YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ Proje Adı Proje No Işık İzleyen Araba Projesi Proje No 2 Proje Raporu Adı, Soyadı, Öğrenci Numarası Oğuzhan Tuğan - 11067033 16.01.2013 İstanbul
İÇİNDEKİLER 1. ÖZET... Hata! Yer işareti tanımlanmamış. 2. PROJENİN TANIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİHata! Yer işareti tanımlanmamış. 3. SONUÇLAR ve DEĞERLENDİRME... 10 4. REFERANSLAR... 10
1. ÖZET Işık izleyen araba projesi temelde 2 transistörlü ve LDR koşullu bir elektronik devre ile motor kontrolünü sağlayan bir projedir. LDR lerin üzerine tutulan ışığın konumuna göre 2 yönlü motor hareketiyle araba ışığa doğru döner. Arabanın oda ışığında harekete geçmemesi için trimpot kullanılmıştır. Devredeki transistörlerin görevi anahtarlama yapmaktır. Ayrıca transistörlerin bir tanesinin PNP diğerinin NPN olup, bunların birbiri ile bağlantısı olması devrenin kilit noktasıdır. 2. PROJENİN TANIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ Öncelikle projede kullanılan devre elemanlarını tanıyalım. Işık izleyen araba projesinde kullanılan devre elemanları ve maliyetler tablo da verilmiştir. Devre Elemanı Adet Maliyet LDR 2 0.80 TL BD140 Transistör 2 0.90 TL BC547 Transistör 2 0.70 TL 3V Doğru Akım Motoru 2 6.00 TL 10K Trimpot 2 0.50 TL Direnç (47R, 100R) 2 şer adet 0.50 TL 3V Güç Kaynağı 2 3.00 TL Devrenin nasıl çalıştığını anlamak için kullanılan parçaların herbirinin çalışma prensibini inceleyelim. LDR: Işığa duyarlı dirençlerdir (Light Dependent Resistor). Karanlıkta yüksek direnç, aydınlıkta düşük direnç gösterirler. Dolayısıyla üzerlerine ışık geldiği zaman akım geçişine izin verirler. LDR'ler, kadmiyum sülfür, kadmiyum selinür, selenyum, germanyum ve silisyum vb. gibi ışığa karşı çok duyarlı maddelerden üretilmektedir. Kalitelerine göre ışığa tepki süresi artar ya da azalır. Devre çiziminde gösterim şekli aşağıdaki gibidir. Şekil 1.1 : LDR Devre Çizimi Bir LDR nin görünümü; Şekil 1.2 : LDR Görünümü
Transistör: Kısaca gerilim veya akım kazancı sağlayan devre elemanlarıdır. 3 bacağı bulunur. Bunlar Base-Emitter-Collector isimlerini alır. Yan yana birleştirilmiş 2 PN diyodundan oluşurlar. Birleşme sıralarına göre 2 çeşit olurlar. Bunlar NPN ve PNP transistörlerdir. Proje devresinde 2 çeşit transistör kullanılmıştır. Bunlar BD140 (PNP güç transistorü) ve BC547 (NPN transistör) dir. Şekil 1.3 : BD140 Şekil 1.4 : BC547 Transistörler devre şemasında 2 şekilde gösterilir. Şekil 1.5 : Transistör gösterimleri Doğru Akım Motoru: Genel anlamda elektrik enerjisini hareket enerjisine çeviren makinelerdir. Uçlarına uyguladığımız gerilim ile motorun içinde bir manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan sabit değildir. Motorun uçlarına + ve kutupların bağlanma yönüne göre saat yönünde veya tersine hareket eder. Motor mili de iletken bir maddeden yapıldığı için manyetik alanın değişme yönüne göre kendi ekseninde döner. Doğru akım motorlarının pek çok çeşidi bulunur. Sanayi tipi çok yüksek mekanik enerji üretebilen motorlardan herkesin evinde bulunan minik elektronik aletlere kadar. Projede kullanılan motor 3V luk bir motordur.
