IŞIĞA YÖNELEN PANEL. Muhammet Emre Irmak. Mustafa Kemal Üniversitesi Mühendislik Fakültesi. Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Transkript

1 IŞIĞA YÖNELEN PANEL Muhammet Emre Irmak Mustafa Kemal Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü e-posta: ÖZET Işığa yönelen panel projesinin amacı, enerjisini Güneş ten elde eden sistemlerin Güneşe yönelerek verimlerinin artırılması ayrıca robotik sistemlerde ışığa yönelimin sağlanmasıdır. Sistem tasarımında, ışığa duyarlı LDR ler kullanılarak bu LDR lerin voltaj değerlerinin PİC 16F877A tarafından değerlendirilmesi sağlanarak gerekli tepkinin step motor aracılığıyla panelin dönmesi şeklinde verilmesi sağlanmıştır. Anahtar Kelimeler : Işık Şiddeti Ölçme, Step Motor Kontrolü, Güneş Takip Sistemi,16F GİRİŞ Işık, enerji taşıyan paketçiklerin dalgalar halinde ve belirli doğrultular boyunca yayılmasıdır. Dolayısıyla ışıktan sağlanan istifadenin en üst düzeyde olması için yüzeyin ışıkla 90 derece açı yapması gerekir. Güneş gibi hareketli kaynaklardan enerji elde ederkende yüzeyin mümkün olduğunca Güneşi takip etmesi sağlanmalıdır. İşte bu amaçla ışığın şiddetinin en yüksek olduğu açının ölçümünü yapan aletler geliştirilmiş ve günümüzde uydular, Güneş enerjisi elektrik santralleri, enerjisini Güneş ten alan robotlar ve uzay istasyonlarında aktif olarak kullanılmaktır. Projenin amacıda bu takip sistemlerinin temel çalışma esaslarının anlaşılması ve mikroişlemci kullanılarak bunun uygulanmasıdır. 2. MATERYAL VE YÖNTEM Öncelikle ışık şiddetinin ölçülmesi için 8 adet LDR (Light Dependent Resistör) yani ışık miktarına göre direnci değişen devre elemanı kullanılmıştır. Bu LDR ler aralarında 45 derece açı olacak ve yüzeyleride yine 45 derece yukarı bakacak şekilde yerleştirilmiştir. Bu LDR ler 10k lık (kiloohm) dirençler ile seri bağlanmıştır. Yani toplam 8 LDR, 8 de 10k direnç kullanılmıştır. LDR ile direncin orta noktasından bir çıktı alınarak PİC16F877A nın analog girişine uygulanmıştır. 16F877 de 8 adet ADC (Analog to Digital Convertör) Analog Sayısal Dönüştürü mevcuttur (2). LDR nin üzerine ışık düştüğü zaman direnci azalır ve dolayısıyla üzerine düşen voltajda azalır. Bu durumda LDR ye seri bağlı direncin voltajı artar. ADC bu voltajı alır ve sayısala dönüştür. Diğer 7 bağlantı için aynı işlem uygulanır.bu sekiz sayısal sonuç birbirleriyle kıyaslanır ve en büyük olan LDR nin yönü hangisiyse gerekli assembly kodlarıyla step motorun adım miktarı ayarlanarak panelin o yöne dönmesi sağlanır. ADC 10 bitlik sayısal çevirim sonucunu PİC16F877 nin ADREDH ve ADRESL olmak üzere iki registerine kaydeder (5). Programda yüksek değerli 8 bitin ADRESH a kaydedilmesi ve buradanda her bir kanal sonucu için ayrı bir yazmaca aktarılması sağlanmıştır. Ardından 8 kanal içinde çevirme bitince kıyaslama aşamasına geçilir. Herbir register diğerinden çıkarılarak diğerlerinden küçük olduğu anlaşılırsa işlem atlanarak o anki registerin en büyük olmadığı anlaşılır. En büyük olan bulununca step motor ile panelin dönmesi için gerekli kodlara geçilir. PİC in PORTB çıkışlarına sırasıyla çıkış verilerek step motorun sağa veya sola dönmesi sağlananır.step motorun sürülmesinde PİC ten gelen akım yetersiz olduğundan kuvvetlendirmek için ULN2003 entegresi kullanılmıştır.(10)

