik yerel ağ (LAN) frekanslarına kadar tanımlanır. RF normalde birkaç khz den kabaca 1GHz e kadar tanımlanır. Eğer mikrodalga frekanslarıda düşünülürse bu aralık 300GHz e kadar ulaşır. Aşağıdaki tabloda radyo frekansının frekans spektrumu gösterilmektedir. Tablo 2.1. Frekans Spektrumu Yukarıdaki tabloda radyo dalgalarının elektromanyetik spektrum üzerindeki frekansdağılımları ve isimlendirilmiş bant aralıkları gösterilmiştir. Haberleşme uygulamalarında bu bantların sadece belirli bölümleri kullanılmaktadır. Bunlardan ISM (Industrial Scientific Medical Band) bandı birçok ülkede telsiz iletişimi için sertifika veya 21

32 lisansa gerek olmadan belirli bir çıkış gücü sınırlamasına uyarak, üzerinden yayın yapılabilen bir banttır. Ülkemizde ISM bandının yaygın olarak kullanılan frekansları 315MHz, 418 MHz, 433,93 MHz, 868 MHz, 915 MHz ve 2.5 GHz frekanslarıdır. Bu projede 868 MHz frekansı kullanılmıştır. Yukarıdaki şekilden frekans ile dalgaboyu arasındaki ilişkide gözlemlenebilmektedir. Dalga ya da sinüsoidal tamamen dalgaboyu ya da frekansı ile tanımlanabilir. Dalgaboyu ile frekans arasında ters orantılıdır ve normal ortamda hızları ışık hızıyla orantılıdır. Bu ilişkiyi gösteren denklem aşağıdaki gibidir. Burada c ışık hızıdır. Dalgaboyu ile frekansın arasındaki ters orantıdan dalgaboyu arttıkça frekans azalmaktadır. Tablo 2.2. Mikrodalga Frekansları Harf Bant Dağılımı RF modüller belirli sabit bir frekansta çalışacak şekilde üretilmişlerdir ve alıcı verici çiftleri halinde satılmaktadır. Kullanımları kolaydır. Devreye sadece bir anten ekleyerek çalıştırılabilirler. Ayrıca bir diğer avantajı ise düşük güç tüketmesidir. Bu sayede taşınabilen sistem uygulamalarında kullanışlıdır. RF Ölçüm RF ölçüm metadolojisi genel olarak üç büyük kısma ayrılır. Bunlar spektral analiz, vektör analiz ve network analizdir. Spektrum analizör temel ölçüm yeterliliklerini sağlar. Birçok genel amaçlı uygulamada en popüler RF ölçüm tipidir. Belirli bir biçimde spektrum analizör kullanarak güç frekans bilgisi alınabilir ve bazen analog formata demodülasyonu yapılabilir. Örneğin, genlik modülasyonu (AM), frekans modülasyonu (FM) ve faz modülasyonu (PM).Vektör cihazları, vektör ya da gerçek zamanlı sinyal analizörü ve jeneratörünüde içerir. Bu cihazlar analiz yapar, zamanı yakalar, genişbant dalga formu oluşturur, ilgili sinyalin frekans, faz ve güç bilgisini yakalar. Bu cihazlar spektrum analizöre göre daha güçlüdür ve mükemmel modülasyon kontrolü ve sinyal analizi sağlar. Bir diğer yandan network analizörler yüksek frekans bileşenleri için ya da RF de tipik 22

33 olarak S parametrelerinin ölçümü için ve diğer karakteristik ölçümler için kullanılırlar. Network analizör çoklu kanallarda analiz ve jeneratörün ikisini beraber barındırır. Fakat network analizör diğer ikisinden daha pahalıdır. RF Genel Yapısı ve RF Birimleri Radyo frekansı ile kablosuz olarak çalışmanın temel yapısı aşağıdaki blok diyagramda özetlenmiştir. Bilgi kaynaktan çıkar RF vericiden anten yardımıyla gönderilir. Bilgi havada ilerledikten sonra alıcı kısımdaki anten yardımıyla alınır ve istenen hedefe bilgi ulaştırılır. Şekil RF Haberleşme Temel Yapısı RF verici, girişine verilen dijital bilgiyi transfer edebilmek icin işareti elektromanyetik dalgaya donuşturur. Buradaki RF verici kısmı şu şekildedir. Şekil RF verici. Yukarıdaki şekilde gösterilen LO ile ifade edilen osilatördür, frekans üretir. MIX modülatördür. Kullanılan RF modüle göre bu projede frekans kaymalı anahtarlama yapmaktadır. PA ise kuvvetlendiricidir. RF alıcı ise modüle edilerek gönderilen elektromanyetik dalgayı alır ve demodüle ederek verici girişine verilen orijinal forma dönüştürür. Şekil RF alıcı. 23

34 Yukarıdaki şekilde gosterilen LNA duşuk gurultulu kuvvetlendiricidir. Gelen sinyal demodule edildikten sonra integral alıcı devreye gonderilir ve işaret ilk formatına cevrilerek hedefe iletilir. 2.8 Real-Time Clock RTC (Gerçek Zamanlı Saat) DS1307 Umumiyetle RTC olarak kısaltılmış bir şekilde bahsedilen bu devrelerin kullanım alanları oldukça geniştir. Bilgisayar kasasının kapağını bir şekilde açmış herkesin bildiği gibi anakartın üzerinde bulunan pilden kollarımızdaki dijital saatlere kadar çok geniş bir alanda bu entegreler kullanılmaktadır. Bu entegreler dijital saat olarak çalışmakta ve Saat kaç sorusuna doğru bir şekilde cevap verebilmekteler. Arduino kartıyla yapabileceğimiz alarmlı dijital saat devresi, veri günlüğü kaydedici veya bir meteroloji istasyonu için vazgeçilemez parçalardan biri olacaktır. Şekil RTC DS1307 Aslında birer mikrokontrolcü gibi içlerinde işlem birimi, ram, registerler ve veri yolu arabirimi vardır. Saat gibi çalışması için khz hızında bir Kristal osilatör kullanılır. Bu frekans saatin doğru çalışması için çok önemlidir. DS1307 gibi RTCler I2C seri veriyolu ile mikroişlemciler veya mikrokontrolcülerle iletişime geçer. Bir sıra halinde verileri gönderir. O sıraya göre hangi ay hangi yıl hangi gün hangi saat mikrokontrolcüler tarafından yorumlanıp kullanılmak üzere kaydedilir. İlk değer kaydedileceği zaman da mikrokontrolcü tarafından veriler RTC nin içerisine yazılır. İlk değeri doğru bir şekilde verdiğiniz zaman yüksek hassasiyetle uzun süre (hatta yıllarca) RTC nizi çalıştırabilirsiniz çünkü çok düşük güç tüketir. Bazı RTC entegrelerinde Alarm ve karedalga çıkışı da bulunur. Böylece ayrıca sesli alarm devresi kurmanıza gerek kalmaz. DS1307 Nasıl Çalıştırılır? DS1307 Bizim ihtiyacımız olan tüm zaman işlemlerini yapmaktadır saniye, dakika, saat, gün, ay, haftanın günü, yıl ve hatta şubatın artık gününü de hesaplamaktadır. Üzerindeki RAM sınırsız okuma-yazma imkanı sağlamaktadır bilindiği gibi EEPROMlar genellikle 24

