YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ Proje Adı: Işığı Takip Eden Kafa Proje No: 2 Proje Raporu Mehmet Emin Sonverdi 11068030 16.01.2013 İstanbul
İÇİNDEKİLER 1. ÖZET...3 2. PROJENİN TANIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ...3 3. SONUÇLAR ve DEĞERLENDİRME... 13 4. REFERANSLAR... 14 2
1. ÖZET Işığa dönen kafa projesinde bizden biri ayarlı olmak üzere üç farklı direnç, iki farklı kondansatör, bir entegre, dört diyot, iki çift transistör, iki ldr, bir pil ve bir de DC Motor kullanarak ışığa yönelen bir sistem yapmamız istenmektedir. Üçüncü denemede sonuç alınan bu proje de birinci denemede hiçbir reaksiyon alınamamış, ikinci denemede sistem çalıştı ama dışardan motora tahrik vermek gerekmiş, son düzenlemeleri yaptıktan sonra üçüncü denemede sistem çalışmıştır. 2. PROJENİN TANIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ Işığa dönen kafa projesinde bizden biri ayarlı olmak üzere üç farklı direnç, iki farklı kondansatör, bir entegre, dört diyot, iki çift transistör, iki ldr, bir pil ve bir de DC Motor ile şekil-1 deki devre kullanılarak ışığa yönelen bir kafa yapılmıştır. ŞEKİL-1 3
2.1. DEVREDE KULLANILAN MALZEMELER VE DEVREDEKİ GÖREVLERİ 2.1.1. DC Motor: DC Motorlar elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren ve robotik alanında en çok tercih edilen motorlardır. Verilen akım sonucu oluşan manyetik kutupların iletken cisimleri çekip itmesi ile çalışan bu motorların dönme yönünü oluşan kutuplar belirler ki kutupların da oluştukları yerleri verilen akımın yönü belirler. Yani motorun dönme yönünü akımın yönü belirler. ŞEKİL-2 DC MOTOR 2.1.2. Transistör: Akım ve gerilim kazancı sağlamak amacıyla yan yana koyulmuş iki PN diyotundan oluşmaktadır. PNP ve NPN olmak üzere iki çeşit diyot vardır. Emiter, Beyz ve Kollektör olmak üzere üç kutbu olan diyotun Emiter, akım taşıyıcılarının eyleme başladığı yer; Beyz, transistörün çalışmaya başladığı bölge ve Kollektör de akım taşıyıcılarının toplandığı yerdir. Devremizde BC327 ve BC337 olmak üzere iki farklı transistör kullanılmıştır. Bu transistörlerin biri PNP diğeri ise NPN dir ve bu şekilde motora giden akımın yönü kontrol edilmektedir. ŞEKİL-3 Transistör 4
Işığın geldiği yöne göre entegrenin 1. ve ya 7. ayağından gelen (+) yüklü akım transistöre Beyz kutubundan giriş yapmaktadır ve bu bacaktan giren akım transistörün çalışmasını sağlamaktadır. Motorun dönmesini saplayan akım pilden gelmektedir. Bunları anlamak için H Köprüsüne değinmek gerekir. ŞEKİL-4 H Köprüsü Şekil-4 te de görüldüğü üzere Beyz ayağından gelen akım transistörü çalıştırır. Motoru döndürecek olan enerji pilden gelmektedir. Mesela Entegrenin 1. ayağından çıkarak H köprüsüne gelen akım Şekil-1 de ki Q3 ün Kollektör ayağından girmektedir ve emitör ayağından motora gitmektedir. Motordan çıkan akım da Q2 nin emitör ayağından girip kollektöründen çıkarak toprağa gitmektedir. Benzer senaryoyu entegrenin 7. ayağından gelen akım için de yazılabilir. 2.1.3. Diyot: P ve N tipi yarı iletken maddelerden oluşan diyotlar devreden geçen akımı tek bir yöne ileten devre elemanlarıdır. Devrede 4 adet diyot kullanılmıştır. Bu diyotlar motora giden ve motordan çıkan akımın yönünün kontrol etmektedir. 5
