Elektronik endüstrisi, geliştirdiği yeni teknolojileri ucuza üretebilme ve bu teknolojiler için yeni pazar oluşturabilme yeteneğine sahiptir. Yıllardan beri üretim teknolojileri alanında yapılan çalışmalar sonunda, elektronik devre elemanlarının ucuza üretilmesi, kuramsal olarak gelişimini tamamlamış, maliyet engeline takılan birçok sistemin dünya pazarına girmesine olanak sağlamıştır. Son zamanlarda bu gelişmelerden payını almış en şanlı sistem, ev otomasyonudur. Otomasyon sistemi, insanları çok büyük kolaylıklar ve zamandan tasarruf sağlar.
Otomasyon, bir sistemin belirli bir senaryoya göre, herhangi bir operatöre gerek duymaksızın yönetilmesidir. Senaryoların akışı, algılayıcılarla algılanan olaylara ve zamana göre belirlenir. Endüstride, otomasyon sistemleri yüzyılı aşkın bir süredir kullanılmaktadır. Bu sistemlerin evlerde kullanımıysa ancak üretim teknolojisindeki gelişmelerle gerçekleşebilmiştir.
Bu projede ev otomasyonun ilk meyveleri olan RF (Radyo Frekans)uzaktan kumanda ile bir otomatik kapının kontrolü yapılmıştır. Şekil 1.1 de görüldüğü gibi sistemin basit bir blok diyagramı verilmiştir.Bu sistemi kontrol etmek için PIC 16F84 mikrodenetleyicisi kullanılmıştır. Algılayıcılar tarafından alınan bilgiler, mikrodenetleyiciye yazılan programa göre kapıyı kumanda etmektedir. Böylelikle kullanıcıya kolaylık ve emniyetli geçiş imkanı sağlamaktadır. Sistem bir maket model üzerinde mikrodenetleyici ve PLC (Programmable Logic Controller) ile çalıştırılabilecek şekilde tasarlanmıştır. Şekil 1 de RF(Radyo Freakns) ile uzaktan kumandalı kapının mikrodenetleyici ile gerçekleştirilmesi basit şekilde gösterilmiştir.
Şekil 1 RF ile uzaktan kumandalı kapının mikrodenetleyici ile gerçekleştirilmesi
OTOMATİK KAPI PROBLEMİNİN TANIMLANMASI
Bu bölümde gerçekleştirilecek otomatik kapının çalışması ile ilgili problem tanımlanmıştır. Bitirme tezimde bire bir uygulama yapılmadığı için maket model üzerinde CDROM kapağı kontrol edilecek kapıyı, modellemek için kullanılmıştır
Şekil 2 Otomatik kapı için problem tanımı
Şekil 2de görülen sistem modeli istenilen şartları yerine getirmesi için şu özelliklere sahip olması gerekmektedir. Kapının açık veya kapalı olduğunu anlamak için SA1 ve SA2 sınır anahtarları şekildeki gibi yerleştirilmesi gerekmektedir. Kapı boşluğunda bir engel olup olmadığını tespit etmek için IR alıcı-verici, otomatik kapıyı uzaktan kumanda için RF uzaktan kumanda modülü kullanılmıştır.Kapıyı içerden kumanda etmek içinde kumanda odasında aç ve kapat switchleri bulunmaktadır.
Şekil 2de görülen kapının çalışması ile ilgili istenenler
1. Kapı kapalıyken RF verici butonuna ya da kumanda odasındaki aç butonuna basılırsa kapı açılmaya başlayacak. Kapının açıldığı SA1 sınır anahtarı ile belirlenerek kapı duracaktır. Kapı açılırken RF butonuna bir kez daha basılırsa kapı bulunduğu konumda duracaktır.
