MİKROİŞLEMCİ KONTROLLÜ LED AYDINLATMA TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü MİKROİŞLEMCİ KONTROLLÜ LED AYDINLATMA TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ 228550 Fatih DÜZENLİ 254274 Serdar ŞENOL 254800 Gökhan BAHADIR Doç. Dr. Halil İbrahim OKUMUŞ Mayıs 2013 TRABZON

T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü MİKROİŞLEMCİ KONTROLLÜ LED AYDINLATMA TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ 228550 Fatih DÜZENLİ 254274 Serdar ŞENOL 254800 Gökhan BAHADIR Doç. Dr. Halil İbrahim OKUMUŞ Mayıs 2013 TRABZON

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Fatih DÜZENLİ, Gökhan BAHADIR ve Serdar ŞENOL tarafından Doç. Dr. Halil İbrahim OKUMUŞ yönetiminde hazırlanan Mikroişlemci Kontrollü LED Aydınlatma Tasarımı Ve Gerçekleştirilmesi başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Doç. Dr. Halil İbrahim OKUMUŞ Jüri Üyesi 1 : Prof. Dr. Adem Sefa AKPINAR Jüri Üyesi 2 : Prof. Dr. İsmail Hakkı ALTAŞ Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İsmail Hakkı ALTAŞ

ÖNSÖZ İnsanlığın var olmasıyla birlikte, insanlar tarih boyunca, yaşamlarını kolaylaştırabilmek amacı ile birçok keşif ve buluş yapmışlardır. Bunlardan yalnızca biri olan aydınlatma, ateşin bulunması ile başlamış, elektriğin keşfi ile yeni bir çığır açmıştır. Çeşitli deneyimler ve araştırmalar sonucunda çıra, mum, gaz yağı, yağ kandilleri, hava gazlı aydınlatma elemanları ve elektrik enerjisi ile çalışan aydınlatma aygıtları kullanmışlardır. Teknolojinin gelişmesiyle beraber aydınlatma, günümüzde binaların hem iç hem de dış mekânlarında kullanılmakla birlikte görsel bir zenginlikte kazandırmaktadır. Bu nedenle günümüzde aydınlatma teknolojisine büyük önem verilmekte ve hızla gelişmektedir. Bitirme projesinin hazırlanmasında emeği geçen, yol gösteren, yardımlarını esirgemeyen kıymetli hocamız Sayın Doç. Dr. Halil İbrahim OKUMUŞ a şükranlarımızı sunuyoruz. Ayrıca bu çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğü ne Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığına içten teşekkürlerimizi sunarız. Aynı zamanda öğrenimimiz boyunca her türlü desteği esirgemeyen ailelerimize, bize örnek olan tüm hocalarımıza ve bu tezin hazırlanmasında destek ve sabırlarını esirgemeyen tüm arkadaşlarımıza şükranlarımızı sunarız. FATİH DÜZENLİ GÖKHAN BAHADIR SERDAR ŞENOL MAYIS 2013 TRABZON v

İÇİNDEKİLER LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU iii ÖNSÖZ... v İÇİNDEKİLER... vi ÖZET... viii SEMBOLLER VE KISALTMALAR... ix 1. GİRİŞ... 1 2. TEORİK ALT YAPI... 3 2.1. Aydınlatma... 3 2.1.1. Aydınlatma Çeşitleri... 3 2.1.1.1. Aydınlatılan Yere Göre Aydınlatma... 3 2.1.1.2. Işığın Yönlendirilmesine Göre Aydınlatma... 4 2.1.1.3. Işığın Kaynağına Göre Aydınlatma... 5 2.1.2. Doğru Aydınlatma... 5 2.2. LED... 5 2.2.1. LED lerin Verimleri... 7 2.2.2. LED lerin Teknik Özellikleri... 7 2.2.3. Neden LED Aydınlatması Tercih Edilir?... 8 2.2.4. LED İle Diğer Aydınlatma Türlerinin Karşılaştırılması... 10 2.2.4.1. Flüoresan Lamba İle Karşılaştırma... 10 2.2.4.2. Akkor Telli Lamba İle Karşılaştırma... 11 2.3. PIC16F877 Mikrodenetleyici... 11 2.3.1. Mikrodenetleyici... 11 2.3.2. Pic... 12 2.4. Güneş Paneli... 14 3. TASARIM... 15 3.1. PIC Kontrollü LED Sürme Devresi... 15 3.1.1. 12 V un 5 V a Düşürülmesi... 16 3.2.1. LCD... 17 3.2.2. Saat ve Tarih Ayarı... 18 3.2. LED li Dekoratif Aydınlatma Devresi... 21 4. SİMÜLASYON ÇALIŞMALARI... 24 4.1 Sisteme Enerji Verildiği An... 24 5. PROJENİN YAPIMI VE DENEYSEL ÇALIŞMALAR... 28 5.1. Projenin Yapımı... 28 vi

5.2. Deneysel Çalışma... 28 6. SONUÇLAR... 31 7. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME... 32 KAYNAKLAR... 33 EKLER Ek-1 EK-1 ÇALIŞMA TAKVİMİ..Ek-1 EK-2 MİKRODENETLEYCİ PROGRAMLAMA KODLARI.Ek-2 EK-3 STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU..Ek-16 ÖZGEÇMİŞ Ek-18 vii

