ISIK SIDDET EGRILERININ BILGISAYAR YARDIMI ILE ÇIKARTILMASI Ismail Serkan ÜNCÜ Osman GÜRDAL Gazi Üniversitesi Teknik Egitim Fakültesi, Elektrik Egitimi Bölümü ÖZET Bu makalede, bir isik kaynaginin isik siddet egrilerini elde eden gni-ftmetre sistemi gelistirilmistir. Gni-ftmetrenin tüm fnksiynlari bilgisayar yardimiyla kntrl edilmektedir. Sistemde isik kaynagi yatay ve dikey eksende iki adet adim mtru tarafindan hareket ettirilmektedir. Adim mtrlarinin kntrlü bir bilgisayarin paralel prtundan gönderilen sinyallerle saglanmistir. Isik kaynagi hareket halindeyken lüksmetre tarafindan ölçülen degerler seri prtdan bilgisayara aktarilmakta ve saklanmaktadir. Isik siddet egrileri, yazilimdaki yönlendirme ve hesaplamalarla elde edilmektedir. Yazilim ve dnanimdaki uyum için prgram Turb C++ ta gerçeklestirilmistir. ABSTRACT In this paper, a gni-phtmeter system is implemented t btain luminus intensity curves f a luminaries. All functins f the gniphtmeter have been cntrlled by the aid f cmputer. In the system, the luminary have been mved vertically and hrizntally by tw stepping mtrs. Stepping mtrs have been cntrlled by the signals sent frm parallel prt f a cmputer. All datas measured with luxmeter have been sent t cmputer by serial prt and then saved. Luminus intensity curves have been btained accrding t the instructins and calculatins f the sftware. Prgram has been develped in Turb C++ fr ease f hardware and sftware. 1. GIRIS Bu çalismada, armatürlerin isik siddet egrilerini çikartan bilgisayar kntrllü bir gniftmetre sistemi gerçeklestirilmistir. Aydinlatmada amaç, isigi istege yönelik larak kullanmaktir. Kaynaktan çikan isik, armatür yardimiyla istenen sekle getirilebilir. Armatürler, lamba ya da lambalarin isik dagilimini düzenlemek, süzmek veya degistirmek için kullanilirlar. Saglikli bir görüntünün gerçeklesmesi, çevre degisikliklerinin yapilmasi ve aydinlatmanin dgru uygulanmasina baglidir. Armatürlerin uygun yerlerde kullanilmasi ile en önemli aydinlatma uygulamasi gerçeklestirilmis lur [1]. Armatürler, isik kaynagindan çikan isigi bir amaca uygun larak kullanmak için yapilirlar. Genel larak aydinlatma, amaci bakimindan fizyljik, dekratif ve dikkati çeken aydinlatma lmak üzere üç tipi vardir. Her aydinlatmanin amacina göre, bir 1
armatür tasarlanabilir. Amacin niteligi, rtam ksullari ve nesnelerin özellikleri, tasarimin kapsamini belirleyen faktörlerdendir. Tasarlanan armatürlerin özelliklerini belirlemek için ftmetrik verilere bagli egriler kullanilir [2]. Isik siddet egrisi bir armatürün ftmetrik özelliklerini veren göstergedir. Bu egri yardimi ile armatüre ihtiyaç duymadan armatürün ftmetrik dagilimi elde edilebilir. Böylece isik siddet egrisi çikartilan armatürün bir mekan içindeki aydinlik düzeyi, armatür mekana yerlestirmeden bulunarak en iyi aydinlatma verim hesabi yapilabilir. Isik kaynagi veya ftmetrik basliktan birinin sabit, digerinin düzenli larak yaptigi hareketler ile bir isik kaynaginin isik siddet dagiliminin incelenmesi için kurulan sisteme gni-ftmetre adi verilir [3]. Gni-ftmetrelerde, ftmetrik büyüklügün açisal degisimi incelemesini daha saglikli ve hizli lmasi için çesitli düzlem ve tasarimlar gelistirilmistir. Bu tasarimlarin uygulama düzlemleri CIE te tplanmistir[4]. Kullanilan sistemde C düzlemine göre tip- 3 türü bir gni-ftmetre uygulamasi gerçeklestirilmistir. Gni-ftmetrelerin birçk çesidi aydinlatmacilar tarafindan kullanilmaktadir. 