T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü TELSİZ BOMBA İMHA ROBOTU 2433966 Büşra SARAÇ 2434288 Yasemin ÖZDEMİR 2434577 Necmettin TAFLAN Danışman Yrd. Doç. Dr. Adnan CORA Mayıs 2014 TRABZON
T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü TELSİZ BOMBA İMHA ROBOTU 243396 Büşra SARAÇ 243428 Yasemin ÖZDEMİR 243457 Necmettin TAFLAN Danışman Yrd. Doç. Dr. Adnan CORA Mayıs 2014 TRABZON
LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Büşra SARAÇ, Yasemin ÖZDEMİR ve Necmettin TAFLAN tarafından Yrd. Doç Dr. Adnan CORA yönetiminde hazırlanan Telsiz Bomba İmha Robotu başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Unvanı Adı ve SOYADI Yrd. Doç. Dr. Adnan CORA Jüri Üyesi 1 : Unvanı Adı ve SOYADI Prof. Dr. Ali GANGAL Jüri Üyesi 2 : Unvanı Adı ve SOYADI Yrd. Doç. Dr. Haydar KAYA Bölüm Başkanı : Unvanı Adı ve SOYADI Prof. Dr. İsmail Hakkı ALTAŞ ii
ÖNSÖZ Bu projenin hazırlamasında emeği geçenlere, projenin son halini almasında yol gösterici olan kıymetli hocamız Sayın Yrd. Doç. Dr. Adnan CORA ya şükranlarımızı sunmak istiyoruz. Ayrıca bu çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğüne, Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektrik Mühendisliği Bölüm Başkanlığına teşekkürlerimizi sunarız. Her şeyden önce, eğitimimiz süresince bize her konuda tam destek veren ailelerimize ve bize hayatlarıyla örnek olan tüm hocalarımıza saygı ve sevgilerimizi sunarız. Mayıs 2014 Büşra SARAÇ Yasemin ÖZDEMİR Necmettin TAFLAN iii
İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ... iii İÇİNDEKİLER... iv ÖZET... v SEMBOLLER VE KISALTMALAR... vi ŞEKİLLER DİZİNİ... vii 1. GİRİŞ... 8 2. TEORİK ALTYAPI... 10 2.1. RF Nedir, RF Haberleşme Nedir Nasıl Yapılır?... 13 2.1.1. RF Nedir?... 13 2.1.2. Modülasyon Nedir?... 13 2.1.3. RF Haberleşme Nasıl Gerçekleşir?... 14 2.1.4. Besleme Voltajı... 17 2.1.5. Data Format... 17 2.1.6. Analog Out... 18 3. TASARIM... 20 3.1. Kullanılan Malzemeler... 21 3.1.1. USB Çevirici (RS232 Seri Port)... 21 3.1.2. Relüktörlü DC Motor, Tekerlek... 23 3.1.3. Akü... 24 3.1.4. PIC16F877A Mikroişlemci... 25 3.1.5. Kablosuz Kamera... 26 4. SİMÜLASYON ÇALIŞMALARI... 27 4.1. SİSTEM YAZILIMI... 30 5. SONUÇLAR... 35 6. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME... 36 KAYNAKLAR... 37 EKLER... 38 EK 1. Mali Analiz Çizelgesi... 38 EK 2. IEEE Etik Kuralları... 39 EK-3. DİSİPLİNLER ARASI ÇALIŞMALAR... 42 EK-4. STANDARTLAR VE KISTASLAR... 43 ÖZGEÇMİŞ... 45 iv
ÖZET Günümüzde gelişen teknoloji bir çok alanda belli işlevleri insansız yerine getirebilecek çeşitli cihazların gelişimine imkan sağlamaktadır. Özellikle her geçen gün artan terör eylemlerinin sonucu olarak insansız taşıtların ve robotların güvenlik sektöründe kullanımı hızla artmaktadır. Uzaktan kumandalı olarak da tasarlanabilen bu robotlar, robotu kullanan kişilerin tehlikeli alanlardan uzak, güvenli olarak olaya müdahil olmasını sağlamaktadır. Televizyon ve gazetelerde hemen hemen her zaman rastladığımız bomba ihbar haberleri ve imhaları sırasında meydana gelen can kayıpları ve yaralanmalar günümüzün ciddi problemlerinden biridir. Dolayısıyla bu gibi problemlerin çözümüne katkıda bulunmak amacıyla bitirme projesi kapsamında tarafımızca bir Telsiz Bomba İmha Robotu gerçekleştirilmiştir. v
SEMBOLLER VE KISALTMALAR g : Gram µf : Mikro Farad nf kω V ma DC bps : Nano Farad : Kilo Ohm : Volt : Miliamper : Doğru Akım (Direct Current) : Saniyedeki Bit Sayısı (Bit Per Second) I/O : Giriş/Çıkış ( Input/Output ) s : Saniye vi
ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1. Sistemin Basit Blok Şeması... 10 Şekil 2.2. Robotun Temel Çalışma Düzeneği... 11 Şekil 2.3. Sistemin Genel Görünümü... 12 Şekil 2.4. RF Alıcı - Verici... 15 Şekil 2.5. Örnek Bir Veri Formatı... 16 Şekil 2.6. ATX-34S RF Verici ve ARX-34 RF Alıcı Pin Bağlantıları... 17 Şekil 2.7. Basit Bir RF Alıcı Verici Sistemi... 18 Şekil 3.1. Robot Kol... 20 Şekil 3.2. USB Çevirici (RS232 Seri Port)... 21 Şekil 3.3. RS232 Seri Port Bağlantıları... 22 Şekil 3.4. 12V Relüktorlü DC Motor ve Tekerlek... 23 Şekil 3.5. 12V 7A Akü... 24 Şekil 3.6. PIC16F877A Bacak Yapısı... 25 Şekil 3.7. PIC16F877A Mikroişlemcisi... 26 Şekil 4.1. Sistem Simülasyonu... 27 vii
1. GİRİŞ Son yıllarda gelişen teknolojiyle birlikte robotların kullanımı çok geniş alanlara yayılmıştır. Endüstride, tıp ve sağlık alanında, operasyonel eylemlerde ve daha birçok sektörde robotların kullanımı oldukça artmıştır. Wireless teknolojisinin de ilerlemesiyle kablosuz olarak uzaktan kontrol edilebilen bu robotlar, hayatımızı büyük oranda kolaylaştırmaktadır. Özellikle sivil ve askeri savunma sistemlerinde insan hayatını tehlikeye sokabilecek durumlarla sık sık karşılaşıldığından robotların uzaktan kontrolü bu alanda büyük önem taşımaktadır. Bitirme projesi kapsamında gerçekleştirmiş olduğumuz Telsiz Bomba İmha Robotu nun amacı, adından da anlaşılacağı gibi söz konusu bombayı ya da şüpheli peketi güvenli bir alan içinde taşımak, uzaklaştırmak, gözlemlemek ve kişiyi tehlikeden olabildiğince uzak tutmaktır. Bu amaçları gerçekleştirmek için yapılan imha robotunda wireless haberleşme sistemi kullanılmış, robot mekaniğinde de sürücü ve robot kol olmak üzere iki kısım gerçekleştirilmiştir. Sürücü mekaniği, robotun yüzeydeki hareketini sağlamakta ve robot kol da bombanın taşınması, izlenmesi ya da imhası işlemlerinde kullanılmaktadır. Burada sürücünün de, robot kolun da kontrolü uzaktan kumanda ile sağlanmaktadır. Daha önce bu alanda yapılan çalışmalar çerçevesinde farklı özelliklere sahip bir çok telsiz bomba imha robotu yapılmıştır. Bu robotlar terör eylemleri ve bombalı saldırılar karşısında kullanılmak üzere yapıldığından ateşleme sistemi, gece görüşü, eğim tırmanabilme gibi üstün donanımlı özelliklere sahiptir. Bunun yanısıra gerçeklemiş olduğumuz robot, ateşleme sistemi özelliği dışındaki tüm özellikleri sağlayabilmektedir. Robotta harici bir ateşleme sisteminin kullanılmamasının nedeni bu özelliğe projemiz kapsamında ihtiyaç duyulmaması ve maliyetteki artışın önüne geçilmek istenmesidir. Robotta kullanılmış olan diğer teknolojiler ve mekanik sistemler ilerleyen bölümlerde ayrıntılı olarak anlatılmış ve İş-Zaman çalışma takvimi Tablo 1 de gösterilmiştir. 8
Tablo 1. İş-Zaman Çalışma Takvimi İŞ/ZAMAN 23 Eylül- 30 Eylül Proje Konusunun Belirlenmesi Literatür Taraması İşlemci ve DC Motorların İncelenmesi Sistemin Simülasyonun Çizilmesi ve Malzeme Değerlerinin Belirlenmesi Sürücü Devresinin Yapılması Yazılımın Oluşturulması Robot Kolun Montajı Yazılımın Oluşturulması Bitirme Tezinin Yazımı ve Teslimi 1-31 Ekim 1-30 Kası m 1-30 Aralı k 1-30 Ocak 1-28 Şubat 1-31 Mart 1-30 Nisan 1-23 Mayıs 9
2. TEORİK ALTYAPI Telsiz Bomba İmha Robotu (Wireless Bomb Disposal Robot) isimli projenin temel amacı, adından da anlaşılacağı gibi söz konusu bombayı ya da şüpheli peketi güvenli bir alan içinde imha etmek ve tabi ki kişinin güvenliğini garantiye almaktır. Bununla beraber; Uzaktan görüntüleme ve kontrol sistemiyle şüpheli bir paketi ve ya bombayı analiz etmek, Kullanıcıya robotik kol yardımıyla paketi inceleme şansı vermek, Paketi ya da bombayı ve çevresini inceleme imkanı sağlamak, Kullanıcıya oldukça kullanışlı bir uygulama sağlamak projemizin diğer amaçları arasındadır. Proje temel olarak uzaktan kontrol uygulamasıyla RF Haberleşme teknolojisini kullanarak robotik kolla işlem yapabilme ilkesine dayanmaktadır. Kullanıcıdan (bomba teknisyeni) gelen giriş, kablosuz olarak robota aktarılacak ve robot tarafından algılandığında tanınarak işleme sunulacaktır. Sistemin blok şeması Şekil 2.1 ve Şekil 2.2 üzerinde gösterilmiştir. ROBOT RF Haberleşme Bomba Şekil 2.1. Sistemin Basit Blok Şeması 10