2 Şekil 1. LDR nin voltajı yorumlanır ve step motor döndürülür Şekil 2.Voltaj Bölüm Kuralı LDR üzerine düşen ışık akısı arttığı zaman direnci azalan bir elemandır. LDR nin direnci azaldığında ona seri bağlanmış 10k lık dirence düşen voltaj artmakta ve dirençten alınan analog çıkış PIC in analog girişine uygulanmaktadır (12). PIC analog girişinin referans voltajı 5 V alınmıştır. PIC analog girişteki değeri 5V üzerinden yorumlayarak sayısal bir değere dönüştürmekte ve bu değeri bir yazmacta saklamaktadır.8 LDR için aynı işlem sırayala uygulanır.(5)

3 2.1 AKIŞ DİYAGRAMI Şekil 3. Akış Diyagramı

4 3. PERFORMANS ANALİZİ Şekil 4. İsis Simülasyonu 1 Simülasyonda kıyaslanacak olacak yazmaçlardan 1.sine b' ', 2.sine b' ', 3.süne b' ', 4.süne b' ', 5.sine b' ', 6.sına b' ', 7.sine b' ', 8.sine b' ' değeri verilmiştir. Görüldüğü gibi 7.led yanmıştır.aşağıdaki şekilde ise 6. yazmaca değer olarak b olarak en büyük değer verilmiş ve 6. led yanmıştır. Şekil 5. İsis Simülasyonu

5 Şekil 6. Breadboard Üzerinde Deneme Şekil 7. Breadboard Üzerinde Deneme

6 Şekil 8. Delikli Pertinaks üzerine devrenin lehimlenmesi Şekil 9. Pertinaks üzerinde devrenin üstten görünüşü

7 Şekil 10. Tasarımın Kutulanması Şekil 11. Tasarımın Son Hâli

8 4. SONUÇLAR VE GELİŞTİRME ÖNERİLERİ Proje gün ışığında denendiğinde çalışmıştır. 45 derece yön değiştirmelerinde sırayla renkli ledlere bakarak LDR lerin doğru okunduğu gözlenmiştir. Oda lambasında denendiğinde LDR yerleşim açılarının gün ışığına göre ayarlanmasından dolayı yanlış ölçmeler olmuştur. LDR yüzeyleri lambayı görecek şekilde ayarlandığında tüm LDR ler doğru okunmuştur. Son LDR ayarlamaları sırasında ADC kanal 7 ve 8 in üzerine 5 volt düştüğü halde en büyük değer olarak okumadığı görülmüştür dolayısıyla hasar almış olabileceği düşünülmektedir. Diğer 6 kanal üzerine düşen görevi yerine getirmektedir. Bu projede Assembly dili kullanıldığından bir çok işlemin rahat bir şekilde yapılması mümkün olmamıştır. Pic Basic yada Pic C gibi bir dil kullanıldığında sadece 3 LDR ile bile çok hassas işlemler yapılabilir. Örneğin değeri en büyük 2 LDR alınır. İnterpolasyon işlemi ile aradaki farkın artış oranına göre büyük olan LDR yönüne yakın olacak şekilde dönme işlemi sağlanabilir. Bir diğer şekilde LDR okuma tek LDR ile de yapılabilir. Bu işlemde step motor 2,3,4,5 gibi küçük açılarda döner ve ADC 1.kanal okunur. Değerler registerlere atılır. Bu işlem 360 derece tamamlanıncaya kadar yapılır. Aritmetik işlemlerle en büyük register bulunur ve step motor o yöne dönebilirdi veya daha hassas sensörler kullanılabilir veya önceden bir konumda okunmuş değerler veri tabanına yüklenerek herhangi bir Güneş takip sistemi olmaksızın panellerin yönelimide bu sistem dışında alternatif olabilir. NOT: Program kodları ektedir. ASM dosyası aşağı linkteki adrestedir. Prototip videosu bir aşağıdaki linktedir KAYNAKLAR 1. PIC Mikrodenetleyiciler, Fevzi Akar. Mustafa Yağımlı

