Politeknik Dergisi Journal of Polytechnic Cilt: 8 Say: 3 s. 249-254, 2005 Vol: 8 No: 3 pp. 249-254, 2005 PIC Mikrodenetleyici Kullanlarak Telefon Hatlar Aracl- ile Sulama Sistemlerinin Kontrolü Mehmet GED2KPINAR*, Mehmet ÇAVA6** *Frat Üniversitesi Teknik E-itim Fakültesi Elektronik-Bilgisayar Bölümü 23100 ELAZI? **K.S.Ü Elbistan Meslek Yüksekokulu Endüstriyel Elektronik Program 46300 Elbistan/K.MARA6 ÖZET Bu çalemada ülkemizdeki tarm arazisi ve tarmsal faaliyetler dikkate alnarak, verilen komutlar ile telefon hatlar üzerinden sulama sistemlerinin otomatik kontrol edilmesi amaçlanme ve buna uygun bir kontrol devresi tasarlanmetr. Anahtar Kelimeler: PIC Mikrodenetleyici, Sulama sistemleri, Uzaktan kontrol Control of Irrigation Systems by Using PIC Microcontroller Connencted to Telephone Lines ABSTRACT In this study, it has been aimed to control irrigation systems with instructions given on the telephone lines by taking into consideration of agricultural fields and activities in our country, to achieve this, a control circuit has been designed. Key Words: PIC Microcontroller, Irrigation Systems, Remote Control 1.GR Günümüzün modern toplumlarnda, günlük ya- Eamn kolaylaetrlmas ve zamann verimli kullanlabilmesi için yaplacak birçok ielem, insan müdahalesi olmadan teknolojinin imkanlar kullanlarak olueturulan otomasyon sistemleri ile yaplmaktadr. Bir tarm ülkesi olan ülkemizde çok sayda insanmz sulu tarm alannda çalemaktadr. Ülkemizin arazi yapsna bakld-nda toplam sulanabilir arazisi yaklaek 25,85 milyon ha olmasna ra-men, ekonomik olarak sulanabilir arazi 8.5 milyon ha civarndadr. Ancak, halen 4.5 milyon ha kadar sulanabilmektedir. Bu miktar yaklaek olarak sulanabilir alann %50' si kadardr. Fakat, son yllarda çok sayda baraj, gölet, kanal ve kanaletlerin yan sra artezyen kuyu vb. su kaynaklarnn artmasna paralel olarak sulanan alanlar da hzla artmakta ve bu alanlarda çok yönlü tarma geçilmektedir(1). Sulanabilir bu alanlarda genellikle kullanlan sulama sistemlerini; Yüzey Sulama Sistemleri, Ya-murlama Sulama Sistemleri, Damla Sulama Sistemleri, olarak snflandrmak mümkündür. Kullanlan sulama yöntemlerinde kaynaktan suyun çekilmesi genellikle santrifüj pompa, dalgç pompa vb. elektrik enerjisi ile çalean su pompalar kullanlarak yaplr. Ekili ürünlerin sulamas srasnda su pompalarn açma-kapama ielemleri için bizzat sulama alannda bulunulmas ve bu ielemlere zamann ayrlmas gerekir. Zaman verimli kullanmann önemli oldu-u günümüzde, sulama için zaman ayrlmas çok anlaml olmamaktadr. Bu nedenle, suyun çekilmesi ieleminde kullanlan su pompalarnn enerji akelarnn sulama ielemlerinin gerçekleetirilmesi srasnda uzaktan kontrol edilerek, sulama alannda bulunulmamas önem kazanmaktadr. Günümüzde uzaktan kontrol sistemleri farkl alanlarda, farkl Eekillerde kullanlmaktadr. Uzaktan kontrol anlamnda yaplan literatür taramalarnda, telefon ve telefon hatlarndan veya mobil telefon