ÇİZGİ İZLEYEN ROBOTU YAPIMI Gökhan YALINIZ / Eylül 2013
Çizgi İzleyen-Haprox Giriş Çizgi izleyen robotu, robot yapmaya karar vermiş insanların en çok tercih ettiği robottur.programla dilinde tabir ettiğimiz Hello Word teriminin robot yapımındaki karşılığı Çizgi İzleyen dir. Çizgi izleyen robotu büyük projelere göre basit olsa da en zorlu yolculuklardan biridir.eğer çizgi izleyen yapmak için araştırmaya başladıysanız işin %50 sini yaparsınız.pes etmezseniz kendinize ait bir çizgi izleyen robotunuz olur. Çizgi izleyen robotları siyah(beyaz) bir yol üzerindeki beyaz(siyah) çizgiyi takip ederek belirlenmiş parkurları tamamlayan robotlardır. Bir Çizgi İzleyen Yolu HUNROBOTX 2013-2014 Page 1
Bir Robot Yapmak İçin Gereken Üç Temel Parça Her projede olduğu gibi robot yaparken de izleyeceğimiz 3 temel parça olacaktır.bunlar Girdi (Input), Ana İşlem (Main Process) ve Çıktı (Output) dan oluşur. Girdi mikrodenetleyicinin dış dünyadan aldığı verilerin tamamıdır.bunun için sensörler kullanılır.nem sensörü,sıcaklık Sensörü,Zıtlık Sensörü,Titreşim Sensörü,Renk Sensörü diye liste uzayıp gider. Ana işlem mikrodenetleyicimizin aldığı girdiye göre istenen çıktıyı vermesi için gereken işlemlerin tamamıdır. Çıktı mikrodenetleyicinin dış dünyaya gönderdiği verilerdir. GİRDİ INPUT ANA İŞLEM MAIN PROCESS ÇIKTI OUTPUT 3 Temel Parça Çizgi İzleyen Robotu Yapmak İçin 3 Temel Parçam Ne olacak? İlk olarak ana işlemden bahsetmek istiyorum.bu işlemi yapacak olan mikrodenetleyicilerdir. Yaygın mikrodenetleyicilere örnek verecek olursak bunlar PIC,AVR,ARM,8051 olacaktır.biz programlamak için Microchip firmasının ürettiği PIC microdenetleyicilerinden PIC16F876A modelini kullanacağız. PIC16f876A HUNROBOTX 2013-2014 Page 2
İkinci olarak bahsedeceğimiz konu girdi olacaktır.çizgi takibi için kullanacağımız sensörler zıtlık sensörleridir.bu sensörlerin en çok tercih edilenleri ise CNY70 ve QRD1114 sensörleridir. Biz girdi almak için CNY70 sensörünü kullanacağız. CNY70 Üçüncü ve son olarak çıktı dan bahsedelim.çizgi izleyen için çıktı dc motorlardır.pic16f876a motorların yönünü ve hızını kontrol edecektir. DC MOTOR Bu üç parçayı bir araya getirdiğimizde oluşan tablo şöyle olacaktır; CNY70 sensöründen yolun siyah-beyaz durumu ile ilgili bilgi alınır.pic16f876 a veriyi alıp yol takibi için gerekli programı yürütür.programın sonucunda gerekli durumlara göre Dc motorlar kontrol edilir. HUNROBOTX 2013-2014 Page 3
CNY70-GİRDİ PIC16F876A-ANA İŞLEM DC MOTOR-ÇIKTI Genel bilgilendirmeden sonra çizgi izleyenin devrelerinden bahsedelim.temel bir proje olan çizgi izleyen de ana devre,motor sürücü devresi ve cny70 devresi olmak üzere üç devre oluşturacağız. İsterseniz Motor sürücü ve ana devreyi aynı devre kartınada yapabilirsiniz.ancak önermem.devreyi hazırlayıp oluşturduktan sonra ayrı ayrı devre kartlarını kontrol edebilirsiniz veya bazı aksilikler çıkabilir.bu aksilikler motor sürücüden, cny70 devresinden veya ana devreden kaynaklanıyor olabilir.ayrı ayrı yapmanız hata ararken daha kolay bulmanızı sağlayacaktır. Ana Devre Ana devremizi 3 ayrı koldan inceleyebiliriz.bunlar Pic Mikrodenetleyicisinin çalışması için gereken minumum bağlantılar, motor sürücü ve CNY70 ile iletişimini sağlaması için gerekli bağlantılar ve voltaj regülatörüdür. 