RADYO FREKANSIYLA KABLOSUZ SICAKLIK KONTROLÜ WIRELESS TEMPERATURE CONTROL BY RADIO FREQUENCY

Transkript

1 RADYO FREKANSIYLA KABLOSUZ SICAKLIK KONTROLÜ WIRELESS TEMPERATURE CONTROL BY RADIO FREQUENCY Mehmet TÜMAY, Çankırı Karatekin Üniversitesi Meslek Yüksekokulu, Çankırı Mustafa TEKE, Çankırı Karatekin Üniversitesi Meslek Yüksekokulu, Çankırı Nurettin GÖKġENLĠ, Çankırı Karatekin Üniversitesi Meslek Yüksekokulu, Çankırı ÖZET Bu çalıģmada, kablo ile sıcaklık kontrolünün zor ve maliyetli olduğu durumlarda kullanılabilecek, RF veri haberleģmesi ile kablosuz çalıģan bir uzaktan sıcaklık kontrol sistemi geliģtirilmiģtir. Bu sistemde, ölçüm noktasındaki sıcaklık bilgisi kontrol birimi tarafından alınabilmekte, bu sıcaklık değeri sıvı kristal ekranda gösterilmekte ve kablosuz olarak ayarlanan sıcaklık değerine ulaģıldığında bağlı olan röleyle cihaz kontrolü gerçekleģtirilmektedir. Yapılan deneylerde, kontrol biriminin, ölçüm noktalarından 40 metre uzaklığa kadar doğru Ģekilde ayarlama yapılabildiği gözlenmiģtir. ABSTRACT In this study, a remote temperature control system that works with the wireless RF data communication in cases where temperature control with cable is difficult and costly has been developed. In this system, the temperature information at measurement point can be taken out by the control unit, this temperature value can be displayed on LCD, and when wireless set temperature value is reached, the device control can be performed with related relays. In the experiments, it is observed that the control unit can be made the correct adjustment to a distance of 40 meters from measurement points. 1. GİRİŞ Bu sıcaklık kontrol sisteminde, National firması tarafından üretilen LM35 adlı sıcaklık sensörü kullanılarak okunan ortam sıcaklığının RF ile kablosuz Ģekilde kontrolü hedeflenmiģtir. RF veri iletimi için Udea firması tarafından üretilen ve ASK modülasyonu kullanan ATX-34 / ARX-34 verici-alıcı birimleri kullanılmıģtır. Ölçüm noktasında PIC16F88 mikrodenetleyicisi, ATX-34 RF vericisi ve LM35 sıcaklık algılayıcısından oluģan ölçüm birimi, kontrol noktasında ise PIC12F675 mikrodenetleyicisi ve ARX-34 RF alıcısından oluģan kontrol birimi bulunmaktadır. Kontrol birimi tarafından yapılan ayarlamalar RF yoluyla ölçüm birimi tarafında bulunan LCD de ortam sıcaklık bilgisiyle birlikte gösterilmektedir. Bu çalıģmada geliģtirilen sistemin yapısı ġekil 1 de verilmektedir. PIC12F675 + C ATX-34 RF VERĠCĠ ARX-34 RF ALICI PIC16F88 LM35 LCD ISITICI RÖLE SOĞUTUCU ġekil 1. Kablosuz Sıcaklık Kontrol Sisteminin Blok Gösterimi. 1