sistemlerinden faydalanmak ekonomik oldu-u için geçerli bir yöntem olarak kabul görmektedir(2). Bu çalemamzda, mevcut telefon ve telefon hatlarndan yararlanarak sulamada kullanlan su pompalarnn enerji akelarnn uzaktan kontrolü amaçlanme ve bir uygulama devresi gerçekleetirilmeye çalelmetr. Literatür taramalarnda incelenen uygulama devrelerinde ayrk elemanlarla kontrol ieleminin yapld- devrelerde yüksek maliyet, fiziki anlamda kabalk, maksimum enerji tüketimi, güvenirlili-in yetersizli-i, vb olumsuzluklar göze çarpmaktadr. Tasarlamaya ça- 249
Mehmet GED2KPINAR, Mehmet ÇAVA6 / POL2TEKN2K DERG2S2, C2LT 8, SAYI 3, 2005 let-mz bu uygulama devresinde mikrodenetleyici kullanarak saylan olumsuzluklarn minimize edilmesi hedeflenmietir(3). Tasarlanan uygulama devresinde kontrol, yakndan insan müdahalesi olmakszn telefon hatt üzerinden telefon tue takm aracl- ile verilen komutlarn kare taraftaki kontrol ünitesi ile alglanmasna dayal bir sistem olup, Eekil 1 de görüldü-ü gibi dört ana bölümden olueturulmuetur. Telefon hattn otomatik açan devre, DTMF alc devresi ve saysal verileri ieleyen devre, Sürücü devresi ve geri besleme devresi, Besleme gerilimi sa-layacak güç devresi (3,4,5). 2. HATTI OTOMATK AÇAN DEVRE Telefon santralinden aboneye gönderilen zil uyar imi kesintili AC sinyal olup, genli-i 75-90 volt, frekans 25 Hz dir. Hattn otomatik açlmasn sa-lamak için AC sinyalin gerilim de-erinden ve kesintili olma özelli-inden faydalanlr. Telefon hattndan gelen AC sinyal önce do-rultucu tarafndan DC gerilime dönüetürülür ve kullanlan schmitt trigger entegresi (4093) tarafndan tam bir kare dalgaya çevrilerek PIC16F84 mikrodenetleyici entegrenin girie olarak atanan portuna (RA2) uygulanr. PIC16F84 ün sayc devresi zil uyar imlerini sayarak, önceden programda belirlenen sayma de-erine ulaeld-nda saycnn çken lojik 1 yapar ve ba-l olan zamanlaycy tetiklenir. Zamanlayc devre 20 saniyeye ayarlanme ve bu süre boyunca PIC16F84 ün RB0, RB1 çke portlar lojik 1 olur. RB0 çke portu telefon hattnn açk tutulmasn sa-lar. Telefon hattnn açlmas için LAA110 solid-state rölesinin anahtar-1 çkelar telefon makinesindeki ahizenin kaldrlmas ile açlan switch anahtar ahize kaldrlmadan otomatik açacak Eekilde ba-lanmas ile olur. RB1 çke portu ise, hat transformatörünün primerini LAA110 solid-state rölesi yardm ile telefon hattna ba-lar. Böylece kare abonenin telefon cihazndan veya mobil telefondan baslan tuelara ait tonlarn sekonder üzerinden MT8870D nin girieine uygulanmas gerçekleemie olur (bu ba-lant Eekil.6 da verilmietir). 6ekil 2 de telefon hattn otomatik açan devrenin blok diyagram görülmektedir. Telefon hatt açldktan sonra daha önceden programda belirlenen rakamlar telefon cihazndan tuelanarak çaletrlmak istenen su pompalar çaletrlr veya çaleanlar durdurulur (3,4,5,6). 