SAU
Fen Bılimleri
Ensti!üsüDergisi
7 Cılt, 2.Sayı (Temmuz 2003)Bilgisayar Kontrollu Serbest Düşıne Deney Sisteminin
Tasarıını
D.Akgün, I.Ç�1nkaya
BiLGiSAYAR KONTROLLÜ
SERBEST DÜŞME
DENEY
SİSTEMİNİN TASARIMI
Devrim
AI(GÜN, İlyasÇANKAYA
..
Ozet
-Bu
çalışmada, serbest düşıne deneyinin •gerçekleştirilnıesinde kullanılan bir bilgisayar
kontrollü sistenlin yapısı yazılını ve donanım olarak gerçekleştirilnıiştir. Deney sisteıni., DELPHI görsel programlanıa diH ilc yazıhn1ş kullanıcı ara
yüzü
ve bunun kontrolünde çalışan ahş diizeneği içermektedir. Ser best düşnıe
d en e�,. inin gerçek.leştirildiği atış düzeneğinin yapısı atişlarda kullanılan bilyeyi taşıyan elcktronııl<na tıs., yükseklik seviyesini ayarlayan adım ıno1oru ve bilyeyi düşme noktasında algılayan optil< sistcınden oluşınuştur. Kullanıcı ara yüzünden giril(.ln atış yi.ikseklilderine göre. atı� düzeneği kontro1 edilerek,he
r bir)'ÜksekJik için tekrar a)'ISınca atışlar
gerçekleştirilerek sonuçlar kaydcdilebiln1ektedir. Aynı zamanda elde edilen sonuçlar listclencbilmekte veya grafiks
e
l olarak sunulabilnıel<tcdir..
Autılıtar Kelb11eler
- Delphi, .t\dıın Motoru, ParalelPort, Optik
Algılayrc1.
Abstt�ıct
- In this study, a con1putcr controlled systeın which is used in the reaJization of free falling ınotion have been inıplemcntcd as hardware and s ofhvare. Experimental system includes a user intcrfafc that was 'vritten using DEI.�PHI and a free fall rncchanism \�·orks undcr the control of the user intcrfa{�<>. The structure of the free fall mechanisın consists of an eJctronıagnet that carries the bali, astepper
that sets the 1evel of hcight, and an optic sysıeın that senses the baH at finishing point.
.-'\ccording
to thP fall height list that is entered viathe
uscr interf�ce. for each height, the falls are repeated for the number of times indicated in the listand
the
results can be recorded. '"fhese resultscan he
listed or sho\-Yed graphically.K ey H'ords-
Delphi, Stepper, ParaUel port, Optic scnsing.I.
GİRİŞ
('oğu biJi nı adamı aç1sından modenı
biUnıin
babası olarak düşünülen Galileo( 1 564-1626 )
, serbest düşn1e üzerint! deneyler gerçekleştiren ilk biliın ada
nudu-.l)eneylcrin kontrollü
bir
şekilde gerçekleştiriln1esininönenun
i
vurgularnış ve çeşitli ağırlıklarda o 1an fa rkbD: 1\ k gün
,İ. Çan kaya� Sakarya Ün
ı versitesi, TEF,Ucktroııik-Bılgısayar
Eğitımı
BöllinıCıkütleleriıı
d
üşrne zamanlarını ölç n1ek için bir çok deney dizayn etnıiştir. Bu deneylerd
en
yola çıka
rak
, birnesnenin k
ü
tlesin
in düşme şeklini etkilemediğininf
arktnavarnuştır
[ 1].
