ARDUINO VE ANDROID KULLANARAK BEBEK ODASININ UZAKTAN KONTROLÜ
Süleyman GÜÇLÜ Yüksek Lisans Tezi İleri Teknolojiler Anabilim Dalı
ARDUINO VE ANDROID KULLANARAK BEBEK ODASININ UZAKTAN KONTROLÜ
Süleyman GÜÇLÜ
Dumlupınar Üniversitesi
Lisansüstü Eğitim Öğretim ve Sınav Yönetmeliği Uyarınca Fen Bilimleri Enstitüsü İleri Teknolojiler Anabilim Dalında
YÜKSEK LİSANS TEZİ Olarak Hazırlanmıştır.
Danışman: Doç. Dr. Rüştü GÜNTÜRKÜN
KABUL VE ONAY SAYFASI
Süleyman GÜÇLÜ’nün YÜKSEK LİSANS tezi olarak hazırladığı Arduino ve Android Kullanarak Bebek Odasının Uzaktan Kontrolü başlıklı bu çalışma, jürimizce Dumlupınar Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Öğretim ve Sınav Yönetmeliğinin ilgili maddeleri uyarınca değerlendirilerek kabul edilmiştir.
07/02/2018
Prof. Dr. Önder UYSAL ___________
Enstitü Müdürü, Fen Bilimleri Enstitüsü
Prof. Dr. Muammer GAVAS ___________
Bölüm Başkanı, İleri Teknolojiler Anabilim Dalı
Doç. Dr. Rüştü GÜNTÜRKÜN ___________
Danışman, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Sınav Komitesi Üyeleri
Doç. Dr. Ayhan İSTANBULLU ___________
Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Balıkesir Üniversitesi
Doç. Dr. Rüştü GÜNTÜRKÜN ___________
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Dumlupınar Üniversitesi
Yrd. Doç. Dr. Mustafa TOSUN ___________
ETİK İLKE VE KURALLARA UYGUNLUK BEYANI
Bu tezin hazırlanmasında Akademik kurallara riayet ettiğimizi, özgün bir çalışma olduğunu ve yapılan tez çalışmasının bilimsel etik ilke ve kurallara uygun olduğunu, çalışma kapsamında teze ait olmayan veriler için kaynak gösterildiğini ve kaynaklar dizininde belirtildiğini, Yüksek Öğretim Kurulu tarafından kullanılmak üzere önerilen ve Dumlupınar Üniversitesi tarafından kullanılan İntihal Programı ile tarandığını ve benzerlik oranının %20 çıktığını beyan ederiz. Aykırı bir durum ortaya çıktığı takdirde tüm hukuki sonuçlara razı olduğumuzu taahhüt ederiz.
ARDUINO VE ANDROID KULLANARAK BEBEK ODASININ UZAKTAN
KONTROLÜ
Süleyman GÜÇLÜ
İleri Teknolojiler, Yüksek Lisans Tezi, 2018 Tez Danışmanı: Doç. Dr. Rüştü GÜNTÜRKÜN
ÖZET
Bebek ağladığında veya altı ıslandığında ilgili kişilerin kullandığı cep telefonuna hazırlanan Android yazılımı vasıtasıyla sesli veya SMS göndererek uyaran uzaktan kontrollü bir akıllı beşik tasarımı ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Anne ve Baba tarafından bebek canlı izlenmek istenildiğinde IP kamera için kullanıcı adı ve şifre istenmektedir. Ayrıca kullanıcı bebek beşiğini uzaktan IP kamera ile izleyerek gerekli önlemleri alabilmekte ve isterse beşiği uzaktan sallayarak kontrol edebilmektedir. Bunlara ilave olarak oda sıcaklık değeri sisteme tanımlı değerlerden düşük veya yüksek olursa mevsime göre seçilecek olan ısıtıcı veya soğutucuyu devreye sokmakta ve sıcaklık değerini istenilen seviyede kontrol etmektedir.
Ses sensörü ağlamayı algıladığında elektronik kartının motoru tetiklemesiyle beşik otomatik olarak 1 dakika boyunca sallanmaktadır. Bebek ağlamaya devam ederse 1 dakikalık sallanma 4 defa tekrar etmektedir, eğer bebek ağlamaya hala devam ederse tanımlanan cep telefonuna uyarı sinyali gönderilmektedir. Telefonda bulunan program uyarıyı işleyerek bilgi mesajı, sesli veya SMS olarak ilgili kişileri uyarmaktadır. Beşiğin sallanması esnasında sistem önceden belirtilen ninniyi çalarak bebeğin uykuda kalmasına yardımcı olmaktadır. Cep telefonu uygulamamız sistem açık olduğu anlarda gerçekleşen tüm olayları rapor olarak tutmakta ve istenildiğinde bu raporu tanımlanan elektronik posta adresine e-mail olarak göndermektedir.
Tasarımını ve uygulamasını yaptığımız bu sistem ile özellikle çalışan anne ve babaların işten yorgun gelmeleri gecede uykusuz kalmaları çalıştıkları işte verimi düşürmektedir. Bu sistem sayesinde belli oranda bunun önüne geçilmiş olacaktır.
Anahtar Kelimeler: Android, Arduino, Arduino Sensörler, Bebek Beşiği, Mobil uygulama, Uzaktan Kontrol.
REMOTE CONTROL OF A BABY'S ROOM USING ARDUINO AND ANDROID
Süleyman GÜÇLÜAdvanced Technologies, Master Thesis, 2018 Thesis Advisor: Doç. Dr. Rüştü GÜNTÜRKÜN
SUMMARY
A remote controlled smart cradle design and application has been implemented that warns people concerned when their baby is crying or when the baby is wet by sending an audio alert through the installed Android app or short text message (SMS) to their mobile phone. When the baby is watched live by the parents, user name and password are required to access the IP camera. In addition, the user can remotely monitor the baby with an IP camera to take the necessary precautions and can control the cradle by swaying it from a distance. In addition, if the room temperature is lower or higher than the defined values in the system, the heater or cooler, which will be selected according to the season, is activated to keep the temperature value at the desired level.
When the sound sensor detects crying, the cradle is automatically swung for 1 minute with the engine triggered by the electronic circuit. If the baby continues to cry, the 1 minute swing repeats 4 times. If the baby continues to cry, a warning signal is sent to the defined mobile phone. The signal is processed by the program on the phone and people concerned are notified via information message, voice notification or text message. While the cradle is swaying, the system helps to keep the baby asleep by playing a pre-defined lullaby. Our mobile phone application keeps a report of all incidents when the system is running and sends the report to the defined e-mail address when requested.
The fact that working parents are returning their homes tired and also stay sleepless at nights lower their productivity at work. This situation will be overcome to some extent with the system we have designed and implemented.
Keywords: Android, Arduino, Arduino Sensors, Baby Cradle, Mobile Application, Remote Control.
TEŞEKKÜR
Bu çalışmamın her aşamasında her türlü desteği benden esirgemeyen danışmanım Doç. Dr. Rüştü GÜNTÜRKÜN’e, yardımlarını esirgemeyen Yrd. Doç. Dr. Mustafa TOSUN'a, Yüksek Lisans çalışmalarım boyunca sabırla desteklerini benden esirgemeyen eşim Sümeyye Hilal GÜÇLÜ'ye, babam Mehmet GÜÇLÜ'ye, annem Neslihan GÜÇLÜ'ye ve kardeşim Emre GÜÇLÜ'ye teşekkürü bir borç bilirim.