ROBOT Robotik Kol Robotik Gövde Taban Sürücü Mekaniği Taban Döndürme Mekaniği İleri Geri Sağ Sol Şekil 2.2. Robotun Temel Çalışma Düzeneği Burada; Kullanıcıdan gelen giriş sistemimizin girişidir. Bu giriş ilk olarak uzaktan kontrol uygulaması tarafından işleme alınır ve bir iletişim sistemi ile robota iletilir. Bu giriş sistem (robot) tarafından algılandığında tekrar işlenir ve uygulamaya girer. Sistemin çıkışı işlenmiş olan girişin çıkışa aktarılacağı kısımdır. Bu kısım bir motor ya da projedeki gibi bir robotik kol olabilir. Dolayısıyla projede girişe verilecek olan sinyal çıkışta robotun ilerlemesi, yön değiştirmesi ve robotik kolun hareketi olacaktır. 11
Şekil 2.3. Sistemin Genel Görünümü Sistem ve robotun çalışma düzeneği Şekil 2.3 teki gibi gösterilebilir. Burada uzaktan kumanda kontrollü ile yapılan yönlendirmelerle robotun bombayı ya da paketi alma, taşıma uzaklaştırma gibi işleri basit kontrollerle yapması sağlanmıştır. Bu kontrol bilgisayar aracılığıyla da yapılabilmektedir. Kullanılan kablosuz kamera aracılığıyla paket uzaktan bilgisayar ekranında da görüntülenebilmektedir. Kumanda ve robot arasındaki haberleşme RF haberleşmedirr ve RF modüller kullanılarak gerçeklenmiştir. Bu haberleşmenin nasıl yapıldığı ve sistem mekanizmasının nasıl gerçeklendiği ileriki bölümlerde anlatılmıştır. 12
2.1. RF Nedir, RF Haberleşme Nedir Nasıl Yapılır? Günümüzde birçok uygulamada radyo frekans (RF) adı verilen haberleşme sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Günlük hayatta uzaktan tek bir tuşla gerçekleştirdiğimiz bir çok eylem bir RF haberleşme sonucu ortaya çıkmaktadır. Radio frekansları kullanarak yapılan bu haberleşme RF Haberleşme adını almaktadır. Kablosuz ağların maliyetlerinin hızla düşmesi ve kablosuz ağlarda bant genişliğinin hızla artması sonucu 3-4 bilgisayar bulunan küçük ofislerde bile kablosuz ağların kurulması ve kullanılması mümkün olmuştur. Özellikle ofis içerisinde sürekli hareket halinde olan dizüstü bilgisayar kullanıcıları ve dizüstü bilgisayarı ile sürekli seyahat eden kullanıcılar için en uygun bağlantı yöntemi kablosuz ağlardır [1]. 2.1.1. RF Nedir? RF in açılımı Radio Frekanstır. RF ile bir ses, bir görüntü kısaca bir veri karşı tarafa kablo vs. gibi bağlantılar olmadan rahatlıkla gönderilebilmektedir. RF işaret denildiğinde akla tek bir frekans gelmemelidir. RF işaretler farklı frekanslarda olabilirler. Bu farklılık gönderilecek olan verinin boyutuna ve ulaşması gereken mesafeye bağlıdır. Burada akla gelebilecek soru tabi ki düşük frekanslı işaretlerin nasıl iletildiği olacaktır. Örneğin insan sesi yaklaşık 20 khz gibi bir frekansa sahiptir. Bu sesin bozulmadan karşıya nasıl gönderileceği sorusunun cevabı modülasyon olacaktır. 2.1.2. Modülasyon Nedir? Alçak frekanslı bilgi sinyallerinin, yüksek frekanslı taşıyıcı sinyaller üzerine bindirilip uzak mesafelere gönderilmesi işlemine modülasyon denir. Modülasyon işlemiyle alçak frekanslı işaretler bozulmadan istenilen yere iletilebilmekte ve demodülasyon işlemiyle de orijinal haline getirilerek kullanılmaktadır. Modülasyon işlemiyle birlikte; Bilgi işaretleri yüksek frekanslara taşındığından anten boyutları küçülmüş olur. Her bi verici frekansı kendi için ayrılan frekans bölgesine kaydırıldığından, bir çok verici ve alıcı birbiribin yayınını bozmadan çalışabilir. 13
