TEKNOFEST
HAVACILIK, UZAY VE TEKNOLOJİ FESTİVALİ EĞİTİM TEKNOLOJİLERİ YARIŞMASI
PROJE DETAY RAPORU
PROJE ADI
Enkatron Yerli Geliştirme Kartı TAKIM ADI
ENKAtron BAŞVURU ID
#58520
İçindekiler
1. Proje Özeti (Proje Tanımı) 2. Problem/Sorun
2.1. Yerli Üretimde Eksiklik
2.2. Piyasadaki Kartların Teknik Yetersizlikleri 2.2.1. Pin ve Komponent Yetersizliği
2.2.2. Projelerde Karmaşıklık ve Temassızlık 2.2.3. Besleme Sıkıntıları
2.3. Yüksek Fiyatlar 3. Çözüm
3.1. Çözüm Önerileri
3.1.1. Yerli Üretimde Eksiklik 3.1.2. Pin ve Komponent Yetersizliği
3.1.3. Projelerde Karmaşıklık ve Temassızlık 3.1.4. Besleme Sıkıntıları
3.1.5. Yüksek Fiyatlar 4. Yöntem
4.1. Kartta Kullanılacak Komponentlerin Belirlenmesi ve Temini 4.2. Şematik ve PCB Çiziminin Yapılması
4.3. Elektronik Bölümlerin Test ve Kontrolü 4.4. PCB Baskı İşlemlerinin Yapılması 4.5. Elektronik Montajı ve Testi 5. Yenilikçi (İnovatif) Yönü
6. Uygulanabilirlik
6.1. Projenin Hayata Geçirilmesi 6.2. Projenin Ticari Yönü
7. Tahmini Maliyet ve Proje Zaman Planlaması 7.1. Tahmini Maliyet
7.2. En Az Maliyetle Uygulanabilirlik 7.3. Malzeme Listesi
7.4. Harcama Planlaması
7.5. Benzer Projeler ile Karşılaştırma 7.6. Zaman Çizelgesi
8. Proje Fikrinin Hedef Kitlesi (Kullanıcılar) 9. Riskler
9.1. Risklerin Belirlenmesi ve Analizi 9.2. Risk Yönetimi
10. Kaynaklar
1. Proje Özeti (Proje Tanımı)
Enkatron, yapımı yerli ve milli şekilde gerçekleştirilmiş bir elektronik kart projesidir. Son yıllarda ülkemiz ekonomisi adına ihracatın artması ve ithalatın azalması büyük önem kazanmıştır. Dünya üzerinde çok geniş bir pazarı olan otomasyon teknolojileri alanında yerli üretimin istenilen seviyede olmadığı fark edilerek bu konuda bir adım atmaya karar verildi.
Bu karar doğrultusunda başlıca eğitim olmak üzere diğer pek çok alanda da kullanılabilecek olan Enkatron mikrodenetleyici kartı tarafımızca tasarlandı ve üretildi. Piyasada bulunan elektronik kartlarda fark edilen yanlışlık ve eksikliklerin Enkatron’da olmaması için oldukça özen gösterildi. Tasarım ve üretim kısımlarında kartın inovatif, ucuz ve kolay kullanılabilir olması gibi faktörler göz önünde bulundurularak çalışıldı. Enkatron’un rakiplerinden teknik anlamda önde olduğu düşünülmesine rağmen kâr minimum seviyede tutularak kartın daha ulaşılabilir olması sağlandı. Teknik lise derslerinde sıklıkla kullanılan elektronik kartların hepsinin yabancı menşeli olması bu proje için ilham kaynağı oldu. Teknik eğitim gören binlerce öğrencinin önümüzdeki yıllarda yerli kartları kullanacak olması fikri çok heyecan vericiydi. Sadece ülkemizde değil, dünyada da satışı çok sayıda gerçekleşen elektronik kartlar arasında Enkatron’un ihracatının da yapılabilecek olması projenin yapımı için teşvik eden bir başka unsurdu. Bütün bu sebepler çerçevesinde, bir geliştirme kartında olması gereken tüm özellikleri bünyesinde barındıran Enkatron projesi uygulamaya konuldu.
2. Problem/Sorun
2.1. Yerli Üretimde Eksiklik
Ülkemizin en büyük teknoloji marketlerinden biri olan Robotistan ile tarafımızca yapılan görüşmeler sonucu yıllık 20.000 kadar mikrodenetleyici kart satışı yapıldığının bilgisi alındı.