Şekil 1.6 : Doğru akım motoru Trimpot: Ayarlanabilir dirençtir. Adından da anlaşılacağı üzere 3 bacaklıdır. Direnç ayarı küçük yıldız tornavida ile yapılabilir. Devredeki önemi motorların gün ışığında çalışmamasını sağlamaktır. Bacak sıralaması; orta bacak arkaya gelecek şekilde tutulduğunda soldan sağa 1-2-3 şeklindedir. Şekil 1.7 : Trimpot Dirençler: Devredeki dirençler uçlarındaki devre elemanlarının üzerine fazla akım gelmemesi için kullanılmıştır. Her bir devrede 1 er adet 47 ve 100 erlik direnç vardır. Direnç değerlerini okumak için Aşağıdaki tabloya bakınız: Şekil 2: Direnç okuma tablosu Tabloyu açıklamak gerekirse, ilk band ve ikinci band renkleri okunum yanyana rakam olarak yazılır. Örneğin yeşil ve mavi 56 demektir. Üçüncü band okunur ve karşılık gelen rakam 10
üzeri şeklinde yazılır. Yani üçüncü bandda sarı var ise 10^4 şeklinde yazılır. Daha sonra 56x10^4 = 560k ohm luk direnç bulunur. Son banddaki renk ise toleransı yani hata payını ifade eder. Devrede kullanılan parçaları tanıdıktan sonra kurulan devreyi görmek için ekdeki çizime bakınız. Çizimdeki devreden 2 adet kurulmalıdır böylece birbirinden bağımsız 2 motor devresi elde edilir. Şimdi projenin yapım aşamasına geçelim. İlk olarak motorların uçlarına yerleştirilen dişliler ve uygun tekerleği bulmakla zaman kaybetmemek için herhangi bir oyuncakçıdan 2 adet oyuncak araba alınır. Bu arabaların genelinde 3V doğru akım motorları ve dişli kutusuyla tekerlekler ve anahtar hazır bulunur. Maliyeti de 5 TL yi geçmez. Hepsindeki genel mekanik sayesinde tek motor ile 4 tekerleğin dönmesi gerekir. Fakat bize sadece 1 adet dönen tekerlek lazım. Dişli kutusu açılıp bir taraftaki dişliler atılır ve gereksiz tekerlekler sökülür. Aynı işlem ikinci arabaya da uygulanır. Tekerleklerin uzun taraftaki mili keski ile kesilir böylece projenin gövdesine sürtünmemesi sağlanır..
Projenin gövdesini oluşturmak için hafif bir plaka seçilmelidir. Ben hem hafif olması hem de devrenin yerleştirilmesi için delikli plaket tercih ettim. Piyasa fiyatı 1 TL civarıdır. Arabalardan elde edilen motorlar ve dişli kutusu plaketin 2 yanına monte edilir. Bunun için isteğe göre slikon, conta veya bant kullanılabilir. Son olarak plaketin üzerine devre kurulur. Fakat dikkat edilmesi gereken konu devrelerin motora çapraz bağlanmasıdır. Yani aracın soluna yönlendirilmiş LDR devresi aracın sağ tarafındaki motora bağlanmalıdır. Bu sayede soldan gelen ışığa yönelmek için araç sağ motoru çalıştıracak ve sola dönecektir. Devre elemanlarını birbirine bağlamak için 2.5 metre uzunluğunda zil teli ve lehim teli kullanılması yeterlidir. Projenin son görünüşü aşağıdaki gibidir.
