GÜNEŞ ENERJİSİ KURULUM BAKIM VE ONARIM ELEMANI

Transkript

1 T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI GÜNEŞ ENERJİSİ KURULUM BAKIM VE ONARIM ELEMANI MİKRODENETLEYİCİ DONANIMI VE ÇEVRE BİRİMLERİ Konya, 2016

2 Bu modül, mesleki ve teknik eğitim okul/kurumlarında uygulanan Çerçeve Öğretim Programlarında yer alan yeterlikleri kazandırmaya yönelik olarak öğrencilere rehberlik etmek amacıyla hazırlanmış bireysel öğrenme materyalidir. Millî Eğitim Bakanlığınca ücretsiz olarak verilmiştir. PARA İLE SATILMAZ.

3 İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER... ii AÇIKLAMALAR... iii GİRİŞ... 1 ÖĞRENME FAALİYETİ MİKROİŞLEMCİ VE MİKRODENETLEYİCİ Mikroişlemciler ve Yapısı Mikrodenetleyici ve Yapısı Mikroişlemci ile Mikrodenetleyici Arasındaki Farklar Uygun Mikrodenetleyiciyi Seçmek Pic Mikrodenetleyiciler UYGULAMA FAALİYETİ ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ÖĞRENME FAALİYETİ GÜNEŞ ENERJİSİ SANTRALİ OTOMASYONU Otomasyon Nedir? Güneş Enerjisi Santrali Otomasyonu UYGULAMA FAALİYETİ MODÜL DEĞERLENDİRME CEVAP ANAHTARLARI KAYNAKÇA ii

4 AÇIKLAMALAR ALAN DAL/MESLEK MODÜLÜN ADI MODÜLÜN TANIMI YENİLENEBİLİR ENERJİ TEKNOLOJİLERİ GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİ Mikrodenetleyici Donanımı Ve Çevre Birimleri Mikrodenetleyici donanımı ve çevre birimleri ile ilgili konuların verildiği öğrenme materyalidir. SÜRE 40/8 Genel Amaç Gerekli ortam ve donanım sağlandığında Mikrodenetleyici donanımı ve çevre birimleri konularında teknik bilgiye sahip olup uygulama yapabileceksiniz. MODÜLÜN ÖĞRENME KAZANIMLARI EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Amaçlar 1. Mikroişlemci ve mikrodenetleyici tanımlarını yapabileceksiniz. 2. Aralarındaki farkları bileceksiniz. 3. PIC serisi mikrodenetleyici programlamasını yapabileceksiniz. 4. Arduino UNO kullanarak uygulama geliştirebileceksiniz. 5. GES otomasyon projesi yapabileceksiniz. Ortam: GES ve mikrodenetleyici Atölyesi, sınıf Donanım: GES Atölyesi, Bilgisayar, PIC deney seti Modül içinde yer alan her öğrenme faaliyetinden sonra verilen ölçme araçları ile kendinizi değerlendireceksiniz. Öğretmen modül sonunda ölçme aracı (çoktan seçmeli test, doğru-yanlış testi, boşluk doldurma, eşleştirme vb.) kullanarak modül uygulamaları ile kazandığınız bilgi ve becerileri ölçerek sizi değerlendirecektir. iii

5 GİRİŞ Sevgili Öğrenci, Silikon teknolojisinin gelişmesi, P-N yarı iletken malzemenin maliyetinin ucuzlaması ile yaygınlaşması sonucu günümüzde elektronik alanında hızlı gelişmeler yaşanmaktadır. Elektronik alanında yaşanan bu hızlı gelişim endüstri, otomotiv, uçak, tıp elektroniği ile yenilenebilir enerji teknolojileri vb. alanlarını peşinden sürüklemektedir. Embedded (gömülü) sistem olarak isimlendirilen elektronik devrelerde amaç, elektronik cihaza özel bir işlevi sürekli olarak tekrar ettirmektir. Gömülü sistemin olmadığı cihazlar neredeyse yok denecek kadar azdır. Örnek verecek olursak; cep telefonu, mikrodalga fırın, DVD oynatıcı, dijital fotoğraf makinası, TV, radyo, çamaşır makinası, bulaşık makinası, akıllı oto sistemleri, elektronik ölçüm cihazları, dc-ac inverter bilgisayar vb ve 1980 li yıllarda NEC, Intel Motorola chip üreticileri tarafından geliştirilen birçok mikroişlemci gömülü sistemler üzerinde yaygın olarak kullanılmıştır. Mikroişlemcilerin yapısı ve maliyetleri nedeniyle bu yapıdan mikrodenetleyicili yapıya geçiş yapılmıştır. Microchip, Atmel, NEC, Hitachi, Philips vb. firmalar mikrodenetleyici üretmektedir. Modülde mikroişlemci ve yapısı, mikrodenetleyici ve yapısı, mikroişlemci ile mikrodenetleyici arasındaki farklardan bahsedilip uygun mikrodenetleyici seçimi, mikrodenetleyici programlama konularında bilgi paylaşımından sonra GES otomasyonu örnek projesini yapabileceksiniz. 1

6 ÖĞRENME FAALİYETİ 1 AMAÇ Mikroişlemcileri ve mikrodenetleyicilerin yapılarını ve çalışmasını öğrenecek, mikroişlemci ile mikrodenetleyiciyi ayırt edebilecek, ihtiyaca uygun mikrodenetleyiciyi seçebilecek, programlama ve simülasyon yapma becerisini kazanacaksınız. ARAŞTIRMA Mikroişlemci ve mikrodenetleyicinin kullanım alanlarını araştırıp rapor haline getiriniz. Mikrodenetleyici asembler komutlarını araştırınız. Araştırma işlemleri için internet ortamı ve mesleki kitapların bulunduğu kütüphaneler ile bu sektör üzerinde çalışan teknik elemanlara müracaat edilebilir. 1. MİKROİŞLEMCİ VE MİKRODENETLEYİCİ Bu bölümde mikroişlemci ile mikrodentleyicilerin çalışması, mimari yapıları, aralarındaki farklar anlatılıp mikrodenetleyici seçimi ve örnek uygulama yapılacaktır Mikroişlemciler ve Yapısı Günlük yaşamda kullanılan İntel celeron, atom, Core i3, Core i5, Core i7, Pentium isimler mikroişlemci isimleridir. Intel, Cyrix, AMD, Motorola firmaları mikroişlemci üreten firmalardan birkaçıdır. Günümüzde mikroişlemciler PC (personal computer) adını verdiğimiz kişisel bilgisayarlarda kullanılmaktadır. Resim 1.1: İntel Core i7 mikroişlemcisi 2