9 6.PROGRAM KODU ;PIC16F877A ile step motoru ışığın fazla olduğu yöne çevirme LIST P=16F877A INCLUDE "P16F877.INC" CONFIG _CP_OFF &_WDT_OFF &_PWRTE_ON &_XT_OSC &_BODEN_OFF &_LVP_OFF &_CPD_OFF &_WRT_ENABLE_OFF REGIS0 equ 0x21 REGIS1 equ 0x22 REGIS2 equ 0x23 REGIS3 equ 0x24 REGIS4 equ 0x25 REGIS5 equ 0x26 REGIS6 equ 0x27 REGIS7 equ 0x28 ;Kaydedici adresleri Sayac3 equ 0x29 Sayac4 equ 0x2a SAY equ 0x32 ORG 00H ;Reset Vektörü MOVLW H'00' MOVWF SAY ;Panel dönme işlem ;sayıcısı ilk değeri BASLA INCF SAY ;Program başlangıcı ;İşlem sayıcısını artır BSF STATUS,RP0 ;BANK1 e geç MOVLW B' ' MOVWF TRISA MOVWF TRISE CLRF TRISB CLRF TRISC CLRF TRISD ;PORTA Giriş ;PORTE Giriş ;PORTB Çıkış ;PORTC Çıkış ;PORTD Çıkış MOVLW B' ' ;Analog işlem için ADCON yazmac; MOVWF ADCON1 ;değeri ata

10 BCF STATUS,RP0 ;BANK0 a geç CLRF PORTA CLRF PORTC CLRF PORTD CLRF PORTE ;Giriş Çıkışları Sıfırla movlw B' ' movwf ADCON0 ;Analog dönüşüm ve 1.ADC aktif movlw b' ' movwf PORTC clrf PORTC ;İşlem başlangıç işareti AN1 donustur1 BCF STATUS,RP0 BSF ADCON0,2 ; Donusum Baslasin Kontrol1 ;dönüşümün bittiğini doğrula btfsc ADCON0,2 goto Kontrol1 Yaz1 movf ADRESH,0 movwf REGIS0 ;registere yüksek değerli 8 bitin ;kaydedilmesi AN2 movlw B' ' movwf ADCON0 ;Analog dönüşüm ve 2.ADC aktif donustur2 BCF STATUS,RP0

11 Kontrol2 BSF ADCON0,2 ; Donusum Baslasin btfsc ADCON0,2 goto Kontrol2 Yaz2 movf ADRESH,0 movwf REGIS1 AN3 movlw B' ' movwf ADCON0 ;Analog dönüşüm ve 3.ADC aktif donustur3 BCF STATUS,RP0 BSF ADCON0,2 ; Donusum Baslasin Kontrol3 btfsc ADCON0,2 goto Kontrol3 Yaz3 movf ADRESH,0 movwf REGIS2 AN4 movlw B' ' movwf ADCON0 ;Analog dönüşüm ve 4.ADC aktif donustur4 BCF STATUS,RP0 BSF ADCON0,2 ; Donusum Baslasin Kontrol4 btfsc ADCON0,2

12 goto Kontrol4 Yaz4 movf ADRESH,0 movwf REGIS3 AN5 ;Analog dönüşüm ve 5.ADC aktif movlw B' ' movwf ADCON0 donustur5 BCF STATUS,RP0 BSF ADCON0,2 ; Donusum Baslasin Kontrol5 btfsc ADCON0,2 goto Kontrol5 Yaz5 movf ADRESH,0 movwf REGIS4 AN6 movlw B' ' movwf ADCON0 ;Analog dönüşüm ve 6.ADC aktif donustur6 BCF STATUS,RP0 BSF ADCON0,2 ; Donusum Baslasin Kontrol6 btfsc ADCON0,2 goto Kontrol6 Yaz6