Birden fazla işaretin gönderilmesi (çoğullama) işlemleri yapılır.. Bozucu etkiler büyük oranda azalmış olur. Verici ve alıcı tasarımı işaretlerin özelliklerine göre daha kolay belirlenir. İletim ortamına uyum sağlanmış olur. 2.1.3. RF Haberleşme Nasıl Gerçekleşir? RF haberleşmenin gerçekleştirilebilmesi için gerekli olan ilk elemanlar RF Alıcı- Verici modüllerdir. Bu modüller uzun mesafelerde kullanılmak üzere tasarlanabileceği gibi, kısa mesafeli basit uygulamalar için de piyasada birçok firmanın RF alıcı-verici modülleri rahatlıkla bulunabilmektedir. Gerçeklemiş olduğumuz robotta ise mesafe çok geniş bir çembere sahip olmadığından ADX-34S ve ARX-34S alıcı ve verici modülleri kullanılmıştır. Modüller anten haricinde herhangi bir RF komponent ihtiyacı olmadan PCB montajına uygun yapıdadır. RF Alıcı-Verici modüller genelde basit bir anten bağlantı pinine sahiptir. Uygun bir UHF anten doğrudan bu pine bağlanabilir. 433MHz modüllere bağlanabilecek en basit anten 17.3cm uzunluğunda ki bir kablonun anten girişine lehimlenmesidir. Antenin, modülden uzak bir yere bağlanması gerekiyorsa 50 ohm coax anten kablosu kullanılması gerekmektedir ve anten kablosunun topraklaması, modülün anten girişine yakın bir yerden yapılmalıdır. RF verici modülü genelde 5V gibi bir besleme gerilimine ihtiyaç duymaktadır. Daha uzun mesafelere iletim yapabilmek için bu gerilim 12V a kadar çıkabilmektedir. Projede kısa mesafe kullanıldığından besleme gerilimi 5V olarak tercih edilmiştir. Burada regüleli bir kaynak kullanılarak besleme geriliminin 5V un altına düşmesi engellenmiştir. Çünkü besleme geriliminin bu değerin altına düşmesi modülün çalışmasını bozmaktadır. Bu şekilde modülün aynı zamanda kaynakta meydana gelebilecek dalgalanmalardan da etkilenmesinin önüne geçilmiştir. Projede kullanılan RF Alıcı-Verici devresi Şekil 2.4 te gösterilmiştir. 14
Şekil 2.4. RF Alıcı - Verici RF alıcı modülününn de çalışmaa voltajı 5V tur ve 5 maa gibi düşük bir akım üretmektedir. Tıpkı verici modül gibi kaynak dalgalanması ±100 ± mv u geçtiğinde alıcı modül de düzgün çalışmamaktadır. RFF haberleşmede veri iletiminin nasıl yapıldığı ise şu şekilde açıklanabilir. Standart data protokolünde şu şekilde gösterilir. preamblee + sencronn + data1+..+datax Bir çok haberleşme sisteminde olduğu gibi RF haberleşmeh elerde de preamble (önsöz) bilgisi gönderilir. Seri haberleşmelerdeki start biti gibi g düşünülebilir. Bu bilgi bir çeşit uyandırma amaçlıdır. Preamble kullanılmadığındaa sağlıklı iletişim mümkün olmayabilir. Preamble veri olarak ardışık 1 ve 0 lardan oluşan (01010101 )) bir bit dizinidir. 5 byte 0 55 veya 0xAA olabilir. Gönderilen 1 ve 0 ların 0 süreleri eşit olmalıdır. Kısaca preamble donanım senkronizasyonunu sağlamaktadır. Buu şekilde sağlıklı bir veri aktarımı sağlanmakta, ancak anı oranda hızdan kayıp yaşanmaktadır. Bu nedenle yüksek hızlı uygulamalarda mesafenin uzunluğuna ve çalışılan ortama göre preamble datalarının miktarı denenerek bulunabilir. Bazen bir ya da iki byte ile senkronizasyon sağlanabilmektedir. Ayrıca yanlış veri alımını önlemek için özellikle güvenli veri transferininn önemli olduğu uygulamalarda bir ya da iki preamble datasının ardından belirlenen bir şifre datası gönderilmesindee yarar vardır. Alıcı ünite bu şifreyi ya da birkaç şifre bilgisini doğru alırsa ardından gelecek esas verileri okumaya başlayacaktır. 15
Modülün DIN (data) girişinden göndermek istediğimiz veriler Şekil formatta gönderilir. 2.5 teki Şekil 2.5. Örnek Bir Veri Formatı Preamblee datalarından sonar eğer şifreleme yapılmıyorsa gönderilecek datalar için bit senkronizasyonunu sağlamak k amacıyla sencron datası gönderilir. Bit senkronizasyonunun sağlanması ve mesaj başlangıcının doğru alınması için sencron dataları önemlidir. Bu bit dizisinin boyu, uygulama gereksinimleri veya kısıtlamalarına göre değişebilmekle birlikte 5 byte 0 00 + 5 byte 0xFF boyunda olabilir veya bunun ne olacağına kişi kendisi kararr verebilir. Eğer preamble den sonra şifre datalarını göndermek istenirsee senkron bilgisine gerek yoktur. Şifre datalarıı hem senkron bilgisindeki gibi alıcı devreyi very alma moduna hazırlar hem de etraftan gelebilecek parazitler veya gönderim sırasında oluşabilecek veri kayıpları yüzünden alıcının yanlış data almasını engeller. Bu anlamda profesyonel uygulamalarda sencron verisi yerine şifre kodları göndermeyi tercih edilir. Data gönderilirken araya boşluk girmemeli, girer ise tekrar preamble ve sencron yadaa şifre bilgileri gönderilmelidir. RX tarafındaa ise preamble a bakılmaz. Sadece sencron yadaa şifre bilgileri aranır, sonrasında datalar okunur. 16