7 Şekil 1.1: Mikroişlemcili sistemin blok diyagramı Mikroişlemciler kullanıcının yapmak istediği tüm işlemleri yerine getirdiği için çoğu zaman Merkezi İşlem Birimi (CPU-Central Processing Unit) olarak isimlendirilir. Şekil 2 de blok diyagramda görüldüğü gibi mikroişlemciler tek başlarına kullanılamazlar. CPU kullanmak için bellek ünitesi, giriş ünitesi ve çıkış ünitesi ile bu üniteler ile CPU nun haberleşmesini sağlayan adres ve veri yolarına ihtiyaç vardır. Mikroişlemcili sistemin gereksinim duyduğu yardımcı üniteler, 1. Merkezi İşlem Birimi (CPU) 2. Giriş/Çıkış Birimi (Input/Output Unit) 3. Bellek (Memory) Ünitesi Resim 1.2: Motorola 6502 mikroişlemcili sistem 3

8 1.2. Mikrodenetleyici ve Yapısı Mikrodenetleyici gerçekte küçük bir bilgisayardır. Çevremizde o kadar çok mikrodenetleyici kontrollü elektronik cihaz vardır ki bunlara örnek televizyon, radyo, faxmodem, oyuncaklar, VCR, kamera vb. verilebilir. Uygulama alanları Resim 1.3 te görülmektedir. Resim 1.3: Günümüzde microdenetleyici kullanılan cihazlar Mikrodenetleyici Mikroişlemcili bir sistemin içinde bulunması gereken temel bileşenlerden Hafıza (RAM, ROM), CPU( ALU, kontrol ünitesi) ve I/O ünitesini tek bir chip içinde barındıran tümleşik yapılardır. Özel amaçlı bilgisayar olarak adlandırılır ve genellikle tek bir programı çok hassas olarak çalıştırmak amacıyla kullanılır. 4

9 Şekil 1.4: Mikrodenetleyici bloğu 5

10 Mikrodenetleyici Hafızası Mikrodenetleyicide iki tür hafıza tipi kullanılır. RAM ve ROM hafızalardır ROM (Sadece okunabilir bellek) ROM sadece dış verileri okumak üzere tasarlanmıştır, CPU ve IC ile bu belleklere veri yazılımı gerçekleştirilemez. Bilgileri üzerinde düzenli bir şekilde saklamaya yarar ve elektrik kaynağı kesilse bile üzerindeki bilgiler silinmez, ROM bellek içeriği kalıcı olarak saklanır. ROM üç ana çeşitten oluşmaktadır. Mask ROM uc üretilirken firma tarafından yazılan bellektir. Yeniden yazılması mümkün değildir. PC lerdeki BIOS a benzetilebilir. PROM (Programlanabilir ROM) Kullanıcı tarafından yazılabilen bellektir. Yeniden yazılması mümkün değildir. EPROM (Silinebilir PROM) Kullanıcı tarafından tekrar tekrar yazılabilmekte veya silinebilmektedir RAM ( Rastgele erişilebilen bellek ) RAM kullanıcıların belleği özgürce okuyup yazabilmesi için bir IC belleğidir. Fakat elektrik kaynağı kesildiğinde bütün bilgiler bellekten silinir. Bu nedenle RAM aritmetik işlemlerin sonucunu geçici süreler içerisinde bellekte depolama işlemine yarar. PC de Word editöründe yapılan çalışmaların kayıt edilmediği halde bilgisayar hafızasında tutulması RAM hafızaya örnek gösterilebilir. ROM RAM Mask ROM PROM UV-EPROM EEPROM Statik RAM Dinamik RAM Üretim işleminde yazılmıştır, içerikler silinemez. Bir defa programlanabilir. Sonrasında silinemez. Ultraviole ışınları ile silinebilir. Elektrik sinyalleri ile silinebilir. Kullanışı basit ve kolaydır ancak pahalıdır. Kullanışı zordur ancak pahalı değildir. Tablo 1.1: Bellek çeşitleri 6

11 Giriş/Çıkış Birimleri Mikrodenetleyicilerde giriş birimi olarak; buton, sensör, tuş takımı vb. kullanılır. Çıkış birimi olarak ise buzzer, led diyot, 7-segment display, lcd, grafik lcd, motor, seriparalel-usb port vb. kullanılabilir. Resim 1.5: Mikrodenetleyici giriş/çıkış birimleri 1.3. Mikroişlemci ile Mikrodenetleyici Arasındaki Farklar Şu ana kadar mikroişlemci ile mikrodenetleyicilerin temel özelliklerinden bahsedildi. Aralarındaki farkı ortaya çıkarabilmek için aşağıdaki mimari yapılardan bahsedilip aralarındaki farklar ele alınacaktır. 7

12 Von-Neuman Mimarisi ve CISC İşlemciler Bu mimaride program kodları ve verileri aynı bellek bloğunda bulunur. Her bir komut çevriminde ya bir program ya da bir veri hücresine erişilebilir. Bu nedenle işlem hızı düşüktür. Bu mimari ile yapılan mikroişlemciler CISC (Complex Insruction Set Computer) olarak isimlendirilir. Şekil 1.3: Von-Neuman mimari bloğu Bu mimari özellikleri aşağıda verilmiştir; 1. CPU ile bellek arasında sadece bir yol vardır. 2. Ram ve Program belleği aynı yolu kullandığından bit genişliği de aynı olmak zorundadır. 3. Çok fazla komut gerektirir. (Genellikle 100 den fazla) 4. Çok fazla adresleme modu vardır. 5. Her durum için birçok komut içerir. Birçok komutlu cpu tasarlamak binlerce transistör kullanımının yanında, tasarımı çok karmaşık yapmakta, zaman almakta ve pahalı olmaktadır x86, 8051, 68HC11 vb. işlemcilerde kullanılır Harvard Mimarisi ve RISC İşlemciler Bu mimaride program kodları ve verileri ayrı bellek bloğunda bulunur. Her bir komut çevriminde hem program hem de veri (data) hücresine erişilebilir. Bu nedenle işlem hızı yüksektir. Bu mimari ile yapılan mikroişlemciler RISC (Reduced Insruction Set Computer) olarak isimlendirilir. 8