35 10 bine kadar okuma-yazma kapasitesine sahiptir. I2C seri iletişim arabirimi ile mikrokontrolcülerle iletişime geçebilir. 500nA a kadar düşük pil tüketimi ile tek bir düğme pil yıllarca yeterli kalır.örnek devremizi en sık kullanılan ds1307 üzerinden gösteriyoruz. İhtiyaca göre oldukça çeşitli entegreler bulabilirsiniz. Entegreyi çalıştırmak için bir kaç elektronik parça gerekmektedir. Bunları bulmak pek zor değildir. Aşağıda listelenmiştir. Entegreyi çalıştırabilmek için gereken malzemeler: -DS1307 (Tercihen DIP) Entegre -CR 2032 Düğme Pil (3V pil) -Pile uygun pil yuvası -10K 1/4W direnç (2 adet) -Devreyi kurmak için delikli tahta, pcb, bağlayıcılar (konnektörler) Şekil 2.17.RTC DS1307 iç yapısı Elbette devreyi kurmak işin birinci adımı. Sonrasında Mikrokontrolcü kartımıza bağlamamız gerekecektir. Unutmamamız gereken bir nokta kullanacağımız mikrokontrolcünün I2C (Wire) iletişim protokolünü destekliyor olması çünkü tarih ve saati ayarlamak da okumak da böyle mümkün olacaktır 2.9 ULN2003A Entegesi ULN2003A cihazı yüksek gerilimli ve akımlı Darlington transistör dizisidir. Her biri indüktif yükleri anahtarlamak için, çıkışında ortak katotlu kenetlemeli diyotlar olan, yüksek gerilim çıkışlı 7 npn Darlington transistör çiftinden oluşur. Tek bir Darlington çiftinin kollektör akımı 500 ma dir. Daha yüksek akım için Darlington çiftleri paralel bağlanabilir. Röle, matkap, lamba, gösterge (LED ve gaz boşalma), hat sürücülerinde ve terslemeyen mantık kapılarında (buffer) kullanılır. 25

36 Aşağıdaki şekilde ULN2003A Nin devresi tek Darlington çifti için gösterilmektedir. Her bir çift 50V, 500mA ile çalışır. Giriş gerilimi 2.7K lık direnç üzerinden baz akımına çevrilmektedir. Her bir çift için bulunan giriş direnci, doğrudan TTL ya da 5V CMOS cihazları ile çalışmayı da sağlar. Diğer dirençler, girişten kaynaklanabilecek kaçak miktarını azaltıp bastırmaya yaramaktadır. Röle gibi manyetik yükler sürüleceği için de boşluk diyotları bulunmaktadır. Şekil ULN2003A Devre İç Yapısı Şekil ULN2003A Entegre İç Yapısı 26

37 3. TASARIM 3.1. Genel Bilgiler Sistemimizde asıl amaç görüntü işleme yöntemiyle bir joistik kontrol ekranı tasarlamaktır. Bizim alt sistemimiz zagi tipi basit bir insansız hava aracıdır. Bu sistemimizde kullanılan microdenetleyici, servo ve dc motorlar genel olarak bu zagi üzerindedir Boyutlandırmalar Şekil 3.1. Zagi Tasarımı Şekil 3.2. Zagi Boyutlandırması 3.3. Sistem Bileşenleri ve Seçimleri DC Motor Hobi araçlarında DC motorlarına sıklıkla ihtiyaç duyabilirsiniz. Küçük boyutları sayesinde projenizin uygun yerine sığdırmanız kolaydır. Özellikler Bakır fırçalı DC motor 27

38 Gövde ölçüleri : 25mm Enine kesit ölçüleri : 21mm Şaft kalınlığı: 2mm Şaft uzunluğu : 9mm Bağlantı delik aralığı: 10mm Bağlantı delik boyutları: 2.3mm Çalışma voltajı: 5V Dönüş Hızı: 17000devir/dakika~ devir/dakika Servo Motor Tower Pro SG90 küçük mekanizmalarınız için ideal bir servo motordur. Futaba kumandalarla tam uyumlu olup RC araclarınızda kullanabilirsiniz. Bunun yanı sıra birçok mikrodenetleyiciden alabileceğiniz PWM sinyali ile kendi yaptığınız robot projelerinizde de kolaylıkla kullanabilirsiniz. Dişli kutusu plastiktir. Servo hornları ve diğer parçaları ile birlikte gönderilir. Diğer hobi servolarında olduğu gibi motor milinin elle sağa sola çevrilmesiyle dişlileri kırılabilir, motora bu tarz el ile müdahaleden kaçınılmalıdır. Teknik Detaylar: Büyüklük: 23.1 x 12.2 x 29 mm Ağırlık: 9 g 0.1 sn/60 Zorlanma 1.3 kg cm Kablo Uzunluğu: 15 cm Arduino Nano Şekil 3.3. Arduino Nano Boyutları 28

39 Teknik Detaylar: Uzunluk 45 mm Genişlik 17 mm Ağırlık 5mg Lipo Pil Lipo Pil, Nimh pillerden sonra bulunan ve sağladığı avatajlar sebebiyle büyük beğeni toplamıştır. Hafif olması, istenilen boyutlarda üretilebilmesi, yüksek kapasite ve güce sahip olması, hızlı şarj deşarj imkânı vermesi Lipo kullanımını arttıran nedenlerdir. Bukadar avantajın yanında dezavantajda barındırmıyor değil. Nimh pillere göre yüksek fiyatlarda olması, Şarj/deşarj ömrünün kısa olması, patlama riski taşıması, şarj ve deşarj edilirken yoğun talimatlara uyulması gibi dezavantajları bulunur. Şekil 3.4. Lipo Pil. S ve P değeri nedir? Lipo pil hücreleri kullanılarak değişik kombinasyonlarda farklı amaçlar için farklı piller üretilir. Pilde S değeri pil içerisinde kaçtane hücrenin seri bağlandığını gösterir. Bir lipo hücresi 3.7V değerindedir. S değeri arttıkça pilin voltajı artmaktadır. Bir tabloyla açıklamak gerekirse; 1S Lipo = 1 Lipo Hücresi = 3.7V 2S Lipo = 2 Lipo Hücresi = 3.7V+3.7V =7.4V 3S Lipo= 3 Lipo Hücresi= 3.7V+3.7V+3.7V=11.1V Bu tablo 4S,5S,6S. diye devam etmektedir. Bunun yanı sıra paralel bağlanmış lipo pillerde bulunmaktadır. Bu ise P değeriyle gösterilmektedir. Örneğin 2S3P yazan bir pil, 2 hücreli 3 paketin paralel bağlandığını gösterir. Paralel bağlantının amacı kapasiteyi arttırmaktır. 29