ÖZET Edison doğru akımla çalışan akkor telli lambayı keşfetmiş buna müteakip Tesla alternatif akımda kullanılan akkor telli yeni bir lamba keşfetmiştir. Ancak bu lambalarda enerjinin büyük bir kısmı ısı enerjisine dönüşerek verimi azaltmaktaydı. Daha sonraları floresan lamba keşfedildi. Günümüzde ise enerji kaynaklarının azalması ve tüketimin artması nedeni ile verimi yüksek aydınlatıcılar kullanılmaktadır. Türkiye de üretilen toplam elektriğin %25 i aydınlatmada kullanılmaktadır. Son yıllarda düşük enerji ile iyi verim alınabilen, ışık yayan diyotlar (LED) üretilerek, özellikle yol kavşak uyarıcı sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Birçok ülke yavaş yavaş bu sisteme geçerek % 80 oranında enerji tasarrufu sağlamıştır. Bu teknolojinin önümüzdeki yıllarda kullanımının artmasını ve vazgeçilmez bir aydınlatma aracı olarak kullanılacağını düşünmekteyiz. Yaptığımız bitirme projesinde LED sürücü devresi, PIC16F877 mikro denetleyici ile tasarlanmış ve PWM (Darbe Genişlik Modülasyonu) ile kontrol edilmiştir. Güneş ışığından faydalanarak kademeli olarak gerçekleştirilmiştir. Projede dekoratif aydınlatmada mevcuttur. Umuyoruz ki bu proje enerji tasarrufunda insanlar için ilham kaynağı olur ve bu yoldaki çalışmaların kısa bir zaman diliminde ilerlemesine yardım eder. viii

SEMBOLLER VE KISALTMALAR AC : Alternatif Akım ADC : Analog Dijital Dönüştürücü CPU : Merkezi İşlem Birimi DC : Doğru Akım EPROM: Silinip Programlanabilir Salt Okunur Bellek GaAs : Galyum Arsenit GaAsP : Galyum Arsenit Fosfat GaP : Galyum Fosfat Hz : Frekans Birimi LCD : Liquid Cyrstal Display LED : Light Emitting Diode Lm : Işık Akısı PFC : Güç Faktörü Düzetme PIC : Peripherical Interface Controller PROM : Programlanabilir Yalnızca Okunur Bellek PWM : Darbe Genişlik Modülasyonu RAM : Random Access Memory ROM : Read Only Memory Vb : Ve Benzeri W : Watt ix

1. GİRİŞ İnsanlık tarihinin başlamasıyla birlikte, insanların sınırsız ihtiyaçlarından biride aydınlatma olmuştur. Aydınlatma tarihi ateşin bulunuşuyla başlamış, elektriğin bulunuşundan sonra günümüze kadar gelişerek devam etmiştir. Gündüz güneş, gece ay ışığıyla aydınlatmasını sağlayan insan tarihin en büyük buluşlarından biri ateş ile gecelerini daha aydınlık geçirmeye başlamıştır. İlk zamanlar ağaç yapraklarını yakarak aydınlatmayı sağlayan insanoğlu daha sonraları ağaç dallarından ve yapraklardan yapılma meşaleyi bulmuştur. Meşalenin bulunması ile birlikte insanların aydınlatmaya gerek duyduğu yerlerde kullanılması sağlanmıştır. Bu aydınlatma süreci çıranın, mumun, gazyağının ve elektrik enerjisi ile çalışan aydınlatma araçlarının keşfi ile günümüzdeki mevcut duruma kadar hızla gelişmiştir. Günümüzde teknolojinin her dalda hızla ilerlemesi aydınlatma alanında da etkisini göstermektedir. Teknolojinin gelişmesi ile insanoğlu ışığı sadece aydınlatma amaçlı değil, görsel şov, yaşamında canlılık ve huzur verici bir araç olarak kullanmaya başlamıştır. Yapmış olduğu mimari yapıların gerek dış yüzeylerinde gerekse iç mekânlarda ışığı kullanarak mimariye büyük bir zenginlik kazandırmıştır. Ülkemizde tüketilen toplam elektrik enerjisinin içerisinde aydınlatmanın oranı %25 civarındadır[1]. Aydınlatmada enerji tasarrufu görsellikten ödün vermeden en az aydınlık şiddetinin sağlanması ile elde edilir. Bunu başarabilmek için öncelikli olarak yüksek verimli ışık kaynakları kullanılmalıdır. Örneğin klasik bir ampulü az enerji harcayan lamba ile değiştirmek mevcut enerji tüketimini % 80 civarında azaltabilmektedir[2]. LED ler günümüzde aydınlatma sektöründe ve elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılan elemanlardır. Günümüzde LED aydınlatma sistemleri uzun ömür, dayanıklılık, kolay kurulum, çeşitlilik vb. özellikler göz önüne alındığında çok geniş uygulama alanlarında karşımıza çıkmaktadır. LED ler adım adım klasik aydınlatma aygıtlarının yerini almaya başlamıştır. LED in aydınlık şiddetini ayarlamak, rengini ve sırasını düzenlemek için genellikle mikro denetleyicili sürücü devreleri ile kullanılır. Mikro denetleyicili sistemler, özellikle kontrol amaçlı uygulamalarda karşımıza çıkmaktadır. Mikro denetleyiciler tasarımlarda kolaylık, kontrol edilebilme, minimum maliyet gibi unsurları barındırdığı için tercih edilmektedir. 1