Şekil 2. 6 da ATX-34 SRF vericinin ve ARX-34 RF alıcının oin bağlantıları gösterilmiştir. ATX-34 SRF vericininn ve ARX-34 RF alıcının özellikleri alt başlıklarda ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Şekil 2.6. ATX-34S RF Verici ve ARX-34 RF Alıcı Pin Bağlantıları 2.1.4. Besleme Voltajı ARX-34 içerisinde bir voltaj regülatörü bulunmamaktadır. Tasarım pil kullanımı düşünülerek yapılmıştır. Bu nedenle beslemee voltajındaa belirtilenn değerleree dikkat edilmelidir. Modül belirtilen değerlerin altında bir besleme yapıldığında kararsız çalışacaktır. Besleme voltajı +5 V DCC ve topraklama GND bağlantısı belirtilen değerlerin üzerinde veya ters olursa, modülde kalıcı tahribatlara yol açabilir. Beslemee voltajında çalışma sürecinde ±100 mv değişimlerin üzerindeki değişimler modülün kararsız çalışmasına neden olmaktadır. Bu yüzdenn besleme devresinde regülatör r IC kullanılması önerilmektedir. 2.1.5. Data Format Modülde dijital dataa çıkısı için DOUT pini bulunur. DOUT D pini i RF Alıcıdan alınan sinyallerin demodüle edilerek verildiğii çıkıştır. Genellikle dijital çıkış kullanılır. 17
2.1.6. Analog Out Analog out pini testt amaçlı birr çıkıştır. Bu pinin çıkısında demodüle edilmiş sinyal 1.5 V DC seviyenin üzaerine bindirilmiş olarak görülülür. Analog çıkış her modülde olmamakla beraber projemizin uzaktan kumandalı sürücü bölümünde kullandığımız modülde bulunmaktadır. Şekil 2.7. Basitt Bir RF Alıcı Verici Sistemi Şekil 2.7 incelendiğinde haberleşmenin tek hat üzerinden ve herhangi birr i/o pini kullanılarak yapılabildiği görülmektedir. Modüllerin çalışma mantığı incelenecek olursa vericii pic yukarıda anlatıldığı üzere önce preample datası olarak 5 byte lık 0 55 datasını gönderir. Gönderme şeklii yüksek değerlikli bitten düşük değerlikli bite doğrudur ve start stop bitleri olmaksızın gönderilmektedir. Akabinde zorunlu olmamakla beraber verimi artırmayı sağlayann (ve bir o kadar da hızı düşüren) 5 er bytelık 0 00 ve 0xFF dataları aynı şekilde gönderilir. Ardından da bir adet şifre mahiyetinde kullanılan bir r adet adres datası ve sonrada esas data gönderilir. Yukarıda da bahsedildiği gibi bu 00 ve FF bilgileri, preampledan sonra sekronizasyonu sağlamaya yardımcı olurlar. Ardından gönderilen adres bilgisi de tek başına senkronizasyonu sağlayabilirdi, ancakk yüksek hız gerekmiyorsa (bu uygulamadaki gibi) preampledan sonra gelen 000 ve FF datalarını kullanmak faydalı olacaktır. 18
Burada adres ve onu takip eden esas data klasik seri haberleşme formatındadır. Yani start stop bitlerini barındırmaktadır. Burada gönderilen data 1byte lık bir veridir ancak bunu aralarda bekleme yapmamak kaydıyla birkaç byte olacak şekilde uzatılabilir. Bu durumda her bir data arasında tekrardan preample kodlarını göndermeye gerek yoktur. Alıcı programdan bahsedilecek olursa, o da verici programının gönderirken yaptığı gibi 7. Bitten başlayarak 0. Bite doğru veri alır. Ancak veri almaya başlamadan önce 5 tane 00 ve 5 tane FF datasını yakalaması gerekir. Bu uzunlukta 0 ve 1 leri görünce peşinden gelecek olan start bitini bekler. Start biti geldikten sonrada yukarıda da bahsedildiği gibi 7. Bitten başaklamak kaydıyla 0. Bite doğru 8 bitlik datanın bitleri tek tek alınır ve peşinden stop biti alınarak 1 byte lık okuma tamamlanır. İlk okunan data adres bilgisidir. Adres bilgisi kontrol edilir ve doğru olup olmadığına bakılır. Adres doğruysa aynı şekilde esas data alınarak haberleşme tamamlanmış olur. Okunan data tekrar port B de gösterilerek döngüyü başa döndürür ve program tekrardan 5 adet 00 ve 5 adet FF i yani sencron sinyalini yakalayana kadar bekler. Eğer sistem kesmeli bir sistem olsaydı elbette böyle bir beklemeye gerek kalmayacaktı, ancak hız problemi olmayan uygulamalarda bu sistem oldukça sağlıklı çalışmaktadır. 19