40 mah Nedir? mah değeri pilin kapasitesini göstermektedir (miliamper/saat) mah kapasiteli bir pilden 1000 miliamper çekilirse 2 saatte pil tamamen deşarj olur miliamper çekilirse 1 saatte tamamen deşarj olacaktır. mah değeri arttıkça kapasite artacaktır ve aracınızı kullanma süreniz uzayacaktır. C değeri Nedir? C değeri pilin deşarj hızını temsil eder. 10C değerine sahip bir pil kapasitesinin 10 katı kadar hızda deşarj edilebilir. 20C değerindeki pil 20 katı kadar, 30C değerindeki pil 30 katı kadar bu şekilde devam eder. Örnekle açıklamak gerekirse, 2000mAh kapasiteli 10C bir pilden sürekli olarak en fazla 20 amper çekilebilir mah 25C bir pilden sürekli olarak en fazla 125 amper çekilebilir. Genelde 25-30C değerindeki piller işimizi görmektedir fakat imkan varsa daha yüksek C değerine sahip pilleri tercih etmekte fayda vardır. Şekil 3.5. Lipo Pil Batarya. Lipo Pil Kullanımı Yazının başında da bahsettiğimiz gibi lipo piller çok narin pillerdir ve dikkatli kullanılması gerekmektedir. Lipo pil kullanımında %80 kullanım kuralı vardır. 3000mAh kapasiteli bir pilin sadece %80 inini yani 2400mAh kadar kullanmanız gerekir. Voltaj olarak ele aldığımızda, bir lipo hücresinin en düşük voltajı 3.7V olmalıdır. Hücre voltajı 4.2V olduğunda hücrenin tamamen dolu olduğu anlamına gelir. 2S bir pil kullandığımızı farzedersek iki hücrenin toplam voltajı 8.4V olduğunda pil tamamen doludur. 7.4V olduğunda ise pil tamamen boştur ki bu voltajı görmenizi tavsiye etmiyoruz. %80 kuralını baz alırsak en fazla 3.74 voltaja kadar düşmesini gerekir. 30

41 Lipo Pil Nasıl Şarj Edilir? Yukarıda voltajlarla alakalı kısa bir bilgilendirme yaptık, tekrarlarsak lipo hücresi 4.2V a ulaştığında tamamen dolmuş, 3.7V a ulaştığında tamamen boşalmış olacaktır. Lipo pil şarj etmek için bilgisayarlı şarj cihazı kullanmanızı tavsiye ederiz. Turnigy Accucel-6, Imax B6 yaygın kullanılan şarj aletleridir. Her pil kendi özelliğine göre şarj edilme koşullarına sahiptir. Örnek olarak 3S 5000 mah bir pili şarj edersek, Lipo balance modunda 3S seçip kapasitenin %80 i kadar yani 4.0 Amper ile şarj etmeliyiz. Bahsettiğimiz şarj aletleri otomatik şarjı kesme özelliğine sahiptirler. Aynı pil için konuşursak şarj edilen mah 5000 değerine ulaştığında şarjı kesecektir. Ancak pil tamamen boş olmadığında Voltajı kontrol ederek 3S pilin maksimum olması gereken voltajı (4.2V*3) 12.6 Voltta şarjı kesecektir. Lipo Balance modunda şarj etmenin avantajı her hücreye ayrı şarj işlemi uygulaması. Bazı durumlarda hücreler birbirinden farklı voltaj değerlerine sahip olabiliyor. Örneğin 2S bir pilde 1.hücre 3.9V 2. hücre 4.15V değerlerinde olabiliyor, eğer normal modda şarj edersek 2.hücre 4.2 olduğunda 1. hücre henüz tamamlanmamış olacak, daha da kötüsü,1.hücreyi 4.2 Volta getirmeye çalışırken 2. hücre kapasitenin üzerine çıkacak ve hücreye zarar verecek. Bu yüzden balans modunda şarj ederek her hücreyi gerektiği kadar şarj ediyoruz. Lipo piller uzun süre kullanılmayacaksa tamamen boş yada tamamen dolu bırakılmamalıdırlar. Tavsiye edilen voltaj hücre başına 3.85 Volttur. Akıllı şarj aletlerinde Lipo Storage modunda şarj ederek lipo pillerinizi oda sıcaklığında saklayabilirsiniz. Daha uzun saklama süresi için 0 dereceye yakın yerlerde saklayabilirsiniz. Teknik Özellikleri: Gerilim: 11,1V 850mAh 25C sürekli, 50C anlık (maksimum 10sn.) deşarj katsayısı Ağırlığı 67gr Boyutları: 70x22x18mm 3 Hücreli Deans (T-plug) ve Balancer Şarj Soketi Mevcuttur. 31

42 3.4. Uygulanan Yöntemler Görüntü işleme uygulamaları genellikle tek aşamada gerçekleşmekte ve sayısal çözümlemeler burada yapılmaktadır. Devre tasarım aşamaları ise genellikle proteus veya orcad ortamında yapılacak olup haberleşme sistemleri bu ortama entegre edilecektir Yazılımlar Visual Studio Visual Studio ya da tam adıyla Microsoft Visual Studio; Windows masaüstü, Windows Modern -eski ve bilinen adıyla Metro- arayüz(windows 8/8.1) ve Windows Phone 8/8.1 için uygulama geliştirmenize yarayan bir yazılımdır. Son zamanlarda raspberry pi 3 ve 2 de de kurulabilmektedir. Şekil 3.6. Visual Studio Programı C++ C++ bilindiği gibi programlama dünyasında en çok ilgi gören C dilinden türemiştir. C++ ı klasik C dilinden farklı yapan yanı; Nesne Yönelimli Programlamayı da ( Object Oriented Programming) C nin sözdizimi kurallarıyla birlikte desteklemesidir. Normalde C ile sadece yapısal programlama yaparken C++ dili ile hem yapısal hem de nesne yönelimli programlar yazabilirisiniz. C++ diline başlarken önce dilin C den gelen ve temel olan özelliklerini öğrenmek gerekir. Örneğin, değişken tanımlama, atama ve diğer basit aritmektik işlemler, kontrol yapıları ve döngüler gibi. 32