ŞEKİL-5 Diyot 2.1.4. Direnç: Direnç akımın ve ya gerilimin izlediği yolda karşılaştıkları güçlüklerdir. Asıl amacı akımı sınırlandırmak ve ya gerilimi bölmek olan dirençlerden, devremizde biri ayarlı olmak üzere üç adet kullanılmıştır. Devreye direnç konulmasının amacı entegreye giden akımı sınırlandırıp entegrenin yanma ihtimalini ortadan kaldırmaktır. Ama dikkat edilmesi gereken bir nokta da devredeki dirençlerin sadece oraya konulan 15K ve ya 22K değerindeki dirençlerden ibaret olmadığıdır. Devredeki her bir kablonun ve her bir elemanın kendi çapında uyguladığı bir direnç vardır ve bu dirençler kullanılan malzemelere göre değişir. Bu da sistemden istenen performansın alınamamasına yol açmaktadır. Ayrıca LDR lerin ışık şiddetine göre faklı direnç oluşturmaları da göz önüne alınmalıdır. Bu tarz durumlarda da devreye potansiyometre girmektedir. Ayarlı direnç yani potansiyometre bir mil ve ona uygulanan fiziki bir kuvvet sayesinde içerisinde bulunan bir sürgü ile direnci ayarlanmasına yaramaktadır. Bu sayede gözlem yoluyla en verimli direnç ayarlanıp sistemden optimum performans alınır. Ayrıca dirençler devrede gerilim bölücü olarak görev yapmaktadır. Bazı kablolarda direnç kullanmak diğer kablolara gerilimin gitmesini sağlar yani gerilimi böler 6 bu sonuca V=I.R formülünü
yorumlayarak varabiliriz. Direnç gelen akımı ve gerilimi sınırlayacak ve kalan gerilim diğer yolu tercih edecektir. Mesela Şekil-1 deki R2 direnci olmasaydı potansiyometreden gelen akım entegrenin 6. Ayağına gitmez, doğrudan toprağa giderdi sonuçta akım her zaman boş yolu tercih eder. ŞEKİL-6 Direnç ŞEKİL-7 Potansiyometre 2.1.5. Entegre (LM358): İçinde iki adet OP-AMP bulunan bu entegrelerde OP-AMP lar karşılaştırıcı ve yükseltgeç olarak kullanılmaktadır. LDR lerde farklı olan dirençler sonucu gelen akımın entegrenin bazı ayaklarında oluşturduğu gerilim farkına göre akıma yön veren yani karşılaştırıcı olarak görevini yapan OP-AMP lar aynı zamanda yükseltgeç görevlerini de yerine getirerek akımları, transistörü çalıştıracak değere gelecek şekilde yükseltmektedirler. Devrede kullanılan entegrede OP-AMP lar pencere tipi karşılaştırıcılardır. Bunlara pencere tipi karşılaştırıcı denmesinin nedeni entegreye uygulanan gerilimin entegredeki iki farklı karşılaştırma gerilimine 7
göre entegrenin çıkış vermesidir. Şekil-1 de ki entegrenin 3 numaralı bacağına 2 numaralı bacağından daha yüksek bir gerilim gelirse çıkış 1 numaralı bacaktan olmaktadır. Şekil-8 Entegre (LM358) 2.1.6. LDR: Işığa duyarlı direnç olarak da bilinen LDR ler ışığın şiddetine ters orantılı olarak direncini değiştiren devre elemanlarıdır. Devremizde LDR gelen ışığa göre direncini ayarlayarak entegreye akımı göndermektedir ve pencere karşılaştırıcısı sonucunda entegre onu bir çıkışa yönlendirmektedir. Burada da tekrar gerilim bölüme olayı görülmektedir. Şekil-1 de üst kısımda bulunan LDR ye ışık gelince o LDR de ki direnç azalacaktır ve üzerinden daha fazla akım geçecektir. Alt kısımda bulunan yüksek dirençli LDR gerilimi bölerek entegrenin 2. ve 5. Ayağına göndermektedir. ŞEKİL-9 LDR 8
2.1.7. Kondansatör: İki iletken madde arasına bir yalıtkan madde ve ya konularak yapılan kondansatörler gerilim depolama görevi görmektedir. Sitemde kullanılan kondansatörler. Gerilim depolayarak ani gerilim ve ya akım değişimlerinde depoladığı gerilimi kullanarak sistemin teklememesini ve stabil olarak çalışmasını sağlamaktadır. ŞEKİL-10 Kondansatör 2.2. IŞIK TUTULDUKTAN SONRA AKIMIN İZLEDİĞİ YOL: 9 Voltluk pilden yola çıkan akım, kondansatörlerde biraz depolanmaktadır. Bu kondansatörde depolanan gerilim devrenin optimum düzeyde çalışmasını sağlar yani daha akıcı pürüzsüz hareket sağlar. Sonra akım üçe bölünmektedir. Akımın birinci kısmı entegreye giderek entegrenin