3. TASARIM Gerçekleştirmiş olduğumuz Telsiz Bomba İmha Robotu genel olarak robot kol ve sürücü mekaniği olmak üzere iki kısımda incelenebilir. Robotunn gerçekleştirilmesi esnasında beklenmeyen sorunlarla karşılaşılmış ve daha önce belirlenmiş olan B planıyla bu sorunların üstesinden gelinmeye çalışılmıştır. İlk aşamada piyasadan hazır olarak robot kol edinilmiştir. Parçalar halinde gelen robot kol birleştirilerek kullanıma hazır hale getirilmiştir. Şekil 3.1. Robot Kol Şekil 3.1 de görülen robot kol, incelenecek olan nesnenin tutulmasını ve istenilen yere bırakılmasını sağlayan mekanik aksamdır. Kol, bilgisayar ve uzaktan kumanda ile kontrol edilmektedir. Burada bilgisayar kontrolü RS232 R arayüz aparatı ile gerçekleşmektedir. Kolun yük kaldırma kapasitesi 100-200 g arasındadır ve kol beş eklemde kutuluu çarklı doğru akım motorlarından oluşmaktadır. Robot kolunun bilekten çalışma alanı 120 derece, dirsekten çalışma alanı 300 derece, omuzdann çalışma alanı 180 derece, temelden çalışma alanı 270 derecedir. Kıskaçların çalışma alanı ise 0 cm ile 4.5 cm arasındadır. Kolun ağırlığı 658 g ve boyutu 22.8 cm x 16 cm x 38 cm 'dir. İkinci aşamada ise i robotun uzaktan kontrolüü için gerekli olan devre gerçeklenmiştir. Devreninn tasarımı,, kullanılan malzemeler, kullanım amaçları ve simülasyonu ilerideki bölümlerde anlatılmış ve şekillerle gösterilmiştir. 20
3.1. Kullanılan Malzemeler 3.1.1 USB Çevirici (RS232 Seri Port) Şekil 3.2. USBB Çevirici (RS232 Serii Port) Şekil 3.2 de RS2322 seri port çevirici görülmektedir.. RS232 seri port çevirici; -12 volt ve +12 volt gerilim değerleri arasında 20 metre mesafeyy kadar sayısal bilgi aktarımını 8 bitlik veri paketleri halinde yapmaktadır. Kullanım durumuna göre bu aktarım daha düşük bitler halinde de gerçekleştirilebilmektedir. Bu aktarım art arda yapılmaktadır ve senkronize - asenkronize şeklinde tanımlanmaktadır. Asenkronize durumda alıcı ve verici arasında bir uyum olmasıı gerekmemekle beraber senkronize durumda alıcı ve verici arasında bir uyum olmasıı gerekmektedir. Burada bilgi ve ya + voltaj olarak lojik değerlere denk gelmektedir. -12 volt lojik 0 olarak, +12 + volt ise lojik 1 olarak algılanmaktadır. Algılanan gerilimler dijital formunda 8 bitlik veya daha düşük bitlik veri paketi haline gelerek aktarılmaktadır. Gerçeklenen robotta bilgisayar b kontrolü için gerekli olan RS232, veri iletimindee görev yapmaktadır. Şekil 5.2 dee RS232 ninn bağlantı pinleri ve görevleri gösterilmiştir. 21
Şekil 3.3. RS232 Seri Port Bağlantıları Bomba imha robotu bilgisayarr iletişiminde kullanılacak olan pinler yukarıda Şekil 3.3 te gösterilen 3. ve 5. pinleridir. 3. pin veri iletimini sağlar. 5. pin ise RS232 iletişim kablosunun topraklamasını sağlar. Veri taşıyıcı tespit pini Veri alma pini Veri iletim pini Veri terminali hazır olduğunu gösteren pin Sinyal toprak pini Verileri 1 yapan pin Gönderme isteği pini Gönderme temizleme pini İzlenim göstergesi pini 22