Serbest
düşrnc sn·asında dcneyse] ölçün1lerinyapılabilmesi içü1, c isıni
n
serbest bırakıldJğı yüksekliğin bilintnesive b
ırakılcl
ığ1 andan düşrnenoktasına
kadar geçen sürenin bilinnıesJ gerekir.Yüksekllğin be
brl
eruı1esi ve düşrnc süresjnin ölçüln1esi değişik şekillerde olabilir. Örneğin, cisinı ölçülerek belırlcnn1iş biryükseklikten
bırakılarak bir kronometre11�
düşıne süresi ölçülebibr. Fakat bu şekilde ya
pılanbır de
neyde, kronon1etrcnin tanı zamanındabaşıa
tılıp durdurulnırısı, yüksekliğin hatall belirlenmiş alınası g1bi seb
eplerden elde edilen sonuçların hata değ
erleriyüksek olur. Ayrıca
yiikseklik-düşıne
zaınanı grafiği oluşturnıak iç1n defalarca aynı işlen1i tekrarlanıak gerek ir .Serbest düşnıe
deney
seti, belirtilen yükseklikdeğer Jcnndc atışlar yapn1ak, bunlara bağlı düşıne
7an1anı değerlerini ölçerek sonuçları kavdetn1ek ve
�
üksckli.k-7cın1an değerlerjnj grafik olarak;
unnıak gibiL)lcnılen gerçekleştirnıek için tasarlannuştır. Hassas ölçünıler sonucunda serbest düşnJe zamanlarına bağh
olarak elde edilen sonuçlar ka) Jedilip daha sonra
tekrar
lislclcncbilir . Ayrıca düşnıezanıanlarına
bağlıo ]ara grafik çjzciiri
I
erek, yükseklil< - düşme zanıanı i lişkisj veya hıY.- düş ı ne zan
1anı ilişkisi görsel olaraksunuJur.
II. ARA
YÜZlf� SİSTEMDEKi FONKSİYONL'
Şekıl
1
'de gö.rüldüğü gıbi serbest düşme deney seti iç in oluşturulan sısteın genelolarak
bilgisayar ve n1ekanike
��
ktroni
�
a11ş düzeneğjnden oluşmaktadır. Bjlgisayar�gorscl btr programlanıa diliyle yazdmJş olan bir ara
�iz
a.ra.c rlığıy la yükseklik kontrolün
ü ve zaınan ölçrne ışlcn1ını ınekanik atış düzeneğiııi kullanarakgerçekleştirir. Atış düzeneğinin kontTolü paralel port ÜLerinden sağ lan ır [2 J.
'v!
ekanik sistenıiıı yapısı
nda, serbest bırakılacakcısının yüksekliğini ayarJamak için bır
step
nıotor veb
unun iiLennde
hareket ettjği sons
u7 bir dıslb
ulunınaktfidtr [31. Bilyenin başlangıç nok
td'tnd
n., n ı�i\ lı 1 Tr ı H ili rrıkı ı hı�tı tl.bıj I ıny.ı�ı
7 ('ı lt. '2 Sayı ( J cınnıu; ..?00�)
Hilgi'-&ı�•u· Kontrollu�l·rht"�t Dii�ırıl' Dt·tu:y Sbh.·minin Ta�annıı J>.A KJ!.Ü n,
1.(.
au ka� asu a�ında.
�·1�n
un � lırun�sı vr b1ruk ılnıa �ıe le kt ronııkı1atıs kul la111l
nlak
tadı rYlık
sdd
ı kdcğ,crkr
ı j ) u y ll ll' �u ı cl c ı ıvcyuk�ckl
ik -dü�nıc /�manıgtatiğı
ı..,_ <DE
ın C,) ı..,_ > C) oBilgisayar
Kullanıci
Ara yüzü
ı�JcnıJndc·-l
\' ük
s ek
l ık ;\ ya
n t o Q_ • <l> co ,__ co Q_1� ıl
yeuın Kontro1
ül)
üşrne a lg1l;:ıuıa ..Bipolar Sürücü Adım
Motoru
Sürücü
Elektromekanik Atış Düzoneği • • ıElektromıknatıs
Güçlendirme
!
ve şekillendirme
;
Alıcı ve verici göz
ı
�l'ki l l S rı
h,·� t
dLi�ınL" <leney s ıs ten
1inin gene1
yapısı- ..