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET ... v
SUMMARY ... vi
ŞEKİLLER DİZİNİ ... x
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ... xii
1. GİRİŞ ... 1
2. BEBEK ODASININ UZAKTAN KONTROL UYGULAMASINDA KULLANILAN MATERYALLER ... 4
2.1. Arduino Uno ... 4
2.1.1. Arduino atmega328 temelli Uno R3 ... 4
2.1.2. Arduino uno güç giriş/çıkış beslemeleri ... 6
2.1.3. Arduino uno giriş-çıkışlar ... 6
2.1.4. Arduino uno haberleşmesi ... 7
2.2. Bluetooth HC-05 ... 8
2.3. Sensörler ve Yardımcı Elektronik Elemanlar ... 9
2.3.1. DHT21 sıcaklık ve nem sensörü ... 9
2.3.2. FC-28 nem sensörü ... 9
2.3.3. SparkFun ses desibel sensörü ... 10
2.3.4. 5 V röle ... 10
2.3.5. DC motor ve motor kutusu ...11
2.3.6. SD kart modülü ... 12
2.3.7. Hoparlör ... 13
2.3.8. IP kamera ... 13
3. GELİŞTİRME KARTI PROGRAMLAMA... 15
3.1. Geliştirme Kartı Programlama ... 15
3.2. Akıllı Sistemlerin Gereksinimi ... 15
4. TASARIMIN UYGULANMASI ... 17
4.1. Arduino Bağlantıları ... 17
4.2. Motor Bağlantıları ... 19
4.3. Kameranın Sisteme Dahil Edilmesi ... 21
4.4. Android Tabanlı Telefona Program Kurulumu ve Ayarları ... 22
4.4.1. Programın kurulumu ... 22
İÇİNDEKİLER (devam)
Sayfa
4.5. Uygulamanın İşleyişi ... 28
5. PROGRAMLAMA VE KULLANILAN YAZILIMLAR ... 38
5.1. Kullanılan Yazılımlar ... 38
5.1.1. Arduino IDE ... 38
5.1.2. MIT APP inventor 2 ... 39
5.2. Programlama ... 39 5.2.1. Arduino programlama ... 39 5.2.2. Android programlama ... 40 6. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 41 KAYNAKLAR DİZİNİ... 42 EKLER
Ek 1: Arduino Program Kodları
Ek 2: MIT App Inventor 2 Blok Diyagramı ÖZGEÇMİŞ
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil Sayfa
2.1. Arduino atmega328 temelli Uno R3 ... 4
2.3. Bluetooth HC-05 modülü. ... 8
2.4. DHT 21 Sıcaklık ve nem sensörü. ... 9
2.5. FC-28 nem sensörü ... 10
2.6. SparkFun ses desibel sensörü ... 10
2.7. 5 V Röle ...11
2.8. DC motor ve motor kutusu. ... 12
2.9. SD kart modülü ... 12
2.10. Hoparlör. ... 13
2.11. IP kamera ... 14
4.1. Sistemin bağlantı şeması. ... 18
4.2. Motorun beşiğe monte edilmesi. ... 19
4.3. Motor çekici montesi... 20
4.4. Motor ve çeki bağlantısı yapıldıktan sonra. ... 21
4.5. Programın kurulumu. ... 22
4.6. Program ana ekranı. ... 23
4.7. Ayarlar ekranı. ... 25
4.8. Fotoğraf ekranı. ... 26
4.9. Raporlar ekranı. ... 27
4.10. Arduino sisteminin kutulanarak üstten görünüşü. ... 28
4.11. Sistemin kurulmuş hali. ... 29
4.12. Açılış ekranı. ... 30
4.13. Cep telefonu BT tanımlama ekranı. ... 31
4.14. Ayar ekranı. ... 32
4.15. IP kamera ekranı... 33
4.16. Bebek ağladığında gelen mesaj. ... 34
4.17. Bebeğin altı ıslandığında gelen mesaj. ... 35
4.18. Sıcaklık/nem göstergesi ve uyarı mesajı. ... 36
4.19. Cep telefonu kısa mesaj ve rapor ekranları. ... 37
5.1. Arduino IDE ekranı. ... 38
ÇİZELGELER DİZİNİ
Çizelge
Sayfa
2.1. Arduino uno bölümleri ve teknik özellikleri. ... 5
4.1. Arduino ve sensör bağlantıları. ... 17
4.2. Program ana ekranı. ... 24
4.3. Program ayarları. ... 25
4.4. Fotoğraf ekranı. ... 26
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ
Kısaltmalar Açıklama
AC Alternatif Akım
ADC Analog Dijital Çevirici
AREF Analog Girişler İçin Referans Voltajı
AVR Otomatik Voltaj Regülatörü
BT Bluetooth
CMOS Bütünleyici Metal Oksit Yarı İletken
DC Doğru Akım
Dk Dakika
EEPROM Elektronik Olarak Silinebilir, Programlanabilir Salt Okunur Bellek
GB Gigabayt
GHz Gigahertz
GND Topraklama
Ground Topraklama
HD Yüksek Çözünürlüklü Yayın
ICSP Devre İçinde Seri Programlama
IDE Entegre Geliştirme Ortamı
IOREF Mikrodenetleyicinin Çalıştığı Voltaj Frekansı
IP Internet Protokol
Kb Kilobayt
mA Mili Amper
Mb Megabayt
MCU Mikro Kontroller
MHz Megahertz
MISO Çok Girdili Tek Çıktılı Sistem MIT Massachusetts Teknoloji Enstitüsü
MOSI Ana Cihazdan Yollanan Verilerin Çevresel Cihazlara Aktrıldığı Hat
PWM Hızlı Frekanslı Anahtar
RPM Dakikada Gerçekleştirilen Dönüş
RX Dışarıdan Veri Alan Pin
SD Güvenli Sayısal Hafıza Kartı
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ (devam)
Kısaltmalar Açıklama
SPI Seri Çevresel Arabirim
SRAM Statik Rastgele Erişimli Bellek
TTL Taşıma Zamanı
TWI Çevresel Birimler Arasında İletişimi İçin Kullanılan Seri Haberleşme
TX Dışarıya Veri Veren
UART Seri İletişim Birimi
USB Evrensel Seri Veriyolu
V Volt
VCC Kollektör Besleme Voltajı
VIN Harici Güç Kaynağı Bağlandığında Kullanılan Voltaj Girişi
1. GİRİŞ
Günümüzde özellikle çalışan anne babaların en büyük problemi gece bebeklerin uyanması ve anne babaların uykusuz kalmalarıdır. Bu sorun özellikle uykusu hafif bebeklerde anne ve babayı fazlasıyla etkilemekte, hayatlarını zorlaştırmaktadır.
Sağlıklı bir uyku bebeğin gelişmesinde önemli bir yere sahiptir. Yapılan çalışmada bebek odasının sıcaklık/nem faktörleri ölçülüp bilgi verilerek ve oda sıcaklık değerine göre sisteme bağlı olan oda ısıtıcı veya soğutucu çalıştırabilmektedir ayrıca bebeğin ağladığında beşiğin hemen sallanarak uykusuna devam etmesi sağlanmıştır.
Ebenezer (2012), Akademik Araştırma Dergisinde yayınlanan çalışmasında diğer sensörler arasında bebeğin sıcaklığını göstermesi için bir ısı sensörü ve apne durumunda bir sinyal gönderen solunum sensörü yer alır. Bebek ağlamasının belirli bir zaman aralığı boyunca kesilmemesi halinde ebeveynlere mesaj göndermek için RS232 üzerinden çalışan GSM modem kullanılır görüşüne yer vermiştir.
Harper ve Blea (1973), çalışmalarında annenin beşikte bulunan bebeği salladığında oluşabilecek etkinin aynısını sağlar. Beşiğin salınımı hafif bir direniş ile karşılaşıldığında durur görüşü belirtmiştir.
Hızla gelişen teknolojinin nimetlerinden faydalanan akıllı nesneler üzerine yapılan ve tez çalışmasında kullanılan Arduino ve Android üzerine oluşturulan çalışmalar oldukça fazladır. Bunlara örnek olarak aşağıdaki çalışma gösterilebilir.
Bitkilerin ihtiyacı olan su miktarının, arduino ile kontrolünü gerçekleştirmiştir. LCD Shield üzerindeki butonlar sayesinde bitki türü girilerek nem oranı belirlenmiştir. Nem oranı düşük göründüğünde bitki sulanmadan önce Raspery Pi ile fotoğrafının çekilerek kullanıcının mailine gönderimini sağlamıştır. Nem oranı belirlenen düzeye gelene kadar sulama işleminin devam etmesini gerçekleştirmiştir. Sistemin enerjisini ise kullandığı güneş paneli ile karşılamıştır (Ersin, 2015).
Gömülü sistem tabanına sahip model mobil bir aracın, Android işletim sistemli akıllı telefon uygulaması aracılığıyla uzaktan kontrol edilme çalışması gerçekleştirilmiştir. Mobil araçta, Arduino Uno üzerinde çalışan iki tane doğru akım motor, bir tane ultrasonik mesafe ölçer sensör, bir tane bluetooth modülü ve motor sürme entegresi bulunmaktadır. Akıllı telefon üzerinde çalışan uygulama ile bluetooth acılığıyla gönderilen komutlar yardımıyla aracın uzaktan sol ileri, sağ ileri, geri, sol geri ve sağ geri yönlendirilmesi sağlanmaktadır. Araç
üzerinde bulunan Arduino Uno kartı gömülü sistem vazifesi görerek, telefondaki uygulamadan komut aldıkça ayrıca mesafe sensörü vasıtasıyla öndeki boş mesafenin 10 cm’den fazla olup olmadığını kontrol edildikten sonra araç üzerindeki motor sürme entegresine komut göndererek aracın önceden tanımlı yönlerde yönlendirilmesi sağlanmaktadır. Çalışma daha geniş çaplı “aynı anda birden fazla model aracın uzaktan kontrolü” çalışmasının ilk ayağını oluşturmaktadır (Dalkılıç ve Özcanhan, 2016).
Başka bir çalışmada ise; Hızla gelişen teknoloji sayesinde otomobil elektronik sistemlerinin gelişmesi ve bu sistemlerin güvenliğinin sağlanması da bu gelişmelere paralel olarak büyük ölçüde artmıştır. Hazırlanan çalışmada araç güvenlik sistemi şifre ile korunarak tasarlanmış ve ilgili sistemin kontrolü cep telefonu vasıtasıyla sağlanarak, sistemin kullanımı Android işletim sistemli bir tablet bilgisayar ile entegre çalışan araç güvenlik sistemi kiti tasarlanmıştır. Android işletim sistemli tablet üzerinden aracın güvenlik sistemi devreye girmektedir. Aracın çalınma girişimi sırasında, entegre kite bağlı olarak kontrol devreleri aracın yakıt sistemi pasif konuma alınırken, alarm sistemi de aktif edilecek olup bu sayede aracın hareketi engellenmektedir. Aynı zamanda bu olaylar sırasında araç sahibi cep telefonu vasıtasıyla aranmaktadır. Böylelikle otomobilin çalıştırılarak çalınma ihtimali imkânsız hale getirilmektedir (Ağyol vd., 2013).