13 movf ADRESH,0 movwf REGIS5 AN7 movlw B' ' movwf ADCON0 ;Analog dönüşüm ve 7.ADC aktif donustur7 BCF STATUS,RP0 BSF ADCON0,2 ; Donusum Baslasin Kontrol7 btfsc ADCON0,2 goto Kontrol7 Yaz7 movf ADRESH,0 movwf REGIS6 AN8 movlw B' ' movwf ADCON0 ;Analog dönüşüm ve 8.ADC aktif donustur8 BCF STATUS,RP0 BSF ADCON0,2 ; Donusum Baslasin Kontrol8 btfsc ADCON0,2 goto Kontrol8 Yaz8 movf ADRESH,0

14 movwf REGIS7 MOVLW B' ' MOVWF PORTC clrf PORTC ;girişlerden hangisinin büyük ;olduğunun kıyaslanması safhası TEST1 ;TEST1 BSF STATUS,C ;carry biti çıkarma işlemi için ;set et MOVF REGIS1,W ;0. registerden 1.yi çıkar SUBWF REGIS0,W ;eğer carry biti kullanılmışsa GOTO DEGIL1 ;register en büyük olan değil ;atlamak için DEGIL1 e git MOVF REGIS2,W ;0. registerden 2.yi çıkar SUBWF REGIS0,W GOTO DEGIL1 MOVF REGIS3,W ;0. registerden 3.yi çıkar SUBWF REGIS0,W GOTO DEGIL1 MOVF REGIS4,W ;0. registerden 4.yi çıkar SUBWF REGIS0,W GOTO DEGIL1 MOVF REGIS5,W ;0. registerden 5.yi çıkar SUBWF REGIS0,W GOTO DEGIL1 MOVF REGIS6,W ;0. registerden 6.yi çıkar

15 SUBWF REGIS0,W GOTO DEGIL1 MOVF REGIS7,W ;0. registerden 7.yi çıkar SUBWF REGIS0,W GOTO DEGIL1 CALL BULUNDU1 ;tüm çıkarmaları aşan register sona ;ulaşır DEGIL1 ;2.değeri diğerleriyle kıyasla ;TEST2 BSF STATUS,C MOVF REGIS0,W SUBWF REGIS1,W GOTO DEGIL2 MOVF REGIS2,W SUBWF REGIS1,W GOTO DEGIL2 MOVF REGIS3,W SUBWF REGIS1,W GOTO DEGIL2 MOVF REGIS4,W SUBWF REGIS1,W GOTO DEGIL2 MOVF REGIS5,W SUBWF REGIS1,W GOTO DEGIL2 MOVF REGIS6,W SUBWF REGIS1,W GOTO DEGIL2 MOVF REGIS7,W SUBWF REGIS1,W GOTO DEGIL2 CALL BULUNDU2 ;3.değeri diğerleriyle kıyasla

16 DEGIL2 ;TEST3 BSF STATUS,C MOVF REGIS0,W SUBWF REGIS2,W GOTO DEGIL3 MOVF REGIS1,W SUBWF REGIS2,W GOTO DEGIL3 MOVF REGIS3,W SUBWF REGIS2,W GOTO DEGIL3 MOVF REGIS4,W SUBWF REGIS2,W GOTO DEGIL3 MOVF REGIS5,W SUBWF REGIS2,W GOTO DEGIL3 MOVF REGIS6,W SUBWF REGIS2,W GOTO DEGIL3 MOVF REGIS7,W SUBWF REGIS2,W GOTO DEGIL3 CALL BULUNDU3 DEGIL3 ;4.değeri diğerleriyle kıyasla ;TEST4 BSF STATUS,C MOVF REGIS0,W SUBWF REGIS3,W GOTO DEGIL4 MOVF REGIS1,W SUBWF REGIS3,W GOTO DEGIL4