2 Uzak mesafedeki kombi gibi cihazların çalıģma sıcaklığını ayarlamak aynı zamanda sıcaklık değiģimine bağlı olarak kombi, elektrikli ısıtıcıların çalıģmasını kontrol etmek, motor sıcaklığını takip edip soğutucu pervane çalıģmasını sağlayacak bir kablosuz düzenek için kullanılabilecek bir çalıģmanın yapılması sanayide ihtiyaç duyulan bir durum olarak düģünülmektedir. 2. SICAKLIK ÖLÇÜMÜ Endüstriyel olarak çalıģan çoğu sistemde sıcaklık bilgisinin ölçümüne gereksinim duyulmaktadır. Sıcaklık kontrolünde genellikle sıcaklık algılayıcı olarak PTC ve NTC olarak adlandırılan termistörler kullanılmaktadır. Termistörler sıcaklığa bağlı olarak doğrusal olmayan analog çıkıģ vermektedirler. Bu nedenle hassas sıcaklık ölçümlerinde kullanılmaları problemlere neden olmaktadır. National Instruments firması tarafından üretilen ve analog çıkıģ veren (10mV/ C) LM35 yarıiletken sıcaklık algılayıcısı ile herhangi bir harici kalibrasyona gerek duyulmadan ölçüm alınabilmektedir. Bu tür analog sıcaklık algılayıcılarının sayısal sistemlerde kullanılabilmesi için sıcaklık bilgisinin analog-dijital dönüģtürücü (ADC) kullanılarak sayısal bilgiye dönüģtürülmesi gerekmektedir LM35 yarıiletken sıcaklık algılayıcı LM35 yarıiletken sıcaklık algılayıcı C baģına 10 mv gerilim üreten bir sensördür. En fazla 0.5 C lik hata ile -55 C ile +150 C arası ölçüm yapabilmektedir. TO-92 kılıfındaki LM35 in görünümü ġekil 2. de verilmektedir. ġekil 2. LM35 yarıiletken sıcaklık algılayıcı. LM35 çıkıģ gerilimi sıcaklık değiģimiyle doğru orantılıdır. Fiyatı ucuz ve piyasada bulunması kolay bir elemandır. 1 numaralı bacağına besleme gerilimi verilip, 3 numaralı bacağa da toprak bağlantısı yapılırsa 2 numaralı bacaktan sıcaklıkla doğrusal değiģen gerilim elde edilmektedir [1]. Üretilen bu analog gerilimi dijitale dönüģtürmek için analog-dijital dönüģtürücü (ADC) kullanılabileceği gibi içyapısında ADC bulunan uygun bir mikrodenetleyici de tercih edilebilmektedir. Bu projede 16F88 mikrodenetleyicisi analog gerilim değerini dijital sinyale dönüģtürmede kullanılmıģtır [2] LM35 yarıiletken sıcaklık algılayıcı ADC çalışması LM35 yarıiletken sıcaklık sensörü maksimum 100 C ölçmektedir ve 100 C deki çıkıģı 1 Volt olmaktadır. 1 Volt ise Dijital olarak ~204 sayısına denk gelmektedir.(1023/5 = 204,6) Formülde; 100 derecede 204 sayısı okunuyor ise okunan ADC değerinde X derecesi okunur, orantısından yola çıkarak; X = (okunan_adc*100)/204 olmaktadır. 3. KABLOSUZ İLETİŞİM Ölçüm birimiyle kontrol birimi arası iletiģim için Udea firması tarafından üretilen ve 433MHz frekansında Genlik Kaydırmalı Anahtarlama (Amplitude-shift keying) (ASK) modülasyonu yapan ATX-34 RF verici ve ARX-34 RF alıcı birimleri kullanılarak 2400bps hızında veri iletimi yapılmıģtır. Bu alıcı ve verici birimlerin dıģ görünümleri ġekil 3. ve ġekil 4. de verilmiģtir [3]. 2

3 ġekil 3. ATX-34 RF verici biriminin önden ve arkadan görünüģü ġekil 4. ARX-34 RF alıcı biriminin önden görünüģü 4. MİKRODENETLEYİCİ BİRİMLERİ Bu çalıģmada, LM35 sıcaklık algılayıcıdan analog biçimde alınan sıcaklık bilgisinin mikrodenetleyiciyle sayısala dönüģümü yapılmaktadır. Algılanan ortam sıcaklığının ve kontrol birimi tarafından yapılan ayarlama değerlerinin LCD de gösterilmesi için Microchip firması tarafından üretilen PIC16F88 mikrodenetleyicisi kullanılmıģtır. Bu mikrodenetleyicinin bazı önemli özellikleri Çizelge 1 de verilmektedir. Çizelge 1. PIC16F88 mikrodenetleyici özellikleri Özellikler Değer Program Bellek Tipi Flash Program Belleği (KB) 1.75 En Yüksek ÇalıĢma Frekansı (MHz) 20 Dahili osilatör (MHz) 4 RAM Bytes 64 Data EEPROM (bytes) 128 ADC 4 kanal, 10-bit Pin sayısı ve Paket tipi 8 pin DIP Kontrol birimi tarafında bulunan PIC12F675 mikrodenetleyicisiyle arttırma, azaltma ve doğrudan röle açma kapama sinyalleri verici modül yardımıyla alıcı birime yollanmaktadır. Bu mikrodenetleyicinin bazı önemli özellikleri Çizelge 2 de verilmektedir. Çizelge 2. PIC12F675 mikrodenetleyici özellikleri Özellikler Değer Program Bellek Tipi Flash Program Belleği (KB) 4 En Yüksek ÇalıĢma Frekansı (MHz) 20 Dahili osilatör (MHz) 20 RAM (Bytes) 368 Data EEPROM (Bytes) 256 ADC 7 kanal, 10-bit Pin sayısı ve Paket tipi 18 pin DIP 3