13 Şekil 1.4: Harvard mimari bloğu Bu mimari özellikleri aşağıda verilmiştir; 1. Program yolu ve veri yolu ayrıdır ve farklı sayıda bit genişliğine sahip olabilirler. Bu özellik hem mikrodenetleyicinin dizaynını kolaylaştırmakta hem de program belleğinin verimli kullanılmasını sağlamaktadır. 2. Çoğunlukla mikrodenetleyiciler de Harvard mimari yapı kullanılır ve RISC işlemcilerdir. 3. CISC tipi CPU' larda bulunan komutların önemli bir kısmının çoğunlukla kullanılmaması nedeniyle geliştirilmiştir. 4. Az sayıda komut (assembly) gerektirir. (Genellikle 50 den az.) 5. Az sayıda adresleme modu vardır. 6. SPARC, ALPHA, PIC, AVR, Atmel vb. birer RISC işlemcilerdir. Bir mikroişlemcili sistemin çalışır hale gelebilmesi için CPU, Bellek ve Giriş/Çıkış birimlerinin birbiri ile haberleşebilmesi için veri yolu, adres yolu ve kontrol yolu ile birbirine bağlanması gerekir. Bu bağlantıların sağlıklı yapılabilmesi pcb ismi verilen bir kart üzerine baskı devre tekniği ile yerleştirilmesi gereklidir. Mikrodenetleyicide ise yukarıda sayılan chipler tek bir chip içinde üretildiğinden bu chipi veya diğer adıyla mikrodenetleyiciyi kullanmak yeterli olacaktır. Tek chip kullanmak maliyeti düşürecek, az sayıda ve karmaşık olmayan komutların kullanılmasını olanaklı kılacaktır. Aşağıda Mikroişlemci ile Mikrodenetleyici arasındaki farklar aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. Karşılaştırma kriteri Mikrodenetleyici Mikroişlemci Fiyat Ucuz Pahalı Güç Az tüketir Fazla tüketir 9

14 Mimari yapı Genelde RISC Genelde CISC Komut sayısı 50 den az 100 den az Harici donanım Gerektirir Genellikle gerektirmez Tablo 1.2: Mikroişlemci ile mikrodenetleyici karşılaştırma tablosu 1.4. Uygun Mikrodenetleyiciyi Seçmek Günümüzde teknolojinin gelişmesi, internetin yaygınlaşması ile içinde yaşadığımız dünya neredeyse küresel bir köy haline dönüşmüştür. Çok uzak coğrafyada üretilen bir ürün çok kısa bir süre sonra dünyanın her noktasında bulunabilmektedir. Çin in Hong-Kong şehrinde veya Amerika Birleşik Devletleri Texas şehrinde üretilen bir ürüne internetten sipariş vererek sahip olmak mümkün hale gelmiştir. Yukarıda saydığımız nedenlerden dolayı ülkemizde birçok firmanın birçok mikrodenetleyici ürününe ulaşmak ve özel ihtiyacımız için kullanmak artık çok kolay. Tek yapılması gereken özel ihtiyaçlarımızın gereksinimlerini analiz ederek uygun mikrodenetleyiciyi seçmektir. Piyasada bulunan mikrodenetleyicileri fiziksel olarak ikiye ayırabiliriz. Piyasada tek chip olarak satılan mikrodenetleyiciler ile bir kart üzerine bootloader yüklü mikrodenetleyici yerleştirilerek programlama kartına gereksinim duymayan enerji verildiğinde çalışır halde bulunan setler. Resim 1.6: Tek chip ve bootloader yüklü mikrodentleyiciler 10

15 Özel amacımızda aşağıdaki kriterlere bakılır; -Dijital giriş/çıkış sayısı -Analog giriş/çıkış sayısı - Hangi tip port ile haberleşme yapılacağı (seri port, usb port vb.) - Zamanlayıcı, sayısı, karşılaştırıcı sayıları, - Bellek yapısı ve harici bellek desteği, - Osilatör frekans değeri vb. İhtiyacımızı karşılayacak hatta gelecekte ihtiyaçların artma ihtimaline karşı bir üst mikrodenetleyici seçimi yapmak ve tasarımı buna göre yapmak akıllıca olacaktır. Bootloader yüklü hazır devre olarak satılan ürünler ihtiyacımızı karşılıyor ise bu ürünleri kullanmak maliyetten ve zamandan tasarruf yapmamızı sağlayacaktır. Popüler olan mikrochip firmasının ürettiği PIC serisi mikrodenetleyicilerin yapısı ve programlanması ile son zamanlarda oldukça popüler hale gelen bootloader yüklü mikrodenetleyici setlerinden olan Arduino UNO seti kullanımı hakkında bilgi verilecektir Pic Mikrodenetleyiciler Genel Bilgi Neredeyse her mikroişlemci (CPU) üreticisinin ürettiği bir kaç mikrodenetleyicisi bulunmaktadır. Bu denetleyicilerin mimarileri arasında çok küçük farklar olmasına rağmen hemen hemen aynı işleri yapabilmektedirler. Her firma ürettiği chip e bir isim ve özelliklerini birbirinden ayırmak içinde parça numarası vermektedir. Örneğin Mikrochip ürettiklerine PIC adını, parça numarası olarak ta 12C508, 16C84, 16F84A, 16F877, 18F4550 gibi kodlamalar verir. İntel ise ürettiği mikrodenetleyicilere MSC-51 ailesi adını vermektedir. Kod olarak ta 8031AH, 8051AHP, 8052AH, 80C51FA gibi kodlar verir. Bir uygulamaya başlamadan önce hangi firmanın ürünü kullanılacağına, daha sonrada hangi numaralı denetleyicinin kullanılacağına karar vermek gerekir. Bunun için mikrodenetleyici gerektiren uygulamada hangi özelliklerin olması gerektiği önceden bilinmesi gerekmektedir. Aşağıda bu özellikler sıralanmıştır. Programlanabilir dijital paralel giriş/çıkış Programlanabilir analog giriş/çıkış Seri giriş/çıkış Motor veya servo kontrol için pals sinyali çıkışı Harici giriş vasıtası ile kesme Timer vasıtası ile kesme Harici bellek arabirimi Harici bus arabirimi (PC ISA gibi) Dahili bellek tipi seçenekleri (ROM, EPROM, PROM ve EEPROM) Dahili ram seçeneği Kayan nokta hesaplaması. 11