Bu projenin gerçekleştirilmesinde izlenen iş-zaman grafiği EK-1 de verilmiştir. Bu plana göre çalışmaların yürütülmesi projenin yönetimi açısından avantajlı olmuştur. 2

2. TEORİK ALT YAPI 2.1. Aydınlatma Aydınlatma; herhangi bir ortamı, nesneleri standartlara ve görselliğe uygun bir şekilde tasarlanarak yapılan ışık uygulamalarıdır. Aydınlatma genel aydınlatma ve bölgesel aydınlatma olarak ikiye ayrılır. Bir ortamın belirli bölgesinin, istenilen seviyede ve amacına uygun şekilde aydınlatılmasına bölgesel aydınlatma denir. Genel aydınlatmanın yetersiz olduğu zamanlarda veya belirli bir nesneyi vurgulamak istediğimizde bölgesel aydınlatmaya başvurulur. Aydınlatma yaparken minimum maliyetin yanı sıra görsel algılamaya en uygun çözümler aranmalıdır. Bunlar aydınlığın niceliği, niteliği ve rengi dikkate alınarak yapılır. 2.1.1. Aydınlatma Çeşitleri Aydınlatma üç grupta incelenmektedir. Bunlar; aydınlatılan yere göre aydınlatma, ışığın yönlendirilmesine göre aydınlatma ve ışık kaynağına göre aydınlatmadır. Aydınlatılan yere göre aydınlatma; iç aydınlatma ve dış aydınlatma olarak ikiye ayrılır. Işığın yönlendirmesine göre aydınlatma; direk aydınlatma, yarı direk aydınlatma, dağıtılmış aydınlatma, yarı endirekt aydınlatma ve endirekt aydınlatma olarak beşe ayrılır. Işığın kaynağına göre aydınlatma; doğal ve suni aydınlatma olarak ikiye ayrılır[3]. 2.1.1.1. Aydınlatılan Yere Göre Aydınlatma a) İç Aydınlatma Hayatımızın büyük bir kısmını geçirdiğimiz kapalı alanların aydınlatılması iç aydınlatma olarak adlandırılır. İç aydınlatma; ev, iş yerleri, toplantı salonları, vitrin, depo ve müzelerde karşımıza çıkmaktadır[4]. 3

b) Dış Aydınlatma İnsanların hayatlarını kolaylaştırmak, güvenliğini sağlamak ve estetik görüntü oluşturmak için yapılan aydınlatmaya dış aydınlatma denir. Dış aydınlatma; yol, bahçe, köprü, sokak ve bina dış aydınlatmalarından oluşmaktadır[4]. 2.1.1.2. Işığın Yönlendirilmesine Göre Aydınlatma a) Direk Aydınlatma Direk aydınlatma yapılırken aydınlatma aygıtından çıkan ışık direk çalışma yüzeyine düşmelidir. Işığın geliş açısı dar ve geniş olabildiği gibi, aydınlatma aygıtının çalışma yüzeyine pozisyon olarak direk aydınlatacak şekilde yerleştirilmesi ile yapılır. Direk aydınlatma; toplantı salonları, oyun salonları ve atölyelerde kullanılmaktadır[4]. b) Yarı Direk Aydınlatma Bu aydınlatmada, aydınlatma aygıtından çıkan ışığın büyük bir bölümü çalışma yüzeyine, geri kalan kısmı da diğer taraflara dağılmaktadır. Yarı direk aydınlatma; salon, koridor ve bürolarda kullanılmaktadır[4]. c) Dağıtılmış Aydınlatma Dağıtılmış aydınlatma; aydınlatma aygıtından çıkan ışığın her yöne eşit dağılması ile oluşmaktadır. Dağıtılmış aydınlatma; gözün yorulmaması gereken sınıf, kütüphane, büro gibi yerlerde kullanılmaktadır[4]. d) Yarı Endirekt Aydınlatma Yarı endirekt aydınlatmada; aydınlatma aygıtından çıkan ışığın büyük bir kısmının tavana, geri kalan kısmının ise aydınlatılacak yüzeye dağılmasıyla oluşur. Yarı endirekt aydınlatma; dinlenme salonları, misafir odaları gibi alanlarda kullanılmaktadır[4]. 4