1)Voltaj Regülatörü Voltaj regülatörü, voltaj sabitleyicidir.mikrodenetleyiciler ve dijital entegreler +5V besleme ile çalışmaktadır.burada PIC ile CNY70 devresi +5V gerilimle çalışmaktadır.ancak motor devresi için biraz daha fazla gerilime ihtiyaç duyarız bu genelde 9-12V arasıdır. Eğer ana devremize ve CNY70 devresine direk 9-12V bağlarsak bu devreler yanacaktır. Ancak Motoru sürmek için de 9-12V a ihtiyacımız vardır.voltaj regülatörü burada devreye girecektir.kullanacağımız voltaj regülatörü 7805 olacaktır. 7805 HUNROBOTX 2013-2014 Page 4
Bu regülatör 6-36V arası uygulanan gerilimi 5V a sabitler. Devrenin girişine 9-12V bağlayıp buradan motor sürücüyü besler,7805 kullanıp oluşan sabit 5V ile ana devreyi ve CNY70 devresini beslersek bu problemde ortadan kalkacaktır. 2)CNY70 ve Motor Sürücüler İle İletişimi Sağlamak İçin Gereken Bağlantılar Motor sürücüyü kontrol etmek için gerekli bağlantıların sağlanması için konnektörler kullanılır.aynı durum CNY70 sensör devresi içinde gereklidir. 3)PIC Mikrodenetleyicisinin Çalışması İçin Gereken Minumum Bağlantılar Pic mikrodenetyicisini çalışması için besleme gerilimi dışında bazı devre elemanlarının bağlanmasıdır.temel olarak Pic Mikrodenetleyicisinin MCLR pinine 10k bağlayıp bu pini 5V ile beslemek ve devrenizin çalışma hızını ayarlamak için Osilatör devre elemanımı bağlayıp her iki bacağından gerekli capasitör değerleriyle toprağa bağlamaktır. Şimdi Ana devremizin Isis programındaki bağlantılarına bakalım. 7805 Voltaj Regülatörü Devresi 7805 Devre Şeması Devrenin bu kısmı ana devre ile birlikte kullanılır.bu şema 12V girişten 5V çıkış almamızı sağlayan 7805 devresinin şemasıdır.burada bulunan C1 ve C2 kapasitörü devrenin ani gerilim değişmelerinden etkilenmemesi için koruma amacıyla konulmuştur.led devrenin çalışıp çalışmadığını kontrol etmek amacıyla konulmustur.direncin konulmasının sebebi de genelde ledler 3V a kadar dayanabilmesidir.bu nedenle direnç kullanılarak led üzerine düşecek olan 5V luk gerilim düşürülmüştür. HUNROBOTX 2013-2014 Page 5
PIC BAĞLANTILARI Ana devre için 7805 voltaj regülatörü devresini ekledikten sonra,pic için gerekli bağlantıların yapılması ve CNY70 devresi ile Motor Sürücü Devresi arasındaki bağlantıyı sağlıyacak konnektörleri eklemek kalmıştır. Ana Devre Şeması PIC i 5V ile besledikten sonra ilk olarak PIC için gerekli bağlantılar olan Osilatörü(gerekli Kapasitörlerler ile) toprağa bağlamak ve MCLR pinine bağlayacağımız 10K lık direnci 5V ile beslemeltir.bundan sonra kullanılanlar PIC in kullanım amacına göre değişecektir.çizgi izleyen için gerekli bağlantılardan şöyledir. RA0 pini Sharp adındaki bir konnektöre gitmiştir.bu konnektörün gideceği yer Sharp mesafe sensörüdür.bazı parkurlarda otomatik kapılar bulunmaktadır.bu kapıların kapalı-açık olduğunun durumunu anlamak için Mesafe sensörleri kullanılır.en çok tercih edilenleri ise 3 pinli olan modelleridir. HUNROBOTX 2013-2014 Page 6