Mekanik aksamı hallettikten sonra devrenin nasıl çalıştığını açıklayalım. Bu noktada transistörlerin çalışma prensibi oldukça önemli. Transistörler anahtarlama görevi görür denilebilir. Bütün transistörler elektrik direncinin değişmesine dayalı olarak çalışır. Base bacağında elektrik akımı olmadığında Collector ile Emitter arasındaki direnç akım geçirmeyecek kadar yüksektir. Ama Base bacağından küçük bir akım aktığında Collector ile Emitter arasındaki dirençte çok hızlı bir azalma olur. Dolayısıyla da akım geçişine izin verir. Yani transistör küçük bir akım yardımıyla büyük bir akımı denetleyebilir. Şekil 8: PNP ve NPN transistörler
Devrede 2 çeşit transistör kullanıldığını söylemiştik. 1 adet PNP ve 1 adet NPN. Bu iki transistör çeşidinin çalışma prensibi farklıdır. NPN tipi transistörlerde Base bacağına akım geldiği zaman Collector bacağından Emitter bacağına akım geçişi gerçekleşir. Şekil 9: NPN transistör çalışma prensibi PNP tipi transistörlerde ise Base bacağında bir voltaj değişikliği olduğu zaman Emitter bacağından Collector bacağına bir akım geçişi gerçekleşir. Şekil 10: PNP transistör çalışma prensibi Ayrıca unutulmamalıdır ki transistör NPN ise base bacağına pozitif voltaj, PNP ise negatif voltaj uygulanmalıdır ki devrede NPN transistörün Collector bacağı PNP transistörün Base bacağına bağlı olup akım geçişi sırasında PNP nin Base bacağında doğal olarak negatif voltaj oluşacaktır.
Transistörlerin çalışmasını tamamen anladıktan sonra devrenin çalışmasını açıklayalım. LDR lerin ışık ortamında akım geçişine izin verdiğini söylemiştik. Üzerine ışık tuttuğumuz anda 3V luk güç kaynağının + ucundan LDR nin üzerine akım gelir ve LDR ile trimpot arasına bağlı olan transistörün Base bacağından geçer. NPN transistörün Base bacağındaki voltaj değişiminden dolayı Collector bacağından Emitter e doğru akım geçmeye başlar. Bu PNP transistörün Base bacağında negatif voltaj oluşturur ve dolayısıyla Emitter den Collector a akım geçişi gerçekleşir. PNP transistörün Collector bacağına seri bağlı olan motor da dönmeye başlar ve devre tamamlanır. LDR nin ışık hassasiyeti için trimpot ayarı isteğe bağlı olarak yapılır. 3.SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME Tüm bu işlemler yapıldığında birbirinden bağımsız 2 adet devre ve 2 adet motor ile çalışan basit bir araba şekli elde edilir. Devre oturtulurken dikkat edilmesi gereken nokta sol tarafa bakan LDR devresini sağ taraftaki motora, sağ taraftaki LDR devresini de sol taraftaki motora çapraz bağlamaktır. Böylece ışığı arabanın soluna tuttuğumuz zaman sağ motor çalışır. Sol motor dönmediği için araba sola dönmüş olur. Projeyi yaparken fark ettim ki projenin bana kattığı en önemli şey araştırma bilinciydi. Kullanılan parçaların tek başlarına ne işe yaradıklarını hiç bilmiyordum. Araştırarak sorarak her parçanın ne için kullanıldığını, transistörlerin birbiri ile uyumunu, trimpotun hassasiyeti ayarlamadaki önemini ve daha birçok şeyi öğrendim. Projeyi başka türlü yapabilseydim tasarımına ve motor güçlerine daha önem verirdim çünkü şimdiki projede belli tasarım hatalarım var. Örneğin gövdenin ağırlığı, motorların gücü, pillerin gücü, tekerleklerin daha az kaykan bir malzemeden yapılması gibi. Kısaca daha profesyonel ve daha temiz bir iş ortaya koymayı isterdim. 4.REFERANSLAR http://hilmi.trakya.edu.tr/ders_notlari/yl/npn_pnp_transistorler.pdf http://www.biltek.tubitak.gov.tr/gelisim/elektronik/40.htm http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/b/c/5/4/bc547.shtml http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/b/d/1/4/bd140-10.shtml