Bu sayının büyük çoğunluğu yabancı menşeli kartlardır. Yerli üretimin eksik olmasının yanı sıra üretilen yerli kartların dünya piyasasındaki pazar payı oldukça düşüktür. Ülkemizdeki kullanıcılar da yerli ürünler yerine yabancı menşeli mikrodenetleyicilere yöneldiği için mikrodenetleyici alanında ithalatımız yüksek, ihracatımız ise düşük seviyededir.
2.2. Piyasadaki Kartların Teknik Yetersizlikleri
Piyasadaki popüler mikrodenetleyiciler projelerde kullanıcıların donanımsal ve yazılımsal ihtiyaçlarını karşılayamamaktadır. Kodlama ve robotik eğitimi alan kişilerin bu tür yetersizliklerden dolayı aldıkları eğitimin niteliği düşmektedir. Piyasadaki kartlarda tespit edilen eksiklikler 2.2.’nin alt başlıkları olarak belirtilmiştir.
2.2.1. Pin ve Komponent Yetersizliği
Piyasadaki kartlarda tarafımızca tespit edilen sorunlardan biri, projelerde sıklıkla kullanılan led, motor sürücü, buzer, buton gibi komponentlerin kartlarda dahili olarak bulunmamasıdır.
Ayrıca çok sayıda giriş çıkış gerektiren projelerde piyasadaki kartların pin sayısı yeterli sayıda olmadığı için yetersiz kalabilmektedir.
2.2.2. Projelerde Karmaşıklık ve Temassızlık
Kompleks projelerde gerekli görülen bazı komponentleri dahili olarak bulundurmayan mikrodenetleyicilere, jumper kablo ve breadboard gibi harici devre elemanları ile komponentler bağlanır. Fakat çok fazla komponent bağlanması durumunda projelerde karmaşıklık ve temassızlık görülebilir.
2.2.3. Besleme Sıkıntıları
Mikrodenetleyiciler usb portu veya harici bir güç kaynağı ile beslenmelidir. Denetleyici kartı beslenirken dikkat edilmesi gereken noktalar vardır. Örneğin güç kaynağıyla besleme yapılırken ters besleme yapılabilir ve kart zarar görür. Diğer bir durumda ise hem güç kaynağı hem de bilgisayar yoluyla aynı anda besleme yapılırsa çift besleme sorunu açığa çıkar ve ters beslemede olduğu gibi kart yanabilir. Bu iki besleme sorunu sonucunda da kart kullanılamaz hale gelir.
2.3. Yüksek Fiyatlar
Piyasadaki yüksek fiyatlar kartların kullanıcıya ulaşmasını zorlaştırmaktadır. Özellikle döviz üzerinden ülkemize gelen yurtdışı kaynaklı mikrodenetleyiciler kullanıcıların bütçesini aşmaktadır. Bu mikrodenetleyici kartların öğrenciler tarafından sıklıkla kullanıldığı göz önünde bulundurulursa, yüksek fiyat eğitimin önünde ciddi bir engeldir.
Fiyatların yüksek olması sonucu kartların kullanıcıya daha kolay ulaşabilmesi için bazı üreticiler klon olarak adlandırılan düşük kaliteli kartlar üretmişlerdir. Bu kartlar orijinallerine göre daha ucuz fakat performans olarak yetersizlerdir. Klon kartların eğitimde yaygın olarak kullanılması sonucunda alınan eğitimin niteliği ciddi oranda düşmektedir.
3. Çözüm
2. bölümde belirtilen sorunların Enkatron’da bulunmaması için çözümler geliştirildi.
3.1. Çözüm Önerileri
Geliştirilen çözüm önerileri alt başlıklar halinde verilmiştir.
3.1.1. Yerli Üretimde Eksiklik
Yabancı muadillerine oranla fiyat olarak daha uygun, kalite olarak ise daha üstün olan Enkatron kartı sayesinde bu alandaki yerli üretim eksikliği giderilecektir. Öğrencilerin Enkatron kartını yaygın olarak kullanmaya başlamasıyla birlikte yabancı kartların kullanımı azalacağından ithalat azalacak ve ülkeye ekonomik açıdan katkı sağlanacaktır. İlerleyen zamanlarda Enkatron’un yurt dışına pazarlanmasıyla birlikte ülkeye döviz girdisi de sağlanabilir.
3.1.2. Pin ve Komponent Yetersizliği
Enkatron’da pin sayısının muadillerine göre daha fazla olması için Atmega32u4 mikrodenetleyicisi seçildi. Öte yandan Enkatron multifonksiyonel olarak tasarlandığından pin sayısının kullanıcaya ve projeye göre şekillenmesine olanak sağlandı.