17 MOVF REGIS2,W SUBWF REGIS3,W GOTO DEGIL4 MOVF REGIS4,W SUBWF REGIS3,W GOTO DEGIL4 MOVF REGIS5,W SUBWF REGIS3,W GOTO DEGIL4 MOVF REGIS6,W SUBWF REGIS3,W GOTO DEGIL4 MOVF REGIS7,W SUBWF REGIS3,W GOTO DEGIL4 CALL BULUNDU5 ;5.değeri diğerleriyle kıyasla DEGIL4 ;TEST5 BSF STATUS,C MOVF REGIS0,W SUBWF REGIS4,W GOTO DEGIL5 MOVF REGIS1,W SUBWF REGIS4,W GOTO DEGIL5 MOVF REGIS2,W SUBWF REGIS4,W GOTO DEGIL5 MOVF REGIS3,W SUBWF REGIS4,W GOTO DEGIL5

18 MOVF REGIS5,W SUBWF REGIS4,W GOTO DEGIL5 MOVF REGIS6,W SUBWF REGIS4,W GOTO DEGIL5 MOVF REGIS7,W SUBWF REGIS4,W GOTO DEGIL5 CALL BULUNDU6 ;6.değeri diğerleriyle kıyasla DEGIL5 ;TEST6 BSF STATUS,C MOVF REGIS0,W SUBWF REGIS5,W GOTO DEGIL6 MOVF REGIS1,W SUBWF REGIS5,W GOTO DEGIL6 MOVF REGIS2,W SUBWF REGIS5,W GOTO DEGIL6 MOVF REGIS3,W SUBWF REGIS5,W GOTO DEGIL6 MOVF REGIS4,W SUBWF REGIS5,W GOTO DEGIL6 MOVF REGIS6,W SUBWF REGIS5,W GOTO DEGIL6 MOVF SUBWF REGIS7,W REGIS5,W

19 GOTO DEGIL7 CALL BULUNDU7 ;7.değeri diğerleriyle kıyasla DEGIL6 ;TEST7 BSF STATUS,C MOVF REGIS0,W SUBWF REGIS6,W GOTO DEGIL7 MOVF REGIS1,W SUBWF REGIS6,W GOTO DEGIL7 MOVF REGIS2,W SUBWF REGIS6,W GOTO DEGIL7 MOVF REGIS3,W SUBWF REGIS6,W GOTO DEGIL7 MOVF REGIS4,W SUBWF REGIS6,W GOTO DEGIL7 MOVF REGIS5,W SUBWF REGIS6,W GOTO DEGIL7 MOVF REGIS7,W SUBWF REGIS6,W GOTO DEGIL7 CALL BULUNDU8 ;8.değeri diğerleriyle kıyasla DEGIL7 BSF STATUS,C ;TEST8 MOVF REGIS0,W SUBWF REGIS7,W GOTO DEGIL8

20 MOVF REGIS1,W SUBWF REGIS7,W GOTO DEGIL8 MOVF REGIS2,W SUBWF REGIS7,W GOTO DEGIL8 MOVF REGIS3,W SUBWF REGIS7,W GOTO DEGIL8 MOVF REGIS4,W SUBWF REGIS7,W GOTO DEGIL8 MOVF REGIS5,W SUBWF REGIS7,W GOTO DEGIL8 MOVF REGIS6,W SUBWF REGIS7,W GOTO DEGIL8 CALL BULUNDU8 DEGIL8 UYKU MOVLW H'00' MOVWF SAY ;Uzun süreli bekleme için ;Bu kodlar zamanlama kodlarıyla ;değiştirilerek pic in uyuması ; sağlanabilir ;Panel dönme işlem sayıcısını ;sıfırla CALL BEKLE CALL BEKLE CALL BEKLE CALL BEKLE CALL BEKLE CALL BEKLE