2. Kapı açıkken RF verici butonuna ya da kumanda odasındaki kapat butonuna basılırsa kapı kapanmaya başlayacak. Kapının kapandığı SA2 sınır anahtarı ile belirlenerek kapı duracaktır. Kapı kapanırken RF butonuna bir kez daha basılırsa kapı bulunduğu konumda duracaktır.Kapı kapanırken IR alıcı-verici kapı boşluğunda bir engel tespit ederse kapı açılıp, 2 sn açık bekleyecek ve tekrar kapanmaya çalışacaktır.
3. Kapı modeli eğitim amaçlı kullanılmak üzere hem mikrodenetleyici hemde PLCler ile kontrol edilebilecek şekilde modüler olarak tasarlanmıştır.
OTOMATİK KAPI İÇİN KONTROL SİSTEMİ TASARIMI
Bu bölümde yukarıda tanıtılmış olan problemin çözümü için gerçekleştirilmiş olan kumanda sistemini oluşturan donanım kısımları incelenecektir. Kontrol sistemi dört kısımdan oluşmaktadır. Bunlar:
1. Kapı kontrol devresi
2. IR(Infrared) alıcı-verici devresi
3. RF alıcı-verici devresi
4. PIC 16F84 mikrodenetleyicili kumanda devresidir.
1. Kapı Kontrol Devresi
Otomasyon sistemlerinde, herhangi bir mekanik güç isteyen durumlarda elektrik motorları kullanılır. Motorlar kontrol edilecek kapı, kapak, valf v.b gibi elemanlar dişli veya kayış sistemi ile bağlanır. Böylelikle motorları fazla yüklenilmemiş oluruz. Bitirme tezimde bire bir uygulama yapılmadığı için maket model üzerinde CDROM kapağı kontrol edilecek kapıyı modellemek için kullanılmıştır. Maket kapını açılıp kapatılması için tasarlanan elektronik devre, röleler ile tasarlanmıştır. Bu şekilde kullanılmasının sebebi ise devreyi mikrodenetleyici ve PLC (Programmable Logic Controller) ile kontrol edebilmektir. Ayrıca rölelerle tasarlanan devre her türlü elektrik motorun kumandasını kontrol etmek için yapılmıştır.
1.1. Elektrik motorlarının tipleri
Elektrik motorları üç ana bölümde incelenebilir. DC, AC ve elektronik komütasyonlu motorlar. Şekil 3de gösterilen motor isimleri tipik olarak kullanıldıkları şekilde verilmiştir.
Şekil 3 Elektrik Motorlarının sınıflandırılması
1.2. DC Motorların kontrolü
Sabit mıknatıslı motorun armatürüne komütatör yoluyla DC gerilim uygulanabilir fakat manyetik alanın şiddeti değiştirilemez. Bu tip DC motorlar ucuz ve küçük boyutları nedeniyle en yaygın olan motorlardır ve sadece armatür akımını kontrol ederek kontrol edilebilirler. Bu motorun dönme yönü uygulanan DC gerilimin kutupları değiştirilerek değiştirilebilir. Standart sabit mıknatıslı bir motorun tork çıkışı armatür sargıları yanmadan çekebileceği maksimum akımla sınırlıdır. Büyük akımları taşıma kapasitesi demek daha ağır armatür anlamına gelmektedir.
Şekil 4de verilen bir besleme geriliminde sabit mıknatıslı bir motorun akım ve tork karakteristiğini göstermektedir.
Baskı devre ve döner bobinli motorlar sabit mıknatıslı motorlar olup armatürlerinde demir içermezler böylece armatür ağırlığı düşürülmüş olur. Baskı devre motorları kart üzerindeki yollardan oluşan sargılara sahiptir. Döner bobinli motor armatürleri örülmüş bakır tellere sahiptir. Bu motorlar genellikle çok hızlı dönerler ve harici dişli sistemleri kullanılmasıyla tork arttırılıp hız düşürülebilir.