ll I. .A..l.t A Y l iZ ll N Tr\ N 1 T 11\11
Kullanıcı ara yü/ü, seıbe')t dü�ınc dl ııeyırıt
geıçekk�tinnc<.le knlhını<.·Jnlll
get
ek] ı 1.ontrol j�lerrılenni yapabilınesii�·üı
J)dph] pıugrarnh.nııa d]li ile ya:tıhmş gürsel bıı bılgisayar pıograııııdır l·lJ. Serbe�t dü�nıeth
-
�
n
eyi
geıst>kh:�tırJbrkrn,
ı nt" kani k veelektronık purı;alard'-nı olu9aıı i.ltJ� <..HiL,C'tıL'[�i, hu �ıra yüz
tarabııdan kontrol cdi1n. KuJlaıncı� yükseklik dt·ğerlerinı hır lt::-,tL"
halınde
bl'lıı1ıp, dl'nL'Ysonunda
soııu\·lan liste veya grafik ulaıak değerlendirebilir.
HöylLTL._ �t:rbest dü�ın� <.kn�yi sist�n1aük hale
g
etiri
ltı c· k �oııuçla
ı ı n ku ll an1c ı taıüli
nd
andeğerlendnılrnt'\J koL.ıyla�tınlnu� (.)}ur.
111.1
Atı�Y ük��l\.lildrri nin Hclirtihnc'ii
PıograHH.la, kulhuııL·ının istL"dif�i ylik'-it:klıklerdt'n atı�lar
yapabilrı ı esi 1\' i ıı, at 1 �b ra
ha� tunadaıı
ön cl'yüksl' k
likde
t?
.e rleıi
ııi hıı lı�tt' ulurak belirtnıL·si �l' IL'knıck1ediı.'- �
-�e k i
12
\le yük�ck lik giri�ı :,eçl'nek.
lerigürü lıııl' ktcdü-.
Yükseklik listesı
her hjrj ayrı giııhnek
ü;ert� ruaııuei veba�laııgı<y, hlti� \T (.ltı� sayısı helirtilrnek Ü/.ere
otonıatik
olarak olu�twu lahilir.
Şekil
) 'de
otonı;.ıtik bstl:' gü·j�ii�·in
kullantlan penceJ everilnJi�l1r.
YüksL�klik
1istesiııı, bc:lirtılt·ıı başlaııgı\· ve biti� yük sck I
ık
Jralır)nda
vebt"
1 irtilen sayı
da e�it aı i.! lık. ta yliksl·k
l j k değL' rlt:ıi
elde edih nesi yll'
olu�tutulur. Atışlar
Başla
�ı,
. Çıkış_ş_
onuçlar1
Ayarlar::r
ardımtv1
arıuel '•�ek1l
2.
Ylik�l·klik gııt�i pencereleııı .. ı . lJ hO • • • .. � • 1 • ') ·ı " }
�e kı
1
�. ( )toııı:.ı tık Yük se khk gı ı ı� peııceresiJ 11.2 i\ h�ht rı
n( ;�r�cklt:"ştirilrnesi
• . . 1 .. ·.Yül,s�:klık değerleıi ve tekr�r sayıl�rı girildikten sorn-a
yapılac�ık i�lenı atı�l�ırııı geı\ekle:;;tirilnıcsidir. Bir bilye ık <-ıl"ı
be�t düjllll'
atı�ının g,t:ısekle;,tirihnesi ıçın) ap d
u ı:..ı �ıt'
t'fl" kcıı ı�k .. nıler,H il yeni n
h
Lt�)aııg ıç kon
un ı undan alınnıası,l311yt·nin atı� yapılıııah ıstenen yüksekliğe
SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 7 .Ci lt,
2.Sayı (Tenımt;z 2003)
•
Bi1ye se
rb
est
bırakılarak,düşene
kadar geçen
sürenin
ölç
ü
lüınü
,•
Hareketli meka
ni
zm
an
ın
başlangıçkonuınıına
g
et
irilm
es
i,şekl
i
ndes
ıralanabili
r.Serbest
dü
ş
ıne deneyin
in yapılmasında işlenıle
ri
nyüıütülmesi
için yazılmış progranun
büyük bir
kısıru
zamanlayıcı
(timer) kontraHinde
ç
alışan
alt program dayazıh
d
ır[5]. Ş
ekil5'de
görülen zamanl
ayıcıkontrolündeki alt prograrn
değeri be
li
rtilmi
ş
olan sabitaralıklarla aktif ediler
ek
içinde yazılı algori
h
na
yü
ıii
tü
l
ür
.