43 Şekil 3.7. C++ Yazılım Dili Opencv OpenCV, bir resim ya da video içindeki anlamlı bilgileri çıkarıp işleyebilmek için INTEL tarafından C ve C++ dilleri kullanılarak geliştirilmiş, açık kaynak kodlu bir Bilgisayarla Görme kütüphanesidir. Şekil 3.8. OpenCV Bileşenleri[6] OpenCV kütüphanesi, beş temel bileşenden oluşmaktadır. Bu bileşenlerin dört tanesi Şekil 1 de görülmektedir. Computer Vision (Bilgisayarla Görme) kelimesinin baş harfleri kullanılarak isimlendirilen CV bileşeni, temel resim işleme fonksiyonları ve Bilgisayarla Görme için kullanılan yüksek seviyeli algoritmaları bünyesinde barındıran beş temel kütüphaneden biridir. Machine Learning Library kelimesinin baş harfleri kullanılarak isimlendirilen MLL bileşeni, adından da anlaşılacağı üzere Makina Öğrenmesi dalı için gerekli istatistiksel verilere ulaşmak, mevcut verileri sınıflandırmak için kullanılan fonksiyonları içeren diğer bir kütüphanedir. HighGUI bileşeni, slider, form gibi OpenCV kütüphanesi içerisinde tanımlanmış pek çok nesneyi oluşturabilmemizi sağlayan bir grafik arabirimi olmakla beraber, resim ve videoları kaydetmek, yüklemek, hafızadan silmek için gerekli giriş/çıkış (I/O) fonksiyonlarını da içerir. CXCore bileşeni, OpenCV ye ait cvimage, cvpoint, cvsize, cvmat, cvhistogram vs gibi veri yapılarını bünyesinde barındırır.özet olarak OpenCV, Intel tarafından geliştirilerek BSD lisansı ile lisanslanmış, Bilgisayarla Görme kütüphanesidir. Özellikle gerçek zamanlı 33

44 uygulamalar hedef alınarak geliştirilmiş olması, ticari kullanımı dahil ücretsiz olması ve Windows, Linux, MacOS X gibi farklı platformlarda kullanılabilmesi bu kütüphaneyi diğer görüntü işleme araçlarından bir adım öne çıkarmaktadır Yapılacak Yazılımın Akış Diyagramı Kontrol Yazılımı Tablo 3.1. Konsol ekranı tasarımı Motor çalışma Sağ ve Motor çalışma sol Sol hareket Referans Bölgesi Sağ hareket Motor çalışma Motor durdurma 34

45 3.6. Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz Taplo 3.2. Malzeme Listesi Malzemenin adı Kullanım amacı Birim fiyatı (TL) Adedi Fiyatı (TL) Pickit 2 Programlayıcı seri programlama PIC 16F877A Microdenetleyici Programlama Arduino Mega Usb kablo fiziksel programlama Servo motor pozisyon kontrolü Raspberry pi 2 Programlama Beagleboneblack Programlama Dc motor hareket ve hız kontrolü Dc motor sürücü devresi motor kontrolü Breadboard kablosu iletkenlik sağlamak Breadboard elektronık devrelerin testi Arduino nano + Usb Kablo fiziksel programlama mhz rf alıcı verici modül haberleşmeyi sağlamak Uçak tasarım hizmet bedeli zagi(uçak) v pil güç kaynağı Li-Po batarya ve şarj kiti güç kaynağı akım ve gerilim Multimetre değerlerini ölçmek PIC18F4520 Microchip Programlama N4001 diyot sinyaleri ayrıştırmak N4007 diyot sinyalleri ayrıştırmak N2222 Transistor Anahtarlama , ohm direnç akımı sınırlamak ohm direnç akımı sınırlamak K ohm direnç gerilimi bölmek K ohm direnç akım sınırlamak K ohm direnç akım sınırlamak K ohm direnç akım sınırlamak Potansiyometre 1 K gerilim kontrolü Potansiyometre 2.5 K gerilim kontrolü Potansiyometre 5K gerilim kontrolü IRFZ44 MOSFET Anahtarlama Raspberry pi 3 görüntü işleme Raspberry pi lcd ekran verileri görüntüleme Toplam 2485,7 35

46 4. SİMÜLASYON (BENZETİM) ÇALIŞMALARI 4.1. Genel Bilgiler Simülasyon çalışmalarımızı Proteus Catia Orcad Matlab ve Arduino simülasyon arayüzü kullanılarak yapılacaktır Simülasyon Yazılımı Proteus Diğer Bir Tanımı Labcenter Elektronics firmasının bir ürünü olan PROTEUSprogramı ISIS ve ARES olmak üzere iki alt programdan oluşur. ISIS'ta elektronik devre çizimi gerçekleştirilirken, bunun yanında devrenin analizi de yapılabilmektedir. Elektronik sistemlerin tasarımları ve analizi için kullanılacaktır.[17] Catia CATIA (Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application), (Bilgisayar Destekli Üç Boyutlu Interaktif Kullanım) fransız Dassault Systèmes şirketi tarafından üretilen bir profesyonel CAD/CAM tabanlı yazılımdır. Zagi tipi insansız hava aracının airodinamik analizi için kullanılacaktır Sistem Modelleme Şekil 4.1. Proteus Zagi kontrol Tasarımı. 36

47 Şekil 4.2. Catia Zagi Kontrol Tasarımı.[16] 4.4. Simülasyon Proteussimülasyon programında zagi tibi iha nın kontrol güç ve soğutma sistemleri modellenerek gerçeklemesi simüle edilmiştir. Arduino Nano microkontrolü ile sistemler arası kontrol sağlanmıştır.catia simülasyonunda ise zaginin airodinamik analizii kanat dayanım mukavemeti malzeme yapılarındaki deişim analiz edilmeye çalışılacaktır. 37