Şekil 4 DC motorlarda hız/tork ilişkisi
1.2.3. Kapı Modelinin Motor Kontrolü
Kapı modelini kontrol etmek için şekil 5 deki devre tasarlanmıştır. CDROM kapağındaki DC motor ile kapı modelini kontrol etmek için kullanılmıştır. Röle 1 ve röle 2 kapıya yerleştirilmiş sınır anahtarları ile kontrol edilmektedir. Röle 3 ve röle 4 ise mikrodenetleyici ile motorun yönünü değiştirmek için (motorun armatür voltajını ters çevirmek için) kullanılmıştır. Röle 3-4 ün voltajları mikrodenetleyici ve röle 1-2 tarafında kontrol edilmektedir
Şekil 5 Motorun sınır anahtarları ile durması ve yön kontrolü
Mikrodenetleyici kapıyı açmak için röle 3e transistör vasıtasıyla enerji verir. Kapı açılmaya başlar. Kapının maksimum açılma sınırına geldiğinde SA1 sınır anahtarı kapanır. Sınır anahtarını kapanmasıyla röle 1i çalıştırır. Röle 1 in çalışması ile röle 3ün voltajı kesilir ve kapı durur. Kapını kapanması da benzer şekilde çalışmaktadır. 2. IR Alıcı-Verici Devresi Ev otomasyon sistemlerinde, otomasyonu gerçekleştirebilmek için birçok birim kullanılır. Bunlar arasında, çevredeki olayları algılamak için kullanılan algılayıcılar, gerekli işlemleri yerine getirebilmek için elektronik ya da mekatronik (mekanikelektronik) işlem birimleri ve tüm sistemi kontrol edebilmek için de merkezi yönetim birimi bulunur. Algılayıcılar ortamdaki hareketi, sıcaklığı, nemi, gazları, ışığı ya da sesi algılar; bu bilgileri bir kodlanmış elektrik sinyaline dönüştürerek elektrik hatları üzerinden iletirler. İşlem birimleriyse, kapının otomatik açılıp kapanmasından, otomatik evcil hayvan besleme sistemine kadar uzanan geniş bir ürün yelpazesine sahiptir.
2.1 Optik Sensörler
Optik sistemler uzun süredir piyasada olduklarından ve bazıları da küçük yerler için uygun olduklarından otomasyon sistemlerinde geniş bir biçimde kullanılmaktadırlar. Otomasyonda, optik sensörlerin yardımıyla çevreden bilgi toplanır. Bu sensörler karşıdan ışık görmeli veya yansımalı tipte olabilirler. Her iki sensör tipi de Şekil 6de gösterilmiştir.
Şekil 6 Optik sensörler
Tamamlanmış bir optik sensörü, bir ışık kaynağını ve bir de bu ışığı algılayacak sensörü içerir. Işık kaynağının kullanılma sebebi bu sistemlerde ışığın uygun hale getirilmesi gerekliliğindendir. Işık kaynağı yakındaki diğer ışık kaynakları tarafından üretilenlerden farklı olarak ışık sensörünün en iyi algıladığı frekansta ışık üretir. Birçok optik sensörde kızılötesi ışık kullanılır. Işık hissetme sistemini daha kusursuz hale getirmek için optik sensörlerin birçoğunda kızılötesi ışık sabit bir frekansta darbelenir. Bu frekansta darbelenmemiş ışık, sensör tarafından algılanmaz.
Optik sensöründeki alıcı sensör, tipik olarak ışık enerjisi üzerine düştüğü zaman küçük bir akım üreten foto-diyot veya daha genel olarak üzerine ışık düştüğü zaman akım geçmesine izin veren foto-transistör gibi yarıiletken bir cihazdır.
Vericideki darbeleme frekansıyla ışık sensöründen gelen frekansı karşılaştıran sensör kontrol devresi de gereklidir. Kontrol devresi belirli bir ışık seviyesinde çıkış devresini anahtarlamak için de kullanılır.