e) Endirekt Aydınlatma Endirekt aydınlatmada; aydınlatma aygıtından çıkan ışığın tamamı tavandan yansıtılarak çalışma yüzeyine düşürülmesiyle oluşur. Endirekt aydınlatma; gece kulüpleri ve eğlence mekânlarında kullanılmaktadır[4]. 2.1.1.3. Işığın Kaynağına Göre Aydınlatma a) Doğal Aydınlatma Doğal aydınlatma; güneş, ay ve yıldızlar sayesinde binaların aydınlatılmasına denir. Bu aydınlatma türünde verim çok yüksek olmamakla beraber ışık binalara camların içerisinden girmektedir. b) Suni Aydınlatma Suni aydınlatma, doğal aydınlatmanın olmadığı veya yetersiz kaldığı yerlerde elektrik veya güneş enerjisi vasıtasıyla yapılan aydınlatma biçimidir. Bu aydınlatma biçiminde özellikle akkor telli, flüoresan, LED gibi aydınlatma aygıtlarından yararlanılır. 2.1.2. Doğru Aydınlatma İyi bir aydınlatma yapmanın temel yollarından biride doğru aydınlatma yapmaktır. Doğru aydınlatma, aydınlatmanın yapılmasıyla beraber gözü yormayan, karmaşalık yaratmayan, uygun renk ve doğru miktarda ışık kaynağı kullanılarak yapılmalıdır. Doğru aydınlatma yapabilmek için uygun ışık kaynakları kullanılmalı ve bu ışık kaynakları uygun bir biçimde, uygun armatürle yerleştirilmelidir. 2.2. LED Işık yayan flamansız lambalara LED denir. LED ler yapısal olarak P-N ekleminden oluşmaktadırlar. Üzerlerinden akım akmasıyla beraber görünür veya görünür olmayan ışık veren bir diyottur. LED lerin direnci, üzerinden geçen akımın değerine göre değişiklik 5

göstermektedir. Yüksek DC gerilimlerde LED i çalıştırabilmek için ŞEKİL-1 de gösterildiği gibi seri direnç yardımıyla akım sınırlaması yapılmaktadır. DC R ön Led Şekil 1. LED lerin seri direnç ile çalıştırılması Us: Besleme gerilimi Uf: LED iletim gerilimi I: LED akımı R=(Us Uf) / I (2.1) P-N eklemli yarı iletkenlerde enerji ya ısı ya da ışık şeklinde dışarı verilmektedir. Silisyum ve germanyum diyotlarda bu P-N eklemindeki birleşim sırasında enerjinin çoğu ısıya dönüşür. Ortaya çıkan ışık önemsizdir. Bu sebeplerden dolayı silisyum yada germanyum LED lerin üretiminde kullanılmazlar. Tablo 1. Sık kullanılan yarı iletkenler, renkleri ve tipik ileri eğilimleme gerilim değerleri Işık Yayan Diyotlar Renk Malzeme Tipik İleri Gerilim (V) Koyu Sarı AllnGaP 2.1 Mavi GaN 5.0 Yeşil GaP 2.2 Turuncu GaAsP 2.0 Kırmızı GaAsP 1.8 Beyaz GaN 4.1 Sarı AllnGaP 2.1 LED ler elektrik devrelerinde diyot gibi davranır. Bunlar doğru akımla çalışırlar. LED leri normal diyotlardan ayıran yönü 0,7 V civarında bir birleşme gerilimi yerine, 6

TABLO-1 de gösterildiği gibi renklerine göre 1,8 5 V gerilim değerleri arasında değişmektedir. Genellikle kırmızı ve sarı renkler 1,9-2,6 V yeşil, mavi ve beyaz renkler 2,5-4 V gerilimlerde çalışırlar. Devreye bağlanırken polaritelerin durumlarına dikkat etmek gerekmektedir. Uygulamada LED lerin verdiği ışık şiddeti yüksek seviyelerde olması istenmektedir. Bu elde edilen ışık şiddeti, LED in içerisinden geçen akım ile orantılı olduğundan akım değeri artırıldığında ışık şiddeti de artacaktır. Akım akması ile beraber ısınan LED in ömrü azalacak, verimi olumsuz etkilenecektir. LED ler 100 000 saat olarak belirlenen ömre sahip olsa da yaydığı ışık miktarındaki azalmaya bağlı olarak hesaplanan ömrü de azalmaktadır[5]. Elektronik devrenin performansı, tasarımı, çevresel etkiler ve yapısı göz önüne alındığında LED lerin ömürleri belirlenebilmektedir. Günümüzde yeni nesil LED ler 50 000 saat hizmet ömrüne sahiptir [5]. 2.2.1. LED lerin Verimleri Işık yayan diyotun verimi; çevreye yaydığı ışık enerjisinin sistemden çektiği elektrik enerjisine oranı ile hesaplanır. LED ler diğer aydınlatma türlerinde olduğu gibi elektrik enerjisinin tamamını ışık enerjisine dönüştürmemektedir. LED lerin yaydığı ışığın rengine göre de verimlilikleri değişmektedir. Kırmızı renkli LED 45 lm/w, sarı 35 lm/w, yeşil 18 lm/w, mavi 8 lm/w civarındadır. Aydınlatmada en çok tercih edilen LED rengi beyazdır. Beyaz LED lerin verimi 18 25 lm/w arasında değişiklik göstermektedir[5]. 2.2.2. LED lerin Teknik Özellikleri LED ler diğer devre elemanlarında olduğu gibi üretici firma tarafından kataloglarında teknik özellikleri detaylı bir şekilde belirtilmektedir. TABLO 2 de üretici firma tarafından verilen katalog bilgileri örnek olarak gösterilmiştir. Bu katalog bilgilerine göre teknik bilgilere sahip olunur. 7