48 5. GÖRÜNTÜ İŞLEME 5.1. Görüntü İşlemenin Tanımı Görüntü işleme, dijital bir resim haline getirilmiş olan gerçek yaşamdaki görüntülerin bir girdi resim olarak işlenerek, o resmin özelliklerinin ve görüntüsünün değiştirilmesidir. Şekil 5.1. Görüntü İşleme Sistemi. Resimler genellikle analog ortamlardandijital ortamlara geçirildiği için bozukluk içerir. Görüntü işleme bu hataları düzeltmek için kullanılabilir.görüntü işleme, verilerin yakalanıp ölçme ve değerlendirme işleminden sonra, başka bir aygıtta okunabilir bir biçimde dönüştürülmesi ya da bir elektronik ortamdan başka bir elektronik ortama aktarılmasına yönelik bir çalışma olan sinyal işlemeden farklı bir işlemdir (Gonzalez ve Woods, 2005). Görüntüler belli bir hedefe yönelmiş görüntü kaynağından alınan farklı içeriklerden oluşur. Bu tip görüntüler ultrason, elektro mikroskop ve bilgisayar içerikli görüntülerdir. Görüntü işleme için görüntülere uygulanan ön hazırlık evresi üzerlerindeki gürültüyü (görüntü bulanıklığı, netlik, kötü görüntü) azaltmaktır. Bunun için görüntülere düşük, orta ve yüksek seviye içeren işlemler uygulanmaktadır. Düşük seviyedeki işlemler de giriş ve çıkış görüntülerin gerçekliği filtreleme ile sağlanır. Orta düzey seviyedeki işlemlerde ise görüntülerdeki nesnelerin tanınması ve sınıflandırılmasında bölme ve tanıma işlemleri gerçekleştirilir. Yüksek seviye işlemler görüntülerdeki nesneleri tanımada görüntülerin analiz edilmesini içerir. Görüntülerin bilgisayar ortamında analiz edilmesiyle de, görüntülerdeki nesnelerin görüntü içeriği detaylandırılır. Bu detaylandırma aşaması ile görüntü işleme gerçekleştirilmiş olur (Jähne, 2005). 38

49 Görüntü işlemenin sağladığı faydalar, kullanım tekniklerine göre değişiklik göstermektedir. Görüntünün işlenmesinde kullanılan bu tekniklerin her biri görüntüye farklı açıdan yaklaşmaktadır. Görüntü işleme üzerine yapılan çalışmaların özünde görüntüyü çözümleme ve dolayısıyla sayısallaştırma yatmaktadır ve günümüzde görüntü işleme; tasarım, imalat, güvenlik, tıp, elektronik, makine, mimari, jeodezi vb. gibi birbirinden farklı birçok alanda kullanılan genel bir çalışma alanı olarak karşımıza çıkmaktadır. Kullanılan alanların çeşitliliği göz önünde bulundurulduğunda, bu alanda yapılan çalışmaların sayısını da gün geçtikçe arttırmaktadır. Bu nedenle görüntü işleme alanında yapılan çalışmaların genel bir değerlendirilmesinin yapılması söz konusu değildir. Dolayısıyla bu çalışmada yapılan çalışmaların değerlendirilmesinde, genel olarak düşünülen birkaç alan kullanılmıştır. Sayısal görüntü çeşitli yollarla elde edilen bilgilerin görüntüsel olarak saklanmasına ve gösterimine olanak sağlayan resimlerdir. Her türlü iki boyutlu bilgi sayısal görüntü olarak ele alınabilir. 3 Boyutlu gerçek nesne uzayından sadece 2 boyutun kullanımı ile oluşturulur. Kamera benzeri cihazların ışığa duyarlı 2 boyutlu yüzeyine nesneden yansıyan ışık kullanılarak sayısal görüntü elde edilir. Şekil 5.2. Görüntü Oluşumu. Görüntü iki boyutlu bir ışık yoğunluğu fonksiyonunu ifade eder. f(x,y) olarak ifade edebileceğimiz görüntü sinyali, herhangi x ve y koordinatlarındaki bir pikselin sahip olduğu ışık enerjisinin bir ölçüsüdür ve görüntü piksel değerlerinden oluşmaktadır. 39

50 Şekil 5.3. Görüntünün İki Boyutlu İfadesi[4] Şekil 5.4. Görüntünün Pixel İfadesi Görüntü üzerinde yapılan bütün işlemler pixsel değerleri üzerindeki deşiğimler sonucunda elde edilir. Görüntüde yapılan iyileştirmelerde bu şekilde elde edillir Görüntü İyileştirme Teknikleri Gri Seviyeye Dönüştürme Renkli bir görüntünün gri seviyeye dönüşümü farklı alanlarda (tıp, astronomi, kimya, basılı yayın) etkin bir şekilde kullanılan görüntü işleme uygulamalarından birisidir. Renkli bir görüntüdeki bir piksel kırmızı, yeşil ve mavi (RGB) renklerinin bileşimidir. Görüntüdeki RGB renk değerleri 3 boyutlu (XYZ) açıklık, kroma ve renk tonu olarak temsil edilmektedir. RGB kodlaması, saf kırmızı (255, 0, 0), saf yeşil (0,255,0), ve saf mavi (0,0,255) olarak gösterilir. Tüm RGB kodlamalarında ilk değer kırmızı, ikinci değer yeşil ve son değer mavi miktarını temsil eder. Üç sayı aralığı arasındadır. 40

51 Renkli bir görüntünün kalitesi bit sayısına göre değişkenlik gösterir. Basit bir renkli görüntü 8 bit ile, yüksek renk görüntü 16 bit ile, gerçek renk görüntü 24 bit ile, derin renk görüntü ise 32 bit ile ifade edilir. Gri tonlu görüntüler siyah ve beyaz pikseller ile işlenir. Herhangi bir gri değerinde RGB kodlaması arasında bir tamsayı değeri alır ve 3 sayı da birbirine eşittir. Örneğin beyazın RGB kodlaması (255,255,255), siyahın (0, 0, 0), orta grinin ise (127,127,127) olarak gösterilir. Renkli bir görüntüyü gri tonlamalı hale dönüştürmek için görüntüdeki kırmızı, yeşil ve mavi değerlerin ağırlıklı ortalaması hesaplanır. Gri tonlamalı ağırlıklı ortalama aşağıdaki eşitlik kullanılarak gösterilmiştir. Denklemde ifade edilen r, g ve b, bir görüntüde bulunan arası tam sayı değerleri alabilen renk değerleridir: x = (0.299 r) + (0.587 g) + (0.114 b) Denklemde görüldüğü gibi renkler eşit ağırlıklı değildir. Bunun nedeni saf yeşilin, saf kırmızı ve saf maviye göre daha açık olmasıdır bu nedenle yeşil daha yüksek bir ağırlığa sahiptir. Saf mavi üç rengin arasında en karanlık olanıdır bu yüzden eşitlikte en az ağırlığa mavi sahiptir Histogram Gri seviyeli bir görüntüde hangi grilik değerinde kaç piksel bulunduğunu gösteren grafikler histogram olarak adlandırılır. Histogramın matematiksel tanımı aşağıdaki gibidir [5]; Burada; r k : k ıncı grilik değeri, n k : k ıncı grilik değerine sahip piksellerin sayısı, n : Görüntüdeki toplam piksel sayısıdır. H(r k ) fonksiyonu grilik değeri r k nın ortaya çıkma olasılığını veren tahmin fonksiyonu olarak da düşünülebilir. Böylece bu olasılık fonksiyonunu herhangi bir grilik değerine karşılık o değerin olasılığı şeklinde veren bir grafik ile göstermek mümkündür. Düşük kontrastlı yani ayrıntıların tam seçilemediği bir görüntüde rk değerleri dar bir aralıkta bulunmaktadır. Yüksek kontrastlı yani ayrıntıların rahatlıkla seçilebildiği bir görüntüde ise rk değerleri geniş bir aralığa dağılmıştır.histogram dengeleme veya histogram eşitleme bir resimdeki renk değerlerinin belli bir yerde kümelenmiş olmasından kaynaklanan renk dağılımı bozukluğunu gidermek için kullanılan bir yöntemdir. 41

