YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ Proje Adı Proje No Işığı Takip Eden Kafa - 2 Proje Raporu Adı, Soyadı, Öğrenci Numarası İzzet Tezel - 12067022 16.01.2013 İstanbul 1
İÇİNDEKİLER 1.ÖZET.. 2 2.PROJENİN TANIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ 2 3.SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME. 10 4.REFERANS. 11 2
1. ÖZET Işığı takip eden kafa projesinde LDR'ler yardımı ile DC elektrik motorunun ileri geri yönde hareket etmesiyle ışıktan faydalanarak istenilen mekanik hareketleri sağlamış olduk. LDR lerden çıkan voltajla patansiyometrede ayarladığımız direncin gerilimi OP- AMP(entegre) değerlendirilir ve voltaja göre Logic1 veya Logic0 gönderilir ve motor ışığa doğru dönmeye başlar. Motorun yön değiştirmesi esnasında çıkan zıt elektromotor kuvvetinden dolayı transistörlerin zarar görmesini diyotlar engeller. Bu sistemin sonuçlarından faydalanarak uzaya atılan uyduların ışığa yönelmesi sağlanarak güneş enerjisi maksimum derecede kullanılabilir. 2. PROJENİN TANIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ Dirençler(R1 :15K, R2 :22K, P :10K), kondansatörler(c1 :100nF, C2: 100µF-16V), diyotlar(d1-d4 :4007), tranzistörler(q1-q2 :BC327 pnp, Q3-Q4 :BC337 npn), LDRler, motor(3v DC motor) ve entegre(lm 358) kullanılarak yapılan devreden oluşan sistemde ışığın LDRler üzerindeki etkisi nedeniyle motor sayesinde ışığa dönüş hareketi gerçekleşir. 3
Resim 2.1: Projenin üstten görünüşü Şekil2.1 : Projenin devre şeması 4
Direnç: Devrede kullanılan R1 ve R2 sabit dirençleri gerilim bölücü direnç olarak kullanılmakta ve LM358 entegresinin giriş gerilimini ayarlamaktadır. Potansiyometre: Direnci manuel olarak ayarlamamızı sağlayan devre elemanıdır. Potasiyometreyi kullanmamızın amacı, LDR'ler karşısına konulan ışık kaynağını, kafanın istenilen doğrulukta takip edebilmelerini sağlamak içindir. LDR'lerin aynı ışık şiddetinde farklı değer üretebilmeleriyle karşılaşıldığı için potansiyometre ile ince ayar yapılır. Potansiyometreler direnç değiştirilmesi yoluyla gerilim bölme, diğer bir deyişle çıkış gerilimini ayarlama işini yapar. Resim 2.2: Potansiyometre LM358 Entegresi: LM358 içerisinde 2 adet OP-AMP bulunan entegredir. Projenin gerçekleştirilme aşamasında tek entegre yerine 2 adet LM358 entegreyi paralel bağlayarak da devrenin çalıştığını göstermek istedim.bu entegreler devrede karşılaştırıcı olarak kullanılmaktadır. Entegrenin girişlerinden birine diğerinden daha yüksek voltaj geldiğinde çıkış + oluyorsa tersi durumda çıkış eksi olur. Bu duruma pencere karşılaştırıcı denir. 5
Şekil 2.2: LM358 entegresinin iç yapısı Transistörler: Transistörler devrede 2 amaç için kullanılır. Birincisi anahtarlama elemanı olarak, ikincisi ise yükseltme elemanı olarak kullanılmasıdır. Base, Emiter ve Kollektör olmak üzere üç ucu vardır. Base'e uygulanan küçük bir akımla Emiter Kollektör arası iletime geçirilebilir. NPN ve PNP olmak üzere 2 çeşit transistör vardır. NPN tipi transistörde Base'e pozitif polariteli gerilim PNP tipi transistörde ise Base'e negatif polariteli gerilim gelmelidir. Transistörün çalışma şartı: Emiter Base arası doğru polarite uygulanmalı, Kollektör Base arası ise ters polarmalandırılmalıdır. Buna göre; NPN tipi transistörde Emiter'e negatif(-), Base ve Kollektör'e pozitif(+) polariteli gerilim gelmelidir. PNP tip transistörde ise Emiter'e pozitif(+), Base ve Kollektör'e negatif(-) polariteli gerilim gelmelidir. 6
Şekil 2.3: Transistör çeşitleri ve uçları H-Bridge: Aşağıdaki şekilde 4 adet transistörle yapılmış bir H-Bridge devresi görülmektedir. Bu devrede 2 adet PNP ve 2 adet NPN transistör kullanılmıştır. Bu devrede A=1, D=1, B=0 ve C=0 yapıldığında motor sağa dönecektir. Tersi durumda, A=0, D=0, B=1 ve C=1 yapıldığında ise motor sola doğru dönecektir. A=0, D=1, B=0, C=1 ve A=1, D=0, B=1, C=0 durumlarında ise motor fren yapacaktır. A=1, D=0, B=0, C=1 ve A=0, D=1, B=1, C=0 durumlarında ise 12V ve toprak kısa devre olduklarından böyle bir durum devre için çok sıkıntılıdır. H-Bridge yöntemi kullanılırken hiçbir şekilde bu iki durumun oluşmasına fırsat verilmemelidir. Tablo 2.1:H-Bridge'in doğruluk tablosu 7