Tablo 2. 5 mm çapında LED'ler için teknik bilgiler Tip Renk Ifmax (ma) Vfmin (V) Vfmax (V) Vrmax (V) Aydınlatma Şiddeti (m/cd) Dalga Boyu (nm) Standart Kırmızı 30,00 1,70 2,10 5,00 5,00 660,00 Standart Sarı 30,00 2,10 2,50 5,00 5,00 590,00 Standart Yeşil 25,00 2,20 2,50 5,00 5,00 565,00 Yüksek Yoğunluk Mavi 30,00 4,50 5,50 5,00 5,00 430,00 Süper Parlaklık Kırmızı 30,00 1,85 2,50 5,00 5,00 660,00 Düşük Akım Kırmızı 30,00 1,70 2,00 5,00 5,00 625,00 (1cd= 1lm / m 2 ) I F max. : Azami (maksimum) akım. V F typ. : Direnç hesabında kullanılacak V L gerilimi. Beyaz ve mavi için yaklaşık 4V, diğerleri için yaklaşık 2V V F max. : Max. Gerilim V R max. : Azami ters gerilim. (LED doğru bağlanınca önemi yok) Görünüm Açısı: 60 ile 30 arasında değişen açı değerleri. Dalga Boyu: Yayılan ışığın azami dalga boyu, yani LED in rengini belirleyen değer. (nm =nanometre) Aydınlatma Şiddeti: Uygun akım altında LED in aydınlatma gücü. (mcd = milicandela) 2.2.3. Neden LED Aydınlatması Tercih Edilir? LED ler gelişen teknoloji ile beraber önce otomobillerde akabinde ev ve sokak aydınlatmalarında kullanılarak aydınlatmada çok yüksek bir dayanıklılığa sahip olmuştur. LED ler aydınlatma sisteminde yeni yeni gelişmeye başlasa da çok geniş uygulama alanlarında kullanılmaya başlanmıştır. Bu teknolojinin avantajı sadece uzun süre dayanıklı olması değil, daha az elektrik enerjisi tüketmesidir. ŞEKİL 2 de klasik ışık kaynaklarında üretilen ışığın belirli bir kısmı boşa gitmektedir. Bu ışık kaynakları tüm yönlerde ışık 8

yaydığı ı için bunun önüne geçilmek istenir. Bu kayıplar armatür kullanılarak giderilmeye çalışılır. ŞEKİL L 3 te ise LED ler klasik aydınlatmalardan farklı olarak yönlü ışık yayarlar. Boşa giden ışık ık miktarı azalır. Şekil 2. Geleneksel ışık kaynaklarının ışıma yönleri Şekil 3. LED ışık kaynaklarının ışıma yönleri LED aydınlatması kırılmalara karşı dayanıklılık göstermektedir. Titreşimlere karşı dayanıklı bir yapıya sahiptir. Küçük boyutlu olmalarından dolayı tasarımlarda kolaylık sağlamaktadır. Son dönemde kullanılan LED li lambalarda 150 lm/w ı geçtiği için aydınlatmada sıkça görülmektedir[6]. 9

2.2.4. LED İle Diğer Aydınlatma Türlerinin Karşılaştırılması 2.2.4.1. Flüoresan Lamba İle Karşılaştırma Flüoresan lambalar tüm yöne ışıma yaparken, LED lambalar alar ise istenilen yön ve açıya göre ışıma ıma yapmaktadır. ŞEKİL 4 te görüldüğü ü gibi LED lambalar flüoresan lambalara göre iki katından daha fazla ışık yayma özelliğine sahiptir. Şekil 4. Heysenergy tarafından elde edilen flüoresan lamba ile LED lambanın aydınlatma şiddetleri Flüoresan lambaların ısınma sorunları olmadıkları için harcanan elektrik enerjisi ışığa dönüşmektedir. Flüoresan lambalar, görünür ışığı elde etmek için büyük bir devreye ihtiyaç duyar ve devrenin üretim maliyeti fazlasıyla artar. LED lerin flüoresan lambalara göre üstünlükleri; Işık verme süreleri nanosaniye mertebesindedir. Ateşleme düzeneklerine ihtiyaç yoktur. İlk kurulum masrafı yüksek olmasına karşın enerji tüketimi oldukça azdır. Çeşit, renk, boyut olarak alternatiflerinin sayısız olması ile beraber uygulama alanları da oldukça geniştir. 10

2.2.4.2. Akkor Telli Lamba İle Karşılaştırma Devinimsiz gaz içine yerleştirilen, genellikle tungstenden üretilen metalik bir ince telden oluşan ve elektrik akımıyla yanan ampullerin üretim maliyeti oldukça düşüktür fakat verimleri çok azdır. Akkor Flamanlı lambalar elektrik enerjisinin %95 ini ısıya çevirmekte, sadece düşük bir kısmını ışığa dönüştürerek aydınlatma sağlamaktadır[1]. Diğer sorun ise, ampulün içindeki tungsten tel, dışarıdan gelecek şok ve titreşimlere karşı duyarlı, ömürleri ise her enerjilendirildiklerinde termik şokun etkisiyle kısalmaktadır. LED lerin akkor telli lambalara göre üstünlükleri; Üretim maliyetleri oldukça yüksek olmasına rağmen randımanları oldukça yüksektir. Tüketilen enerjinin büyük bir kısmı ışığa dönüşürken, akkor lambalarda bu durumun tam tersi ısıya dönüşmektedir. Isınma problemleri yoktur. Çok az enerji tüketmektedirler. 2.3. PIC16F877 Mikrodenetleyici 2.3.1. Mikrodenetleyici Mikro denetleyici; tüm devre üzerinde üretim yapan mikro bilgisayarlara verilen isimdir. Mikro denetleyiciler yazılan programlar sayesinde o programlardaki işlevleri gerçekleştiren kontrol elemanıdır. Mikro denetleyiciler teknik özellikleri bakımından çok geniş bir uygulama alanına sahiptir. Bunlar klasik bilgisayar olarak da düşünülebilir. Bütün mikro denetleyiciler CPU, RAM, EPROM, PROM, ROM, giriş-çıkış portları v.b. donanımlardan oluşmaktadır. Mikro denetleyiciler çok küçük güçlerde çalışmaktadırlar. Giriş veya çıkış elemanı olarak kullanılabilirler. Çıkış elemanı olarak kullanılırsa LCD den çıkış alınabilir. Bilgisayarlara göre kıyaslandığında daha uygun bir fiyata sahiptirler. 11

