TÜBİTAK-BİDEB LİSE ÖĞRETMENLERİ FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ VE MATEMATİK PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYLARI LİSE 2 (ÇALIŞTAY 2012) FİZİK ALANI GRUP EGE AKILLI DİREKSİYON PROJE EKİBİ A.Şebnem KAYGUSUZ Sezin G. KARAMANCI Kübra EREN PROJE DANIŞMANLARI Prof. Dr. Hasan EFEOĞLU Prof. Dr. Serhat ÖZDER GÜZELYALI / ÇANAKKALE OCAK 2012 1
İÇİNDEKİLER: PROJE ADI,AMACI,GİRİŞ...3 KURAMSAL TEMELLER..4 MATERYAL VE YÖNTEM.5-6 MATERYAL VE DENEY 7-8-9 SONUÇ VE TARTIŞMA..10 KAYNAK VE TEŞEKKÜR..11 2
PROJE ADI: AKILLI DİREKSİYON PROJENİN AMACI: Uykusuzluk ve yorgunluktan meydana gelen trafik kazalarını önlemek GİRİŞ: Trafik kazalarında aşırı hız, alkol alımı, tehlikeli araç kullanmanın yanında uykusuzluk da önemli bir nedendir. Emniyet Genel Müdürlüğü nün her yıl yayınladığı kaza istatistiklerine göre Türkiye de her yıl gerçekleşen ortalama 1 milyon adet trafik kazasının en önemli nedenleri, ``hız limitine uymama``, ``hatalı sollama``, ``öndeki aracı yakın takip`` ile ``alkollü, yorgun ve uykusuz araç kullanma`` dır[1]. Araştırma sonuçlarının da gösterdiği gibi trafik kazalarının en önemli nedenlerinden biri yorgun ve uykusuz araç kullanmaktır. Yolcuların tamamının dinç ve zinde olması sürüşün güvenli olacağı anlamına gelmeyeceğinden doğrudan şoföre bağlı olduğumuz yolculuklarda şoförün veya araç sürücüsünün zinde ve dinç olması sürüş emniyeti açısından önem arz etmektedir. Problemin bu noktada çözülmesi veya çözümüne yardımcı olunması kazaların olması veya olmaması açısından çok önemlidir. Bu maksatla bu çalışmada sürücünün davranışını takip eden bir sistem tasarlanmıştır. KURAMSAL TEMELLER: ABD Ulusal Otoyol Trafik Güvenliği Yönetimi yıllık tüm kazaların yaklaşık %1,5'inde temel nedenin uykusuzluk ve yorgunlukla ilişkili olduğunu bildirmektedir. İngiltere, Norveç ve İsviçre'de yapılan farklı çalışmalarda %1-16 arasında değişen oranlar bildirilmiştir. İngiltere'de yapılan araştırmada uyku ilişkili kazaların saat 02.oo, 06.oo ve 16.oo civarlarında arttığı saptanmıştır[2]. Uyku ilişkili kazalar açısından en çok risk altında olan sürücüler; 1) Uykusu bozulmuş veya yorgun sürücüler, 2) Genç sürücüler, 3) Vardiyalı çalışan sürücüler, 4) Ticari araç sürücüleri, (Özellikle kamyon sürücüleri yorgunluğa bağlı kazalara eğilimlidir.) 5) Tanı konulmamış uyku bozuklukları olan sürücüler, 6) Hastalığı olan sürücülerdir. 3
Uyku ilişkili kazaları engellemede etkili olabilecek önlemler arasında; Uzun süreli araç kullanırken düzenli aralıklarla dinlenme molaları verilmesi, günde ortalama 8-9 saatten fazla araç kullanılmaması, yorgun ve uykusuz hissedilmesi halinde araç kullanmayı bırakıp uygun bir yerde yeterli uykuyu alıncaya kadar uyunması, yola devam etmeden önce kısa bir uyku molası verilmesi: 15-20 dakikalık uyku molalarının performansı artırdığı görülmüştür[3]. Laboratuvar ortamında yapılan bir araştırmada, 35 saat süresince her altı saatte bir verilen uyku molalarının performansı sürdürmekte etkili olduğu bulunmuştur. Bazı araştırma sonuçları, kahve, çay veya kola gibi kafein içeren uyarıcıların, uykulu kişilerde dikkati artırdığını göstermektedir[4]. Örneğin, uzun süreli sürüş işleminde, kafeinin, yorgunluğun gelişmesindeki etkilerine bakıldığı bir araştırmada, 200 mg (2-3 fincan kahve) kafeinin, yorgunluğun belirtilerini azalttığı ve genel performansı artırdığı bulunmuştur.