3. DTMF ALICI DEVRES 6ekil 2. Hatt otomatik açan devrenin blok diyagram DTMF alc devresi, kontrol ünitesinin en önemli bölümüdür. Telefon hatt otomatik açldktan sonra telekomünikasyon trafosunun sekonder çke bu devrenin girieine ba-lanr. Telefon tue takmndan girilen rakamlarn DTMF ton sinyallerini alarak 4 bitlik saysal çke üretir(7). Telefon hattndan gelen DTMF sinyallerinin entegrenin girieine uygulanmas ve saysal çkelarn alnabilmesi için gerekli girie/çke ba-lant devre Eemas Eekil-5 de verilmietir. Telefon hattndan gelen DTMF ton sinyalleri kondansatörler ve dirençler üzerinden DTMF alc entegresi olarak kullanlan MT8870D nin 1 ve 2 nolu uçlarndan, entegrenin içerisindeki fark yükselteci devresine uygulanr. MT8870D entegresinin 3 ve 4 nolu uçlarna ba-lanan harici dirençler ise fark yükseltecin kazancn belirler. Saysal çkelar entegrenin 11, 12, 13, 14 nolu uçlarndan alnarak 4081 entegresine girie olarak uygulanr. Bu entegrenin çkelar ise PIC16F84 entegresine Eekil-6 da verildi-i gibi ba-lanr. Sistemin çaleabilmesi için devreye uygun olarak 3.579545 MHz lik kristal osilatör, entegrenin 7 ve 8 nolu uçlarna Eekil 6 da verildi-i gibi ba-- lanr. 4. DTMF SNYALLER Saysal telefon santrallerinin kullanmnn yaygnlaemas ile Bell laboratuarlar tarafndan gelietirilen DTMF sinyalleri kullanlmaya baelanmetr. Bu sis- 6ekil.1 Kontrol devresinin blok diyagram 250
PIC M2KRODENETLEY2C2 KULLANILARAK TELEFON HATLARI ARACILI?I 2LE / POL2TEKN2K DERG2S2, C2LT 8, SAYI 3, 2005 temde her tue rakamnn gönderece-i sinyal satr-sütün frekans kombinasyonundan olueur. Bir rakam bilgisini göndermek için ilgili tuea 50 milisaniye basmak yeterlidir. Aboneler arasnda telefon ba-lants yapldktan sonra DTMF sinyalleri kare aboneye iletilir. 2letilen bu sinyalleri çeeitli amaçlar için kullanmak mümkündür. 6ekil 3 de telefon tue takmnn 16 de-ieik DTMF ton sinyali görülmektedir. DTMF sinyallerinin alçak ve yüksek frekansl sinyaller olarak iki gruba ayrlmas sinyallerin çözümlenmesini kolaylaetrr. DTMF alclar standart frekans de-erlerinden ±% 1.5-2 sapmaya kadar olan sinyalleri alglayabilir (9,10,11,12). 6ekil.3 Telefon tue takmndaki saylarn DTMF frekans karelklar 5. MT8870D DTMF ALICI ENTEGRESNN YAPISI VE ÇALIMASI MT8870D ve MT8870D-1 DTMF alc entegreleri MITEL firmas tarafndan cmos teknolojisi ile üretilen entegrelerdir. Küçük boyutlu olup, düeük güç tüketimi, yüksek performans, dahili kazanç ayarlamas, ayarlanabilir koruma zaman vb. özelliklere sahip olan bu entegreler telefon alclarnda, mobil radyolarda, kredi kart sistemlerinde, uzaktan kontrol sistemlerinde, telefon cihazlarnda, kieisel bilgisayarlarda ve sayfalama sistemleri gibi birçok alanda kullanlmaktadr. MT8870D DTMF alc entegresi, yüksek ve düeük ton gruplarn ayran band bölücü filtre bölümüne sahiptir. Bu entegre, yüksek ve düeük tonlarn alnma süreleri ile frekanslarn çke kapsndaki karelk koduna geçmeden önce kontrol edebilen, dijital saycs ve saysal kod çözücüsü bulunan 18 pin li bir entegredir. Kod çözücü 16 DTMF tonunu 4 bitlik koda çevirmek için iearet ieleme tekniklerini kullanarak 4 bitlik çke üretir. Harici eleman says, entegrenin girieindeki fark yükselteci, osilatör ve 3 durumlu anahtar yardm ile en aza indirilmietir(7,8). 