2.3.2. Pic PIC MICROCHİP firması tarafından geliştirilmiş çok fonksiyonlu, hızlı çalışan mikro denetleyicidir. Mikro denetleyici ailesi ile kıyaslandığında daha uygun bir fiyata sahiptir. Şekil 5. PIC16F877 bacak bağlantı yapısı ŞEKİL 5 te PIC16F877 mikroişlemcisinin bacak bağlantı yapısı gösterilmiştir. Örneğin; 40 numaralı bacakta belirtilen RB7 nin işlevine TABLO 3 ten bakılır. TABLO 3 te RB7 nin seri programlamada data girişi görevi yaptığı belirtilmiştir. Böylelikle ŞEKİL 5 te ki bacak numaralarının görevleri TABLO 3 e bakılarak belirlenebilmektedir. ŞEKİL 5 ve TABLO 3 PIC16F877 Userguide ve Datasheet e bakılarak incelenebilir. 12

Tablo 3. PIC16F877 nin bacak açıklaması OSC1/CLKİN 13 G ST/CM Kristal osilatör girişi/harici osilatör girişi. OS OSC/CLKOUT 14 Ç ---- Kristal osilatör çıkışı RC osilatör modunda ¼ f değerinde frekans çıkışı. MCLR/VPP/TH V 1 G/P ST Mikrodenetleyici için reset ucu normal çalışmada 1 seviyesinde tutulur. RA0/AN0 2 G/Ç TTL PORTA:Giriş çıkış olarak yönlendirilebilirport.pinler G/Ç görevi RA1/AN1 3 G/Ç TTL dışında; RA2/AN2/VREF 4 G/Ç TTL RA0:0. Analog giriş görevi yapar. - RA3/AN3/VREF 5 G/Ç TTL RA1:1. Analog giriş görevi yapar. RA2:2. Analog giriş veya negatif referans gerilimi girişim görevi + yapar. RA4/TOCK1 6 G/Ç ST RA3:3. Analog giriş veya pozitif referans gerilimi girişim görevi RA5/SS/AN4 7 G/Ç TTL yapar. RA4:TİMER0 için clock girişi görevi yapar.açık drain çıkışa sahiptir. RA5:4. Analog giriş veya SSP için slave seçimi görevi yapar. RB0/INT 33 G/Ç TTL/ST PORTB:G/Ç olarak yönlendirilebilir port.tüm girişlerinde RB1 34 G/Ç TTL yazılımla programlanabilir düşük değerli pull-uplar vardır. Pinler RB2 35 G/Ç TTL G/Ç görevi dışında; RB3/PGM 36 G/Ç TTL RB0: Harici kesme ucu görevi yapar. RB4 37 G/Ç TTL RB3: Düşük seviye programlama girişi yapar. RB5 38 G/Ç TTL RB6: Seri programlama girişi görevi yapar. RB6/PGC 39 G/Ç TTL/ST RB7: Seri programlamada data girişi görevi yapar. RB7/PGC 40 G/Ç TTL/ST RC0/T1OSO/T1 CKI RC1/T1OSO/CC P2 RC2/CCP1 17 G/Ç ST RC3/SCK/SCL 18 G/Ç ST RC4/SDI/SDA 23 G/Ç ST RC5/SDO 24 G/Ç ST RC6/TX/CK 25 G/Ç ST RC7/RX/DT 26 G/Ç ST 15 16 G/Ç G/Ç ST ST PORTC: G/Ç olarak yönlendirilebilen port.pinler G/Ç görevi dışında; RC0: TİMER1 osilatör çıkışı veya TİMER1 clock çıkışı gçrevi de yapar. RC1: TİMER1 osilatör girişi veya Capture2-G/Compare2- O/PWM2-Ç görevi yapar. RC2: Capture1-G/Compare1-O/PWM1-Ç görevi yapar. RC3: SPI ve I 2 C modunda senkron seri clock G/Ç görevi yapar. RC4: SPI modunda SPI data girişi, I 2 C modunda data G/Ç görevi yapar. RC5: SPI modunda SPI data çıkış görevi yapar. RC6: USART asenkron gönderme veya senkron clock görevi yapar. RC7: USART asenkron alma ve senkron data görevi yapar. RD0/PSP0 19 G/Ç ST/TTL PORTD: G/Ç olarak yönlendirilebilir port veya mikroişlemci RD1/PSP1 20 G/Ç ST/TTL hattında arabirim olarak kullanıldığında paralel slave port RD2/PSP2 21 G/Ç ST/TTL RD3/PSP3 22 G/Ç ST/TTL RD4/PSP4 27 G/Ç ST/TTL RD5/PSP5 28 G/Ç ST/TTL RD6/PSP6 29 G/Ç ST/TTL RD7/PSP7 30 G/Ç ST/TTL RE0/RD/AN5 8 G/Ç ST/TTL PORTE: G/Ç olarak yönlendirilebilir port. Pinler G/Ç görevi RE1/WR/AN6 9 G/Ç ST/TTL dışında; RE2/CS/AN7 10 G/Ç ST/TTL RE0: Paralel Slave porttan okuma kontrolü veya 5. analog giriş görevi yapar. RE0: Paralel Slave porttan yazma kontrolü veya 6. analog giriş görevi yapar. RE0: Paralel Slave porttan seçim kontrolü veya 7. analog giriş görevi yapar. Vss 12,31 P --- Mikrodenetleyici için toprak seviyesini oluşturur. Vdd 11,32 P --- Mikrodenetleyici için pozitif kaynak gerilimi oluşturur. 13