16 Microchip firmasının ürettiği PIC serisi mikrodenetleyiciler den 16F84, 16F877 ile 18F4550 nin pin yapısı ve özelliklerine değinilecek, ardından nasıl programlandıkları hakkında bilgiler verildikten sonra PIC16F84A ile led yak-led söndür (ledblink) uygulaması yapılacaktır Pic16F84ün Özellikleri En popüler ve en yaygın olarak kullanılan PIC üyesi olan PIC 16F84A kontrolörü 18 bacaklı olup bacak bağlantıları aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Şekil 1.5: Pic16F84Anın pin yapısı Pic16F84a mikro kontrolörün şu özellikler vardır; 1K Flash program bellek 68 byte RAM bellek 64 byte EEROM bellek 14 bit genişliğinde komutlar Kesme (İnterrupt kaynağı) 13 giriş-çıkış portları 25 ma port çıkış akımı Bekçi Köpek devresi Uyku modu + 5V da 2 ma akım, 2V da 15 na akım. Pic16F84a mikro kontrolörü 10MHz kadar bir saat hızında çalışabilir. Bu hızda çalışınca komut saykılı 400 ns kadardır. RISC yapısına sahip olan bu mikro kontrolörün sadece 35 tane tek kelimelik komutu vardır. PIC 16F84A mikro kontrolörün 4 tane kesme (interrupt) kaynağı bulunur. Bunlar şu şekilde olabilirler; Dıştan RB0 / INT bacağı ile TMR0 zamanlayıcısının taşması ile 12

17 PORTB 4-7 bacaklarında olan herhangi bir değişiklikten dolayı EEPROM yazma işleminin tamamlanması ile Port Kontrolü: PIC16F84A mikro kontrolöründe 5 tane PORTA ve 8 tane PORTB bacakları olmak üzere 13 tane giriş çıkış vardır. PORTA bacakları RA0, RA1, RA2, RA3 ve RA4 olarak adlandırılır. RA0 RA3 bacakları TTL giriş ve CMOS çıkış özelliği taşır. RA4 bacağında ise, giriş olarak seçildiğinde Schmitt Trigger özelliği gösterir. RA4 çıkış olarak seçildiğinde bu bacak open-drain olup kullanıcı tarafından bir dirençle pozitif kaynağa bağlanmalıdır. PORTA bacaklarının giriş ve çıkış modlarını TRISA yazmacı kontrol eder. Bu yazmaç 8 bitlik olup hangi biti 0 yapılmışsa, aynı numaralı PORTA bacağı çıkış olur. Aynı şekilde TRISA yazmacının hangi biti 1 yapılmışsa, aynı numaralı PORTA bacağı giriş olur. RA4 bacağı aynı zamanda TMR0 saat girişi olarak da kullanılabilir. PORTB bacakları RB0, RB1, RB2, RB3, RB4, RB5, RB6 ve RB7 olarak adlandırılır. PORTB bacaklarının giriş ve çıkış modlarını TRISB yazmacı kontrol eder. Bu yazmaç 8 bitlik olup hangi biti 0 yapılmışsa, aynı numaralı PORTB bacağı çıkış portu olur. Aynı şekilde, TRISB yazmacının hangi biti 1 yapılmışsa, aynı numaralı PORTB bacağı giriş portu olur PIC16F877A nın Özellikleri Yüksek performanslı RISC mimarisiyle üretilen bu mikrodenetleyici 8192 byte program memory, 368 byte data ram memory, 256 byte eeprom, 33 adet giriş çıkış pini, 8 adet 10 bitlik adc, 3 adet timer, 2 adet CCP (PWM) ve 2 adet te karşılaştırıcıya sahiptir kez yazılıp okunabilen flash belleğinin yanında eepromu 1 milyon kez yazılıp okunabilir. Hafızasındaki (eeprom) verileri 40 yıl kadar saklayabilir. Kristal olarak RC tipinden xtal osilatöre kadar geniş bir alanda çalışabilmektedir. Mikrodenetleyicinin PC ile haberleşmesinde RX/TX uçları kullanılır. Zaten pic üzerinde usart modul bulunmakta ve başka cihazlarla seri iletişim için kolaylık sağlar. 13

18 PIC16F877 mikro kontrolörü 20MHz kadar bir saat hızında çalışabilir. Bu hızda çalışınca komut saykılı 200 ns kadardır. RISC yapısına sahip olan bu mikro kontrolörün sadece 35 tane tek kelimelik komutu vardır. PIC16F877 mikro kontrolörün 14 tane kesme (interrupt) kaynağı bulunur. Bazıları şu şekildedir; Dıştan RB0 / INT bacağı ile TMR0 zamanlayıcısının taşması ile PORTB 4-7 bacaklarında olan herhangi bir değişiklikten dolayı EEPROM yazma işleminin tamamlanması ile 14