3.1.3. Projelerde Karmaşıklık ve Temassızlık
Projelerde sıklıkla kullanılan komponentler Enkatron kartında dahili olarak bulundurularak jumper kablo ve breadboard sebebiyle oluşan karmaşıklık ve temassızlık sorunları ortadan kaldırıldı.
3.1.4. Besleme Sıkıntıları
Tasarım yapılırken kullanılan diyotlar ve 500 mA sigorta sayesinde, öngörülen sorunların oluşmaması için önlem alınmıştır.
3.1.5. Yüksek Fiyatlar
Enkatron’un komponentleri belirlenirken hem kalite hem fiyat açısından uygun olmasına önem gösterildi. Dolayısıyla kartın kalitesinden ödün vermeden maliyetinin düşük olması sağlandı. Enkatron, eğitim odaklı bir kart olduğundan kâr amacı gütmeden kaliteli bir eğitim hizmeti sağlamayı amaçlamaktadır. Bu sebeple Enkatron’un fiyatı muadillerine oranla çok daha düşüktür.
Resim 1.Seçici Pinler Resim 2. Seçici Padler
Tablo 1. Enkatronun'un Eğitime Katkısı
Sorun Çözüm Eğitimdeki Katkısı
-Pin Yetersizliği
-Kartta Atmega32u4 işlemcisinin kullanılması -Kartın multifonsiyonel olarak
tasarlanması
-Daha çok pin gerektiren projelerde kullanım kolaylığı sağlayarak öğrenciler için daha özgür bir çalışma
alanı sağlanması -Çift Besleme ve Ters
Besleme -Güç girişine diyot ve sigorta bağlamak.
-Dikkatsizlik sonucu ortaya çıkacak problemlerin en aza indirgenerek kart
ve komponent kaybının azaltılması -Projelerde Karmaşıklık
ve Temassızlık -Komponentlerin dahili olarak bulunması
-Projelerde karmaşıklık ve temassızlığın önüne geçilerek verilen
eğitimin kalitesinin artırılması
4. Yöntem
4.1. Kartta Kullanılacak Komponentlerin Belirlenmesi ve Temini
Enkatron’da bulunması gereken komponentleri belirlerken piyasadaki diğer kartlar hakkında detaylı araştırmalar yapıldı ve kartta kullanılmaya en uygun komponentler tercih edildi. Kartta bulunmasına karar verilen komponentler şunlardır: Atmega32u4 mikrodenetleyici, buzer, kullanıcı butonları, motor sürücü, kullanıcı ledleri, 5 volt-1 amper voltaj regülatörü, ters gerilim koruma diyotu, USB portu korumak için 500mA sınırlayıcı sigorta, 1,3” OLED ekran, vidalı klemens girişleri, dişi ve erkek headerlar.
Resim 1. Enkatron Kartında Kullanılan Komponentler
4.2. Şematik ve PCB Çizimin Yapılması
PCB çiziminin yapılmasında Autodesk Eagle programı kullanılırken 3 boyutlu render almak için Autodesk Fusion 360 programı kullanıldı. Enkatron’un multifonksiyonel olarak çalışması istendiğinden, dahili olarak yerleştirilen komponentlerin aynı zamanda giriş-çıkış pini olarak kullanılması sağlandı.
4.3. Elektronik Bölümlerin Test ve Kontrolü
Seçilen komponentler karta entegre edilmeden önce takım üyeleri tarafından denendi ve komponentlerin çalışıp çalışmadığı test edildi. Testin ilk aşamasının ardından komponentler kartta kullanıldı. Testin ikinci aşaması için Enkatron, çeşitli projelerde denendi. Böylece Enkatron’un test aşaması tamamlanmış oldu.
4.4. PCB Baskı İşlemlerin Yapılması
Ülkemizde PCB baskı ücretleri çok pahalı olduğundan Çin’de faaliyet gösteren JLC PCB şirketiyle anlaşma yapıldı. Böylece kartın maliyetinin daha uygun olması sağlandı.
4.5. Elektronik Montajı ve Testi
Enkatron kartında lehimlenmesi gereken 99 adet komponent bulunmaktadır. Prototip olarak tarafımıza ulaşan ilk kartlar Şekil 2’de görüldüğü üzere elle lehimlenmiştir. Ticari aşamaya geçildiği zaman ülkemizdeki SMD dizgi şirketleriyle anlaşılarak lehimleme işlemi fabrikalar tarafından yapılacaktır.