2.4. Güneş Paneli Panel yüzeylerine gelen güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlere fotovoltaik piller denir. Güneş panellerinin verimleri yapılarına göre % 18-22 arasında değerler almaktadır[7]. Güneş pilleri yüzeylerine düşen güneş ışığı şiddetiyle orantılı olarak gerilim üretirler. Güneş pilleri güneş enerjisini elektrik enerjisine çevirmektedirler. Ancak bu enerji dönüşümü güneş panellerinin seri veya paralel bağlanması ile karmaşık bir hal alır. Bu karmaşık yapıya modül (güneş paneli modülü) denir. Bu modül yapıda seri bağlantı; gerilim seviyesinin yükselmesine, paralel bağlantı ise akım değerinin artmasına neden olur. Çalışma prensipleri; üzerlerine düşen fotonlar elektronları koparır. Hareket haline geçen bu elektron elektrik akımını oluşturur. Fotovoltaik piller için en uygun malzemeler ise; silisyum, galyum ve arsenittir. 14

3. TASARIM Mikroişlemci kontrollü LED aydınlatma tasarımı ve gerçekleştirilmesi projesi ihtiyaç gereği ortaya çıkmıştır. Bu proje ile beraber her geçen gün artan enerji tüketiminin minimum seviyelere düşmesi beklenmektedir. Tasarlanan ve gerçekleştirilen Mikroişlemci kontrollü LED aydınlatma tasarımı ve gerçekleştirilmesi projesinin blok diyagramı ŞEKİL 6 da görülmektedir. DS1307 DA Gerilim Kaynağı Mikroişlemci Dekoratif Aydınlatma Güneş Paneli Bina Aydınlatması LDR Şekil 6. Mikroişlemci kontrollü LED aydınlatma projesinin blok diyagramı 3.1. PIC Kontrollü LED Sürme Devresi Gerçekleştirilen LED sürücü devresi PIC16F877 mikro denetleyicisi ile tasarlanılıp, PWM ile kontrol edilmiştir.pic16f877 mikro denetleyicisi; geniş sayıda giriş-çıkış portu, büyük bellek kapasitesi, entegre ADC devresine sahip ve yüksek hız özelliklerine sahip olduğundan dolayı kullanılmıştır. DS1307 entegresi ile günün belirli saat aralıklarında belirli bir aydınlık şiddeti verecek şekilde sistem aydınlatılmaktadır. LDR direnci ortamın aydınlık şiddetine göre sistemin aydınlık şiddetini ayarlamaktadır. Bu özelliklerden bağımsız olarak aydınlık şiddeti butonlarla manüel olarak ayarlanabilmektedir. Proje yazılımı CCS PIC C compiler kullanarak yapılmıştır. Bu yazılım EK-2 de gösterilmiştir. 15

3.1.1. 12 V un 5 V a Düşürülmesi 7805 gerilim regülatörü, ŞEKİL 7 de gösterilen devrede kullanılarak +5 Volt sabit bir gerilim oluşturulabilmektedir. 7805 entegresi; çıkış ucu ile toprak ucu arasında, yaklaşık 1Amper yük akımına kadar doğrultulmuş +5 Volt değerindedir. ŞEKİL 7 deki devre giriş ve çıkış uçlarına konulan kondansatörler ile filtrelenmektedir. Şekil 7. LM7805 entegresi ile oluşturulan 12V DC-5V DC devresi Resim 1. LM7805 entegresi RESİM 1 deki 7805 entegresi 3 bacağa sahiptir. Bu bacaklardan birincisi giriş bacağıdır. İkinci bacak topraklanması gereken giriş, üçüncü bacak ise çıkış bacağıdır. 16

3.2.1. LCD LCD ekran günlük hayatta her türlü elektronik aygıtlarda kullanılan ve hafızası bulunan bir elemandır. Resim 2. 16x2 LCD ekran RESİM 2 de gösterilen 16x2 LCD ekran 2 satır ve 16 sütundan oluşmaktadır. Saat Ayarı 1 Tarih Ayarı 2 3 LDR Gerilimi LED Ayarı 4 Günışığı Ayarı 5 Çıkış 6 Şekil 8. Menü görünümü Projenin bağlantıları yapıldıktan sonra ŞEKİL L 8 deki menü görünümü elde edilecektir. Bu menüde saat, tarih, LDR gerilimi, manüel LED, gün ışığı ı ayarları ve çıkış bulunacaktır. 17