6. KONTROL DEVRESNN TASARIM LKELER 1. Tasarlanan bu kontrol devresinin kullanlaca- yerde telefon hattnn bulunmas ve devrenin telefon setine paralel ba-lanmas gerekir. 2. Devrenin AC ve DC empedansnn telefon hattnn empedansna uygun olmas gerekir. 3. Tasarlanan kontrol devresinin Eehir Tablo.1 MT8870D nin Ton Çözümleme Tablosu F Low F High TuElar TOE INH ESt Q4 Q3 Q2 Q1 697 1209 1 H X H 0 0 0 1 697 1336 2 H X H 0 0 1 0 697 1477 3 H X H 0 0 1 1 770 1209 4 H X H 0 1 0 0 770 1336 5 H X H 0 1 0 1 770 1477 6 H X H 0 1 1 0 852 1209 7 H X H 0 1 1 1 852 1336 8 H X H 1 0 0 0 852 1477 9 H X H 1 0 0 1 941 1336 0 H X H 1 0 1 0 941 1209 * H X H 1 0 1 1 941 1477 # H X H 1 1 0 0 697 1633 A H L H 1 1 0 1 770 1633 B H L H 1 1 1 0 852 1633 C H L H 1 1 1 1 941 1633 D H L H 0 0 0 0 F : Frekans (Hz), H: Lojik 1, X: Önemsiz, L : Lojik 0, Z: Yüksek Empedans 251
Mehmet GED2KPINAR, Mehmet ÇAVA6 / POL2TEKN2K DERG2S2, C2LT 8, SAYI 3, 2005 Eebekesinden beslenen bölümleri oldu-undan, telefon Eebekesinin etkilenmemesi için telefon hatt ile güç devresinin birbirinden izole edilmesi gerekir. 4. Hattn otomatik açlmas için telefon zil imi sinyallerini alglayan sayc devrenin olmas gerekir. 5. Zil sayc devresi ielevini tamamladktan sonra sayc devrenin resetlenmesi gerekir. 6. Kontrol devresini besleyen güç devresinin iyi regüle ve filtre edilmesi gerekir. 7. Telefon hattnn sürekli açk kalmamas için zamanlayc devrenin olmas gerekir. 8. Kontrol devresinde DTMF alcsnn bulunmas gerekir. 9. Sisteme baekalarnn müdahale etmesini engellemek için kontrol ünitesine bir girie kodu veya Eifrenin verilmesi gerekir. 10. Sistemin devreye alnd-n kullancya bildiren geri besleme sinyalinin olmas gerekir(3,4,5). 7. TASARLANAN KONTROL DEVRESNN ÇALIMA PRENSB Telefon hatlar üzerinden yaplacak uzaktan kontrol sistemi, tasarlanan devrenin ba-land- abone aranarak zil imleri sayc devre tarafndan saylr. Daha önceden belirlenen sayma de-erine ulaeld-nda telefon hatt otomatik olarak açlr ve programda belirlenen zamanlaycnn süresi kadar telefon hatt açk kalr. Kullanlan elektronik telefon cihazlar üzerindeki tue takm yardm ile verilen Eifre girilerek sistem çaletrlr. Daha sonra tue takmndan girilen komutlar ile kontrol devresinin sürücü katna ba-lanan elektrikli su pompalarnn enerji ake kontrol edilerek, mesafe problemi olmadan uzaktan kontrol gerçekleetirilir (3,4). 6ekil 6 da verilmie olan ba-lant Eemasnda, PIC16F84 ün RB4, RB5, RB6 ve RB7 çke portlar birer direnç üzerinden BC237 transistörlerini sürer. Bu transistörler aracl- ile kontrol edilmek istenen su pompalarnn akm/gerilim de-erlerine uygun röleler sürülür. Sürülen röleler yardm ile de açma-kapama kontrolü istenen tek-fazl ve röleye uygun akml supompalar direk olarak çaletrlabilir. Kontrol edilecek sistemler büyük akml veya üç-fazl ise, rölelerle kontrol edilecek sistemler arasna, rölelerin sürebilece-i uygun güç anahtarlar kullanlr. 