3.1.2. Relüktörlü DC Motor, Tekerlek 'Servo motorlar konum ve hız kontrolü gereken sistemlerde kullanılan geri- beslemeli motorlardır. Servo motorlar düşük gerilimle yüksek tork üretme ve hassas çalışabilme özelliğine sahiptir. Genellikle 3 kabloya sahiptir. Bunlar güçç için kırmızı kablo, toprak için siyah ve kontroll (data, veri) için sarı renkli kablolardır [2]. Motorun sürücü mekaniği 2 DCC motor kontrollü tekerlek ve bir adet sarhoş tekerlek ile gerçekleştirilmiştir. Sarhoş tekerinn kullanılmasının amacı, sadece arkadaki tekerlekleri kontrol ederek mekanizmanın istenilen yöne gitmesini sağlamaktır. Tekerlekler, 80mm çaplı, 10 mm genişliktedirr ve tekerleklerin etrafına, yüzeyee tutunmalarını kolaylaştırmak için siyah renkli silikon lastikler geçirilmiştir. Şekil 3.4. 12V Relüktorlü DC Motor vee Tekerlek Şekil 3.4 te 12V relüktörlü DCC motor ve bağlı olduğu tekerlekler görülmektedir. Proje prototipinde yüzeysel hareket kabiliyeti için iki adet 12V relüktörlü DC motor kullanılmıştır. Bu motorun tercihinde yüksek tork ve güç ihtiyacı etkili olmuştur. Kullanılan motor teknik özellikleri aşağıda belirtildiği gibidir. 23
Teknik Özellikleri: Çalışma Gerilimi: 12 V Motor Hız: 60 rpm Yüksüz Çektiği Akım: 150 ma Aşırı Yük Akımı: 2.2 A Motor Gücü: 26. 5 W Motor Çapı: 36 mm Redüktör Çapı: 37 mm Mil: 6mm D Şaftt Alttan Çıkışlı Mil Uzunluğu: 15 mm Motor Net Ağırlık: 225 g 3.1.3 Akü Şekil 3.5. 12V 7A Akü 24
Akü, elektriksel enerjinin kimyasal enerji olarakk depolanmasını ve istenilen zamanda bu enerjiyi yeniden elektrik enerjisi olarak kullanmayaa olanak sağlayan s elemandır. Projede prototipin besleme kaynağı olarak Şekil 3.5 teki 12V 7A lik akü kullanılmıştır. Türü kuru aküdür. Sistemde kullanılmasında tercih sebepleri arasında; asit taşması ve sızdırması olmaması, gaz çıkışının yok denecek kadar k az olması ve boyutlarının sisteme uyarlanmasını kolaylaştırması etkili olmuştur. 3.1.4. PIC16F877A Mikroişlemci Projede, verileri işleme ve sistemi oluşturan birimler arasında veri akışı işlemlerini gerçekleştirmek amacıyla PIC16F877A işlemcisi kullanlmıştır. motorların hız ve konum kontrolünü gerçekleştirmek amacıyla programlanmıştır. kontrolü İşlemci, Ekonomik olarak da düşük maliyete sahiptir. Basit elemanlar kullanılarakk gerekli programlama devresi elde edilebilir. Bunun yanında gerektirdiği reset, clock sinyali ve güç devreleri de oldukça basittir. Ayrıca tekrar tekrar silinip yeniden programlanabilme özelliğinden dolayı kullanışlı bir mikroişlemcidir [3]. İşlemcinin pin bağlantıları Şekil 3.6 da gösterilmişt tir. İşlemcinin pin bağlantıları Sistem Simülasyonu başlığı altında ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Şekil 3.6. PIC16F877A Bacak Yapısı 25
Projede kullanılmış olan PIC16F877A işlemcisi Şekill 3.7 de gösterilmişir. Şekil 3.7. PIC16F877A Mikroişlemcisi 3.1.5. Kablosuz Kamera Projede paketin uzaktan görüntülenebilmesi içinn bir adet kablosuz kamera kullanılmıştır. Kablosuz kamera robot kolun üzerine monte edilmiştir. Kullanılan kamerayla görüş 20-50 m çapında bir alana yayılabilme ektedir ve 12V DC gerilimle çalışmaktadır. Kamera, bilgisayarla olan iletişimini USB bağlantısıyla sağlamaktadır. 26
4. SİMÜLASYON ÇALIŞMALARI Şekil 4.1. Sistem Simülasyonu 27
Şekil 4.1 de gerçekleştirilmiş olan devrede 1 adet RF alıcı-verici, 7 adet 10kΩ luk direnç, 14 adet 1kΩ luk direnç, 14 adet 5V DC çift kontak röle, 14 adet BC337 transistör, 16 adet 1N4007 diyot, 1 adet 7805 transistör, 1 adet 220nF kondansatör, 1 adet MAX3232 entegre, bu entegrenin çalışması için gerekli olan 3 er adet 0.1 uf, 0.22 uf ve 22 uf lık kondansatörler, 1 adet PIC16F877A, 1 adet RS232 USB çevirici ve 7 adet DC motor kullanılmıştır. İlk olarak RS232 nin 3. pini veri gönderme amacıyla MAX3232 entegresinin 8. pinine bağlanmıştır. MAX3232 entegresinin kararlı çalışması için 4 adet kondansatör kullanılmıştır. 0.1 uf lık kondansatörlerden ikisi 1-3 ve 4-5 pinleri arasına bağlanmıştır. 