Hazırladığımız tez çalışmasının en büyük avantajı Android ve Arduino sistemlerinin gücünü kullanarak yukarıda bahsettiğimiz gibi bebekler için olacaktır. Dışarıdan aldığı küçük tepkilere uykusu bölünebilen bebekler kısa zamanda müdahale edilirse uykuya devam ederler, ancak anne veya babanın gece saatinde yatağından kalkıp bebeğe müdahale etmesi zaman almaktadır. Tez çalışmasında uygulanan sistem sayesinde bu zaman minimuma inecek ve bebek rahat ortamında uykusuna devam edebilecektir. Ayrıca bebek odası IP kamera ile canlı izlenmesi sağlanarak bebeğin kontrol edilmesi, oda sıcaklık ve nem değerleri ile bebek altını ıslattığında cep telefonu vasıtasıyla SMS olarak bilgi verilmesi sağlanmıştır.
Bebeklerin uyku sorununun başında oda sıcaklığı gelmektedir. Uzmanlara göre bebekler için ideal oda sıcaklığı 20 ile 24° arasındadır (E-Bebekçe, 2014).
Bebeğin oda sıcaklığı istenilen değerler arasında değilse sisteme bağlı olan röle vasıtasıyla kontrol edilen ısıtma veya soğutma cihazı devreye girerek sıcaklığı istenilen değer aralığına aldığında devreden çıkmaktadır. Bu sayede bebek için ideal uyku sıcaklığı sağlanmaktadır.
Yapılan tez çalışmasında Android ve Arduino sistemlerinin yararlarından faydalanılmış olup, bu sayede sistemin daha geniş kitlelerce kullanılabileceği düşünülmüştür.
Tez çalışmasında Android işletim sistemi kullanılmasının sebebi; Android işletim sistemi günümüzde gittikçe artan bir kullanıcı kitlesine sahiptir. Aynı zamanda, geniş bir geliştirici grubu tarafından kullanılmaktadır. Geliştirilen uygulamaların son kullanıcıya sunulduğu Google Play Store mağazasında, 1 milyondan fazla uygulama bulunmaktadır. Bu uygulamalar, Java dilinde yazılmaktadır (Syed, 2012).
Tez çalışmasında Arduino geliştirme kartının kullanılmasının sebebi; Arduino geliştirme kartları birden fazla elektronik cihaza bilgi gönderip, bilgi alabilmektedir. Arduino geliştirme kartları, kurulumlarının kolay olması, çoklu çalışabilme, çeşitli sensör, anten ve potansiyometre gibi giriş cihazlardan bilgi okuyabilme, motor, LED, LCD ekran gibi çıkış cihazlarına bilgi gönderebilmesinden dolayı sıklıkla kullanılır.
2. BEBEK ODASININ UZAKTAN KONTROL UYGULAMASINDA
KULLANILAN MATERYALLER
2.1. Arduino Uno
2.1.1. Arduino atmega328 temelli Uno R3
Arduino MCU, Atmel tabancı açık kaynak kodlu bir mikrodenetleyici kartıdır. Her geçen gün gelişmekte olan çeşitleri mevcuttur. En çok kullanılan çeşidi ise UNO versiyonudur. Arduino kartlar ile genellikle robotik, elektronik ve akıllı uygulamalar gerçekleştirilir.
Arduino kartlar açık kaynak kodludur, bu sebeple kolayca geliştirilebilir. Ayrıca kullanılan IDE sayesinde programlamak ve test etmek basittir. Arduino’yu bu kadar popüler yapan en büyük özellik ise yaygın kullanımıdır. Bu kullanım sayesinde istenilen örnek ve uygulamalara kolayca erişilebilir.
Çalışmamızda kullanılan Arduino Uno kartının 14 tane dijital giriş/çıkış pini mevcuttur. Bu pinlerin 6 tanesi PWM çıkışı olarak kullanılabilir. Ayrıca 6 adet analog giriş pini, 1 adet 16 MHz kristal osilatörü, güç jakı, USB bağlantısı, reset butonu ve ICSP başlığı bulunmaktadır. Şekil 2.1’de Arduino Uno görülmektedir.
Çizelge 2.1. Arduino uno bölümleri ve teknik özellikleri
.
Arduino Uno Bölümleri Arduino Uno Teknik Özellikleri
1 : USB jakı 2 : Güç jakı (7-12 V DC) 3 : Mikrodenetleyici ATmega328 4 : Haberleşme çipi 5 : 16 MHz kristal 6 : Reset butonu 7 : Güç ledi 8 : TX / RX ledleri 9 : Led 10 : Power pinleri 11 : Analog girişler 12 : TX / RX pinleri
13 : Dijital giriş / çıkış pinleri (yanında ~ işareti olan pinler PWM çıkışı olarak kullanılabilir.) 14 : Ground ve AREF pinleri
15 : ATmega328 için ICSP 16 : USB arayüzü için ICSP
Mikrodenetleyici : ATmega328 Çalışma gerilimi : +5 V DC
Tavsiye edilen besleme gerilimi : 7 - 12 DC V Besleme gerilimi limitleri : 6 - 20 DC V
Dijital giriş / çıkış pinleri : 14 tane (6 tanesi PWM çıkışını destekler)
Analog giriş pinleri : 6 tane
Giriş / çıkış pini başına düşen DC akım : 40 mA 3,3 V pini için akım : 50 mA
Flash hafıza : 32 KB (0.5 KB bootloader için kullanılır) SRAM : 2 KB
EEPROM : 1 KB Saat frekansı : 16 MHz
Arduino, elektronik uygulamaların geliştirilebilmesi için oluşturulan açık kaynaklı esnek bir platformdur. Donanım ve yazılımının kolaylıkla kullanılabilmesi için tasarlanmıştır. Arduino; tasarımcılar, elektronikle uğraşanlar ve diğer ilgi duyan herkes için interaktif nesneler ve ortamlar oluşturulmasına imkân sağlar (Delebe, 2015).
Arduino’nun başlıca özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir.
•
Kolay bir şekilde çevresiyle etkileşime girebilen sistemler tasarlanabilir,•
Açık kaynaklı bir geliştirme platformudur,•
Arduino kartları üzerinde Atmega firmasının 8 ve 32 bit mikrodenetleyicileri bulunur,•
Arduino kütüphaneleri ile mikrodenetleyicileri kolaylıkla programlanabilir,•
Analog ve dijital girişleri sayesinde analog ve dijital verileri işlenebilir,•
Sensörlerden gelen verileri kullanılabilir,2.1.2. Arduino uno güç giriş/çıkış beslemeleri
Çalışmada kullandığımız Arduino Uno kartımızı 5 Volt çıkış veren USB ile bilgisayardan besleyebildiğimiz gibi harici besleme kaynağı kullanarak da besleyebiliriz. Harici olarak AC-DC adaptör veya pil/batarya beslemesi yapılabilir. Adaptör kullanmak istersek 2,1 mm jaklı merkezi pozitif uçlu bir 7-12 Volt AC-DC adaptör kullanılabilir. Ayrıca pil veya batarya kullanılmak istenirse güç konnektörünün GND ve 5 V olarak Vin pinlerine bağlanılabilir.
VIN Pini: Karta harici güç kaynağı bağlandığında kullanılabilen voltaj pini. 5 V: Bu pin kartta bulunan regülatörden 5 V çıkış verir.
3 V: Bu pin kartta bulunan regülatörden 3,3 V çıkış verir. GND: Topraklama pini.
IOREF: Mikrodenetleyicinin çalıştığı voltaj frekansını sağlar. Bu pin ile kullanılan bir kart IOREF pin voltajını okuyarak uygun güç kaynağını seçebilir veya 3,3 V veya 5 V ile çalıştırılmak için gerilim dönüştürücüsünü etkinleştirebilir.
2.1.3. Arduino uno giriş-çıkışlar
Arduino Uno kartında 14 adet dijital giriş/çıkış pini vardır. Bu pinlerin tamamı pinMode(), digitalWrite() ve digitalRead() fonksiyonları ile karta giriş veya karttan çıkış olarak kullanılabilir. Kullanılan pinlerin tamamı 5 V ile çalışır ve 5 V çıkış verebilir.
RX ve TX Pinleri: Bu pinler 0 (RX) ve 1 (TX) pinleridir ve seri adata almak veya vermek için kullanılır. Çalışmamızda kullandığımız Bluetooth kartı ile bu pinleri bağlayıp sistemimize veri giriş ve çıkışı sağlamaktayız.
Harici Beslemeler: Arduino Uno kartında dijital 2 ve 3 pinleri tetikleme için kullanılabilir.
PWM: Arduino Uno üzerinde bulunan dijital 3, 5, 6, 9, 10 ve 11 pinleri analogWrite() fonksiyonu sayesinde 8 Bit PWM sinyali sağlar.