4081 entegresinin girie olarak kullanlan 1, 2 nolu uçlarna sistemi güvenli çaletrmaya baelatmak için tue takmndan seçilen Eifre giriei yaplmetr. 2Elem iptal tueu için 5, 6 girieleri kullanlmetr. Su pompalarnn kontrolü için 8, 9 ve 12, 13 nolu uçlar 8. KONTROL DEVRESNN AÇIK EMASI 6ekil.4 Kesintili AC sinyali kare dalgaya dönüetüren devre (Ring dedektör) 6ekil.5 MT8870D nin ba-lant Eemas 252
PIC M2KRODENETLEY2C2 KULLANILARAK TELEFON HATLARI ARACILI?I 2LE / POL2TEKN2K DERG2S2, C2LT 8, SAYI 3, 2005 kullanlmetr. Bu girielere ait çke uçlar da PIC programnda belirtilen ilgili girie portlarna uygulanmetr.kullanlacak tue rakamlar Tablo 1 deki Q 1, Q 2, Q 3, Q 4 ile verilen çkelardan seçilir. tasarlanan devrenin uygulamas da gerçekleetirilmie ve alnan sonuçlar de-erlendirilerek öneriler sunulmuetur. 6ekil.6 PIC16F84 ve baz çevre elemanlarn ba-lant Eemas 9. SONUÇLAR VE ÖNERLER Bu çalemada, sulama sistemlerinin uzaktan kontrolü amaçlanme ve konu ile ilgili bir çalema yaplmetr. Kontrol edilmesi düeünülen sulama sistemlerinin kontrolü için günümüzde genie bir a-a sahip telefon hatlar kullanlmetr. Telefon tue takmndan verilen komutlar uzaktan kontrol devresinin alcs tarafndan alglanme ve kontrol edilmek istenen sulama sistemlerinin açma/kapatma ielemleri gerçekleetirilmietir. Yaplan teorik çalemalar E-nda 9.1 Sonuçlar Yaplan uygulama devresi kullanlacak yerde telefon hattna paralel ba-lanr. Ba-land- telefon abonesinin normal çalemasn etkilemez. Devrenin yapm empedans uygunlu-u ve izolasyon açsndan standartlara uygun oldu-u için normal çaleme ve abonenin ba-l oldu-u merkezi telefon santralinin çalemasn etkilememietir. 253
Mehmet GED2KPINAR, Mehmet ÇAVA6 / POL2TEKN2K DERG2S2, C2LT 8, SAYI 3, 2005 Devre ile yaplan denemelerde dahili, Eehir içi, Eehirler aras, GSM telefonu ve mobil telefonlar ile istenilen çalema sonuçlar elde edilmietir. 9.2 De8erlendirme Bu çalemamza konu olan sulama sistemlerinin açma-kapama Eeklindeki kontrolünün telefon hatlar üzerinden sa-lanmas, yaplan teorik çalema ve uygulamada alnan sonuçlara göre yaplmetr. Buna göre kontrol devresi maliyet, kullanm kolayl-, güvenilirlik, izolasyon vb. sa-lad- avantajlar dikkate alnme ve bu ba-lamda aea-da verilen baelklar altnda de-erlendirilmietir. 1. Maliyet Tasarlanan kontrol devresinde mikrodenetleyici kullanld- için maliyet düeürülmüe ve kullanlan harici eleman says da azalme oldu-undan devrenin fiziki yaps küçülmüetür. 2. Kullanm Kolayl- Günümüzde kullanlan telefon a-nn ülkenin her tarafna yaylme olmas ve saysal santrallerin kullanlmas, tasarlanan devrenin fiziki yapsnn küçük olmas vb. nedenlerden dolay tasarlanan kontrol devresinin istenilen her yerde güvenle kullanlmas mümkündür. 