4 Bu mikrodenetleyiler, sahip olduğu RISC mimarisi ile az sayıda komut kullanılarak kolayca programlanabilmektedirler [4]. Yazılım geliģtirme araçlarının Microchip firması tarafından ücretsiz olarak sağlanması ve Basic, C gibi dillerle programlanabilmeleri bu mikrodenetleyicilerin seçimindeki önemli etkenlerdir [5]. 5. SİSTEMİN UYGULANMASI Tasarlanan ve uygulanan bu devrede C dili ile programlanan mikrodenetleyicilerle verici RF modülden gönderilen sinyallerin alıcı tarafa iletimi sağlanmıģtır. Ġletilen sinyaller alıcı RF modülle mikrodenetleyiciye aktarılmıģtır. Alıcı tarafındaki sıcaklıkla kontrol birimi tarafından ayarlanan sıcaklık değeri karģılaģtırılmıģtır. Sıcaklığın ayarladığımız dereceye göre düģük veya yüksek olmasına göre; sıcaklık düģtüğünde bir ısıtıcının çalıģması, arttığında da bir pervanenin dönmesi sağlanarak sıcaklık kontrolü aç-kapa (on-off ) yöntemiyle yapılmıģtır. GeliĢtirilen prototip, baskı devreye dönüģtürülerek çalıģtırılmıģtır. Verici kısımdaki butonlarla yapılan ayarlamalar algılayıcı tarafına kablosuz olarak iletilmiģtir. Ölçülen sıcaklık bilgileri ve ayarlanan sıcaklık değerleri, alıcı birimdeki LCD de görülmüģtür. Ġlgili resim ġekil 5. de verilmektedir. RF alıcıların performansını test etmek üzere alıcı ve verici birimler birbirlerinden uzaklaģtırılmıģtır. Açık ortamda 35-40m ye kadar veri iletimi sorunsuz bir Ģekilde yapılmıģtır. ġekil 5. Radyo frekansıyla kablosuz sıcaklık kontrolü devresi 4

5 BAġLA Pic KURULUM LCD KURULUM BUTON BUTON=A ARTTIR BUTON=B AZALT BUTON=C RÖLE ġekġl 6 Verici Devre AkıĢ Diyagramı BAġLA Pic KURULUM LCD KURULUM Ġ=0 SICAKLIK BUTON BUTON=ARTTIR i=i+1 BUTON=AZALT i=i-1 BUTON=RÖLE RÖLE i>sicaklik PERVANE i< SICAKLIK ISITICI ġekġl 7 Alıcı Devre AkıĢ Diyagramı 5

6 6. SONUÇ Bu çalıģmada, LM35 sıcaklık algılayıcıları, ATX-34 RF verici ve ARX-34 RF alıcı birimleri ve PIC16F88 ve PIC12F675 mikrodenetleyicileri kullanılarak kablosuz olarak sıcaklık kontrolü yapabilen bir sistem geliģtirilmiģtir. Bu sistem, kablo kullanılarak veri iletiminin güç veya maliyetli olduğu uygulamalarda düģük maliyetli bir çözüm olarak kullanılabilir. Ġleriki çalıģmalarda DS18B20 gibi sayısal çıkıģ veren bir sıcaklık sensörü kullanılarak daha hassas bir çalıma sağlanabilir. Ayrıca aç-kapa (on-off) kontrol yerine oransal, türevsel veya integral kontrollerin bir veya birkaçı (PID gibi) bir arada yapılarak daha hassas bir kumanda sistemi yapılabilir. KAYNAKÇA [1] LM35 Sıcaklık Algılayıcısının Katalog Bilgileri. ( [2] D. Ġbrahim, PIC C ile Sıcaklık Kontrol Projeleri, BileĢim Yayınları, Ġstanbul, [3] ARX-434 ve ATX-434 Katalog Bilgileri. ( [4] PIC16F88 ve PIC12F675 Mikrodenetleyicilerin Katalog Bilgileri. ( [5] Ç. Serdar, CCS C ile PIC Programlama, AtlaĢ Yayınları, Ġstanbul,2009 6