[5] Ancak, kafeinin performans üzerinde deneylerle kanıtlanmış etkileri bulunmakla birlikte, bu etkilerin kısa süreli olduğu ve sadece uygun bir yer bulup dinleninceye kadar işe yarayabileceği ve uykusuzluğu gidermenin en etkili yolunun sadece uyumak olduğu gerçeği göz ardı edilmemelidir. OP-AMP 'IN YAPISI ve ÖZELLİKLERİ İşlemsel yükselteçler (Operational Amplifiers, kısaca OP-AMP) 1960'lı yılların sonlarına doğru kullanılmaya başlanmıştır. 741 ve 747 gibi entegre şeklinde üretilirler. Bu entegrelere dışarıdan bağlanan devre elemanları ile geri beslemesi ve dolayısıyla yükselteç devresinin gerilim kazancı kontrol edilebilir. Genel olarak OP-AMP, çok yüksek kazançlı bir DC yükselteçtir. OP-AMP ile hemen hemen yapılamayacak devre yok gibidir. Şekil 1 OP-AMP şeması Şekil 1 de temel OP-AMP sembolü gösterilmiştir. Bu sembolde gösterilmeyen bir de besleme voltaj uçları bulunur[6]. Genel olarak bir işlemsel yükseltecin iki giriş, bir çıkış, iki de besleme kaynağı ucu bulunur. Sembolde, (-) işaretli giriş ucu tersleyen (eviren, inverting), (+) işaretli giriş ucu terslemeyen (evirmeyen, noninverting) giriş ucudur. (-) işaretli giriş ucuna sinyal uygulandığında çıkıştan 180 faz farklı bir çıkış sinyali alınır. Giriş sinyali (+) işaretli giriş ucuna uygulandığı zaman da çıkıştan alınan sinyalle girişe uygulanan sinyal arasında faz farkı olmaz. Yani aynı fazda bir çıkış sinyali alınır. 4
OP-AMP, 5 önemli özelliğe sahiptir. Bunlar; * Kazancı çok fazladır. (Örneğin, 200.000) * Giriş empedansı çok yüksektir. * Çıkış empedansı sıfıra yakındır. * Band genişliği fazladır. (1MHz) * Girişe 0 Volt uygulandığında, çıkıştan yaklaşık 0 Volt elde edilir. OP-AMP 'ların Beslenmesi Pin No. Şekil- 2 741 in şematik gösterimi ve devredeki konumu 1- Offset sıfırlama 2- OP-AMP 'ın tesleyen giriş ucu 3- OP-AMP 'ın terslemeyen giriş ucu 4- (-) V, negatif besleme voltajı 5- Offset sıfırlama 6- OP-AMP çıkışı 7- (+) V, pozitif besleme voltajı 8- Boş uç Şekilde 2 de bir OP-AMP 'ın simetrik kaynaktan beslenmesi görülmektedir, örneğin bir OP-AMP devresi olarak 741 entegresi kullanılacaksa, entegrenin 7 nolu ucuna pozitif besleme, 4 nolu ucuna ise negatif besleme uygulanır. Şekil 2 de görülen (+) giriş faz çevirmeyen giriş ucu, (-) giriş faz çeviren giriş ucunu gösterir. OP-AMP 'Ların Kullanıldığı Yerler Tersleyen Yükselteç (Faz Çeviren, Inverting Amplifier) Olarak Kullanılması Terslemeyen Yükselteç (Faz Çevirmeyen, Noninverting Amplifier) Olarak Kullanılması Gerilim İzleyici (Voltage Follower) Olarak Kullanılması Toplar Yükselteç (Summing Amplifier) Olarak Kullanılması Fark Yükselteci (Difference Amplifier) Olarak Kullanılması Karşılaştırıcı (Comparator) Olarak Kullanılması İntegral Alan (Integrator) Devre Olarak Kullanılması Türev Alan (Differentiator) Devre Olarak Kullanılması Doğrultmaç Olarak Kullanılması Yarım Dalga Doğrultmaç Olarak Kullanılması Tam Dalga Doğrultmaç Olarak Kullanılması Logaritmik Yükselteç Olarak Kullanılması Gerilim Regülatörü Olarak Kullanılması Gerilim Kontrollü Osilatör Olarak Kullanılması 5
MATERYAL VE YÖNTEM: Biz bu deneyde Wheatson köprüsünden yararlanarak bir elektrik devresi kurduk. Genel kullanım olarak bilinmeyen dirençler, Wheatstone köprüsü yardımıyla bulunabilmektedir. ŞekiL-3 Wheatstone köprüsü nün şematik gösterimi Wheatstone köprüsü, şekil 3 deki gibi bilinen R 1, R 2 dirençleri, ayarlı R A direnci ve bilinmeyen R X direnci ve A ampermetresinden oluşur. Bu devrede R A ayarlı direnç değiştirilerek A ampermetresinin ölçtüğü akımın sıfır olması sağlanır. Yani K noktasından L ye ya da L den K ya akımın geçmemesi sağlanır. Bu durumda K ile L noktalarının potansiyelleri eşit olur. Yani K ile L arasında potansiyel farkı olmaz. R 1 in üzerindeki gerilim R X e, R A nın gerilimi de R 2 ye eşittir. Buna göre, i 1.R 1 = i 2.R X 6