5. Yenilikçi (İnovatif) Yönü
Enkatron piyasada bulunan benzer ürünlere, özellikle yabancı kartlara, kıyasla en uygun fiyata en iyi performansı vermektedir. Örneğin Enkatron, dünyada en çok kullanılan mikrodenetleyici kart olan Arduino Uno ile kıyaslandığında daha fazla giriş çıkış pinine, dahili komponentler barındırmasına ve daha yüksek gerilimlerde çalışabilmesine rağmen Arduino Uno’dan çok daha düşük bir fiyata sahiptir. Tablo 4’te Enkatron’un piyasadaki muadilleri ile kıyas tablosu görülmektedir.
Enkatronu piyasadaki diğer kartlardan ayıran bir diğer özelliği ise kendisine ait bir kütüphanesinin olmasıdır. Bu kütüphane, Enkatron kullanıcılarına proje yapımı esnasında ciddi kolaylık sağlamaktadır.
Piyasadaki kartlarda görülen çift besleme ve ters besleme gibi sıkıntıların Enkatron’da bulunmaması yine yenilikçi yönlerden bir tanesidir.
Resim 2.Enkatron'un Lehimlenmesi
Kartın yaygınlaşmasının ardından Enkatron kullanıcılarını birleştirecek bir forum sitesi kurulacak, kullanıcıların birbirleriyle yardımlaşmaları, deneyimlerini paylaşmaları ve kartla ilgili problemleri çözmeleri amaçlanacaktır. Tarafımızca ve kullanıcılar tarafından yapılan projeler burada fotoğraf ve videolar yardımıyla sergilenerek başka kullanıcılara ilham olması sağlanacaktır.
6. Uygulanabilirlik
6.1. Projenin Hayata Geçirilmesi
Autodesk Eagle programı yardımıyla PCB çizimleri yapılmış olan kartın PCB basımı ise Çin’de gerçekleşecektir. PCB basımı için Çin’in tercih edilmesinin başlıca sebebi basım ücretlerinin ülkemizdeki fiyatlara göre çok daha uygun olması, dolayısıyla kartın amaçlarından biri olan ulaşılabilirliğe imkân sağlamasıdır.
PCB basımı sonrasında temin edilen kartların lehimlenmesi için ülkemizdeki başlıca SMD dizgi şirketleriyle iletişime geçildi. Enkatron kartlarının seri üretime geçmesiyle birlikte bu şirketlerle anlaşarak lehimleme işleminin de toplu şekilde yapılması sağlanacaktır. Seri üretime geçildiği zaman Enkatronun maliyeti, dolayısıyla satış fiyatı düşecektir.
Enkatron kartının ilk üretimleri gerçekleştikten sonra okulumuzda otomasyon eğitimi alan yaklaşık 120 öğrenciye kartlar dağıtılacak ve kullanımları sonucunda geri dönüş alınması sağlanacaktır. Geri dönüşlerin ardından hataların tespit edilmesiyle birlikte gelecekteki sürümlerin teknik anlamda daha yeterli olması sağlanacaktır.
6.2. Projenin Ticari Yönü
Okulumuz öğrencilerinde kartın denenmesinin ardından revize edilmiş modellerin satışı için teknoloji marketleriyle konuşulacak ve kartın satımı internet siteleri üzerinden gerçekleştirilecektir. Kullanıcıların taleplerine göre farklı modellerde de üretilecek olmasından dolayı Enkatron kartının pazar payının rahatlıkla artacağı düşünülmektedir.
Enkatron’un kullanıcıya teslimi yapılırken kartın yanında detaylı bir kullanım kılavuzu bulunacaktır. Bunun yanı sıra internet üzerinden detaylı videolar yayınlanacaktır ve kartın özelliklerinden (örnek projeler, kütüphane kullanımı, komponent bilgileri, multifonksiyonel özellik, pin açıklamaları vb.) ayrıntılı şekilde bahsedilecektir. Kullanım kılavuzu ve videoların yardımıyla kullanıcının kartı projelerde kolaylıkla kullanabilmesi sağlanacaktır.
7. Tahmini Maliyet ve Proje Zaman Planlaması 7.1. Tahmini Maliyet
Tahmini maliyet çıkarılmadan Digikey, Mouser, LSCS gibi elektronik komponent tedarikçilerinin listesi oluşturuldu. Bu tedarikçilerin stoklarında Enkatron için kullanılacak malzemelerin olup olmadığı kontrol edildi. LSCS firmasından komponentlerin alınmasının daha doğru olduğuna karar verildi. Bölüm 6.1.’de belirtildiği üzere üretimin ilk aşaması okulumuzdaki 120 öğrenci için gerçekleşecektir. Dolayısıyla Tablo 2’de verilen fiyat 120 kartlık fiyat teklifi üzerinden alınan birim kart maliyetidir.