SPI: Arduino Uno üzerinde bulunan dijital 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MOSI) ve 13 (SCK) pinleri SPI kütüphanesi kullanarak haberleşmeyi sağlar.
LED 13 Pini: Dijital 13 pini leddir. Bu pinin değeri HIGH olarak tanımlandığında LED yanar, LOW olarak tanımlandığında ise LED söner.
Analog Pinleri: Bu pinler A0-A5 aralığında tanımlanmış olup, analog giriş sağlar. Her bir pin 10 birlik çözünürlük destekleyebilir. Varsayılan değerlerde topraktan 5 V ölçüm yapabilirler. Bu pinler AREF pini ve analogReference() fonksiyonu kullanılarak üst limit ile ölçüm yapabilir.
TWI: Kart üzerinde bulunan A4 veya SDI pini ve A5 veya SCL pinleri Wire kütüphanesi kullanılarak haberleşmede kullanılabilir.
AREF: Bu pin analog girişler için referans volatjını belirlemek için kullanılır.
RESET: Arduino Uno üzerinde bulunan bu pin mikrodenetleyiciyi resetlemek için kullanılır.
2.1.4. Arduino uno haberleşmesi
Arduino Uno kartımız bilgisayar, farklı bir Arduino kart, mikrodenetleyiciler, cep telefonları ve imkânı bulunan elektronik cihazlar ile haberleşebilir.
Kart üzerinde bulunan RX ve TX pinleri üzerinden erişilebilen UART TTL seri haberleşmeyi destekler. Bu pinlere bağlanacak harici bir haberleşme kaynağı (Wi-Fi, Bluetooth gibi) sayesinde farklı cihazlar ile haberleşme yapabilir.
USB üzerinden seri haberleşme yapabilir. USB portu sayesinde bilgisayar ile haberleşme sağlar.
IDE üzerinden karta yüklenebilen SoftwareSerial kütüphanesi sayesinde kart üzerinde bulunan RX ve TX harici pinler de seri haberleşme pini olarak tanımlanarak kullanılabilir.
2.2. Bluetooth HC-05
Arduino temelli sistemlerin Android ile birleştirilerek kullanılması için aradaki haberleşme görevini bluetooth üstlenir. Android sistemli cihazların zaten bluetooth teknolojisine sahip olduğunu biliyoruz. Arduino’da bu haberleşmeyi destekleyen çeşitli modüllere sahiptir. Bunlar HC-05, HC-06 isimleri ile ülkemizde çok rahat bir şekilde bulunabilmektedir (Petekçi, 2016: 37).
Modül kartı BT üzerinden kablosuz seri haberleşme için kullanılmaktadır. Prototiplemeye imkân sağlaması ve çeşitli devreler ile kullanılabilmesi başlıca özelliklerindendir. Ayrıca modül master modunu desteklemektedir.
Şekil 2.3’de bulunan HC-05 sensörü üzerinde bulunan pinler sayesinde kontrol edilmesi kolaydır. Modül bluetooth 2.0 teknolojisini desteklemektedir. Bu sayede 2,4 GHz frekansında haberleşme yapılmasına imkân sağlamaktadır. Modül sayesinde yaklaşık olarak 10 metrelik bir alanda haberleşme yapılabilir. Sensör 3,3 V ile çalışmaktadır.
Modül tarama yapıldığında “HC-05” ismi ile görünmekte ve şifre olarak 1234 standart olarak kabul etmektedir. Hazırladığımız tez çalışmasında kullandığımız bu modülün standart ismi ve şifresi değiştirilmedi.
2.3. Sensörler ve Yardımcı Elektronik Elemanlar
2.3.1. DHT21 sıcaklık ve nem sensörü
Şekil 2.4’de bulunan DHT21 Sıcaklık ve nem sensörü dijital çıkış veren bir sensördür. Sensör 3,3 – 5 V aralığında çalışabilir. Sensörün en önemli özelliği uzun zaman çalışabilmesidir. Tez çalışmasında bu sensörü kullanmamızın en önemli sebebi de uzun süre çalışabilmesidir. Sensör 2 saniye aralık ile ölçüm yapabilir.
Sensör içerisinde 8 bit mikroişlemci bulunmaktadır. -40 ile 80° C arasında +/-1° C hata payı ile sıcaklık ölçebilir. 0-100% RH arasında +/-5% RH hata payı ile nem ölçümü yapabilir. Sensörün tek dezavantajı diğer sıcaklık ve nem sensörlerine göre büyük olmasıdır.
Şekil 2.4. DHT 21 Sıcaklık ve nem sensörü, (Elektro Vadi, 2016).
2.3.2. FC-28 nem sensörü
Şekil 2.5’de bulunan çalışmada kullandığımız bulunan FC-28 nem sensörünün asıl üretim amacı toprak içindeki nemi ölçmesidir. Ancak tez çalışmamızda bebek yatak örtüsünün altına koyularak bebeğin altının ıslak olup olmadığı ve seviyesi ölçülmektedir. Sensör 3,3 – 5 V aralığında çalışır ve analog veya potansiyometre ile ayarlanarak dijital veri okuyabilir. Çalışmada analog değer okutarak bilgi alınmaktadır.
Sensörün çalışma prensibi prob uçları arasındaki gerilim farkının ölçülmesidir. Nem arttıkça probların iletkenliği artmakta, böylelikle ölçüm yapılabilmektedir.
Şekil 2.5. FC-28 nem sensörü, (Dwm Zone, 2016).
2.3.3. SparkFun ses desibel sensörü
Şekil 2.6’da bulunan desibel kartı 3 farklı çıkış vermekte amfi devreli bir mikrofon kartıdır. Kart üzerinde analog ses çıkışı, genlik çıkışı ve ses algılama çıkışı bulunmaktadır. Sensörün projede kullanım amacı ortamda bulunan sesin şiddetini ölçmesidir.
Sensörde bulunan “Envelope” çıkışı sesin genliğini voltaj olarak vermekte, amfinin kazancı ve gate çıkışının eşik değeri okunarak işlem yapmaktadır. 5 V ile beslenen kartımız sayesinde ortamda bulunan ağlama sesi algılanıp şiddeti ölçülecek ve sistem devreye girecektir.
2.3.4. 5 V röle
Şekil 2.7’de bulunan tekli röle ile 5 – 12 V arasında kontaklar kontrol edilebilir. Röle mikrodenetleyiciden tetik sırasında 20 mA’lik akım çekmektedir ve bu tetikleme ile 30 V (DC) veya 220 V (AC) 10 Ampere kadar akım kontrol edilebilir.
Hazırlanan tez çalışmasında 2 tane röle kullanılmıştır. Bunlardan birisi motor kontrolü diğeri ise sisteme bağlanacak olan ısıtıcı veya soğutucu kontrolünü sağlamaktadır.
Tez çalışmasında kullanılan DC motorun kontrolü röle ile sağlanmaktadır. Bunun sebebi Arduino çıkış olarak en fazla 5 V vermektedir, kullandığımız 24 V’luk DC motoru 12 V’luk harici güç kaynağı ile beslemekteyiz. Bu beslemenin tetiklenmesi röle ile sağlanmaktadır.
Diğer röle ise 220 V kontrolü yamaktadır. röle ayaklarına bağlanan 220 V priz sayesinde oda sıcaklığı ve anne babanın mevsimsel seçimine göre ısıtıcı veya soğutucu çalışması sağlanmaktadır. Bu sayede oda sıcaklığı istenilen değerler dışına çıktığında sisteme bağlı olan elektronik cihaz çalışarak sıcaklığı arttırabilecek veya düşürebilecektir.
Şekil 2.7. 5 V Röle, (Bilişim Kitabı, 2015).
2.3.5. DC motor ve motor kutusu
Şekil 2.8’de bulunan ve ısınmaya karşı dirençli ve kolay montaj için kullanılan metal motor kutusunun içerisinde 24 V ve 3000 RPM DC motor bulunmaktadır. Ancak motor kuvvetinin fazla olması ve olası bir güvenlik zafiyetini önlemek için motor 12 V ile beslenmektedir.
Şekil 2.8’de görüldüğü üzere motor ucuna bağlı kablo ile beşiğe bağlanmakta ve Arduino’dan gelen komut ile beşiği sallamaktadır.
Motorun çalışma prensibi çek-bırak olarak tasarlanmıştır. Arduino’da bağlı bulunan röle ile kontrol edilen motor röleye akım verilmesi ile aktif olmakta, akımın kesilmesi ile pasif konuma geçmektedir. Bu sayede çek-bırak yöntemi ile beşiği sallamaktadır.
Şekil 2.8. DC motor ve motor kutusu.
2.3.6. SD kart modülü
Projede SD kart modülü kullanılmaktadır. Şekil 2.9’da bulunan bu modül sayesinde mikro SD karta yüklenen “.wav” uzantılı müzik dosyası Arduino SPI protokolü vasıtasıyla Arduino’ya bağlı hoparlör ile çalınabilmektedir.
Kart okuyucuya istenilen büyüklükte mikro SD kart takılabilir, ancak müzik dosyasının büyüklüğü ve sistemin yavaşlamasını önlemek amacıyla 128 MB – 1 GB arasında SD kart kullanmak uygundur. Projede 128 MB mikro SD kart kullanılmaktadır. Kart 5 V ile beslenmektedir.