MATERYALLER: No Malzeme Adı Miktarı Birim Açıklama ve Teknik Özellikler 1 Delikli Pertinaks 1 2 Kalın su hortumu 2m 3 Saç kurutma makinesi resistans teli 5m 4 iki renkli zil teli kablosu 5m 5 741 OP-AMP 1 6 9 V pil 2 7 kırmızı LED 1 5 mm 8 yeşil LED 1 5 mm 9 100 kω 1 Potansiyometre 10 Toggle anahtar 2 tek girişli tek çıkışlı 11 470 Ω luk direnç 1 12 680 kω luk direnç 4 13 330 kω luk direnç 4 14 Buzzer 1 5 volt DENEYİN YAPILIŞI: Plastik bir hortum alınarak 15 cm yarıçaplı bir halka elde edildi, halka yalıtkan olması sebebiyle tahta parçasıyla birleştirildi. 5 m lik Saç kurutma makinesi rezistans teli açılarak gergin düz bir tel haline getirildi ve tel direksiyona belirli aralıklarla dolandı. Tel kısa devre yapmaması için sıcak silikonla sabitlendi. 7
Şekil-4 Çalışma Grubumuz Daha sonra elektronik devre kuruldu.(sayın Prof. Dr. Hasan EFEOĞLU ndan destek alınmıştır.)delikli Pertinaks üzerine 9 V luk piller +9V ve -9Vpotansiyelleri oluşturmak üzere seri bağlandı. Bunlar anahtara bağlandı. LED ler bağlandı. Diyot şase yapıp pile bağlandı. 100 kω luk potansiyometre yardımıyla LED lere giden akım ayarlandı. +9v D 1 R3 R4 R5 R6 Bz R 1 +9v D 3 R 2 741 + - - D 2-9v R7 R8 R 11 R9 R10 Direk.teli teli Şekil-5 Deneyde kullanılan elektronik devre düzeneği 8
+9v R 1= 470Ω R 2= 1kΩ R 3, R 5, R 7, R 9= 680kΩ -9v Şekil-6 Üretecin Bağlanması R 4,R 6, R 8, R 10 =330kΩ R 11 =100 kω (potansiyometre) D 1= Kırmızı Led D 2= Yeşil Led D 3= 1N4007 741 OP-AMP fark amplifikatörü olarak şekil 5 deki devre kullanıldı. Direksiyon üzerine sarılan iki paralel tel arasındaki direnç değişimini algılamak üzere Wheaston köprüsünde denge durumunda sıfır potansiyel görülen iki nokta sırası ile ters çeviren ve ters çevirmeyen girişlere bağlanarak devremizin direnç değişimin takip eder hale getirildi. Devremizde ayarlı potansiyometre ile direksiyon tutulmamışken kırmızı LED(Light Emitting Diode) yanacak şekilde başlangıç ayarlaması yapıldı. Bu durum devremizin algılayacağı hata durumu olması sebebi ile buzzer devreside uyarıcı ses üretecektir. Kullanımda şoförümüz direksiyonu kavradığında Wheston köprüsünde direksiyonun bağlandığı direnç gurubunun eşdeğer direnci azalacak ve yeşil LED yanacaktır. Bu durum normal çalışma olduğundan değişen çıkış polaritesinden dolayı D 3 diyodu buzzere giden akımı bloke ederek sesli uyarı vermesine son verecektir. Devremizde buzzer a 470 Ω luk direnç seri bağlanarak buzzer üzerinde düşen potansiyel fark azaltıldı. Devremiz özelliği itibari ile R 11 direnci ayarlanarak şoförün direksiyonu kavramasındaki azalmaya algılayacak hale de getirilebilmektedir. Bu özellik uyku başlangıcını algılayacağından daha güvenli sürüş için bir destek sistemi olacaktır. Şekil-5 Deney şeması, Şeki-6 da üretecin şeması ayrıntılı bir şekilde yukarıda belirtilmektedir. Hata ampifilikatörü ve Wheaston köprüsünü deneyin temeli oluşturmaktadır. 9