52 Şekil 5.5. Histogram Eşitleme; a) Örnek Resim, b) Örnek Resmin Histogramı, Eşikleme c)histogram Eşitlemeden Sonraki Resim, d) Eşitlenmiş Histogram Görüntü işlemede en çok tercih edilen yöntemlerden biridir. Özellikle arka plan ve nesneyi birbirinden ayırt etmek için kullanılır (Gonzales ve Woods, 2002). Sayısal bir görüntünün eşikleme işlemine tutulmasındaki amaç, nesne görüntüsünün özelliklerini belirlemede kolaylık sağlamaktır. Eşikleme işlemiyle, görüntü iki renkle ifade edilebilir biçime getirilir. Görüntüyü eşikleme işlemine tabi tutmadan önce bir eşik değeri saptanır. Eşik değerinden daha yüksek gri seviye değerine sahip olan piksellere 1 değeri, daha küçük değerlere sahip olan piksellere ise 0 değer ataması yapılarak görüntü daha basit bir biçime (siyah-beyaz) getirilmiş olur (Türkoğlu, 2003). Bu işlem sonucunda hatalı bölge arka plandan tamamen bağımsız bir şekilde görülebilir hale getirilir. Nesne ve arka plan pikselleri iki ayrı grupta değerlendirilebilir. Bu durumda nesneleri arka plandan ayırabilecek en basit yol, bu biçimlerin birbirinden ayrılabilmesini sağlayacak bir T eşik seviyesini seçmektir. Buna göre, görüntüdeki herhangi bir (i, j) pikseli için; f(i, j) > T ise (i, j) pikseli nesneye ait bir nokta, f(i, j) T ise (i, j) pikseli arka plana ait bir nokta olacaktır. Diğer bir deyişle, bölütlenmiş g(x,y) görüntüsü aşağıdaki eşitlikteki gibi ifade edilir: g(x, y) = { 1 eğer f(x, y) > T ise 0 eğer f(x, y) T ise 42

53 Şekil 5.6. Eşiklemenin Grafiksel İfadesi Şekil 5.7. Örnek İmge Histogramı ve İkili Eşikleme İşlevine İlişkin Giriş ve Çıkış İmgeleri Verilen gri seviyeli görüntüyü ikisi nesneye biri de arka plana ait olmak üzere üç gri seviyeye dönüştürülebilir. Buna göre görüntüdeki herhangi bir (i, j) pikseli için; T1 < f(i, j) T2 aralığındaki pikseller bir nesneye, f(i, j) > T2 aralığındaki pikseller diğer bir nesneye ve f(i, j) T1 aralığındaki pikseller de görüntü arka planına karşı düşecektir. Bölütlenmiş görüntü aşağıdaki gibi elde edilir: a eğer f(x, y) > T 2 g(x, y) = { b eğer T 1 < f(x, y) T 2 [6] c eğer f(x, y) T 1 Şekil 5.8. Örnek İmge Histogramı ve Çoklu Eşikleme İşlevine İlişkin Giriş ve Çıkış İmgeleri 43

54 Eşikleme için temel yaklaşım olarak, bir görüntüdeki her noktanın komşuluğunda bulunan piksellerin standart sapma ve ortalama değerleri kullanılır. Bu iki değer yerel zıtlığı yani kontrastı ve ortalama yeğinliği tanımladıklarından dolayı yerel eşiği hesaplamada oldukça kullanışlıdırlar. σ xy Ve m xy bir görüntüde, (x,y) koordinatlarında merkezlenmiş bir S xy komşuluğunda bulunan piksel kümelerinin standart sapma ve ortalama değerlerini göstersinler. Yerel eşik değişkenlerinin yaygın bir biçimi aşağıdaki eşitlikle ifade edilir: T xy = a σ xy + b m xy Denklemde bulunan a ve b, negatif olmayan sabitlerdir. S xy Komşuluğunda bir görüntünün standart sapma ve ortalama değerleri sırasıyla aşağıdaki eşitliklerde gösterilmiştir: σ xy = 1 M N m xy = 1 M N M 1 x=0 N 1 y=0 ) ( [f(x, y) m]2 M 1 N 1 x=0 y=0 ) ( f(x, y) Yukarıda bulunan standart sapma ve ortalama değerleri T xy eşitliğinde yerine konulursa S xy komşuluğundaki eşik değeri belirlenmiş olur. Buradan eşiklemede bölütlenmiş görüntü şu şekilde ifade edilir: g(x, y) = { 1 eğer f(x, y) > T xy ise 0 eğer f(x, y) T xy ise Medyan (Ortanca) Filtre Dijital resimlerin elde edilmesi ve iletilmesinde birçok farklı kaynaktan dolayı gürültüler oluşabilmekledir. Bu gürültülerin giderilmesi için kullanılan en etkin yöntem medyan filtrelemedir. Medyan filtre, piksellerde bulunan tuzbiber (saltpepper) gürültüsünü, benek (speckle) ve dürtü (impulsive) gürültüsünü azaltmak için kullanılan doğrusal olmayan bir alçak geçiren filtre çeşididir. Medyan filtrelemede, görüntüdeki bir piksel işleme alındığında bu pikselin parlaklık değeri ile birlikte bu pikselin komşusu olan piksellerin parlaklık değerleri bir küme olarak ele alınır. Bu küme içindeki orta parlaklık değeri işleme alınan pikselin yeni parlaklık değeri olarak atanır. Bu şekilde işlem resimdeki tüm pikseller için sürdürülür. İşlemde kullanılan komşuluk alanı da ayrıca tanımlanabilmektedir. Ortanca değerin kullanılmasının amacı en küçük ve en büyük değerlerin etkilerinin azaltılmasıdır. Ortanca değeri bulmak için tüm değerler küçükten büyüğe sıralanır, dizinin ortasında 44