2.3.7. Hoparlör
Tez çalışmasında SD karttan okunan müzik dosyasının sese dönüştürülmesi için şekil 2.10’da bulunan mini hoparlör kullanılmıştır. Herhangi bir hoparlör de kullanılabilir.
Şekil 2.10. Hoparlör.
2.3.8. IP kamera
IP Kamera, güvenlik ve denetleme gibi amaçlarla istenilen yerleri uzaktan izlemek ve kayıt altına almak için internet veya network bağlantısından yararlanılarak ister kablolu ister kablosuz olarak kullanılabilen bir kamera türüdür. IP Kameralar, görüntüleri dijital bilgiye çeviren ve bağlı oldukları ağ ortamı ile yetkilendirilmiş kişilerin yerel ağ ya da internet üzerinden erişimini sağlayan kameralardır (Akbal vd., 2009).
Projemizde bebek odasının veya bebeğin gece/gündüz cep telefonu vasıtasıyla ev içerisinden izlenebilmesi için IP kamera kullanılmıştır. Şekil 2.11’de tez çalışmasında kullanılan kamera görülmektedir.
Kullanılan IP kamera Vstarcam C7824WIP model numaralı 720p (HD) CMOS sensörlü IP kameradır. Bu kamera sayesinde bebek veya odası uzaktan izlenebilecektir.
3. GELİŞTİRME KARTI PROGRAMLAMA
3.1. Geliştirme Kartı Programlama
Programlama dillerindeki mantığın anlaşılmasında meydana gelen güçlükler düşünülerek farklı diller geliştirilmiştir. Bir dil zor olmasına rağmen basit diller de geliştirilmiştir. Basit diller yazılım geliştirmek yerine programlama dillerinin öğrenilmesini sağlamaktadır.
Programlama dilleri öğrenilirken çoğu kavramlar anlaşılamamaktadır, bunun sebebi olarak dilin soyut kalmasıdır. Geliştirme kartı programlama bu işi bir adım öteye götürerek somut hale getirdiğinden öğrenilmesi ve uygulaması hem keyifli hem de kolaydır.
Geliştirme kartı programlamada farklı diller mevcuttur. Hazırlanan tez çalışmasında temini ve uygulaması kolay olan Arduino geliştirme kartı programlama kullanılmıştır.
Arduino bir giriş/çıkış kartı ve Java tabanlı bir dilin yer aldığı geliştirme ortamından oluşan bir fiziksel programlama platformudur. Arduino tek başına çalışan etkileşimli nesneler geliştirmek için kullanılabileceği gibi bilgisayar üzerinde çalışan yazılımlara da (ör: Adobe Flash) bağlanabilir. Arduino IDE kod editörü ve derleyici olarak görev yapan, aynı zamanda derlenen programı karta yükleme işlemini de yapabilen, her platformda çalışabilen Java programlama dilinde yazılmış bir uygulamadır. Geliştirme ortamı, sanatçıları programlamayla tanıştırmak için geliştirilmiş Processing™ yazılımından yola çıkılarak geliştirilmiştir. Açık donanım ve açık kaynak kodlu bir mimariye sahip olan Arduino kullanımı için hazır üretilmiş kartlar satın alınabilir, ayrıca Arduino donanım referans tasarımları Creative Commons dağıtılmaktadır ve Arduino web sitesinden indirilebilir (Ersoy vd., 2011).
3.2. Akıllı Sistemlerin Gereksinimi
Telefonlar, fotoğraf çekmeye ve müzik çalmaya başladığında onlara multimedya telefonlar denildi. İşlerimizi düzenleyip, planlarımızı yapıp ve e-postalarımızı gönderme başlayınca da iş telefonu denildi. Şimdi ise bu iki tür birleştirilerek akıllı telefonlar ortaya çıktı. Ancak akıllı sıfatı bu telefonlar için yetmemeye başladı. Çünkü telefon kelimesinin amaç ve boyutlarını aşan uygulamalarla yanımızda sadece bir cihaz taşıyarak, sadece başka elektronik cihazlardan değil, bazı mekanik cihazlardan da kurtulmuş oluyoruz (Android Market, 2017).
Teknoloji gelişip insanoğlu nimetlerinden faydalandıkça kendisi için daha fazla kolaylık aramaktadır. Bu arayışın başında teknolojinin imkânlarını fazlasıyla kullanan akıllı sistemler
gelmektedir. Akıllı sistemlerin başlıca özelliklerinin başında nesnelerin insanlar adına karar vermeleri, fikir üretmeleri, sorumluluk almaları ve daha da önemlisi tüm bu hareketler sonunda sonuç üretmeleri gelmektedir.
Hayatımıza fazlasıyla giren akıllı sistemler, arabalar, evler, fabrikalar ve insan olan her yerde kullanılmaktadır. İnsanın düşünüp karar vermesi gereken her yerde akıllı sistem kullanılabilir.
Jung’un tipolojisine göre insanlar karar verme süreçlerindeki eğilimlerine göre ikiye ayrılırlar; Düşünürler ve hissedenler. Düşünürler objektif, mantık ve analize dayanan kararlar verme eğilimi gösterirler. Şüphecidirler, kurallara dayalı karar verirler. Hissedenler ise değerlere ve diğerlerinin üzerindeki etkiye bağlı olarak öznel kararlar verme eğilimindedirler. Takdir edicidirler, kişisel ve insani koşulları göz önünde bulundururlar (Veznedaroğlu vd., 2005).
Akıllı sistemler ise insanın karar verme aşamalarını kendisine öğretilen kadarıyla gerçekleştirir. Örneğin bir odanın sıcaklığı uyku için 20-24° arasında olmalıdır, bunun altı veya üstü o kişi için sıkıntı verebilir. Böyle durumlarda kişi oda sıcaklığını dengelemek için epey uğraşır ancak uykuya daldığında sıcaklık iradesinden çıkarak azalmaya veya artmaya devam eder. Bu ve benzeri durumlarda kullanılacak bir akıllı sistem oda sıcaklığını anlık ölçerek azalması veya artması halinde istenilen cihaza müdahale edip sıcaklığı dengeleyebilmektedir. Bu da insanoğlunun hayatını kolaylaştırmaktadır.
Akıllı sistemler geliştikçe teknolojiyi daha fazla kullanmaktadırlar. Bunun sonucu hayatımızı kolaylaştıran nesneler internete bağlanmakta, internette bilgi depolamakta ve bizlere uzaktan erişim imkânı sağlamaktadırlar.
Nesneler bulundukları ortamın verilerini ortak bir platformda toplayıp, bu platform üzerinden analiz edip, karar verme, yönetme fikrine dayanmaktadır (Aktaş vd., 2016).
Yurt dışında Internet of Things kısaca IoT, ülkemizde Nesnelerin İnterneti olarak adlandırılan kavram, elektronik nesnelerin kablolu veya kablosuz internet ağına bağlanarak internet üzerinden kontrol edilebilmesidir (Sevinç, 2015: 1).
4. TASARIMIN UYGULANMASI
4.1. Arduino Bağlantıları
Tez çalışmasında kullandığımız Arduino ve sensör bağlantıları Çizelge 4.1’de gösterilmiştir.
Çizelge 4.1. Arduino ve sensör bağlantıları
.
SENSÖR VE BACAK ADI ARDUINO BAĞLANTISI
Bluetooth RXD Pini TX Bluetooth TXD Pini RX Bluetooth VCC 3,3 V Bluetooth GND GND Sıcaklık Nem Sensörü Data D5 Sıcaklık Nem Sensörü VCC 5 V Sıcaklık Nem Sensörü GND GND Desibel Dedektörü Gate D3 Desibel Dedektörü Evelope A2 Desibel Dedektörü VCC 5 V Desibel Dedektörü GND GND Röle IN D2 (Motor) ve D7 (220 V) Röle VCC 5 V Röle GND GND Nem Sensörü A0 A0 Nem Sensörü VCC 5 V Nem Sensörü GND GND SD Kart Okuyucu CS D4 SD Kart Okuyucu MOSI D11 SD Kart Okuyucu SCK D13 SD Kart Okuyucu MISO D12 SD Kart Okuyucu VCC 5 V SD Kart Okuyucu GND GND
Hoparlör D9
Hoparlör GND GND
Yukarıdaki bağlantılar Arduino üzerinde yapıldıktan sonra Şekil 4.1’de görülen bağlantı oluşmaktadır.
4.2. Motor Bağlantıları
Çalışmada kullanılan motorun bağlantısı Şekil 4.2’de gösterilmiştir.
Şekil 4.2. Motorun beşiğe monte edilmesi.
Motorun ana gövdesi yukarıdaki gibi monte edildikten sonra çekici demir Şekil 4.3’de gösterildiği gibi monte edilir.
Şekil 4.3. Motor çekici montesi.
Motor çekicisi monte edildikten sonra arada bulunan çeki ipi gerilmeyi önlemek amacıyla yaklaşık 1 cm boşluk olacak şekilde bağlanır.
Şekil 4.4. Motor ve çeki bağlantısı yapıldıktan sonra.