21 BULUNDU1 ;Paneli 1.LDR ile aynı açıda tutmak MOVLW B' ' MOVWF PORTC ;Step motor hareketini engelle ;1 nolu LED in yak CALL BEKLE GOTO BASLA BULUNDU2 MOVLW B' ' MOVWF PORTC CALL SOLDON ;Paneli 2.LDR ile aynı açıya ;döndürmek için ;2.nolu LED i yak ;45 derece sola dön CALL BEKLE ;bekle BTFSC SAY,2 ;Panel dönme işlemi 3 kere yapıldıysa CALL UYKU ;atla CALL SAGDON ;45 derece sağa dön GOTO BASLA BULUNDU3 MOVLW B' ' MOVWF PORTC ;Paneli 3.LDR ile aynı açıya ;döndürmek için CALL DONSEKIZE CALL BEKLE BTFSC SAY,2

22 CALL UYKU CALL DONBIRE GOTO BASLA BULUNDU4 MOVLW B' ' MOVWF PORTC ;Paneli 4.LDR ile aynı açıya ;döndürmek için CALL DONSEKIZE CALL DONDORDE CALL DONIKIYE CALL BEKLE BTFSC SAY,2 CALL UYKU CALL DONDORDE CALL DONSEKIZE CALL DONBIRE GOTO BASLA BULUNDU5 MOVLW B' ' MOVWF PORTC ;Paneli 5.LDR ile aynı açıya ;döndürmek için

23 CALL BEKLE BTFSC SAY,2 CALL UYKU CALL DONSEKIZE GOTO BASLA BULUNDU6 MOVLW B' ' MOVWF PORTC ;Paneli 6.LDR ile aynı açıya ;döndürmek için CALL DONBIRE CALL DONIKIYE CALL BEKLE BTFSC SAY,2 CALL UYKU CALL DONBIRE CALL DONSEKIZE

24 GOTO BASLA BULUNDU7 MOVLW B' ' MOVWF PORTC ;Paneli 7.LDR ile aynı açıya ;döndürmek için CALL DONBIRE CALL BEKLE BTFSC SAY,2 CALL UYKU CALL DONSEKIZE GOTO BASLA BULUNDU8 ;Paneli 8.LDR ile aynı açıya ;döndürmek için MOVLW B' ' MOVWF PORTC CALL DONBIRE CALL DONIKIYE CALL BEKLE

25 BTFSC SAY,2 CALL UYKU CALL DONBIRE CALL DONSEKIZE GOTO BASLA DONBIRE ;Step motorun hassas ayarı için ;gerekli bir adımlık alt program MOVLW h'01' DONIKIYE MOVLW h'02' ;Step motorun hassas ayarı için ;gerekli bir adımlık alt program DONDORDE ;Step motorun hassas ayarı için ;gerekli bir adımlık alt program MOVLW h'04' DONSEKIZE MOVLW h'08' ;Step motorun hassas ayarı için ;gerekli bir adımlık alt program DONSDENB ;Step motoru sola döndürmek için ;gerekli olan alt program MOVLW h'08'

26 MOVLW h'04' MOVLW h'02' MOVLW h'01' DONBDENS ;Step motoru sağa döndürmek için ;gerekli olan alt program MOVLW h'01' MOVLW h'02' MOVLW h'04' MOVLW h'08' SOLDON ;Step motoru 45 derece sola döndür ;Bu alt program sadece BULUNDU2 için MOVLW h'04' MOVLW h'02' MOVLW h'01' MOVLW h'08' MOVLW h'04'

27 MOVLW h'02' SAGDON ;Step motoru 45 derece sağa döndür ;Bu alt program sadece BULUNDU2 için MOVLW h'08' MOVLW h'01' MOVLW h'02' MOVLW h'04' MOVLW h'08' MOVLW h'01' clrf PORTB BEKLE ;Uzun süreli bekleme alt programı

28 Gecikme movlw 0xff movwf Sayac3 Don1 movlw 0xff movwf Sayac4 Don2 decfsz Sayac4,f goto Don2 decfsz Sayac3,f goto Don1 return ;Gecikme Alt Programı END