STM32F4 DISCOVERY İLE DOKUNMATİK ARAYÜZLÜ PNÖMATİK SİSTEM TASARIMI Yücel YILMAZ, yucel@yilmazyucel.com Sakarya Üniversitesi,54000, Sakarya Bilal KAYA, bilalkayatr@gmail.com Sakarya Üniversitesi, 54000, Sakarya İsmet ÜNALLI, ismetunalli.26@hotmail.com Sakarya Üniversitesi, 54000, Sakarya Muhammed ÖZCAN, muhammedozcan07@hotmail.com Sakarya Üniversitesi, 54000, Sakarya Vedat ARI, vedatari@sakarya.edu.tr Sakarya Üniversitesi, 54000, Sakarya ÖZET Gün geçtikçe varolan sistemler yeni yapıya ayak uyduramayıp, kendini yenileyebilenler hayatta kalıp, kendini yenilemeyenler tarihin tozlu sayfalarına geçmektedirler. Günümüzde pnömatik sistemlerin kullanıldığı alanlar gittikçe çoğalmaktadır. Bu sistemlerin alışılagelmiş düzenden kurtarabilmek için çeşitli yenilikler geliştirilmektedir. Tespit edilen bu görüşten faydalanarak, bu bildiride ARM mimarisine sahip bir mikrodenetleyici barından STM32F4 Discovery geliştirme kartı ile,tft-lcd özelliğine sahip bir arayüz aracılığıyla tasarlanan bir pnömatik sistemin kontrol edilmesi anlatılmıştır. Anahtar Sözcükler: STM32F4 Discovery, TFT-LCD,ARM, Pnömatik Sistemler ABSTRACT As the day goes the existing systems either they renew their structure and still exist or don t renew themselves and vanish into history.nowadays the areas in which we use pneumatic keeps increasing by the tick of time.this systems so that they could get rid off customized structure new different ones should be used.with this information a microcontroller that has ARM bar STM32F4 Discovery with advanced card.by means of an interface with TFT-LCD design characteristics able to control a pneumatic system is obtained. Keywords: STM32F4 Discovery, TFT-LCD,ARM, Pneumatic Systems
1. GİRİŞ Teknolojinin gelişmesiyle birlikte doğru orantılı olarak insan hayatı da gittikçe kolaylaşmaktadır. Buldukları buluşlarla yetinmeyen insanoğlu, daima en yenisini ve en iyisini bulmak istemektedir. En iyisi ve en yenisi araştırılırken de sistemlerin yapısını iyileştirecek uygulamalar ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Birçok alanda aktif olarak kullanılan Pnömatik, Yunanca bir kelime olan pneuma(hava,rüzgar) kelimesinden türetilmiştir. Önceleri sadece havanın basıncından yararlanılarak çalışan birçok makine, araç ve gereç vardı. Diğer enerji çeşitlerine göre dar ve kısa alanda daha hızlı, kolay elde edilen, ucuz olan hava enerjisi son zamanlarda durumu değiştirilerek kullanılmaya başlamıştır. Özellikle otomasyon ile üretimde durum değişikliğinden fazlaca yararlanılmaktadır[1]. Bu projede STM32F4 Discovery geliştirme kartı ile bir dokunmatik arayüz kullanılarak Pnömatik sistem tasarımı anlatılmıştır. 2. SİSTEMİN YAPISI Bu bölümde sistemin yapısı kategorilere ayrılarak spesifik bir özellik kazandırılmaya çalışılmıştır. Sistem Elektronik Tasarım ve Pnömatik Tasarım olmak üzere iki bölüme ayrılmıştır. Elektronik Tasarım kısmında sistemin beyni diye tabir edilen STM32F4 Discovery kartı, dokunmatik arayüz ve optokuplör devre incelenirken, Pnömatik Tasarım kısmında ise pnömatik sistemimiz incelenmiştir. 2.1 Elektronik Tasarım Sistemin elektronik kısmı tasarlanırken geliştirme kartı ve arayüz ekranın bir kart üzerinde birleştirilme işlemi yapılmıştır. Bütünlük sağlanması amacıyla yapılan bu işlemde, TFT LCD ekran kartında bulunan ilgili pinlerle, STM32F4 Discovery kartı üzerinde bulunan ilgili pinler birbirlerine zil teli aracılığıyla bağlanmışlardır. Aşağıdaki kısımlarda sistemde kullanılan elektronik elemanlar tanıtılmıştır. STM32F4 Discovery: STMicroelectronics firması tarafından tasarlanmış bu geliştirme kitinde 32-bit ARM Cortex M4 mimarisine sahip bir mikrodenetleyici bulunmaktadır. Ayrıca bu geliştirme kiti üzerinde ivme ölçer, mikrofon, ses sürücü çipi, 8 adet led, bir adet reset butonu ve bir adet kullanıcının istediği işlevi yükleyebileceği bir buton barındırmaktadır[2]. Geliştirme kitinin genel yapısı Şekil 1 de gösterilmiştir.