4.3. Kameranın Sisteme Dahil Edilmesi
Tez çalışmamızda kullandığımız IP kamera modeli ile diğer IP kamera modelleri farklılık gösterebilir ancak hepsinin çalışma mantığı aynıdır.
IP kameranın ağ içinde kullanılabilmesi ve cep telefonu programı üzerinden bebeğin izlenebilmesi için kamera ve telefonun ortak ağda olması gerekmektedir.
Bunun için öncelikle ortak ağda bulunan modem ayarlarına girilerek kameraya sabit IP ataması ve gerekliyse port açma uygulanır. Tez çalışmasında kullanılan kamera için 192.168.1.115 IP numarası atanarak 81 numaralı porttan işlem yapması sağlanmıştır. Bu sayede ilgili IP adresi modem kapatılıp açıldığında bile sabit kalarak sistemin devamlılığı sağlanacaktır.
4.4. Android Tabanlı Telefona Program Kurulumu ve Ayarları
4.4.1. Programın kurulumu
Tez çalışmasında Arduino sistemi Android altyapısı kullanan telefonlar ile kontrol edilebilmektedir. Bunun için minimum Android 2.1 yüklü cep telefonuna “.apk” uzantılı program dosyası kurulumu yeterli olacaktır. Aşağıda bulunan Şekil 4.5’te görüldüğü üzere program kurulum esnasında bazı izinler istemektedir.
İzinleri kabul ederek “Yükle” butonuna basıldığında yükleme gerçekleşecektir.
4.4.2. Program kullanımı ve ekranlar
Şekil 4.6. Program ana ekranı.
Program cep telefonuna kurulduktan sonra Şekil 4.6’da yer alan ekran ile açılacak. Şekilde yer alan ekranda bulunup numaralanan butonların işlevleri Çizelge 4.2’de anlatılmıştır.
Program arayüzü kullanıcı dostu olarak tasarlanmıştır. Tasarım, kodlama ve deneme esnalarında 3 bayan, 3 erkek olmak üzere toplam 6 kişi tarafından denenerek eksikler bildirilmiş, gelen tepkiler üzerine geliştirilerek kullanıcı dostu bir arayüz tasarlanmıştır.
Çizelge 4.2. Program ana ekranı.
NUMARA İŞLEV
1 Bu alanda programın ismi yer almaktadır.
2 Arduino’dan alınan odanın sıcaklık ve nemi sırayla gösterilir. Sıralanan verinin ekranda kalacağı zaman Arduino’dan gelen verinin yoğunluğuna göre değişmektedir.
3 Saat ekranı olup, telefonun sistem saatini yansıtmaktadır. Ayrıca saat verisi rapor ekranına veri göndererek raporlamada olayın meydana geldiği saat yansıtılmaktadır.
4 Arduino’da bulunan sensör sayesinde bebeğin altının ıslandığında telefona uyarı gelmekte. Ancak uyarıya rağmen bebeğin altı değiştirilmez ise bu buton sayesinde alt ıslaklığının devam ettiği anlaşılmaktadır.
5 IP Kamera bağlantısı sağlanarak bebek odası canlı izlenebilir. Bu sayede ebeveyn bebeği anlık kontrol edebilir.
6 Bebek beşiği manuel olarak sallanmak istenirse burada bulunan seçenekler seçilmelidir. Öncelikle “Ninni” seçeneğine bakılır eğer işaretli ise Arduino beşiği sallarken önceden SD karta yüklenen ninniyi çalar. İşaretli değil ise “1 dk”, “5 dk” veya “10 dk” olarak seçilen zaman aralıklarında bebek beşiği sallanır.
7 Arduino ile cep telefonu bağlantısı buradan yapılır. Burada bağlantı yapılmadan önce telefonun BT bağlantısının aktif olması gerekmektedir.
8 Rapor ekranı geçiş butonu. 9 Ayarlar ekranına geçiş butonu.
Şekil 4.7. Ayarlar ekranı.
Programın sağlıklı kullanılabilmesi için ayar yapmak gerekmektedir. Şekil 4.7’de ayarlar ekranı görülmekte olup, ekranın kullanımı Çizelge 4.3’de anlatılmıştır.
Çizelge 4.3. Program ayarları. NUMARA İŞLEV
1 Fotoğraf seçim ekranından alınan bebeğe ait fotoğraf burada gösterilir.
2 Programın uyarıları cep telefonuna SMS olarak gönderebilmesi için cep telefonu numarası buraya girilir. 3 Tutulan raporlarını elektronik posta adresine gönderebilmesi için mail adresi buraya girilir.
4 Uyarı mesajlarında, SMS ve elektronik postalarda hitap amacıyla bebeğin ismi buraya girilir. 5 IP Kameranın çalışabilmesi için kameraya atanan statik IP adresi ve port buraya girilir.
6 Seçim işaretlenirse uyarılar cep telefonuna SMS olarak gönderilir, işaretlenmez ise kısa mesaj gönderilmez. 7 Bebeğin fotoğrafının çekilebilmesi veya çekilen fotoğrafın değişmesini sağlayan ekrana yönlendiren buton. 8 Ayarların kaydedilip ana ekrana dönülmesini sağlayan buton.
Şekil 4.8. Fotoğraf ekranı.
Programda bulunan ve Şekil 4.8’de gösterilen “Fotoğraf Çek/Değiştir” ekranında bebeğin fotoğrafı eklenebilir, değiştirilebilir veya silinebilir. Ekran kullanımı aşağıda bulunan Çizelge 4.4’de anlatılmıştır.
Çizelge 4.4. Fotoğraf ekranı.
NUMARA İŞLEV
1 Bebeğin varsa çekilen fotoğrafı veya galeriden eklenen fotoğraf burada gösterilir, eğer seçilen bir fotoğraf yoksa “Fotoğrafı Yok” simgesi gösterilir.
2 Mevcut fotoğrafı siler.
3 Cep telefonu hafızasında bulunan fotoğrafı seçer.
4 Cep telefonu kamerası ile fotoğraf çekilip eklenmesini sağlar. 5 Ayarlar ekranına dönüş yapar.
Şekil 4.9. Raporlar ekranı.
Cep telefonu programından çıkılmadan önce ki geçen sürede yaşanan tüm olaylar Şekil 4.9’da görülen ekranda rapor halinde bulunur, istenilirse ekranda bulunan rapor elektronik posta adresine gönderilebilir, ekranın kullanımı aşağıda bulunan Çizelge 4.5’de anlatılmıştır.
Çizelge 4.5. Raporlar ekranı.
NUMARA İŞLEV
1 Program açık kaldığı sürede geçen tüm olaylar burada rapor halinde bulunur. 2 Mevcut rapor silinir.
3 Varsa rapor, ayarlar ekranında tanımlanan elektronik posta adresine gönderilir. 4 Ana ekrana döner.
4.5. Uygulamanın İşleyişi
Tez çalışmasında kullanılan Arduino bağlantıları yapılıp, program cep telefonuna yüklenip, program ayarları yapıldıktan sonra sistem işlemeye başlar.
Şekil 4.10. Arduino sisteminin kutulanarak üstten görünüşü.
Şekil 4.10’da Arduino kartının bağlantıları yapılıp, yer kaplamaması için kutulanmış hali görülmektedir.
Şekil 4.11. Sistemin kurulmuş hali.
Şekil 4.11’de sistemin bebek beşiğine kurulmuş hali görülmektedir. Sol tarafta Arduino kutusu, IP kamera, beşiğe uzanan nem kablosu ve sağ tarafta 220 V ile çalışan fan görülmektedir. Bu tasarım uygulanacak alana göre değişiklik gösterebilir.
Şekil 4.12. Açılış ekranı.
Sistem kurulup program telefona yüklendikten sonra Şekil 4.12’de bulunan ekran açılır. Burada kullanıcıya gerekli uyarılar verilir.
Şekil 4.13. Cep telefonu BT tanımlama ekranı.
Sistemin çalışması için cep telefonu ve Arduino arasında BT bağlantısı yapılmalıdır. Öncelikle cep telefonunda ayarlar bölümünde Arduino üzerinde bulunan BT sensörü tanımlanmalıdır. Şekil 4.13’de cep telefonuna Arduino üzerinde bulunan HC-05 isimli sensör tanıtılmakta.
Sensör ismi “HC-05”, şifresi ise “1234” olarak tanımlanmıştır. Kullanıcı cep telefonu ve sensör arasında bağlantıyı sağladıktan sonra programa girerek Arduino ve cep telefonunu birbirine bağlayabilir.
Şekil 4.14. Ayar ekranı.
Bağlantı kurulduktan sonra “Ayarlar” ekranına girilerek istenilen değerler girilmelidir. Burada özellikle daha önce tanımlanan IP kameranın IP ve portu eksiksiz girilmelidir. Şekil 4.14’de solda ayarlar ekranına ilk giriş, sağda ise ayarlar girildikten sonra ki hali mevcuttur.
Şekil 4.15. IP kamera ekranı.