Işık görmeli sensörler genellikle ışığı bloke eden bir nesnenin var olup olmadığını belli ederler. Eğer ayarlı anahtarlama seviyelerine sahipseler bu sensörler kullanılarak örneğin, bir şişeden geçen ışığın miktarına göre dolu olup olmadığı tespit edilebilir.
Yansımalı tip sensörler hem vericilerini hem de alıcılarını aynı pakette içerirler. Işığı sensöre geri yansıtan hedefleri saptarlar. Sadece sınırlı bir mesafedeki nesneleri algılayacak şekilde odaklanmış yansımalı sensörler de mevcuttur.
2.2. IR(Infrared) Sensör
Bu projede kapının arasında herhangi bir nesne olup olmadığını anlamak için karşıdan ışık görmeli kızılötesi bir algılayıcı kullanılmıştır. Eğer herhangi bir cisim varsa mikrodenetleyici haber vermek için devre çıkışındaki rölenin enerjisini keser. Devre şeması şekil 7de verilmiştir.
Şekil 7 IR verici ve alıcı
2.2.1. Verici Bölüm
Şekil 7deki NE 555 entegresi 18 kHz de çalışan astable multivibratör olarak çalışmaktadır. NE 555'in çıkışı, infrared ledi süren transistöre gider. Devre iki kısımdan meydana geldiğinden dolayı devreyi birbirinde yalıtmak için D1 diyotu ve 220uF lık kondansatör mutlaka kullanılmalıdır. Çünkü 18 Khz çalışan NE 555 besleme hattına harmonikler oluşturur. Bu harmonikler NE 567 devresini sıçrayacağından entegreye sinyal gelmemesine rağmen yanıltabilir ve sürekli çalışmasını sağlar.
2.2.2. Alıcı Bölüm
Şekil 7deki Fototransistörün çıkışı bir kuvvetlendirici NPN transistörle NE 567 PLL (Phase Locked Loop) entegresinin sinyal girişine bağlanır. NE 567 entegresinin sinyal girişindeki frekans, entegerede programlanan frekansla aynı frekans da ise NE 567 nin 8. bacağı toprak olur ve led yanar. Programlama frekansı entegrenin 5. ve 6. bacağındaki R-C (5 Kohm potansiyometre, 47 K direnç ve 1 nF kondansatör) elemanlarını değerleriyle frekans ayarlanır (fo=1/[1,1x( R1+R2) xC]). Devre bir bant geçiren filtre gibi davranır. 8 nolu bacağın çıkışı diğer transistörler ile röleyi çalıştırır.
3. RF Alıcı-Verici Devresi
Uzaktan kumanda sistemleri çok çeşitli yöntemler ile gerçekleştirmektedir. Bunlar infrared, ultrasonik RF(Radyo Freakans) v.bdir. RF yöntemi hariç diğer yöntemlerle kumanda sistemleri çok yakın mesafede ve birbirlerini doğrudan gören verici ve alıcı arasına girebilecek bir engel etkileşimi engellemektedir. Halbuki radyo frekansını kullanılarak yapılan uzaktan kumanda uygulamalarında böyle bir problem söz konusu değildir. Etkileşim mesafesi ise kullanılan RF vericisinin çıkış gücü ile doğru orantılı olarak arttırılabilmektedir.
Şekil 8 RF alıcı- verici devresinin mikrodenetleyiciye bağlantısı
RF uzaktan kumanda alıcı ve verici iki ana bölümden oluşur.(Şekil 8) Alıcıda kod sinyali üretici ve modülatör, vericide ise kod çözücü ve demodülatör bulunmaktadır. Bu bölümde sadece kod sinyali üretici ve kod sinyal çözücüden bahsedilecektir.(Şekil 9)
3.1 Kod Sinyali Üretici (MC 145026)
Bu kısımda yer alam MC145026 entegresi Motorola firmasını ürettiği özel kodlayıcı bir entegredir. Dokuzlu dip switch gurubu ile belirlenen 9 bitlik sayısal bilgi ile yine bu entegrenin ürettiği özel bir frekansındaki sinyali, pals modulasyonu işlemi ile modüle edilerek; 9 bitlik sayısal kelime ile kodlanmış sinyal elde edilir. Bu sinyal modülator katının girişine uygulanır.