Şekil 1. STM32F4 Discovery Genel Yapısı Bu kartın sistemdeki işlevi, TFT LCD dokunmatik arayüzden verilen komuta göre, daha önce yazılan programla belirlenmiş, bünyesinde bulunan çıkış pinleri aracılığıyla Pnömatik sistem ile etkileşime geçmesini sağlamaktır. Piyasada ARM işlemcisini bulunduran kartları programlamak için çeşitli yazılımlar vardır. Bu projede Keil uvision4 geliştirme ortamı kullanılmıştır. Kart ve TFT LCD haberleşmesi, pinlerin aktif/pasif işlemleri için Keil geliştirme ortamı aracılığıyla yazılan yazılım Şekil 2 de gösterilmiştir. Şekil 2. Keil Geliştirme Ortamı
TFT LCD: Sistemimizde kullanılan TFT-LCD için LCD denetçisi olarak SSD1289 kullanılmıştır. SSD1289 denetçisinin bulunduğu modül ise HY32D modülüdür. Boyutları 320x240 olan TFT-LCD Şekil 3 te gösterilmiştir. Şekil 3. TFT-LCD TFT-LCD nin sistemdeki işlevi, ekranında bulunan arayüz aracılığıyla pnömatik sistemi kontrol eden kişi arasında iletişimi sağlamaktır. Kendine verilen aktif/pasif emrine göre STM32F4 Discovery kartımızla iletişime geçmektedir. Pnömatik sistemi kontrol etmek amacıyla hazırlanan arayüz Şekil 4 de gösterilmiştir. Şekil 4. TFT-LCD Kontrol Paneli Tasarımı daha rahat kılmak amacıyla STM32F4 Discovery kartı ile TFT-LCD nin birbirlerine zil telleri aracılığıyla ortak bir kartta birleştirilmesi işlemi yapılmıştır. Bu işlem Şekil 5 te gösterilmiştir.