Zamanlayıcının kullanılrrıasıyla iki
ö
ne
nılisorun
orta
d
ankalkar. Birincisi,
adım n1otorununher
adımi
ç
in
gereken beklerne süresj belirlenir. Diğe
rii
se,b
ilye
rtin serbest bıralalmasından dü
şene
k
ada
ral
g
ılayıcısistenlin
sabit aralıkJarla kontrol ed
i
ln
1csi iç1n gereklia
ra
lık
süresini belirler.B
i
lye
belirli bir düş
menoktasına
göre
istenen yüksekliktenbırakıldığı andan
düşme noktasına ulaşana kadar g
eç
en
zama
n,
oyük
s
ek
likaralığı için
bize düşmezamamnı
verir.M
eka
nikdüzenek içerisinde,
b
i
lye
ni
ndüşme anında
al
g
ı
laruna iş
le
mialgılayıcı sistem
ile s
ağ
la
nd1ğ
ın
dan
,şekil
4 'de görül
düğü
gi
b
idüş
n1e nok
tası o
larakal
g
ıl
ayıc
ısistemin bulunduğu
nokt
a kabul edilir.C
üşme
Yüksekliği
Bi Iye
1 ' '/
Algılama
,..J..._Çizgisi
Vericı
/. .." AlıcıGöz�
f,
:�
/Göz
,_.
,
-.
�
---� ... -._ ./ -- -D
ı 1....
1 1 1Şekil4.
B
i
ly
e
ni
ndüşme anında
alg
ılann-ıas
ıAdın1 nıotoru,
gücünün
belirlediği çalışn1a frek
ansıü
zeri
nde çalışa
ma dığı içinadım atma
frekansısınır
lı
d
ır
.Saniyedeki
adın1sayısını
beli
rte
n bu frekansdeğerinin kontrolü,
zanıanlayıcıta
ra
f
ınd
ankontrol
edilen
her
adımdaki bekleme zaınanıdcğiştirilerek
sağlanır.
Belirlenen yiiksekliğe ulaşnıak için gereken
ad1m
sayısıve her adımdaki
b
e
kleme
süresinin çarpınııbize harcanan toplam zamanı
verir. Bu yüz
d
en
, toplamz
a
n
1an
ıkısaltmak iki
için seçenek vardır;Birincisi, her
adını
d
a gidilenyükseklik uzun]uğunu
artınnaktn.Bunun
için
adım n1otorunun ınilineba
ğl
ı
o]an dişlininyançapı büyültülerek, her
adımda alınanyol
artırıhr
ve
böylece gereken adım sayısı azaltılarak süre kısaltıhr.
33
Bilgisayar KontrolluSerbest Düşme Deney Sisteminin Tasarıını
D.Akgün, İ.Çankaya
D
ığe
ri
ise
zamanl
ayı
cıile belirlenen
adını süresini
kısa
ltmakt
ır.
Progr
amda hızk
on
trol
üiçin
zamanlayıemın belirlediği aralık değiştirilir.Şekil
7
'de
atışiann
gerçekleştirildiği
pe
nce
regöıülmektedir. Atış yapılacak
yü
k
sekl
ik değerleri liste halinde sıralanarak, birinci atıştan itibare n elde ölçülenher düşıne
zaınanı için'Süre' olarak
belirtilen sü
tuna
yazılır. .Eğer
aynı yük
sekl
ikseviyesi
içinb
ird
en
fazla
atış
gerçekleştirilecekse) bunların ortalaması alınır ve
'O
r
ta
lama
' olarakbelirtilmiş
olansütuna
kaydedilir.Atışlar
sırasında
gerçekleştirilmekte
olan i
şl
eınler
veya
uyan mesajları liste
üzerindekipencerede
görüntülenir.
Eğer
herhangi
birs
ebepl
eatış
gerçekleşmezse, progranı atış işlemlerini kullanıcı tekrar başlatana
kadar durdurur.
Atış işlemleribitti ise
pencere k
ap
at
1l
ırke
nsonuçların kaydedilnıesi
içinuyarı
veri
li
r.