Ayrıca bebek canlı izlenmek istenildiğinde ilk açılışta şifre sormaktadır, tez çalışmasında kullanılan IP kamera bağlantısının kullanıcı adı “admin” şifre “888888” olarak tanımlanmıştır. Bir defaya mahsus bu şifre girildikten sonra telefon hatırlayacak ve bir daha istemeyecektir. Şekil 4.15’te sol tarafta şifre ekranı sağ tarafta ise şifre girildikten sonra kamera ekranı görülmekte. IP kamera minimum 0.39 Mbps bant genişliği kullanmaktadır.
Arduino karta bağlı bulunan SD kart okuyucu üzerinde, içinde “ninni.wav” isminde müzik dosyası olan SD kart mevcuttur. Kullanıcı isterse bu dosyayı aynı isimle farklı bir dosya ile değiştirebilir. Dikkat edilmesi gereken yeni eklenecek müzik dosyasının isminin “ninni” uzantısının ise “.wav” olmasıdır.
Şekil 4.16. Bebek ağladığında gelen mesaj.
Arduino üzerinde bulunan desibel sensörü ortamdaki sesi algılayarak tanımlanan desibel aralığından büyük ise beşik 1 dk boyunca sallanır. Bu sırada ninni de çalar. Bebek sallama sonunda ağlamaya devam ederse 1 dk daha sallanır bu tekrarlama 4 defa devam eder. Eğer 4. sallama sonunda bebek halen ağlıyorsa cep telefonu uygulaması tanımlanan uyarılarda bildirim yapar veya cep telefonuna kısa mesaj gönderir. Ayrıca bebek 4 defa sallama sonunda susturulamazsa telefonda bulunan “Raporlar” ekranına kaydedilir. Şekil 4.16’da ekrana gelen mesaj görülmektedir.
Şekil 4.17. Bebeğin altı ıslandığında gelen mesaj.
Arduino üzerinde bulunan “Nem Sensörü” bebek beşiğinde yatak ile çarşaf arasında yerleştirilir. Bu sayede bebek bezinden taşma olursa sensör nem alacak ve bu nem tanımlanan değerin üzerinde ise hemen cep telefonuna bilgi verilecektir. Cep telefonu gelen bilgiyi işleyerek öncelikle uyarı mesajı göndererek uyarı sesi çalacak ve bu olayı “Raporlar” ekranına kaydedecektir. Şekil 4.17’de ekrana gelen mesaj görülmektedir.
Şekil 4.18. Sıcaklık/nem göstergesi ve uyarı mesajı.
Cep telefonu uygulaması ekranında bulunan “Sıcaklık/Nem” bölümü Arduino’dan gelen anlık veriyi işleyerek oda sıcaklığı ve nem bilgisini ekranda göstermektedir. Eğer oda sıcaklığı ideal uyku değerinin (20 – 24°) altında veya üstünde ise cep telefonuna bilgi verilecek ve gelen bilgi hemen uyarı olarak ekrana yansıyıp tanımlıysa cep telefonuna bilgi SMS’i gönderilerek “Raporlar” ekranına kaydedilecektir. Ayrıca Arduino ile kontrol edilen ve mevsim şartlarına göre bağlanacak olan ısıtıcı veya soğutucu devreye girerek oda sıcaklığını ideal sıcaklık değerleri içine alacaktır. Oda sıcaklığı ideal değerler içerisinde kaldığında çalışan cihaz kapatılacaktır. Şekil 4.18’de ana ekranda bulunan “Sıcaklık/Nem” bölümü ve sıcaklığın ideal değeri aşması durumunda gelen mesaj görülmektedir.
Şekil 4.19. Cep telefonu kısa mesaj ve rapor ekranları.
Sisteme tanımlanan cep telefonuna olaylar kısa mesaj olarak gönderilir ve “Raporlar” ekranına kaydedilir. Bu raporlar programdan çıkıldığında silinir. Raporların arşivlenmesi için programdan çıkmadan önce “Raporlar” ekranından “Mail Olarak Gönder” seçeneği seçilirse daha önce tanımlanan elektronik posta adresine gönderilir. Şekil 4.19’da tüm bu ekranlar görülmektedir.
5. PROGRAMLAMA VE KULLANILAN YAZILIMLAR
5.1. Kullanılan Yazılımlar
5.1.1. Arduino IDE
Arduino IDE, Arduino kitleri için geliştirdiği komutların yazılmasına, derleme işleminin yapılmasına ve son olarak da derlenen kodları doğrudan (Bilgisayarın USB portuna bağlı olan) Arduino kite yüklenmesine olanak sağlayan Java dilinde yazılmış yazılım geliştirme platformudur. Tez projesinde Arduino IDE 1.6.12 sürümü kullanılmıştır.
Deney modülleri içerisinde bulunan yazılımlardır. Bu yazılımlar Arduino geliştirme kartlarına özgü olan Processing dili ile yazılmıştır. Bu dilin yapısı C, C++ ve Java dillerine benzemektedir. Dizi oluşturmak, metot yapıları, scope alanlarının tanımlanması, değişken tanımlamak gibi yazılımın temel kavramları yukarıda bahsi geçen dillerle aynıdır. Tüm Arduino programları "setup" ve "loop" isimli iki metottan oluşurlar. "Setup", program ilk çalıştığında main metodu gibi bir sefere mahsus çalışır. "Loop" ise sozsuz döngü gibi sürekli çalışan bir metottur (Şimşek, 2015).
5.1.2. MIT APP inventor 2
App inventor MIT tarafından geliştirilmiş Google destekli ücretsiz bir mobil uygulama geliştirme platformudur. Tez çalışmasında kullanılan Android tabanlı uygulama MIT App Inventor 2 Beta kullanılarak hazırlanmıştır.
Şekil 5.2. MIT app inventor 2 beta çalışma ekranı.
5.2. Programlama
5.2.1. Arduino programlama
Arduino tez çalışmasının mekanik ayağı olan bebek beşiğinin sallanması ve bilgi toplamada kullanılmıştır. Arduino IDE, Arduino bootloader (Optiboot), Arduino kütüphaneleri, AVRDude ve derleyiciden (AVR-GCC) oluşur. Temel olarak 2 kısımdan oluşur;
1. Setup Alanı: Bu alanda pin bağlantıları, değişkenler, kütüphaneler ve sabit bileşenler
tanımlanır.2. Loop Alanları: Bu alan Arduino enerji aldığında çalışmaya başlar ve enerji kesilene
kadar içinde bulunan işlemi tekrar eder. Ayrıca yazılım içerisine birden fazla Loop fonksiyonu tanımlanabilir. Bu sayede her işlem ayrı parçalarda yapılır ve bu sayede zaman tasarrufu sağlanır. Tez çalışmasında bu yöntem kullanılmıştır.Setup alanları Arduino’ya enerji verildiğinde bir defaya mahsus olarak işlem yapar ve gerekli ayarların Arduino için tanımlanmasını sağlar. Loop alanları ise sürekli bir döngü içindedir. Enerji kesilene kadar bu döngü devam eder. Arduino IDE içerisine yazılan kodun bir bölümü Ek 1’de yer almaktadır.
5.2.2. Android programlama
Tez çalışmasında Arduino ve Android arası iletişim BT kullanılarak hazırlanmış olup, program arayüzü için hazırlanan Android yazılımın blok diyagramının bir bölümü Ek 2’de yer almaktadır.
Uygulamalar Android Yazılım Geliştirme Kiti (Sofware Development Kit - SDK) kullanılarak, Java dili ile yazılmaktadır. Bu platform, hata ayıklayıcı, yazılım kütüphaneleri ve emülatör gibi yardımcı araçlardan oluşmaktadır.
Android, hafızanın daha efektif kullanılabilmesi için bazı teknik ve yöntemler sunmaktadır. Örneğin belli bir süre kullanılmayan uygulamalar bekleme moduna alınmakta veya kapatılmaktadır (Brown, 2008).
Android programlama gün geçtikçe gelişen ve yaygınlaşan bir yazılım türüdür. Günümüzde bilgisayarın yaptığı günlük işlerin çoğu cep telefonları ile yapılabilmektedir. Bunun sonucunda Android programlama hızla gelişmekte ve hayatımıza girmektedir.
Android Linux tabanlı bir işletim sistemi olduğundan, Linux çekirdeğini kullanmaktadır (Linux Kernel). Çekirdekte, Android için eklenen kodlar ve kütüphaneler bulunmaktadır. Bu kütüphaneler Genel Kamu Lisansı'na sahiptir. Diğer tüm bileşenler, Apache Lisansı ile dağıtılmaktadır. Güç kontrolü, paylaşılan hafıza, low memory killer ve süreçler arası iletişim, Android için özelleştirilmiş yapılardır. Güvenlik, hafıza ve işlem (process) kontrolü, dosyalama ve bağlantı I/O işlemleri ve cihaz sürücüleri ise Linux çekirdeğinin doğrudan kaynak sağladığı yapılardır (Turkcell Geleceği Yazanlar, 2016).
Mimari için önemli olan bir diğer unsur da kütüphanelerdir. C ile yazılmış sistem kütüphaneleri bunların başında gelir. İnternet tarayıcılarınınn çalışmasını sağlayan Webkit, görüntüleme kontrolü yapan Surface Manager, grafik kütüphanesi OpenGL, ses ve video kütüphanesi Media Framework, veri yönetimi için ise SQLite gibi yapılar bulunmakta dır. Android ilk olarak Google, Open Handset Alliance ve özgür yazılım topluluğu tarafından geliştirilmiştir. Açık kaynak kodlu, Linux tabanlı ve mobil cihazlar için geliştirilmiş olan bir mobil işletim sistemidir. Geliştirilen uygulamaların uzantısı “.apk”dir (Elgin, 2005).