PIC te analog veri ile mi yoksa dijital veri ilemi çizgi izleyeni kullanacağınız önemlidir.eğer CNY70 lerden gelen verileri analog okumak istiyorsanız analog pinleri kullanırsınız.bu devre kurulumunda avantaj sağlasa da programlama işini biraz zorlaştıracaktır.eğer dijital veri okumak istiyorsanız fazladan bir devre daha hazırlamanız gerekmektedir.bu devre LM324,LM393 ve türevlerinden oluşan opamp-yükselteç devreleridir. ICSP kullandığımız yeni bir terimdir.pic i ana devreye taktıktan sonra her program yenilemek için PIC i takıp çıkarmak gerekir.bu hem zahmetli bir iştir,hemde PIC in bacaklarına zarar verir.bu Durumu gidirmek için ICSP(In Circuit Serial Programming) kullanılır yani devreyi seri programlanır. PWM başlıklı olanlar Pic in motor sürücü ile arasındaki bağlantılar içindir.motor Sürücü devresinde ayrıntılı bahsedileceltir. Lipo pilimizi takacağımız kısımdır.switch devreyi açıp kapamak için kullanılmıştır. POWER SENS sensör devresine gönderilecek +5V luk gerilim için kullanılmıştır. POWER-MOT motor devresine gönderilecek +12V için kullanılmıştır. SOURCE LM324 devresi için gerekli +5V luk gerilim için kullanılmıştır. MOTOR SÜRÜCÜ DEVRESİ L23D Motor Sürücü Devresi Motorlar yüksek akım çeken elektronik parçalardır.ancak yüksek akım PIC in ne üretebileceği nede kontrol edebilileceği bir durum değildir.bu yüzden L293D,L298 gibi motor sürücü entegreler kullanılır.bu tip entegreler birbirinden bağımsız iki motoru kullanmayı sağlar. IN1 ve IN2 pini Motor 1 in ileri,geri kontrolünü sağlar. HUNROBOTX 2013-2014 Page 7
IN2 ve IN3 pini Motor 2 nin ileri ve geri kontrolünü sağlar. EN1 Motor 1 in çalışması için aktif edilmesi gereken pindir. EN2 Motor 2 nin çalışması için aktif edilmesi gereken pindir. OUT1 ve OUT2 pini MOTOR1 i bağladığımız iki pindir. OUT3 ve OUT4 pini MOTOR2 yi bağladığımız iki pindir. VSS Motorun dönüş hızı için kullanılacak gerilim değeridir.9-12v arası idealdir. VS motor sürücü entegresinin çalışması için gereken gerilimdir. GND pinleri toprağa bağlanır. 7805 devresinin mantığı ana devredeki ile aynıdır. POWERMOT konnektörü devre için gereken 12 V gerilimin karşılandığı konnektördür. CNY70 Devresi CNY70 sensörü kontrast-zıtlık sensörü olarak bilinir.bu sensör yakın mesafeden siyah be beyaz sensöre karşı farklı tepkiler verir.cny kızılötesi ışık yayarar.işık beyaz bir yüzeye çarparsa bu ışık yansıyacağı için çıkışa 0V-logic 0 gönderir.eğer siyah bir yüzeye çarparsa 5Vlogic 1 gönderir.çizgi izleyeninizde kullanacağınız CNY70 sensörü sayısı size kalmıştır.3 sensörden 8 sensöre kadar kullananlar var.sensör sayısı arttıkça program biraz daha zorlaşır ancak çizgi izleyenin hassasiyeti artar. Ben şahsen iyi bir programla ile 4 sensörün yeterli olduğunu düşünüyorum. Aşağıdaki şekilde göründüğü gibi istediğiniz kadar CNY70 sensörünü delikli bakır plaket yardımıyla kullanabilirsiniz. CNY70 Devresi HUNROBOTX 2013-2014 Page 8
Teorik olarak çıkışa 0V ve 5V verildiği düşünüldüğünde PIC in analog pinleri kullanılarak CNY70 i PIC e bağlamak yanlış olmaz gibi görünüyor.ancak iş pratiğe geldiğinde bu değerler 0 ve 5V arasında farklı değerler alabiliyor.bu da PIC in yazılan programı gerektiği gibi işleyememesine neden oluyor.bu yüzden LM324,LM393 gibi Opamp devreleri kullanılıyor. Bu gibi devreler belli aralıktaki gerilim değerlerini alıp Pic in istediği gibi sabit bir değer olarak gönderiyor.bu sayede Programımız istedğimiz gibi çalışıyor.1 adet LM324N entegresi ile maksimum 4 adet CNY70 sensörü kullanılabiliyor. LM324 Devresi LM324 devresini CNY70 ile bağlantısı bu aşağıdaki şekildeki gibidir. LM324 entegresi CNY den gelen yüksek voltajları 3.8V a,düşük votajları 0V a sabitler.bu sayede Pic e gelen veriler ile program stabil bir şekilde çalışır.cny70 siyah gördüğünde 5V a yakın bir değer verecektir.ancak Opamp ın eşik değerini bulabilmesi için trimpotlar kullanılarak lm324 ün OUT bacaklarının her birinden 3.8V çıktığından emin olunuz. HUNROBOTX 2013-2014 Page 9