19 Port Kontrolü PIC16F877 mikro kontrolöründe 6 tane PORTA, 8 tane PORTB, 8 tane PORTC, 8 tane PORTD ve 3 tane PORTE bacakları olmak üzere 33 tane giriş çıkış vardır Derleyici Seçimi ve Programlama Dili Bir mikroişlemci veya denetleyici ile çalışırken donanıma gerçekten hâkim olmak için alt seviye bir dil (assembly dili) kullanmak gerekir. Fakat assembly dili uzun ve karmaşık programlarda hem kod takibini zorlaştırır hem de programın bakımını ve geliştirilmesini engeller. Bu sebepten dolayı aynı assembly gibi donanıma hâkim olabilecek, hem de program belleğinde az yer kaplayacak, hem de hemen hemen assembly kadar hızlı çalışacak bir dil seçmek en mantıklısı olacaktır. Bu anlatılanlar doğrultusunda orta seviye programlama dili olan C seçilebilir. Dünyada en çok kullanılan dillerden biri olan C dilini mikrodenetleyicilere uyarlayan birçok firma bulunmaktadır. Mikrodenetleyiciyi boş bir tencereye benzetilebilir. Mutfakta aynı tencere kullanılarak farklı yemekler yapıldığı gibi mikrodenetleyicide içine atılan kullanıcının amacına özgü yazdığı programa göre çalışır. Programcı PC de yazmak istediği programlama dilini kullanarak (örneğin C dili) amacına özgü bir program yazacak, sonrasında yazdığı bu dili PIC mikrodenetleyicinin anladığı dile tercüme edecek bir tercüman kullanacaktır. Yapılacak olan tercüme işlemine derleyici (compiler) ismi verilmektedir. Şekil da bu durum görülmektedir. 15

20 Şekil 1.6: Derleme işlemi PIC mikrodenetleyicisinin anladığı dil yani makine kodları elde edildikten sonra bu kodların pic in içerisine yani mutfaktaki tencereye gönderilme aşamasına gelindi. Bu işlem için kodlama devresine ihtiyaç vardır. Piyasada çok çeşitli PIC kodlama/programlama devresi satıldığı gibi kendinizde yapabilirsiniz. Resim 1.7 de örnek pic programlama devresi görülmektedir. Resim 1.7: Usb porttan çalışan pic programlama devresi Pic16F84a ile ledblink Uygulaması Bu uygulamada, PIC16F84A nın Port A0 bacağına bağlı bulunan led diyotu 500 ms yakıp ardından 500 ms söndüren ve bunları sürekli yaptıran program ve bu programın çalışacağı devre tasarlanacaktır. Şekil 1.7 de PIC16F84A nın çalışabilmesi için clock sinyallerini üreten kristal osilatör OSC1 ve OSC2 bacağına, led diyot ile akım sınırlayıcı direnç RA0 bacağına takılmıştır. 16

21 Şekil 1.7: PIC16F84A devresi Resim 1.8: C diliyle yazılan pic programı Resim 1.8 de yer alan c programında ilk iki satırda pic in ismi, pic e bağlanan osilatör devresinin ürettiği frekans değeri tanımlanmıştır. Led i yakıp söndüren kodlar satırlarda yer almaktadır. 8. Satır ile led söndürülmekte 500ms beklenmekte, 10. Satırda ise led yanmakta ardından 500ms beklenmektedir. Bu olaydan sonra program akışı 6. Satıra yönlenip sonsuza kadar (devrenin enerjisi kesilene veya reset işlemi yapılana kadar) 8, 9, 10 ve 11. Satırlar çalıştırılmaktadır. 17

22 Resim 1.9 da C dilinde yazılan pic programının makine dilindeki karşılığı olan hexadecimal (kısaca hex) kodları görülmektedir. Pic programlayıcı devre aracılığıyla elde edilen hex kodları mikrodenetleyiciye gönderilecektir. Resim 1.9: C Hex kodu 18

23 1.6. Arduino Uno Arduino Uno ATmega328 mikrodenetleyici içeren bir Arduino kartıdır. Arduino'nun en yaygın kullanılan kartı olduğu söylenebilir. Arduino Uno 'nun ilk modelinden sonra Arduino Uno R2, Arduino Uno SMD ve son olarak Arduino Uno R3 çıkmıştır. Arduino 'nun kardeş markası olan Genuino markasını taşıyan Genuino Uno kartı ile tamamen aynı özelliklere sahiptir. Arduino Uno 'nun 14 tane dijital giriş / çıkış pini vardır. Bunlardan 6 tanesi PWM çıkışı olarak kullanılabilir. Ayrıca 6 adet analog girişi, bir adet 16 MHz kristal osilatörü, USB bağlantısı, power jakı (2.1mm), ICSP başlığı ve reset butonu bulunmaktadır. Arduino Uno bir mikrodenetleyiciyi desteklemek için gerekli bileşenlerin hepsini içerir. Arduino Uno 'yu bir bilgisayara bağlayarak, bir adaptör ile ya da pil ile çalıştırabilirsiniz. Şekil 1.10 da Arduino Uno R3 'ün kısımları gösterilmektedir. Resim 1.10: Arduino UNO R3 kartı Arduino UNO R3 Bileşenleri 1: USB jakı 2: Power jakı (7-12 V DC) 3: Mikrodenetleyici ATmega328 19

24 4: Haberleşme çipi 5: 16 MHz kristal 6: Reset butonu 7: Power ledi 8: TX / NX ledleri 9: Led 10: Power pinler 11: Analog girişler 12: TX / RX pinleri 13: Dijital giriş / çıkış pinleri (yanında ~ işareti olan pinler PWM çıkışı olarak kullanılabilir.) 14: Ground ve AREF pinleri 15: ATmega328 için ICSP 16: USB arayüzü için ICSP Programlama Arduino Uno'yu programlamak için Arduino programı internetten indirilip kurulur. Daha sonra Tools > Board menüsünden Arduino Uno seçilir. 20

25 Resim 1.11: Arduino Uno kartını seçme Arduino Uno üzerindeki ATmega328 e önceden bir bootloader yüklenmiştir. Bu bootloader sayesinde Arduino'yu programlamanız için harici bir programlayıcı donanımına ihtiyacınız olmaz. Orjinal STK500 programını kullanarak haberleşir. Ayrıca Arduino ISP kullanarak Arduino'nun bootloader 'ını devre dışı bırakabilir ve mikrodenetleyiciyi ICSP (In Circuit Serial Programming) pini üzerinden programlayabilirsiniz Arduino Uno ile LedBlink Uygulaması: Bu uygulamada, PIC16F84A ile yapılan ledblink uygulamasını arduino uno ile yapalım. Uygulamada Atmelin ATmega328 mikrodenetleyicisi kullanılacaktır. İnternetten ücretsiz bulunabilen yazılım ve içindeki örnek program Resim 1.12 de görülmektedir. 21