SONUÇ VE TARTIŞMA: Düzeneğimizin çalışma ilkesi doğrultusunda direksiyonu tutan birey, direksiyon hakimiyeti sırasında elinin göstermiş olduğu direnç etkisinin toplam direnci düşürmesinden dolayı yeşil LED yanmaktadır. Birey direksiyondan elini çektiğinde devre direnci eski haline gelir, eşdeğer artar böylece dirence duyarlı olan tele gelen iletim kesilir ve kırmızı LED ile sinyal sesi duyulur. Trafik kazalarında önemli bir yer tutan uykusuzluk ve yorgunluğa bağlı kazaların önlenmesi için yapılan bu deney başarılı bir sonuç vermiştir. Projemiz özgündür. Fakat 2009 yılına Manavgatta yapılan 3.Bilim şenliğinde yapılan uyandırmatik direksiyon projesi farklı bir devre düzeneği ve titreşime bağılı olarak yapılmıştır. Bizim projemizle alakası yoktur. Projemizin maliyeti oldukça azdır. Devremiz basit ve anlaşılabilir seviyededir. Düzeneğimiz arabaların, otobüslerin ve uzun yol araçlarının içine yerleştirilebilir. Fonksiyonellik açısından geliştirilmeye açıktır. Uyku halinde kişilerin refleksleri azalabileceği için bu uygulamamızda ses ve ışıkla sistemimiz donatılmıştır. Basınç sensörü ile daha modern bir hale getirilebilir. Gerilimi frekansa dönüştürücü kullanarak sesin gerilime bağlı olarak değişimi ile sürücünün paniğe kapılmadan uyarılması sağlanmıştır. 10
KAYNAKLAR: 1. http://www.diyot.net/op-amp.htm 2. http://www.silisyum.net/htm/opamp/opamp.htm(horne&reyner,1995; Dinges ve ark.1987; Philip ve ark.,1997). 3. http://tr.wikipedia.org/wiki/wheatstone_k%c3%b6pr%c3%bcs%c3%bc (Gibson, Mascard&Starmer,1995). 4. http://tr.wikipedia.org/wiki/wheatstone_k%c3%b6pr%c3%bcs%c3%bc (Regina ve ark. 1974; Lumley ve ark, 1987; Griffiths ve ark., 1990; Lorist ve ark.,1994). 5. http://320volt.com/opamp/ 6. http://www.dunyabulteni.net/?atype=haber&articleid=108329 7. http://www.yeniumitehliyet.com/faydalibilgi29.php 8. http://www.forumpaylas.net/saglik/42927-trafik-kazalarinda-uyku-faktoru.html 9. http://www.haber34.com/trafik-kazalari-neden-oluyor-20094-haberi.html TEŞEKKÜR: Çalıştay sorumlumuz Prof. Dr.Mehmet AY a,danışmanlarımız Prof. Dr. Hasan EFEOĞLU, Prof. Dr. Serhat ÖZDER. a,arş. Gör. Emine GÜNDÜZ e elektronik laboratuvar sorumlusu Emre ÇOŞKUN a katkılarından dolayı teşekkür ederiz. 11
ÖZGEÇMİŞ A.ŞEBNEM KAYGUSUZ 10.05.1969 tarihinde Manisa nın Selendi ilçesinde doğdu. İlkokulu Ankara da ortaokulu Muğla Milas ta ve lise tahsilini Kahramanmaraş ta tamamladı. Lisans eğitimini Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümünde, yüksek lisansını Mersin Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümünde tamamladı. İlk görev yeri 1991-1992 tarihleri arasında Erzincan Y.İ.B.O,1992-1996 tarihleri arasında Balıkesir İvrindi Lisesi ve Balıkesir Fen lisesinde, 1996-1998 tarihleri arasında Aksaray Fen lisesinde, 1998-2003 Mersin Ticaret ve Sanayi Odası Anadolu lisesinde, 2003 den beri Mersin Fen lisesinde Fizik öğretmeni olarak görev yapmaktadır. Kübra EREN 02.10.1984 tarihinde Samsunda doğdu. İlk, orta ve lise tahsilini Ankara da tamamladı. Lisans ve lisansüstü eğitimini Ankara Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Fizik Öğretmenliği Bölümünde tamamladı.2008-2010 tarihleri arasında Açı Dersanelerinde görev aldı.2010 tarihinden itibaren Çorum Boğazkale Lisesinde görev yapmaktadır. Sezin G. KARAMANCI 08.01.1975 de Manisa nın Akhisar ilçesinde doğdu. İlk, orta ve lise tahsilini İzmir de tamamladı. Lisansını Dokuz Eylül Üniversitesi, Buca Eğitim Fakültesi Fizik Öğretmenliği bölümünde tamamladı. 13.01.1996 da Erzincan da göreve başladı.1996-2000 yıllarında Erzincan da İngilizce,Fen bilgisi ve fizik öğretmenliği yaptı.2000-2005 yılları arasında Denizli nin Çivril ilçesinde Şevkiye Özel Anadolu Öğretmen lisesinde Fizik öğretmeni olarak görev yaptı,2005 yılından itibaren Denizli il merkezindeki Lütfi Ege Anadolu Öğretmen Lisesinde görev yapmaktadır. 12