çalışmasını sağlamakta, ikinci kısmı OP-AMP lara gitmek üzere R1, potansiyometre ve R2 nin bulunduğu yola gitmekte ve üçüncü kısmı da LDR lere gitmektedir. LDR lerin biri ışık aldığı anda o LDR deki direnç azalmaktadır ve üzerinden geçen akım da entegrenin 2. ve 5. ayaklarının birleştiği noktaya gitmektedir. Buradan pencere karşılaştırıcısına giren akım OP-AMP lar tarafından 3. ve 6. ayaklara göre karşılaştırılırken yine OP- AMP lar tarafından yükseltilerek entegrenin 1. ve ya 7. ayağına yönlendirilerek entegreden gönderilmektedir. Akımın 7. ayaktan çıktığı kabul edilirse, bu akım Q2 ve Q4 transistörlerinin beyz ayaklarına ulaşarak transistörleri çalıştırmaktadır. Q4, kollektörüne pilden gelen akımı ve Beyze entegreden gelen akımı birleştirerek emitere yönlendirmektedir. Emiterden çıkan ve diyotlarla motora yönlendirilen akım motorun dönmesini 9
sağlamaktadır. Motordan çıkan akım Q1 in emiterinden girip kollektöründen çıkarak toprağa gitmektedir. Bu sayede devremiz görevini sorunsuz bir şekilde tamamlamış olacaktır. 2.3. PROJENİN TASARIMI Tasarımında gerçekten ışığa yönelen bir şeyler düşünüldü ve sonunda güneşe yönelen bir ay çiçeği ile alakalı bir tasarımın yapılmasına karar verildi. Bu bağlamda malzemelere ilave olarak bir tenis topu, bir tuvalet kâğıdı rulosu ve iki renk el işi kağıdı da eklenerek Şekil-11 deki tasarım yapılmıştır. ŞEKİL-11 10
2.4. PROJE İLE ALAKALI GÖRSELLER: MALZEMENİN ADI MALZEMENİN ADEDİ MALZEMENİN CİNSİ Dirençler 2adet 15K ve 22K Potansiyometre 10K Motor 3V DC Motor Kondansatör 2 adet 100n ve 100µF Entegre LM 358 Diyot 4001 Transistör 2 çift BC327 ve BC337 Sensör 2 adet LDR Pil 9V Bread Board Kablo 1 metre Tenis Topu El İşi Kağıdı 2 adet Elektrik Bandı Sarı ve Kahverengi ŞEKİL-12 Potansiyometre, Entegre Ve Dirençlerin Bağlanışı 11
ŞEKİL-13 H-Köprüsü ŞEKİL-14 H-Köprüsü, Entegre, Potansiyometre ve Dirençlerin Bağlanması 12
ŞEKİL-15 Sistemin Genel Görünüşü ŞEKİL-16 Devre Şemasının SolidWorks İle Çizimi 3. SONUÇLAR ve DEĞERLENDİRME Devre elemanları kesinlikle hemen her devrede olan elemanlar olduğundan bunları öğrenmek bizlere çok şey kazandırdı. Artık bütün bu elemanların ne işe yaradıklarını nasıl çalıştıklarını bilecek durumdayız. Bizzat uygulayarak öğrenmenin faydasını bir kez daha görmüş olduk. Ayrıca ilk mekatronik sistemimizi yapmış olmanın verdiği mutluluğuda yaşamaktayız. İlerde programlama üzerine çalışmak isteyen biri olarak biraz programlama biglisi ile mikrodenetleyecileri kullanarak bir proje kullanmak isterdim. 13
4. REFERANSLAR Devrim Çamoğlu, Bilgisayar Kontrollü Robotik, Dikey Eksen Yayıncılık, İstanbul 2011 http://www.robotiksistem.com/dc_motor_ozellikleri.html http://www.elektrikrehberiniz.com/elektrik-motorlari/dc-motor-nedir- 454/ http://tr.wikipedia.org/wiki/diren%c3%a7 http://tr.wikipedia.org/wiki/diren%c3%a7_(elektrik) http://www.robotiksistem.com/transistor_nedir_transistor_cesitleri.ht ml http://www.robotiksistem.com/diyot_nedir_diyot_polarlama.html http://tr.wikipedia.org/wiki/diyot http://tr.wikipedia.org/wiki/diyot http://www.devreyapimi.com/2011/12/19/h-bridge/ http://tr.wikipedia.org/wiki/transist%c3%b6r http://www.nizipmyo.com/odev-ve-tezler/5594-ldr-nedir-ldrcethitleri-ldr-ornekleri-ldr-sembolue.html http://www.devreyapimi.com/tag/ldr-nedir/ http://www.wikiturk.net/madde/36589/ldr-nedir http://ytumekatronik.files.wordpress.com/2012/03/04- transistorler.pdf http://www.diyot.net/op-amp.htm http://320volt.com/opamp/ http://etepic.com/index.php?topic=28.0 14