26 Resim 1.12: Program ve yazıldığı arduino uno yazılımı Resim 1.12 de görülen program incelendiğinde Şekil 16 da PIC16F84 için yazılan C diline benzediği görülmektedir. Bu benzerlik C dilinin çok popüler olmasından kaynaklanmaktadır. Programı incelediğimizde iki adet void yapısı bulunmakta, led yak-söndür işini ise void loop fonksiyonu sağlamaktadır. Loop sonsuz döngü demektir. Arduino Uno nun enerjisi kesilene veya reset edilene kadar void loop çevrimi sonsuza kadar çalıştırılır. Led diyot Arduino Uno üzerinde dijital 13. Pine bağlanmıştır. digitalwrite(13, HIGH) satırı ile 13 numaralı digital pin 1, digitalwrite(13, LOW) satırı ile 13 umaralı digital pin 0 yapılmaktadır. Delay (1000) satırı ile de led in yanması ile sönmesi arasında 1sn beklenmektedir. 22

27 Görüldüğü gibi bootloader özelliğinden dolayı ek programlayıcı donanıma ihtiyaç duymadan arduino uno kolayca programlanmıştır. Daha ayrıntılı ve büyük projelerde arduino unonun özellikleri yetmediği takdirde arduino mega kullanılabilir. Mega da yetersiz kalırsa ihtiyaca göre bir mikrodenetleyici seçilerek programlanmalı, Resim de görüleceği gibi amaca uygun tasarlanan donanım üzerine takılıp çalıştırılmalıdır. Resim 1.13: 16F876 lı örnek bir devre tasarımı Resim 1.14: 16F877 li örnek bir devre tasarımı 23

28 UYGULAMA FAALİYETİ Pic16F84A nın Port B3 pinine bağlı led diyotu 800 ms aralıklarla yakıp söndüren ve bunları sürekli yaptıran programı yazınız. İşlem Basamakları Uygun devreyi kurunuz. Pic Programını C dilinde yazınız. Yazdığınız programı compile ediniz. Derleme sonucunda elde ettiğiniz hex kodunu not defterinde inceleyiniz. Pic16F84A yı programlayıp simülasyonda çalıştırınız. Öneriler 16F84 ün datasheet (veri kitapçığını) inceleyiniz. C dili konusunda araştırma yapınız. Derleme işlemi hakkında araştırma yapınız. Derleyiciler hakkında araştırma yapınız. Simülasyon sonucunda bulgularınızı not ediniz. KONTROL LİSTESİ Bu faaliyet kapsamında aşağıda listelenen davranışlardan kazandığınız becerileri Evet, kazanamadığınız becerileri Hayır kutucuğuna (X) işareti koyarak kendinizi değerlendiriniz. Değerlendirme Ölçütleri Evet Hayır 1. Pic16F84A ya ait devreyi kurabildiniz mi? 2. Datasheet bilgilerinden 16F84 ün çalışma frekanslarını inceleyebildiniz mi? 3. C programını derleyip hex kodunu elde ettiniz mi? 4. Hex koduyla pici programlayabildiniz mi? 5. Simülasyonun çalıştığını gözlemleyebildiniz mi? 24

29 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME DEĞERLENDİRME Değerlendirme sonunda Hayır şeklindeki cevaplarınızı bir daha gözden geçiriniz. Kendinizi yeterli görmüyorsanız öğrenme faaliyetini tekrar ediniz. Bütün cevaplarınız Evet ise Ölçme ve Değerlendirme ye geçiniz. ÇME VE DEĞERLENDİRME Aşağıdaki soruları cevaplayıp, boş alanları doldurunuz. 1. Aşağıdaki seçeneklerden hangisi mikrodenetleyici ile mikroişlemci arasındaki farkı en iyi şekilde ortaya koyar? a) Mikroişlemci özel amaçlıdır. b) Mikrodenetleyici (up) genel amaçlıdır. c) Mikroişlemci ilse up arasında fark yoktur. d) Mikrodenetleyici özel amaçlıdır. 2. Aşağıdaki seçeneklerden hangisi up yi oluşturan yapısal elemanlardan değildir? a) ROM b) RAM c) CPU d) PCI Slot 3. Mikrodenetleyici için aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur? a) up lerin fiyatı oldukça pahalıdır. b) Çıkış pininden AC motor vb. sürülebilir. c) Küçük beslemede çalışabilirler. d) Komut sayıları oldukça fazladır. 4. Pic Mikrodenetleyici deki EEPROM belleğin veri saklama ömrü.. yıldır. 5. Harvard mimari ile Van-Naumann mimari arasındaki bariz fark aşağıdakilerden hangisidir? a) Harvard mimaride program ve data hafızalar aynı yapıdadır. b) Van-Naumann mimaride program ve data hafızalar ayrı yapıdadır. c) Harvard mimaride program ve data hafızalar ayrı yapıdadır. Data 8 bit, Program memory 14 bitliktir. d) Harvard mimaride program ve data hafızalar ayrı yapıdadır. Data 14 bit, Program memory 8 bitliktir. 6. Pic16F84 ün program belleği Kbyte dır. 7. Pic16F84 ün RAM belleği byte dır. 25

30 8. Pic16F84 ün I/O pin sayısı, bit A portu, bit B portu olmak üzere I/O ucu vardır. 9. Elektriksel olarak yazılıp silinebilen bellek tipi aşağıdakilerden hangisidir? a) PROM b) UV-EPROM c) Mask ROM d) EEPROM 10. PIC C Compiler programının yaptığı işlev aşağıdakilerden hangisidir? a) PC de yazılan ccs c programını pic e yükler. b) PC ile pic arasında haberleşmeyi sağlar. c) CCS C programını hex koduna çevirir. d) CCS C programını hataya karşı kontrol eder. DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarıyla karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonraki öğrenme faaliyetine geçiniz. 26