2. pine 0.1 uf, 6. pinine ise 22 uf lık kondansatör bağlanıp entegre çalışır duruma getirilmiştir. Entegrenin 9. pininden çıkılıp RF vericinin 2. pinine bağlanarak veri iletimi sağlanmıştır. RF vericinin ihtiyaç duyduğu komponent olan anten, vericinin 4. pinine bağlanmıştır. Vericinin +Vcc ve GND bağlantıları yapılmıştır. Aynı şekilde alıcı modül 4. pini anten, +Vcc, GND ve 2. Pini ise PIC16F877A entegresinin 26. pinine bağlantı yapılmıştır. PIC16F877A entegresinin 1. pinini devre dışı bırakmak için 10k lık direnç +Vcc ye bağlanmıştır. Her bir motorun devre bağlantıları aynı olup; motorların çift yön kontrolü için 2 adet 5V DC çift kontak röle, 2 adet BC337 transistör, 2 adet 1kΩ luk direnç ve 2 adet 1N4007 diyot kullanılmıştır. BC337 transistörün bazına 1kΩ luk direnç bağlanarak bazın gerilim ile tetiklenmesi sağlanmıştır. Emitörü topraklanan transistörün kolektörü, diyotun katot ucuna bağlanmıştır. Diyotun anoduna ise +Vcc bağlanmıştır. Diyota paralel bağlanan röle transistorün bazını tetiklediği zaman, diyotun üzerinden akım akamayacağı için röleden geçecek akım röleyi tetikleyerek anahtarlamayı sağlamaktadır. Rölenin anahtar kısmına motorun yönünü belirleyecek olan diğer rölenin anahtar kısmı bağlanarak motorun istenilen yönde çalışması sağlanmıştır. BC337 transistörlerin bazına bağlı olan dirençlerin girişi de PIC16F877A işlemcisinin 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 27, 28, 29 ve 30 pinlerine bağlanmıştır. Uzaktan kumanda iki modlu çalışmaktadır. Modlardan biri robot kolun kontrolünü, diğeri ise sürücünün kontrolünü sağlamaktadır. Uzaktan kumanda devresinde; 5 adet çift yön tuş, 1 adet tek yön tuş, 6 adet 10kΩ luk direnç ve 2 adet 47kΩ luk direnç kullanılmıştır. 28
Çift yön tuşların 3 pini bulunmaktadır. Bu pinlerin ortada bulunanı 10kΩ luk dirence seri bağlanmıştır. Tuşun ilk pini STR1 e, STR1 de 47k luk bir direnç ile toprağa, tuşun son pini STR2 ye, STR2 de aynı şekilde toprağa bağlanmıştır. STR1 ileri ve STR2 geri yönde hareketi gerçekleştirecek olan komutu aktif hale getirmektedir. 10k lık direncin üzerindeki gerilimle STR1 ve STR2 deki gerilimleri karşılaştırılarak tuşların yönü algılanmaktadır. 10kΩ luk dirençler üzerindeki gerilimler PIC16F877A entegresindeki 33, 34, 35, 36 ve 37. pinlerine bağlıdır. STR1 ve STR2 gerilimleri de 38. ve 39. pinlere bağlıdır. Tek yönlü mod tuşu robot kolunun ve ya sürücünün kontrolünü belirlemektedir. Tuşun bir ucu 10kΩ luk dirence seri olarak +Vcc gerilimine, diğer ucu da toprağa bağlanmaktadır. 10kΩ luk direnç üzerindeki gerilimle STR1 ve STR2 deki gerilimleri karşılaştırılarak mod belirlenmektedir. 10kΩ luk direnç üzerindeki gerilim PIC16F877A entegresindeki 40. pine bağlanmaktadır. Şekil 4.1 de ISIS programında yapılan simülasyonda assembly dili kullanılmıştır. Burada PIC16F877A işlemci hex programını seçilerek, 7 adet motorun verilen tuşlarla istenilen şekilde kontrolü simülasyon ortamında sağlanmıştır. Veriler, RS232 ile birlikte MAX3232 entegresinden RF vericiye gelmektedir. Gönderilen bu bilgi, RF alıcısı tarafından alınmaktadır. RF alıcı almış olduğu veriyi 16F877A entegresinde bağlı olduğu C7/RX pininden entegreye aktarmaktadır. Veriyi algılayan PIC işlemci yapılması gereken işlemi çıkış pinlerinden kontrol ederek motorları çalıştırmaktadır. Böylelikle bomba imha robotunun sürücüsü ve kolunun hareketi kontrol edilmektedir. 29
4.1. SİSTEM YAZILIMI Sistem yazılımı MPLAB programında Assembly dilinde yazılmıştır. Yazılan program tamamlandıktan sonra her aşaması test edilerek compile edilmiş ve PIC16F877A için uygun olan hex formatına dönüştürülmüştür. Bu yazılımla motorların dönüş yönü, kolun hareketi kontrol edilmiştir. Bu kontrol yazılımının bir bölümü aşağıda verilmiştir. LIST P=16F877A INCLUDE "P16F877A.INC" config H'3F39' #DEFINE LCD_EN PORTC,0 #DEFINE LCD_RS PORTC,1 #DEFINE LCD_D7 PORTC,5 #DEFINE LCD_D6 PORTC,4 #DEFINE LCD_D5 PORTC,3 #DEFINE LCD_D4 PORTC,2 #DEFINE S1 #DEFINE S2 #DEFINE S3 #DEFINE S4 #DEFINE S5 PORTB,0 PORTB,1 PORTB,2 PORTB,3 PORTB,4 #DEFINE STR1 #DEFINE STR2 PORTB,5 PORTB,6 #DEFINE TUSMOD PORTB,7 30