2. SISTEMIN TASARIMI VE GERÇEKLESTIRILMESI Bu çalismada, hazirlanmis lan bir bilgisayar prgrami ile gni-ftmetre sistemi kntrl edilmektedir. Gni-ftmetre nin prgrama bagli hareketleri bilgisayar rtaminda sisteme bagli lan armatürün isik siddet egrilerini çikartmaktatir. Bu egrileri çikartmak için kullanilan bilgisayar kntrllu gni-ftmetre de, isik kaynagini hareket ettiren mekanizma ve ftmetrik basliktan lusmaktadir. Gni-ftmetre ye bagli isik kaynaginin isik siddet dagilimini incelemek için yaptigi düzenli hareketler adim mtrlari ile saglanmistir. Adim mtrlari açisal larak hareket ettikleri için hareket araligi, sargilara gönderilen sinyal sayisi kadar lur. Böylece adim açisina ve gönderilen sinyal sayisina bagli larak çk hassas larak istenilen hareketler elde edilmis lur. Adim mtrlarinin sürücü sistemleri açik döngülü ve kapali döngülü labilmektedir [5]. Adim mtrlarini kntrl eden sistemde açik döngülü sürücü sistemi kullanilmistir. Adim mtrlarinin uygun larak çalismasi için sargilara gönderilecek sinyallerin de uygun bir sekilde üretilmesi gerekir. Mtrlar, bilgisayar prgramindan gelen sinyale göre istenilen yön ve adim sayisi kadar hareket ederler [6]. Dönüs yönü, yön girisinin ljik durumu tarafindan belirlenir. Ljik-1 saat ibresi yönü, ljik-0 ise saat ibresinin tersi yönüdür. Ljik siralayicinin bazi uygulamalari tek yönlü lup, yön sinyal terminali yktur. Eger hareket bir artirilirsa, bir adim meydana getirilir. 2
Fakat artis iki veya daha fazla adimla lusturulursa, ljik siralayicidan önce diger bir katta üretilen sinyallerin uygun bir sekilde yönlendirilmesi gerekir [7 ]. Sürücü devre Bilgisayar M2 M 1 RS-232 Armatür Ftmetrik baslik Lüksmetre Sekil 1. Sistemin çalisma yapisi Adim mtrlarinin, bilgisayarin paralel prtundan gönderilen sinyallere göre çalismasini saglamak için bir sürücü devre tasarlanmistir. Mtrlarin istenilen adim, yön ve hizda çalismasi bu sinyallere baglidir [8]. Adim mtrlarinin hassas larak hareket etme ve sayisal larak kntrl edilebilme özelliklerinden faydalanilarak mekanik hareketlerin saglanmasi için iki adet karisik yapili adim mtru kullanilmistir. Isik siddet egrisi çikartan sistemde gniftmetrenin isik kaynagini hassas açilarda hareket ettirmesi saglanmistir. Ljik siralayici larak FF CMOS entegrelerinden lusmus bir siralama devresi kullanilmistir. Ljik siralayicinin, siralama yapmasi için bir saat (clck) sinyaline bir de yön sinyaline gerek ldugundan, her bir mtr için 4 bitlik çikis yerine 2-bitlik bilgi yeterli lmaktadir [9]. 3
CW:1 CCW:0 pulse input J K SET CLR Q Q J K SET CLR Q Q Ph1 Ph2 Ph3 Ph4 - Sekil 2. Adim mtru sürücü devresi 2.1. Mekanik Sistem Yapilan uygulamada mekanik sistem adim mtrlari ile hareket ettirilmektedir. Adim mtrlarinin döndürme islevi snsuz disliler ile isik kaynagini hareket ettiren mekanizmaya aktarilmistir. Tasarlanan mekanik düzenekte kullanilan snsuz disliler ile adim mtrlarinin üzerine düsen yük en aza indirilmistir. 2.2. Uygulama Düzlemi Sabit lan ftmetrik baslik referans kabul edilirse, gni-ftmetrenin bu yapisinda iki eksende üç düzlem hareketi yapilir. Isik kaynaginin yatay byunca hareket ettirilmesi ile A düzleminde hareketi elde edilir. Isik kaynagi kendi etrafinda döndürülerek C düzleminde hareket elde edilir. Isik kaynaginin C düzleminde 90º döndürülmesi ile 4