55 kalan değer o dizinin orta değeridir. Örneğin 3, 5, 6, 7, 14, 16, 18 sayı dizisinin ortalama değeri yaklaşık 9 iken orta değeri 7 dir. Medyan filtreleme ile gürültü gidermenin bir örneği Şekil 40. da verilmiştir. Şekil 5.9. Medyan Filtre Kenar Belirleme Kenar belirleme, gri seviyede anlamlı süreksizlikleri belirlemek için en yaygın yaklaşımdır. Kenar, iki bölge arasında sınırda uzanan bağlantılı piksellerin kümesidir (Gonzales ve Woods, 2002).Kenar çıkarmadaki amaç, görüntünün içerdiği bilgiyi değerlendirip, gereksiz ve tanıma işlemlerinde zaman kaybettiren bilgiyi eleyerek yeterli düzeye indirgemektir (Türkoğlu, 2003).Değişik yöntemler kenar bulmak amacı ile tek renkli görüntülerde kullanılmıştır. Prewitt ve Sobel en iyi bilinen yöntemlerdir ve 3x3 lük yatay ve düşey yönlü maskelerden oluşurlar. Görüntüler iki boyutlu olduğundan, kısmi sayısal türev kullanılır. Buradan önemli bir tanımlamaya gradient bağıntısı ön plandadır. Bir f(x,y) fonksiyonu için; gradient bağıntısı 45

56 şeklinde değişen bir vektördür. Bu vektör, f(x,y) fonksiyonundaki noktalar için en büyük artış yönünü elde eder. Bu artışın yönü ve genliği aşağıdaki bağıntılardan hesap edilir. f (x,y) aynı zamanda kenarın yönünü ve büyüklüğünü kestirmede kullanılabilir. Eğer f (x,y) çok büyük ise, f(x,y) çok hızlı değişir ve bu durum parlaklıkta hızlı bir değişime karşı düşer. Eğer f (x,y) pozitif ise, f(x) artan bir fonksiyondur. Buradan hareketle birçok kenar belirleme algoritmasının temeli gradientin genliğinin bulunması ve onu bir eşik değerle karşılaştırmaya dayanır. Şekil Gradient Vektörü.[11] Şekil Kenar Belirleme Sisteminin Blok Diyagramı[4] Şekildeki sisteme göre, ilk olarak f(x, y) nin gradienti olan f (x, y) fonksiyonunun genliği hesaplanır ve bu genlik, aday kenar noktalarını tanımlamak için bir eşik değeri ile karşılaştırılır. Eğer f (x, y) fonksiyonunun genliğinin belirli bir eşik değerinden büyük olduğu bütün (x, y) noktaları kenar noktası olarak tanımlanırsa, oluşan kenar görüntüsü ince çizgilerden ziyade kalın şeritler halinde görünecektir. Kalın şeritlerden ince çizgiler elde etmek için, kenar görüntüsü inceltme (thinning) işlemine tabi tutulur. Gradient tabanlı kenar belirleme sistemleri iki değişik şekilde uygulanabilir. Bunlar, yönlü ve yönsüz kenar kestirimcileri (directional and nondirectional edge detectors) olarak adlandırılır. 46

57 f (x, y) fonksiyonunu kullanan kenar belirleme sistemlerine yönsüz kenar kestirimcisi adı verilir ki bu sistem herhangi bir doğrultu için ayarlı değildir ve her yön için eşit ağırlıklı sonuçlar üretir. Eğer kenar belirleme sistemi herhangi bir yön için ayarlanmışsa bu sistemlere yönlü kenar kestirimcisi adı verilir. Örneğin, bir önce açıklanan kenar belirleme sisteminde f (x, y) fonksiyonu yerine sadece f (x, y) / x fonksiyonu kullanılırsa, bu durumda sistem sadece düşey yöndeki kenarları tanır ve yatay yöndeki kenarlara ise cevap vermez.sobel kenar detektörü 1. kısmi türevlere dayanır. Aşağıdaki maskeyi kullanır. Başka bir değişle maske ortasına denk gelen pikselin gradienti komşularda gözönüne alınarak aşağıdaki gibi hesaplanır. g>t ise f(x,y) pikseli bir kenar pikselidir. Şekil Kenarı Belirlenmiş Resim [9] 47

58 6. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 6.1.Genel Bilgiler Bu dönemde yapılan çalışmalar BİTİRME ÇALIŞMASI kapsamına alınarak hızlandırılmıştır. Bu nedenle 1.dönemde yapılan planlamalar uygulama aşamasına geçilerek aşağıdakiler yapılmıştır. -İnsansız hava aracı tasarımı joystick kontrol için gerekli yazılımlar yazıldı. -Elektronik devreler board üzerine kurulup test edildikten sonra bakır plaket üzerine kuruldu. -İnsansız hava aracı tasarımı (Zagi) yapıldı. -Yapılan zagi tasarımından sonra elektronik devre elemanları ağırlık merkezi dikkate alınarak zagi üzerine yerleştirildi. -Analiz işlemleri yapıldı. 6.2.İnsansız Hava Aracı Tasarımı Joystick Kontrol İçin Gerekli Yazılımlar Genel Açıklama Cisim algılamak için visual studio ortamında c++ programlama dili ile günümüzde açık kaynak olarak intel tarafından geliştirilen bilgisayar görmesi kütüphanesi olan open cv kullanılmıştır. Opencv ve bileşenlerinin teorik açılamaları Mühendislik Tasarımı dersi için hazırlanmış tasarım kitapçığının bilgisayar görmesi kısmında ayrıntılı olarak açıklanmıştır.opencv kullanılmasında ki amaç proje tasarım kısmında var olan joystick kontrol yazılımının hızını artırmaya çalışmaktır. Bu nedenle opencv bu çalışmaya uygun bir ortam sağlamıştır. Programlama dili olarak da nesne yönelimli c++ dili orta seviyede kullanılmış hız için kalibrasyonlar yapılmıştır. Şekil 6.1. Bilgisayar Görmesine Dayalı Joystick Ekran 48

59 Tablo 6.1. Teorik konsol ekranı Motor çalışma Sol hareket Sağ ve sol Referans Bölgesi Motor çalışma Sağ hareket Motor çalışma Motor durdurma Şekil 6.1. de belirlenen konsol ekranı kırmızı renkli bir cismin koordinatlarını alarak araç iletişim birimine aktarımı sağlamaktır. inrange(kirmizi, Scalar(0, 150, 180), Scalar(0, 255, 255), kirmizi1);//kırmızı renk tanımı inrange(kirmizi, Scalar(160, 100, 100), Scalar(179, 255, 255), kirmizi2);//kırmızı renk tanımı Yukarıdaki kodlardan da anlaşılacağı üzere kırmızı renkli bir cisim tanıması yapılarak video da algılanan cismin alanı çizdirilip bu alanın koordinat merkezi alınarak konsol ekranındaki koordinat ekseni içerisinde aktif olması sağlanmıştır. Araç iletişim birimi ile seri haberleşme protokolleri kullanılarak iletişim sağlanmıştır Yazılım hakkında bilgi Zagi kontrol biriminin yazılımı analiz işlemlerinden dolayı önem arz ettiğinden ilk olarak o açıklanacaktır Şekil 6.2.Zagi Kontrol Birimi Yazılım Uygulaması 49