Şekil 9 Kod üretici ve kod çözücü
4.3.2. Kod Çözücü (MC 145028)
RF ile gelen kod MC145028 entegresinin girişine uygulanır. Gelen kod sinyali bu entegrede belirlenmiş kod ile karşılaştırılır. Kod çözücü entegrenin kodu yine 9lu bir dip switch gurubuyla belirlenmiştir. Kod çözücü ve kod üretici kod girişleri 9 adet olup bunlarda 5i (A.....E) trinary (3 konumlu) son 4ü binary (iki konumlu) kod girişleridir. MC145028 de belirlenmiş kod ile verici kod sinyali eşitlik sağlaması halinde entegrenin 11 nolu çıkışa bir pals gelmesine sebeb olur. Bu çıkış transistörle güçlendirilerek röleyi çalıştırır. Devre şu hali ile 3888 değişik kod üretilmektedir
Not: Trinayr giriş üç konumlu giriş anlamına gelir. Bunlar:
1. Girişin şaseye bağlanması: Lojik 0
2. Girişin +Vye bağlanması: Lojik 1
3. Girişin boşta kalması:Z(Yüksek Empedans)
4. PIC16F84 Mikrodenetleyicili Kumanda Devresi
PIC16F84 mikrodenetleyicisi ile şekil 10deki devresi tasarlanmıştır. Donanımla ilgili önceki üç kısımla PIC 16F84ün irtibatını sağlamak için PORTB kullanılmıştır. PortBnin 8 adet giriş çıkış ucu vardır.Bunlardan 2 tanesi çıkış(input) birimi 6 tanesi giriş(output) birimi olarak kullanılmıştır.
Şekil 10 Otomatik kapı modelini kontrol etmek için tasarlanan PIC16F84lü kumanda devresi
Bu I/Olar aşağıdaki donanım birimleri ile kullanılmıştır.
Çıkış portları
Portb.7: Kapıyı açmak için gönderilen bilgi (AÇ)
Portb.6 : kapıyı kapatmak gönderilen bilgi (KAPA)
Giriş portları
Portb.5 : Kapı açık, sınır anahtar bilgisi (SA1)
Portb.4: Kapı kapalı, sınır anahtar bilgisi (SA2)
Portb.3: Kapı aç buton bilgisi (swtich aç)
Portb.2: Kapı kapat buton bilgisi (swtich kapat)
Portb.1: IR sensör bilgisi (IR)
Portb.0: RF(Radyo Frekans) uzaktan kumanda bilgisi
4.1. Sistemin Çalışması:
Kapı modeli uzaktan kumanda veya kumanda odasında bulunan butonlar ile kumada edilir. RF uzaktan kumanda veya kapı açma butonuna basıldığında kapı açılır. Tekrar basıldığında kapı durur. Kapıyı açmak için aynı butonlara basıldığında kapı açılmasına devam eder. Açılma işlemi açık sınır anahtarına gelene kadar devam eder. Böylelikle kapı açılmış olur. Kapıyı kapatmak içinde RF uzaktan kumandaya veya kapı kapama butonuna basıldığında kapı kapanır. Tekrar kumanda veya butona kapalıya basıldığında kapı durur. Tam olarak kapının kapanmasını istiyorsak tekrar aynı butonlara basarak kapatabiliriz. Kapanma sırasında herhangi bir cisim kapı arasından geçerse kapı otomatik durur ve açılmaya başlar. İki saniye sonra kapı tekrar kapanmaya başlar. Eğer cisim ortadan kalkarsa kapı kapanır.
Alıntıdır...
Umarım işini görür...