yatay eksende enine hareket saglanir. Bu durum B düzleminin hareketine imkan verir. Bu uygulamanin üstünlügü isik kaynaginin es isik kürelerini hazirlayan C düzleminde hareketini saglayabilmesidir C270 C225 C 0 C180 g A ve B PLANLARININ KESISIM NOKTASI C 45 45 C=90 C 90 ISIK KAYNAGININ EKSENI. Sekil 3. Isik kaynagini döndürme düzenegi lan gni-ftmetre 2.3. Sistemdeki mtrlarin çalismasi FOTOMETRIK BASLIK Sekil 4. Isik kaynagini döndürme düzenegi lan gniftmetre [10]. Prgramin kntrl ettigi birinci adim mtru isik kaynagini 0-180 arasinda sagdan sla dgru 5 lik açilarla döndürür (Sekil 5.). Her 5 de bir isik kaynaginin aydinlik düzeyi degeri ftmetrik baslik tarafindan lüksmetrede kunan degerler RS-232 karti ile bilgisayarin seri prtuna gönderilir [11]. Bu ftmetrik bilgiler prgram tarafindan kullanilir. ilgili dsyaya kaydedilir. Bu islem bittiginde birinci adim mtru isik kaynagini baslangiç knumuna geri getirir. 5
180 175 165 155 145 135 125 115 105 95 90 85 75 65 0 5 15 25 35 45 55 Sekil 5. Birinci adim mtrunun sisteme yaptirdigi hareket Birinci adim mtru 180º lik yatay düzlem alani içinde 36 adet degisik nktada aydinlik düzeyi ölçülmesine imkan verir. Birinci mtrun yaptirdigi ölçmeler nktasal armatürlerin isik siddet egrisi için yeterlidir. Dgrusal armatürlerde ise, yansiticilari asimetrik ldugundan birden fazla isik siddeti lsturmaktadir. Bu isik siddet egrilerine ulasmak için Ikinci adim mtru isik kaynagina C düzleminde hareket ettirir. Bu hareket ile armatür kendi etrafinda döndürülerek bu egrilere ulasilir.bir dgrusal armatürün tanimlanmasi için enine ve byuna ait egrileri yeterlidir.dlayisiyla armatür dgrusal ise ilk egri çikartildiktan snra ikinci mtr C düzlemin 90 döndürülerek ikinci isik siddet egrisi çikartilir [12]. 0 45 90 Sekil 6. Isik kaynaginin C düzleminde hareketi 6
3. ISIK SIDDET EGRILERIN ELDE EDILMESI Hazirlanan bilgisayar prgrama bagli larak isik siddet egrisi çikartilacak lan armatürün tipine göre, dgrusal veya nktasal armatür tip seçenegi tercih edilir. Kullanici armatürün karakteristik özellikleri girilen frma ölçme uzakligi ve kaynagin isik akisi degerlerini yükler. Armatür tercihine göre prgram, sistemi yönlendirir. Bu sistemde denenen bir armatürün standart abak üzerinde karsilastirilabilmesi için armatüre ait isik akisi 1000 lümen degeri ile rantilanir. Bu ran ile dsyaya atanmis lan aydinlik düzey degerleri çarpilarak yeniden kaydedilir. Aydinlik düzeyi hesaplandiktan snra girilen bilgiler dgrultusunda isik siddeti her adima göre asagidaki gibi hesaplanir ; I Ω (1.1) 2 = E r csε 2 0 Frmül 1.1 kullanilarak, prgram bir egrinin çizimi için 36 hesaplama yapar. Elde edilen bu degerleri dsyaya kaydeder. Isik kaynagini döndüren gni-ftmetre uygulamasina göre isik kaynagi her açida hareketli ldugundan dlayi, sabit nktadan yapilan ölçüme göre kullanilan ksinüs açisinin frmülde kullanilmasina gerek yktur. Dsyadaki bilgiler kullanilarak her 5º de hesaplanan isik siddeti abak üzerindeki ölçeklendirilmis daire üzerine yerlestirilir. Isik siddeti egrilerinin birimi cd/klm larak abak üzerine isaretlenmis lur. Bu sekilde nktasal armatürün isik siddet egrisi çikartilir. 7