LCD nin bacak dizilişleri; PİN1: Toprak ucudur. PİN2: Besleme bacağıdır. PİN3: Parlaklık ayar ucudur. PİN4: Ekrana komutları veya veriyi getiren bacaktır. PİN5: Okuma ve yazma bacağıdır. PİN6: Seçme ucudur. PİN7-14: Veri giriş bacağıdır. PİN15-16: LCD arka ışığı, +5 Volt ve 15. bacak ile +5 Volt arasındaki 3,8 ohm ile toprağa karşılık gelir. LCD nin Çalışma Biçimi: LCD ekran, ekrana bir karakter yazma ya da bir karakter okumak için 4. bacak lojik 1, ekranın durumunu kontrol etmek için 4. bacak lojik 0 yapılması gerekmektedir. LCD ekrana bilgi gönderileceğinde ya da komut yollanılacağında 5. bacak lojik 0, bilgi okunacaksa 5. bacak lojik 1 yapılır. 6. bacak komutların ya da verilerin aktarımını yetkilendirir. Ayriyeten okuma yapılırken 7-14 arasındaki bacaklardan faydalanılır. Bu veri 8 bit veya 4 bit olarak LCD ekranda okunur. 15. ve 16. bacak GND ye bağlandığında ekran aydınlanır. 3.2.2. Saat ve Tarih Ayarı Saat ve tarih ayarı DS1307 entegresiyle ayarlanmaktadır. Resim 3. DS1307 entegresi 18

RESİM 3 te gösterilen DS1307 entegresi, zaman üretmek için kullanılan entegredir. Bu entegre 5 Volt gerilimde çalışmaktadır. Bu entegrenin çalışması için 3,2 Volt luk bios pili ve 32,768 khz kristal gerekmektedir. Bu pilin kullanılmasının sebebi; herhangi bir sebeple enerjinin kesilmesinde entegrenin düzgün çalışmasıdır. Şekil 9. DS1307 entegresi bacak bağlantısı ŞEKİL 9 da DS1307 entegresinin bacak bağlantısı gösterilmiştir. Bu bacakların anlamını şöyle sıralayabiliriz. PİN 1-2: 32,768 khz kristal bağlantısı PİN 3: Bios pili bağlantı girişi PİN 4: Toprak ucu PİN 5: Seri veri giriş ucu PİN 6: Seri saat darbesi PİN 7: Kare dalga çıkışı PİN 8: Güç girişi 3.1.4. LDR Gerilimi RESİM 4 te gösterilen LDR; üzerine düşen ışık şiddetiyle direnç değeri ters orantılı olarak değişen yarı iletkendir. Resim 4. LDR (fotodirenç) 19

Şekil 10. LDR gerilimi ŞEKİL 10 da gösterilen düzenekte ortamın aydınlık şiddetine bağlı olarak ortam karanlık ise direnci artacak ve 1 numaralı denklemden LDR üzerine düşen gerilim artacaktır. Aynı şekilde ortam aydınlık ise LDR direnci azalacak LDR üzerine düşen gerilim azalacaktır. V:Gerilim I:Akım R:Direnç V= I * R (3.1) 3.1.5. Manuel LED Ayarı Sistemimizde LDR veya saatten bağımsız olarak aydınlık şiddetleri butonlar kullanılarak yapılabilmektedir. Butonlar yardımıyla PWM in doluluk oranları değiştirilerek manüel olarak aydınlık şiddetleri artırılıp azaltılabilir. 20

3.1.6. Gün Işığı Ayarı Sistemimizde gün ışığından faydalanmak mümkündür. Ancak gün ışığından faydalanma kapalı ise aydınlatma ayarı saat değerlerine göre değişecektir. Bu aşağıdaki program tarafından sağlanmaktadır. if(gunisigi_vaziyet==0) output_high(vaziyet_led); if(saat>=8 && saat<19) set_pwm1_duty(0) set_pwm2_duty(0); if(saat>=19 && saat<24) set_pwm1_duty(255); set_pwm2_duty(255); if(saat>=24 && saat<8) set_pwm1_duty(55); set_pwm2_duty(55); Gün ışığından faydalanma açık ise aydınlatma saatten bağımsız olarak LDR gerilimine bağlı olarak değişmektedir. Bu da aşağıdaki program tarafından sağlanmaktadır. if(gunisigi_vaziyet==1) if(bilgi<51) set_pwm1_duty(255); set_pwm2_duty(255); if(bilgi>50) bilgi=bilgi*1.83; if(bilgi>255) bilgi=255; set_pwm1_duty(255-bilgi); set_pwm2_duty(255-bilgi); 3.2. LED li Dekoratif Aydınlatma Devresi Gerçekleştirilen elektronik devre ile farklı renklerdeki lambalar değişik zamanlarla yanıp sönmesi sağlanabilmektedir. Bu devre genellikle dekorasyon amaçlı uygulamalarda kullanılabilir. Bu devre dalga üreteci olarak NE555 osilatörü, sayıcı, 74LS93 entegre devresi, LED sürücü devresi olmak üzere 3 ana birimden oluşmaktadır. 21