6. SONUÇ VE ÖNERİLER
Tasarımını ve uygulamasını yaptığımız bu sistem ile anne ve babalar için büyük bir problem olan bebeklerin uyanmasından sonra kısa süre içerisinde yeniden uyumaları sağlanmıştır. Bu çalışma ile;
•
Android sistemin gücü kullanarak cep telefonu ile kontrol sağlanmıştır.•
Bebek odasında yalnız iken kamera ile izlenebilmesi sağlanmıştır.•
Özellikle tüm olaylar rapora kaydedilip ebeveynin bilgilendirilmesi sağlanmıştır.•
Bebek ağladığında bebek beşiğine müdahale süresi minimuma indirilerek anlıkolarak beşiğin sallanması sağlanmıştır. Bu sayede bebek uykusuna devam edebilecektir.
•
Bebeğin altı ıslandığında rahatsız olmaması ve uykusu bölünmemesi için ebeveyne sistem üzerinden bilgi verilmesi sağlanmıştır.•
Bebek uyandığında ebeveyn kamera ile izleyerek uzaktan Arduino sistemine komut verip beşiğin sallanmasını sağlayabilmektedir.•
Mevsim şartlarına bağlı olarak oda sıcaklık değeri ısıtıcı/soğutucu vasıtasıyla dengelenebilmektedir.Öneriler;
•
Wi-Fi kullanılarak web tabanlı izleme sağlanabilir.•
Daha güçlü bir Arduino kart kullanılıp IP Kamera sistemden çıkarılarak Arduino üzerinde çalışan bir kamera yerleştirilebilir ve görüntü Arduino üzerinden alınabilir.•
Yapay zeka kullanılarak bebeğin uyanıklık durumu tespit edilip, beşiğin sallanmahızı ayarlanabilir.
KAYNAKLAR DİZİNİ
Ağyol, E., Kuncan, M., Ertunç Metin H., (2013, Eylül). Özel şifreli, telefon uyarımlı ve android uygulamalı araç güvenlik sistemi. 8. Mekatronik Tasarım ve Modelleme Kongresi, s.11.
Akbal, E., Boyacı, A., Karabatak, G., Ulaş, M., (2009). Büyük kampüslerde IP tabanlı güvenlik kamera sistemi çözümü, Akademik Bilişim Konferansı Bildirileri, Harran Üniversitesi, s.196. Aktaş, F., Çeken, C., Erdemli E. Y., (2016). Nesnelerin interneti teknolojisinin biyomedikal alanındaki uygulamaları, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 4(1), 54.
Brown, E., (2008). Android developer challenge announces first-round winners, Linux for
Devices Online Journal. 1(5), 1.
Dalkılıç H., Özcanhan M. H., (2016). Gömülü sistem tabanlı model mobil aracın akıllı telefonla uzaktan kontrolü, Akademik Bilişim Konferansı Bildirileri, Dokuz Eylül Üniversitesi s.1. Delebe, E., (2015). Projeler ile arduino, (On ikinci Baskı). Türkiye KODLAB Yayınevi, 1. Ebenezer, A., (2012). Automatic cradle movement for ınfant care, Undergraduate Academic
Research Journal, 1(1), 65-66.
Elgin, B., (2005). Google buys android for ıts mobile Arsenal, Bloomberg Businessweek Online
Journal, 1(8), 24.
Ersin, Ç., (2015). Arduino mikrodenetleyici ve güneş enerjisiyle çalışan otomatik bitki sulama sistemi, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta 57s.
Ersoy H., Madran O. B., Gülbahar Y., (2011). Programlama dilleri öğretimine bir model önerisi: robot programlama, Akademik Bilişim Konferansı Bildirileri, İnönü Üniversitesi, s.734.
Harper, M. R., Blea, M. R., (1973, May). Automatically rocking baby cradle, United States Patent, 6-8 http://dwmzone.com/en/sensors/109-dwm-fc-28-soil-humidity-detection-sensor-module.html http://fireuprealknowledge.blogspot.com/2015/09/bluetooth-communication-between-arduino.html http://market.android.com http://www.e-bebekce.com/2014/11/bebeklerin-oda-sicakligi.html http://www.elektrovadi.com/DHT21-ISI-ve-NEM-SENSORU,PR-3274.html http://www.metehanemlik.com/category/genel/page/11 http://www.roboweb.net/sparkfun-ses-modulu-rw-sf-12642.html http://www.vstarcam.com/C7824WIP-HD-indoor-IP-Camera-138.html https://bilisimkitabi.blogspot.com.tr/p/6-ders.html
KAYNAKLAR DİZİNİ (devam)
https://gelecegiyazanlar.turkcell.com.tr/konu/android/egitim/android-201/android-cihazlar-ve-android-isletim-sistemi-uzerine-genel-bilgiler-0
https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3
https://www.robolinkmarket.com/sd-kart-modulu.html
Petekçi, A. R., (2016). Arduino ve android ile uzaktan kontrol sistemleri (Üçüncü Baskı). Türkiye: KODLAB Yayınevi, 37.
Sevinç, H., (2015). ESP8266 ve Arduino ile nesnelerin interneti (Birinci Baskı). Türkiye: DİKEYEKSEN Yayınevi, 1.
Syed, H., (2012). Editorial: Why You Should Go Nexus, Droid Lessons, Editorial 19
Şimşek, M.A., (2015). Arduino kart ile tasarlanmış sistemlerin internet tabanlı kontrolü ve izlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, 126s
Veznedaroğlu, R. L., Özgür, A. O., (2005). Öğrenme stilleri: tanımlamalar, modeller ve işlevleri,
EKLER
Ek 1: Arduino Program Kodları
// Süleyman Güçlü Yüksek Lisans Tez projesi. // Kütüphaneler tanımlanıyor
#include <DHT.h> //Sıcaklık ve nem kütüphanesi
#include <SimpleSDAudio.h> // Ses dosyası kütüphanesi // Projede kullanacağımız değişkenler tanımlanıyor. #define PIN_GATE_IN 3 // Desibel kontrol pini. #define PIN_ANALOG_IN A2 // Desibel konrol pini.
#define motorcek 500 // Motorun çalışmasından sonra beklenecek zaman 0,50 saniye ayarlandı. #define motorbirak 1000 // Motorun durmasından sonra beklenecek zaman 1 saniye ayarlandı. #define DHTPIN 5 // Sıcaklık ve nem değerlerini ölçen pin tanımlandı.
#define DHTTYPE DHT21 // Sıcaklık ve nem sensörü tanımlandı.
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); //Sıcaklık ve nem sensörü ataması yapıldı. int nem_degeri;
int role_ayak = 2;
int aglama_degeri = 0; // Bebeğin ağladığı burada sayılacak. int btgonder; //BT ile gönderilecek veri.
// Genel ayarlar bloğu. void setup() {
Serial.begin(9600); // Kartın seri haberleşmesi başladı. Bu sayede cep telefonuna bilgi gönderebilecek.
pinMode(A0, INPUT);// Nem değeri okuma pini.
pinMode(role_ayak, OUTPUT); // Röle çıkış pini. Bu pin motoru çalıştıracak. digitalWrite(role_ayak, HIGH); // Beşik motoru kapalı hale alındı.
dht.begin(); //Sıcaklık ve nem ölçümü başlatıldı.
pinMode(PIN_GATE_IN, INPUT); // Desibel ölçümü başlatıldı. SdPlay.setSDCSPin(4); // SD kart CS pini.
if (!SdPlay.init(SSDA_MODE_FULLRATE | SSDA_MODE_MONO | SSDA_MODE_AUTOWORKER)) { while(1); }
if(!SdPlay.setFile("ninni.wav")) // SD Kartta bulunan dosya adı. {
while(1); // Müzik dosyası bulunamazsa durdur. }
Ek 2: MIT App Inventor 2 Blok Diyagramı
MIT App Incentor 2 programının Fotoğraf ve Raporlar ekranı için hazırlanan blok diyagramlar sırasıyla aşağıdaki gibidir. Ayarlar ve Ana Ekran blok diyagramları eklenmemiştir.
Fotoğraf Ekranı
ÖZGEÇMİŞ
Kişisel Bilgiler
Soyadı, adı : GÜÇLÜ, Süleyman
Doğum tarihi ve yeri : 22.02.1985 Simav
e-mail : slymn1985@gmail.com
Eğitim
Derece Eğitim Birimi Mezuniyet Tarihi
Lisans AYÜ/ Bilgisayar Mühendisliği 2013
Önlisans DPÜ/ Bil. Tek. ve Programlama 2006
Lise Simav Endüstri Meslek Lisesi 2003
Ortaokul Simav Anadolu İmam Hatip Lisesi 2000
İlköğretim Simav Osmanbey İlköğretim Okulu 1996
İş Deneyimi
Yıl Yer Görev
2009- Adalet Bakanlığı Memur