7.2. En Az Maliyetle Uygulanabilirlik
Enkatron'un komponentleri hem fiyat hem kalite açısından uygun olarak seçildi. Bunun yanında seri üretime geçilmesiyle birlikte belirlenen birim kart fiyatı daha da düşecektir.
7.3. Malzeme Listesi
Tablo 2. Enkatron Maliyet Tablosu
7.4. Harcama Planlaması
Mart Ayı: Kartta Kullanılacak Komponentlerin Belirlenmesi ve Temini
Kullanılacak komponentlerin teminiyle ilgili bütçedir. Toplam maliyetin %9'unu oluşturmaktadır.
Nisan Ayı: Şematik ve PCB Çiziminin Yapılması
PCB çiziminin maliyetini oluşturmaktadır. Toplam maliyetin %4'ünü kapsamaktadır.
Mayıs Ayı: Elektronik Bölümlerin Test ve Kontrolü
Kartla ilgili temel bölümlerin testi için gereken bütçedir. Toplam maliyetin %36'sını oluşturmaktadır.
Haziran Ayı: PCB Baskı İşlemlerinin Yapılması
Kartın PCB basımı için gereken bütçedir. Toplam maliyetin %31'ini oluşturmaktadır.
Temmuz-Eylül Ayları: Elektronik Montajı ve Testi
PCB basımı yapılmış kartların lehimlenme işlemleri ve son testleri için gereken bütçedir.
Toplam maliyetin %20'sini oluşturmaktadır.
Tablo 3. İş Paketleri Maliyet Analizi
7.5. Benzer Projeler ile Karşılaştırma
Tablo 4’te bulunan muadil kartlardan MakerUNO'da diğer üç kartın aksine motor sürücü bulunmamaktadır. Dolayısıyla fiyat değerlendirmesinde MakerUNO uygun gibi gözükse de kalite olarak diğerlerinden oldukça yetersizdir.
Tablo 4. Enkatron'un Muadilleriyle Kıyaslanması [1] [2] [3]
7.6. Zaman Çizelgesi
Şekil 3'te projenin zaman çizelgesi bulunmaktadır.
Resim 3.Zaman Çizelgesi
8. Proje Fikrinin Hedef Kitlesi (Kullanıcılar)
Teknik eğitim alan öğrencilerin kullanması gereken mikrodenetleyici kartların çok pahalı olması sebebiyle öğrenciler klon olarak adlandırılan daha kalitesiz kartlara yönelmektedir.
Enkatron sayesinde hem daha ucuz hem daha kaliteli bir kartla çalışma imkanı bulan öğrenciler projenin hedef kitlesinde en büyük paya sahip kısımdır. Bunun yanı sıra Enkatron, mBlock gibi basit arayüzlü blok kodlama uygulamalarında da progranabilmesi sayesinde küçük yaşta kodlama eğitimi almaya başlayan öğrencilerin de kullanımına uygun bir karttır.
Enkatron, eğitimin yanı sıra hobi olarak kodlamayla uğraşan insanlar ve robotik yarışmalara katılan kişiler tarafından da kullanılabilir.
9. Riskler
9.1 Risklerin Belirlenmesi ve Analizi Enkatron kartının üretimine geçildiğinde hali hazırda bulunan ilk risk, tüm dünyayı ciddi şekilde etkileyen ve gün geçtikçe büyüyen bir sorun olan çip krizidir.
Elektronik ürünlerin hemen hemen hepsinde kullanılan çiplerin tedarikinde yaşanan sıkıntı üretimi yavaşlatmakta hatta durma seviyesine getirmektedir. Çip krizi dışında üretim aşamasında karşılaşılabilecek riskler Tablo 5’te verilmiştir.
9.2. Risk Yönetimi
Tablo 6. Riskler ve B Planları
10. Kaynaklar
[1] Erişim tarihi: 18.05.2021. https://www.robotistan.com/orjiginal-arduino-uno-r3-new- version
[2] Erişim tarihi: 21.05.2021. https://www.robotistan.com/maker-uno-arduino-uno-uyumlu [3] Erişim tarihi: 21.05.2021. https://www.robotistan.com/xmotion-robot-kontrol-kart
Tablo 5. Olasılık-Etki Matrisi