Şekil 2.4: H-Bridge bağlantısı LDR: Üzerlerine gelen ışığın şiddetine göre direnç değerleri değişen devre elemanlarıdır. Işığın şiddetine göre ters orantılı olarak direnç değeri değişir. Resim 2.3: LDR'ler LDR üzerine ışık düştüğünde valans elektronları ışık enerjisi ile yeterli hıza ulaşıp, koparak iletkenlik bandına geçerler. Yani LDR, devre akımını oluşturan serbest elektronlar yönünden zenginleşmiş olur. Bu da LDR direncinin düşmesi demektir. LDR nin en çok duyarlı olduğu ışık yeşil ışıktır. Üzerine düşen ışık hüzmesinin şiddetine bağlı olarak valans bandından iletkenlik bandına geçebilen elektron sayısı arttığı için LDR nin direnci de azalır. Ancak, ışık şiddetinin artışıyla iletkenlik bandına geçebilen elektron sayısı doğru yönde lineer orantıya sahip olmadığı için LDR nin direncindeki düşüş de lineer değildir. 8
Bu elemanların dirençleri karanlıkta MΩ seviyesindeki iken yeterli ışık aldığı takdirde 5-10Ω gibi çok küçük değerlere düşebilmektedir. Bu elemanların ışığa duyarlılığı ışık gören yüzeylerinin büyüklüğüne ve üzerindeki lensin tipine bağlı olarak değişir. Lens mercek tipi olduğu takdirde duyarlılık artmaktadır. LDR ler yapısal hassasiyetlerinden dolayı aşırı ısıda çalışamazlar. Aşırı ısı altında (maksimum 60ºC) bozulurlar. Devrede 2 adet LDR kullanmamızın amacı kafanın ışığı takip etme yeteneğinin arttırırmasıdır. LDR sayısının arttırırmasıyla sistem daha stabil hale getirilebilir. Diyot: Tek yönlü akım geçiren elektronik devre elemanıdır. Anot ve katot olmak üzere iki ucu vardır. Anotuna (+), katotuna (-) polariteli gerilim geldiğinde diyot iletime geçer. Aksi durumda diyot yalıtımdadır. Diyotları bu devrede kullanmamızın amacı motorun devir yönünün değiştiği esnada motor bobinlerinde meydana gelen zıt elektromotor kuvvetten dolayı transistörlerin zarar görmesini engellemektir. Şekil 2.5: Diyot sembolü 9
Bir diyodu doğru yönde polarlamak için Anot gerilimi Katot geriliminden daha pozitif olmak zorundadır. Şekil 2.6: Doğru ve Ters Polarlamalar Kondansatör: Elektrik enerjisini depolamaya yarayan devre elemanıdır. 2 iletken levha arasına bir yalıtkan malzeme konularak yapılırlar. Elektrik yüklerini depolama miktarına kondansatörün kapasitesi veya sığası denir. Kapasite C harfiyle gösterilir. Birimi Farad'dır. Farad çok büyük kapasite birim olduğundan uygulamada mikrofarad(µf) veya nanofarad(nf) kullanılır. Kapasite levhaların büyüklüğüyle doğru orantılı, levhalar arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Bu devredeki kondansatörlerin kullanım amacı paraziti(harmonikleri) yok etmektir. Resim 2.4: Çeşitli kondansatörler 10
3.SONUÇLAR Ve DEĞERLENDİRME Gözlemlerim sonucunda elde ettiğim bazı sonuçlar; LDRler arttırılarak devre daha kararlı(stabil) hale getirilebilir. Devreye led diyodu ilavesi yapılarak ldrleri dönüş yönünü gösterilebilir. Kablo eklerinde ısıya duyarlı makaron kullanılarak kablo dinamiği sağlanırabilir ve projeye esneklik kazandırılabilir. Çalışmam boyunca breadbord un iç yapısını ve nasıl kullanılacağını devre elemanlarının kullanıldığı devreye göre farklı görevler alabildiğini ve devrenin parçadan bütüne doğru tamamlanması gerektiğini öğrendim. Bu projenin en etkin kullanım alanının uzaydaki uyduların enerji ihtiyaçlarını daha fazla karşılayabilmek ve daha fazla ışığı absorblayabilmek için kullanıldığını öğrendim. Direnç renk kodlarını okumayı ve avometre ile sağlamlık kontrolü yapmayı öğrendim. Bazı devre elemanlarının sistem için zorunlu olmadığını ama sistemin daha düzgün ve kararlı çalışmasına yardım ettiklerini öğrendim. Resim 3.1: Güneş enerjisi ile çalışan bir uydu 11
Projeyi başka türlü yapabilseydim ışığın frekanslarına da duyarlı olmasını isterdim. Uydularda kullanılmasındaki sebeplerden ötürü düşük enerjili ışıkları absorblamaması için ve daha verimli olabilmesi için böyle bir eklenti yapmak isterdim. 4. REFERANS www.320volt.com http://www.robotiksistem.com/temel_elektronik.htm Megep modülleri Vedat Akaylar, Temel Elektronik ve Uygulamaları, Yazar Yayınevi, Bursa, 1999 www.silisyum.net 12