LM324 Devre Şeması U1:A da bulunan bağlantılar LM324 teki ilk CNY70 i kullanmamız için LM324 opamp ında kullandığımız bağlantılardır.diğer U1 parçalarıda aynı mantıkta çalışır. Source 5V kaynağımızdır.led devre kontrolü için kullanılmıstır.op1 de ilk cny70 den gelen verinin ve LM324 ün o kısmından çıkacak sabit gerilimin bir arada kullanıldığı konnektördür. Diğer 0P larda aynı mantıkta kullanılmıştır. Devreleri hazırladıktan sonra iş programlamaya gelecektir.pic Programlama ile ilgili kısa anlatımımızla çizgi izleyen yazımızı sonlandıracağız. PIC Programlama (Çizgi İzleyen Robotu) Bir mikrodenetleyiciyi programlamak için bir derleyiciye(compiler),bir arayüze(ide), bir PIC programlayıcıya ve yazdığınız programı PIC e yüklemenize yardımcı olacak bir programa ihtiyacınız vardır. Derleyici yazdığınız yüksek seviyeli dillerin kodunu PIC in anlayacağı makine diline çevirir.hitech C,CCS C,Mikro C gibi birçok derleyici seçeneği vardır. Biz Microchip firmasının kendi derleyicisi Hitech C yi kullanıyoruz. HUNROBOTX 2013-2014 Page 10
Hitech C Arayüz bu kodları yazmanız için size ortam oluşturur.arayüz olarak Mplab,Hi-Tide gibi seçenekler vardır. Biz Microchip firmasının kendi arayüzü Mplab ı kullanacağız. Mplab Arayüzü PIC programlayıcı oluşan makine dilini PIC e yazmak için kullanılır.pic programlayıcıyıda kullanmak için bir programa ihtiyacınız olacaktır. Pic Programlamak için de yine bir çok seceneğiniz vardır biz Pickit2 yi kullanacağız.pic programlama için de yine Microchip mi Pickit2 V 2.61 programını kullanacağız. Pickit 2 v2.61 HUNROBOTX 2013-2014 Page 11
Pickit 2 Pic Programlayıcı Bütün bu gereksinimleri tamamladıktan sonra örnek çizgi izleyen programı ile yazımızı sonlandıralım. Hitech C ile Çizgi İzleyen Programı Programı yazmadan önce çizgi izleyen in nasıl 4 CNY70 ile kontrol edeceğimizden bahsedelim. Ortaya birbirine yakın iki sensör ve sağa sola 1 er sensör ile 4 CNY70 i kullanacağız. Verileri LM324N devresi sayesinde dijital okuyacağız. 4 sensör için koşullar şunlardır; Çizgiyi, Yalnızca En sağ sensör gördüğünde, Yalnızca En sol sensör gördüğünde, Yalnıza Orta Sol gördüğünde, Yalnızca Orta Sağ gördüğünde, En Sağ ile Orta Sağ gördüğünde, Orta Sağ ile Orta Sol gördüğünde, Orta Sol ile En Sol Gördüğünde. HUNROBOTX 2013-2014 Page 12
Burada yalnızca en sağ ın çizgiyi gördüğü koşulu işleyeceğiz diğer koşulları mantık çerçevesinde rahatlıkla oluşturabilirsiniz. Eğer yalnızca en sağ sensör çizgiyi görürse çizgi izleyenimiz takip edeceği çizginin solunda kalmıştır.bu yüzden Bu yüzden çizgi izleyenin takip deceği çizgini üzerine tekrardan paralel gelebilmesi için sol motorun sağ motora gere hızlı olmasıgerekir.bu sayede çizgi izleyen gerektiği kadar sağa dönecek ve yolu takip etmeye geri dönecektir.diger koşullarda benzer mantıkla oluşturulabilir. Çizgi İzleyen Robotu Örnek Programı HUNROBOTX 2013-2014 Page 13