3. Güvenlik Tasarlanan kontrol devresi DTMF tonlarn çözümlenmesi ve bu tonlara ba-l üretilen saysal verileri kullanarak kontrol yapan devredir. Fakat sistemi her isteyen kieinin kontrol etmesini engellemek için sistem EifrelenmiEtir. Bu nedenle kullanc Eifreyi girmeden verdi-i komutlarla sistemi çaletrmas mümkün de-ildir. Sistemin çaletrlmas ile ortaya çkabilecek yanle ielem olasl- da dikkate alnarak ielem iptal seçene-i sunulmuetur. Yaplan ielemin iptal edilmesi için ielem iptal komutunun girilmesi gerekir. 2stenildi-inde mikrodenetleyicinin program de-ietirilmek suretiyle Eifre ve komut de-erleri de de-ietirilebilir. 4. 2zolasyon Küçük akm ve gerilimlerle büyük akm ve gerilimleri kontrol ederken güç devresi ile kumanda devresinin birbirini olumsuz etkilememesi için güç ve kumanda devresinin izole edilmesi gerekir. Bu durum dikkate alnarak güç devresi ile kumanda devresinin izolasyonu optokuplör ve Solid-state röle kullanlarak yaplmetr. 9.3 Öneriler 2stenildi-i takdirde tasarlanan bu kontrol devresi, farkl devreler ilave edilerek, çok yönlü ve daha genie kapsaml otomasyon sistemleri için kullanlabilir. 2lave edilecek devreler ve yaplacak ielemler kullancya ve kullanm yerine göre farkllk gösterebilir. 1. Kontrol devresinin kullanld- yerde devrenin çaleabilmesi için enerjili olmas gerekir. Sistemin enerji kesintilerinden etkilenmemesi isteniyor ise, kesintisiz güç kayna- veya jeneratör ile desteklenmesi gerekir. 2. Sistemin güç harcamasn minimize etmek için sistemin çalemas ek bir devre ile telefon hattnn otomatik açlmasna ba-lanabilir, kullanlacak mikrodenetleyici uyuma moduna alnabilir vb. önlemlerle enerji tüketimi azaltlabilir. 3. Kullanlacak kameralar ve PC yardm ile yaplan ielemlerin görüntüsü Internet üzerinden alnabilir. 4. Bu çalemada tasarlanan kontrol devresine uygun olarak PIC16F84 mikrodenetleyicisi tercih edilmietir. 2stenirse daha kapsaml ve farkl özelliklere sahip PIC mikrodenetleyiciler ile daha fonksiyonel kontrol sistemi tasarlanarak farkl alanlarda da kullanlabilir. 5. Sulanmas istenen alanlar telefon Eebekesinden uzak ise, mobil telefonlardan faydalanlarak benzer mantk ile bir devre tasarlanabilir. 10. KAYNAKLAR 1. www.adanapem.gov.tr 2. www.kgm.gov.tr 3. ÇavaE, M. PIC Kullanlarak Telefon Hatlar Aracl- 2le Uzaktan Otomasyon Yüksek Lisans Tezi Frat Ünv., 2004 4. Gülba-, A. Telefon Hattn Kullanarak Bina Otomasyonu Yüksek Lisans Tezi Sakarya Ünv., 2000 5. Ardam, H. Ev ve 2Eyeri otomasyonunun uzaktan telefon aracl- ile sa-lanmas Yüksek Lisans Tezi, Gazi Ünv., 1996 6. AltnbaEak, O. Mikrodenetleyiciler ve PIC programlama Atlas yaynclk, 6ubat 2001, 2stanbul 7. www. Mikrochip.com 8. www. Elfa.se 9. Kurun, B. Santral Bakm ve 2Eletmesi Seminer Notlar 1999, Ankara 10. Eldar, M. Optoelektronik Devreler ve Sistemler Birsen Yaynevi, 1999, 2stanbul 11. Tomasi. W. Elektronik 2letiEim Teknikleri M.E.B yaynlar, 2002, 2stanbul 12. Killen, B. H. Modern Elektronik 2letiEim Teknikleri M.E.B yaynlar, 1997, 2stanbul 254