250 200 150 100 50 (cd/klm) H=1m φ =1000 lm 3 (m) 2 1 0 1 2 (m) 3 230 1,6 10 16 25 40 63 100 160 Sekil 7. Olusturulan dsyadan bir abak üzerine isik siddeti degerlerinin aktarilmasi Prgramda dgrusal armatür tipi tercih edilirse, dgrusal armatürün enine ve byuna lmak üzere iki isik siddet egrisi vardir. Birinci isik siddet egrisini çikarmak için prgram nktasal armatürdeki islemleri tekrar eder. Daha snra prgram ikinci adim mtrunu çalistirarak isik kaynagini C düzleminde 90 döndürür ve yeniden ölçüm degerleri alir. Bu iki ölçümde elde edilen degerler abak üzerine aktarilir. Böylece dgrusal armatürün iki isik siddet egrisi abak üzerinde gösterilir [13]. 8
Sekil 8. Isik siddet egrisi çikartan sistem Sekil 9. Dgrusal armatürün isik siddet egrisi SONUÇ Armatür ile ilgili ftmetrik bilgileri degerlendiren ve mtr fnksiynlarini yönlendirilen C++ prgramlama dilinde yazilan bu prgram ile gni-ftmetreye baglanmis lan armatürün isik siddet egrileri çikartilmistir. Isik siddet egrilerini çikartan sistem bilgisayarla kntrl edildigi için knum ve kuma hatalari en aza indirilmistir. Isik siddet egrileri sayesinde isik siddet egrisi sinirlari içinde bulunan herhangi bir uzakliktaki bir yerin aydinlik düzeyi belirlenebilir. Bir armatürün mekan içindeki isik dagilimi hakkinda ftmetrik bilgi saglanmistir. Kurulan sistem ile yalniz isik siddet egrileri degil, rtamin ya da bir yüzeyin karakteristik isinimsal büyüklügünün açisal dagilimini ölçme ve degerlendirme imkanina sahip lunmaktadir. Isik siddet egrilerini çikartan bu sistem ile piyasada bulunan çesitli firmalarin lamba ve armatür tipleri ile yetinmeyen, yeni ve özgün aydinlatma prgramlarina entegre ederek 9
farkli tasarimlar üzerinde çalisan aydinlatma tasarimcilari armatür tasarimi ve gelistirilmesinde bu sistemi kullanilabilirler. Aydinlatma derslerinde yapilacak lan deneyler; temel aydinlatma kavramlari, armatürrenk iliskisi, isik-renk iliskisi, aydinlik düzeyi hesaplari, isik kaynaklari, isik üretiminin temelleri, yararlanma katsayilari, aydinlatma verim hesaplari gibi knularla iliskilidir. Sistemin prgramina yapilacak lan yeni düzenlemelerle, yukaridaki knularin egitimi ve ögretimi klaylastirilarak hizlandirilacaktir. Kurulmus lan sistem ftmetrik çalismalara destek lacak ftmetri labratuarina geçis saglayabilecek düzeydedir. KAYNAKLAR 1- ÖZKAYA, M., Aydinlatma Teknigi, Istanbul, 1985 2- SIREL,S., Aydinlatma Sözlügü,Istanbul, 1997 3- BORROWS, L., Phtmetry and Illuminating Engineering, Mc Graw Hill, 1985 4- CIE., The Measurement Of Abslute Luminus Intensity Distributins, Vienna, 1987 5- BAL, G., Özel Elektrik Makinalari, Ankara,1997 6- BAL, G., ve BEKIROGLU E., Design and implementatin f digitally cntrlled step mtr drives fr thtbrush/dentitrice mechanism Internatinal cnference n electrical Machines,Vl. 2 pages 803-807 Istanbul,1998 7- Heine, G., Cntrl methd f 5-phase PM stepping mtrs, Department f 7- Electrical Engineering, University f Illinis,1977. 8- Kenj,T., Stepping mtrs and Their Micrprcessr Cntrls, Clarendn Press, Oxfrd, 1984. 9- Ku, B. C., Step Mtrs and Cntrl Systems, SRL Pub. Cmpany, Illinis, 1979, 10- Krchmann PRC, Gniphtmeter 702, Berlin, 1996 11- Gürdal, O., Algilayicilar ve Dönüstürücüler, ANKARA, 1997 12-Krchmann PRC., Gniphtmeter 740, Berlin, 1996 13- Lafre, R.,1988, The Waite Grup s Turb C Prgramming fr the PC, Hward W. Sams&Cmpany, Indiana. 10