60 Şekil 6.2 de görüldüğü gibi sisteme servotimer2 ve virtualwire kütüphaneleri eklenmiştir. Kütüphaneleri kısaca açıklayacak olursak; Servotimer2 kütüphanesini eklemekteki amacımız servo kütüphanesini kullanarak çalışan virtualwire(rf haberleşme) kütüphanesidir. Servo kütüphanesi genellikle timer bir üzerinden zamanlanarak sinyal oluşturması nedeniyle servotimer2 kütüphanesi servo motor ve fırçasız dc motor kontrolü için kullanılmıştır. Burda ki kütüphanelerin farkları motorlara gönderilen değerlerin servo kütüphanesinde derece cinsindeyken servotimer2 kütüphanesinde rpm olduğu kanıtlanmış ve uygulanmıştır. Servo motorların acı değeri yaklaşık 90 derece, fırçasız dc motorun rpm değeri ise 1500 rpm dir. Motorların haberleşme siteminde kodlama sistemi kullanılmıştır. Kodlama sistemi bilgisayar görmesine dayalı joystick kontrol yazılımı ve araç iletişim biriminden itibaren oluşturulmuştur. Şekil 6.3.Araç İletişim Birimi Yazılım Uygulaması Araç iletişim birimine gelen kodlama mantığı bilgisayar görmesine dayalı joystick kontrol yazılımı içerisinde oluşturulmuştur. Örneğin kontrol ekranında algılanan cismin koordinatları belirlenen şartlara göre rakamları ile kodlanmıştır. Mesela zaginin 50

61 sol kanat servo motorunu çalıştırmak için 2 rakamı araç iletişim birimine aktarılmıştır, aktarılan bu bilgi yine araç iletişim birimi ile aynı mantıkta zagi kontrol birimine aktarılmıştır. Şekil 6.4. Bilgisayar Görmesine Dayalı Joystick Kontrol Kodlama Mantığı Yazılımı Haberleşme işlemleri için kullandığımız kodlama işlemlerinden sonra analiz işlemlerinde kullanacağımız joystick yazılımızda aynı mantıkla kodlanmış uygulama devresi hazırlanmıştır. 51

62 Şekil 6.5 Joystick Kontrol Uygulama Devresi ve Yazılımı 6.3. Elektronik Devrelerin Gerçeklenmesi Arduino uno, haberleşme kartı (Radyo Frekansı),esc motor, dc motor, servo motor gibi elektronik cihazların board üzerine kurulup testleri yapıldı. Daha sonra bakır plaket üzerine aktarıldı. Şekil 6.6 Arduino nun Board Üzerinde Denenmesi 52

63 Şekil 6.7. Baskı Devreye Aktarma Şekil 6.8. Motorların Denenmesi Araç iletişim birimi olarak atmega 2560 kullnılmıştır. Atmega 2560 adıyla anılan arduino MEGA endüstriyel uygulamalarda kullanılmaya başlanmasıyla tanınmış bir mikrokontrol kartıdır. MEGA in özellikleri ve içyapısı Mühendislik Tasarımı dersi için hazırlanmış tasarım tez kitapçığının mikroişlemciler bölümünde açıkça anlatılmıştır. İletişim biriminin gerçekleştirdiği durumlar kısaca konsol ekranından gelen koordinat bilgilerini araca kablosuz(rf) aktarmaktır. 53

64 Şekil 6.9.Araç İletişim Birimi Proteus Dev.Şekil 6.10.Araç İletişim Birimi Uygulama Koordinat verileri iletişim birimine aktarılması sağlandıktan sonra bu koordinatların ne anlama geldiği MEGA üzerinde işlenerek zagi(insansız hava aracına) bağlı bulunan motorların kontrolünü sağlayan atmega 328(Arduino NANO) alıcı birimine kablosuz olarak aktarılmıştır. Aktarma işlemlerinde kablosuz Radyo frekans olan 433 Mhz RF modülü kullanılmıştır. NANO nun ve 433 Mhz RF modülünün özellikleri, çalışma yapısı ve teknik özellikleri Mühendislik Tasarımı dersi için hazırlanmış tasarım kitapçığının mikroişlemciler bölümünde açıkça anlatılmıştır. ZAGİ insansız hava aracının kontrolünü ve alıcı birimini(rf) oluşturan kontrol yazılımları NANO(atmega 328 microişlemcisi) için oluşturulmuştur İnsansız hava aracı tasarımı (Zagi) Yukarıda yapılan elektronik devreler denenip baskı devre üzerine aktarıldıktan sonra zagi tasarımına geçildi. Yukarıda yapılan boyutlandırmaya göre köpük ile zagi tasarımı yapıldı. Şekil 6.11 Zagi Tasarımı 54

65 Zagi birimi için tasarlanan birinci bölümdeki similasyon uygulamasında zagi üzerindeki ağırlıkların artması ve herhangi bir haberleşme kopması durumunda, güc kaybı vb nedenlerden dolayı sıcaklık, ısı ve gösterge sistemleri çıkartılıp zamanlama işlemlerinde nano timer kullanımı ile yapılarak güvenlik tedbirleri artırılmışlardır. Bu neden projenin asıl amacı olan joystick kontrolünün motorlar üzerindeki etkileri analiz edilmektedir. Bu yüzden tasarım kısmında yapılan sıcaklık, nem, zamanlayıcı sensorleri ağılık oluşturduğundan çıkarılmış ve rf haberleşme sensörleri eklenmiştir. Motor kontrolleri ve haberleşme sınyallarinin kontrolleri ise arduino nano(atmel 328 ) in içerisinde bulunan kendi iç timerları ile kontol edilmiştir. Şekil 6.12.Zagi Birimi Proteus Devresi Şekil 6.13.Zagi Birimi Ares Devresi Şekil 6.14.Zagi Birimi Uygulama Devresi 55

66 6.5. Zagi Üzerine Elektronik Elemanların Yerleştirilmesi Elektronik devreler baskı devre yapılıp birleştirildikten sonra köpük ile yapılan zagi tasarımının üzerine yerleştirildi. Yerleştirme işlemleri zaginin uçuşu esnasında herhangi bir denge problemi en aza indirilmeye çalışılmıştır. Şekil Elemanların Yerleştirilmesi Şekil Elemanların Yerleştirilmesi 56