31 ÖĞRENME FAALİYETİ 2 AMAÇ 27

32 Bu faaliyet ile uygun ortam sağlandığında temel güneş enerjisi santrali otomasyonu uygulamasını yapabileceksiniz. ARAŞTIRMA Otomasyon hakkında bilgi edininiz. SCADA sisteminin otomasyon piramidinde nerede olduğunu araştırınız. 2. GÜNEŞ ENERJİSİ SANTRALİ OTOMASYONU 2.1. Otomasyon Nedir? Otomasyon bir işin insan ile makine arasında paylaşılmasıdır. İnsan gücünün yoğun olduğu otomasyon sistemleri yarı otomasyon, makinenin yoğun olduğu sistemlerde tam otomasyon olarak adlandırılır. Günümüzde üretimi hızlı, standart, güvenli ve verimli kılmak bir zorunluluk haline gelmiştir. Verimlilik kontrol ile sağlanır, kontrol izleme ile başlar Güneş Enerjisi Santrali Otomasyonu Güneş enerjisi santrali otomasyonu, elektrik sisteminde oluşacak arızaların izlenmesi, kumanda edilmesi ve bu arızaların raporlanması ile birlikte sahada yer alan enerji analizörleri ve koruma rölelerinden alınan akım, gerilim, güç vb. değerlerin izlenmesi SCADA sistemlerine gönderilmesi ve oradan gelen verilerin alınmasını kapsamaktadır. 28

33 Resim 2.1: Güneş enerjisi santrali otomasyonu Resim 2.1 den de anlaşılacağı üzere güneş enerjisi santrali otomasyonu içerisinde kullanılan mikrodenetleyici veya mikrodenetleyiciler analog-dijital verilerle işlem yapmakta, dokunmatik panel ile scada sisteminden gelen sinyalleri işleyip isteklere cevap vermektedir. Fikir vermesi açısından günlük yaşantıda bilgisayarların ayrılmaz bir parçası haline gelen kesintisiz güç kaynağı (ups) içerisinde bulunan kart Resim 2.2 de verilmiştir. Resim 2.2: UPS Kartı Ups, bilgisayara çalışabilmesi için enerji sağlamaktadır. Şebekede enerji olduğu sürece girişindeki şebeke gerilimini (AC 220V) bilgisayara iletmekte, şebekede bir kesinti olduğunda sesli uyarı verip bilgisayarın aniden kapanmasını önlemektedir. Ups in içindeki akünün değerine bağlı olarak belli bir zaman süresince aküden aldığı dc gerilimi inverter devresi sayesinde bilgisayarın çalışma voltajı olan ac 220V yükseltmektedir. Ups bu özelliği ile güneş enerjisi santralinde (GES) kullanılan inveterlere benzer. Ges de kullanılan sistem off-grid bir sistem ise sistemde bulunan akü/ler mikrodenetleyici kontrolünde güneş panelleri ile şarj olmakta, gündüz güneş panelleri çıkışındaki gece ise akülerden elde edilen dc voltaj inverter devreler sayesinde ac voltaja çevrilip kullanıma sunulmaktadır. 29

34 Resim 2.3: UPS kartında bulunan mikrodenetleyici Resim 2.3 te görülen MC68HC908 mikrodenetleyicisi ups modülünde şebeke girişini sürekli kontrol etmekte, bir kesinti olması halinde hız tepki vererek bilgisayar kapanmadan aküden elde ettiği DC 12V gerilimi inverter aracılığıyla şebeke gerilimine dönüştürüp bilgisayarın enerji ihtiyacına cevap vermektedir. Aynı zamanda sesli uyarı vererek kullanıcıyı uyarmaktadır. Mikrodenetleyici diğer taraftan akünün şarj durumunu kontrol edip şarj durumu düşük olan aküyü şarj etmektedir. Ups in özelliğine bağlı olarak bilgisayarla haberleşme halinde ise bilgisayara akü valtaj seviyesi, sıcaklığı, şebeke voltaj durumu vb. bilgileri gönderir. Güneş Enerji Santralleri temel olarak 4 ana parçadan oluşur. Güneş Panelleri İnverterler Koruma Panoları Transformatörler Resim 2.4: 48v 4000w Tam Sinüs Akıllı İnvertör 30

35 Resim 2.4 de Güneş Enerjisi Sistemlerinde kullanılan parçalardan olan inverter resmi görülmektedir. İnverterler tam sinüs, akıllı tam sinüs, şarjlı tam sinüs, modfiye sinüs, şarjlı modifiye sinüs, on-grid, off-grid vb. şekillerde üretilmektedir. Ayrıca giriş gerilimi olarak DC 12V, 24V ve 48V ile çalışanları mevcuttur. İstenen güç, solar panel sayısı-gücü, akü vb. kriterlere göre inverter seçimi yapılmalıdır. Şekil 2.1 de on-grid GES blok şeması görülmektedir. Görülen blok şema GES e ait temel bir blok şema olarak kabul edilir. Sistemde işlem merkezi inverter katmanıdır. Bu katmanda gsm modül vb. bulunması şartıyla sistem uzaktan izlenebilir. Sistemin anlık ürettiği güç, günlük haftalık aylık değerler vb. görülebilir. Şekil 2.1: On-Grid GES blok şeması 31

36 Şekil 2.2: Off-Grid GES blok şeması Şekil 2.2 de üretilen enerjinin enerji nakil hattına (şebekeye) verilmeden kullanıldığını gösterir off-grid ges blok şeması yer almaktadır. On-gridli yapıda akü kullanılmazken off-gridli yapıda akü kullanımı kaçınılmazdır. Şarj regülatörü güneş panelleri ile akü arasında kontrolör görevi yapar. Akünün şarj seviyesine göre gerektiğinde aküyü şarj eder. 32