Şekil 5. STM32F4 Discovery ve TFT-LCD nin Bir Kart Üzerinde Birleştirilmesi Optokuplör Devresi: Optokuplör Devresi, sistemimizde oluşabilecek herhangi arızadan dolayı oluşabilecek kısa devreleri önlemek amacıyla kullanılmıştır. İki sistemi birbirinden izole ederek işlevini gerçekleştirmektedir. Tasarımda kullanılan 4N25 Optokuplörünün yapısı Şekil 6 da gösterilmiştir. Şekil 6. 4N25 Optokuplör Dış ve İç Yapısı STM32F4 Discovery çıkış pinlerinden 3.3 Volt alınır. Fakat tasarımımızda kullanılan valfi kontrol etmek için 24Volt a ihtiyaç vardır. Optokuplör devremize bu kısımda ihtiyaç duyulur. Çünkü dışarıdan 24Volt bir gerilim verilmektedir. Bu kısımda tasarımımızın beyni olan STM32F4 Discovery
kartımızın zarar görmesini engellemek amacıyla kullanılır. Optokuplör devresi Şekil 7 de gösterilmiştir. Şekil 7. Optokuplör Devresi 2.2 Pnömatik Tasarım Bu bölümde TFT-LCD ekranda bulunan arayüz aracılığıyla kontrol edilen Pnömatik sistemin elemanları ve genel yapısından bahsedilmiştir. Ekranda bulunan butona basıldığında 3/2 elektriksel kontrollü yay geri getirmeli valf aktif hale gelmektedir. Bu valf aracılığı ile de tek etkili silindiri kontrol etmek amaçlanmıştır. İleri-Geri yöndeki hızı kontrol edebilmek amacıyla akış kontrol valfi kullanılmıştır. Tasarımda kullanılan elemanlar aşağıdaki kısımlarda anlatılmıştır. 3/2 elektriksel kontrollü yay geri getirmeli valf: Bu tasarımda kullanılan valfi aktif/pasif hale getirebilmek için 24Volt a ihtiyaç duyulmaktadır. Bu durumun detayları bildirinin Elektronik Tasarım kısmında anlatılmıştır. Valf elektriklendiğinde piston ileri yönde hareket etmektedir. Elektrik kesildiği anda yay etkisiyle piston geri yönde hareket etmektedir. Sistemde kullanılan valf Şekil 8 de gösterilmiştir. Şekil 8. 3/2 Elektriksel Kontrollü Yay Geri Getirmeli Valf
Ayarlanabilir çek valfli akış kontrol valfi: Bu tasarımda kullanılan akış kontrol valfi pistonun yaptığı ileri ve geri hareketi istenilen hızda yavaşlatılmasını sağlamaktadır. Bu valf Şekil 9 da gösterilmiştir. Şekil 9. Ayarlanabilir Çek Valfli Akış Kontrol Valfi Tek Etkili Silindir: Sistemde doğrusal yönde ileri ve geri hareket elde edilmek amaçlanmaktadır. Sistemdeki işlevi budur. Tek etkili silindir Şekil 10 da gösterilmiştir. Şekil 10. Tek Etkili Silindir Buraya kadar sistemde kullanılan elemanların hepsi tanıtılmıştır. Elemanların bir araya gelerek bir sistemi oluşturduğu tasarımın bütünü, Şekil 11 de gösterilmiştir. Şekil 11. Pnömatik Tasarım
3.SONUÇLAR Tasarlanan bu sistem, pnömatik tasarımla uğraşan kişiler için bir örnek teşkil etmektedir. Bir sistemin anlaşılırlığını kolaylaştırmak, o sistemin kullanımını kolaylaştırmakla mümkün olabilmektedir. Sistemlerin iyileştirilmesi, bu sistemlerin yaşamaları için önemlidir. Projede pnömatik sistemlerin devamlılığını sağlama, geliştirilmelere açık bir yapıya bürünmesi amaçlanmıştır. TEŞEKKÜR Bu bildiriyi oluştururken engin bilgi ve tecrübelerinden yararlandığımız Sakarya Üniversitesi Teknokent parkında bulunan Bir-Arge Yazılım Otomasyon Teknolojileri firmasında çalışan Ar-Ge Mühendisi Selim MERİÇ e, proje araştırılmasında emeği geçen Dahir Abdullahi bin Ahmet e, proje çalışmalarımıza verdiği desteklerden dolayı danışman hocamız Doç. Dr. Vedat ARI ya teşekkür ederiz. KAYNAKÇA [1] http://hbogm.meb.gov.tr/modulerprogramlar/kursprogramlari/endustriyel_otomasyon/moduller/temel Pnomatik.pdf (Erişim: 28.03.2014) [2] http://www.st.com/st-webui/static/active/en/resource/technical/document/data_brief/dm00037955.pdf (Erişim: 01.04.2014)