37 UYGULAMA FAALİYETİ Resim 2.5: 24v 1,5KVA Tam Sinüs çıkışlı GES Otomasyonu ETİ Resim 2.5 te görülen 24V 1,5KVA GES Otomasyonunu gerçekleştiriniz. İşlem Basamakları 4 adet 120W solar panelleri iki gruba ayırınız. Her grubu kendi arasında seri bağlayınız. Daha sonra grupları paralel bağlayarak panelden DC 24V elde ediniz. Tam sinüs çıkışı akıllı 1,5KVA lik inverterle solar panel bağlantılarını yapınız. Her biri 12V 110Ah lik iki jel aküyü seri bağlayıp, inverterle bağlantısını yapınız. Otomasyon sistemine öğretmen gözetiminde enerji verip çalıştırınız. Sistemin şebeke beslemesini kesip akülerden Ac 220V çıkış verdiğini gözlemleyiniz. Öneriler Solar panellerin kısa devre akımı, açık devre gerilimi, Pmax akım ve gerilim değerlerini araştırınız. Tam sinüs çıkışlı akıllı inverter ile tam sinüs çıkışlı inverter arasındaki farkı araştırınız. Jel akü ile normal akü arasındaki farkları inceleyiniz. İnverterle birlikte gelen kullanım talimatlarını inceleyiniz. Sistemi değişik yüklerde çalıştırıp inverter üzerindeki gösterge panelindeki uyarıları not ediniz. KONTROL LİSTESİ Bu faaliyet kapsamında aşağıda listelenen davranışlardan kazandığınız becerileri Evet, kazanamadığınız becerileri Hayır kutucuğuna (X) işareti koyarak kendinizi değerlendiriniz. Değerlendirme Ölçütleri Evet Hayır 1. GES Otomasyon sistemini istenildiği şekilde kurabildiniz mi? 2. Sistemi değişik yüklerde test ettiniz mi? 3. 1,5 kva lik gücü artırmak için neler gereklidir araştırdınız mı? 33

38 DEĞERLENDİRME Değerlendirme sonunda Hayır şeklindeki cevaplarınızı bir daha gözden geçiriniz. Kendinizi yeterli görmüyorsanız öğrenme faaliyetini tekrar ediniz. Bütün cevaplarınız Evet ise Ölçme ve Değerlendirme ye geçiniz. 34

39 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Aşağıdaki soruları dikkatlice okuyunuz ve doğru seçeneği işaretleyiniz. 1. Aşağıdaki cümlenin başında boş bırakılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız. ( ) Otomasyon bir işin insan ile makine arasında paylaşılmasıdır. 2. Aşağıdakilerden hangisi Güneş Enerjisi Santrali bileşenlerindendir? A) Güneş Panelleri B) Transformatörler C) Koruma Panoları D) Hepsi DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarıyla karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrarlayınız. Cevaplarınızın tümü doğru ise bir sonraki öğrenme faaliyetine geçiniz. 35

40 MODÜL DEĞERLENDİRME Aşağıdaki cümlelerin başında boş bırakılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız. 1. ( ) Mikroişlemci ile mikrodenetleyici aslında birbirinin aynısıdır. 2. ( ) Bilgisayarlarda mikrodenetleyici kullanılır. 3. ( ) Mikroişlemcili kartların tasarı karmaşık ve maliyetlidir. 4. ( ) Mikrodenetleyicili sistemde bulunan birimler arasındaki ilişkiyi düzenleyen hatlara, kontrol yolu denir. 5. ( ) Yalnız okunabilen belleklere RAM bellekler denir. 6. ( ) Silmek için ultraviyole ışık altında belirli bir süre tutulan bellekler SRAM belleklerdir. 7. ( ) Elektriksel olarak yazılabilen ve silinebilen belleklere EEPROM denir. 8. ( ) PIC16F84 ün 5 Kbyte lık program belleği vardır. 9. ( ) Mikrodenetleyicinin istenilen şekilde çalışabilmesi için yazılan programı mikrodenetleyiciye yükleyen karta programlama kartı denir. 10. ( ) Programlama kartı bilgisayara seri, paralel veya usb port üzerinden bağlanabilir. 11. ( ) Deneme kartında giriş olarak ledler seçilebilir. 12. ( ) On-grid GES sisteminde akü kullanılır. 13. ( ) Akıllı (smart) inverter içinde akü şarj regülatörü bulunur. 14. ( ) Modifiye edilmiş inverter çıkışından tam sinüs alınır. 15. ( ) İnverterde kontrol işlemini mikrodenetleyici yapar. DEĞERLENDİRME MODÜL DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarıyla karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrarlayınız. Bütün cevaplarınız Evet ise bir sonraki modüle geçmek için öğretmeninizle iletişim kurunuz. 36

41 CEVAP ANAHTARLARI CEVAP ANAHTARLARI ÖĞRENME FAALİYETİ-1 İN CEVAP ANAHTARI 1 D 2 D 3 C 4 40 yıldan fazla 5 C 6 1 KB 7 68 Byte 8 5 bit, 8 bit, 13 9 D 10 C ÖĞRENME FAALİYETİ-2 NİN CEVAP ANAHTARI 1 Doğru 2 D 37

42 MODÜL DEĞERLENDİRMENİN CEVAP ANAHTARI 1 Yanlış 2 Yanlış 3 Doğru 4 Doğru 5 Yanlış 6 Yanlış 7 Doğru 8 Yanlış 9 Doğru 10 Doğru 11 Yanlış 12 Yanlış 13 Doğru 14 Yanlış 15 Doğru 38

43 KAYNAKÇA KAYNAKÇA ALTINBAŞAK Orhan, Mikrodenetleyiciler ve Pic Programlama, I. Basım, İstanbul 2008 ALTINBAŞAK Atilla, Mikrodenetleyiciler ve Pic Programlama (16F628A), I. Basım, İstanbul 2005 ŞAKİN Hikmet, DAYANIK Ayhan, ALTINBAŞAK Caner, PIC Programlama Teknikleri ve PIC16F877A, I. Basım, İstanbul 2006 TAŞBAŞI Abdurrahman, Atmel AVR Programlama (ATtiny2313), I. Basım, İstanbul 2006 AYYILDIZ Serkan, Jal İle PIC Programlama, I. Basım, İstanbul 2006 ÇİÇEK Serdar, CCS C ile Pic Programlama, I. Basım, İstanbul 2007 ŞAHİN Hikmet, Bilgisayar Destekli Tasarım Proteus ISIS&ARES V.7, II. Basım, İstanbul 2008 ALTINBAŞAK Orhan, Pic Basic Pro ile PIC Programlama, I. Basım, İstanbul 2007 ÖZGÜN Haluk, Fotovoltaik Enerji Sistemleri Temel Kavramları ve Örnek Projelerle Fotovoltaik Güneş Enerjisi Sistemleri, II. Basım, İstanbul