Başla
Zanı aniayı c ıyı başlat
Zamanlayıcı
aralığ 1 kadar bekle
E
Bilyenin alinmasıH
E
H
E
H
E
H
Sonraki atışı belirleyen alt t-- program alt programı Bekleııe alt programı Yükseklik bulma alt programı Düşme süresiniölçme alt program ı
Yeni
at1ş?
Zamanlayıcıyı durdurDur
E
S/\l ı ı t'!! Bılııııkıı J·ıı�lllLblı ı )L'lt".l�l
7 c 'ılı. 2.S:.ıyı ( lnnıııu/ :ocnı
111.3 Sonu(.·)aran Stuıulnuısı
J�e
kil6 'da
gürülduğü �ı bi kay
ıt
lar lı� tt· \ L�ya gn.ıt]kolarak
sunulahjhr.
Du�ıul' Lh:tıl'\' �1\h•miniıı .
Ta\arınıı
U.
\k.�üıı. l.(�uı�a,H
�eki] 6. Alı�laıın gt>ı�TkJc�tııılc.hgi
PL'llt'l'll'
• ' . .. > �- r -
--Jl
.. . 'l
'ı
ı
o
�ekıl 7.
Atı�larnı
ger�c·kle�tirjldig.ı pencere(]en;cklcştiı
ilıni
�eden
h<tyLtlaı. eğerkaydl�dildi ı�L'
kayıt listesıııde
adı
ycı a1ıı.i\1otıSL' ıle
sc�·j]enk
ayıt,liste yJmndakt pt·ııt·ered�·
kayıt adıu�ı ;.ıit tkğerlcı liste
olar
ak
vl'rılır. �l'kıl
X'lle
günilen k.ayıtL.ınn listeh:ııdiği
pencerede. atış sırasını helırtl'n 'Atı� No·, utı�ın
yüks�:kliğıni behrt.eıı 'Yükseklik', bu yük�eklJge
ait
dü�111e
zanıaınnı salise cuısıııdt"ıı gösteren "Süre� veb
il
yen
in Jü�nıc nok
ta
sı nda u]a�ııu�
olduğu hız.ıgösleı
en· HJz'
etiketlerıbul urunaktadır.
Buradaki hı:.r.d
eg
eri ;.ıtı� yliksL·klığivt·
dü�nıe zaınanı dcğerl�ıinde
nfonııül
yoluyla
11L·sapLınıı.�ekil
<J'
d;..ı �onu�·li.ırın gıaJıl-. obrdk �unuldu�.upenreıe
\eriln1l'(tir. (.'i.t<iııilllH.'k i:-ıtl'HL'Tl
gı�ıtikl�ı,
kQyıtlarırıStilllllduğu butona
hJ�tlwlJk
�ckıJ
1()'da
!-'Örüle1�pencereden SL'\' ıle
b i 1
ı ı. Ytik�c
k 1i
k sevı)
<:�ıncg
ört:düşnıL" zanıanı dl'�ı:ı1L·ı i kullanılarak yük':>ek.lik.-/Jtnan
gıafi
g
i, dü�rıle rıohta'itlldJki hı1a bağlıukırak, hı/
düşnw
/aıııaın�ıı afığı
�T1.dır
ılt·bıln. Öl<ı·ülen dii�ınci'anı�nı
sonu�hu1 ık·
foı ıtıül yoluylJ he-sapldtınıı� olansontıc-lar ) ka ı �ılthtııılahll . ) ir. ' "") 't/dnJlt·n ııratik
'-1.\l' i t'll Bılııııkrı J ll�lllLI::>LI i >ctl.. �l::.ı
1 (ıli, 7 SayıtiL·ı lllllı/ ..,OOJJ
Bil�isa� aı· Kuntı ollıı�t·rht�t Dii�JJll' Dt'lll')' Sistt·ıninin J'a�arımı
() .Akgü n, l.(.'a n kaya
. . . , . ' .. . • •' • <' , '
.
.. . . .. ' .... .. . .. 4 son . . . . . ' . . ' '" "'' 'J 1 • � -· 1 :. · ... •• • '•l ... , _.,. ., • ,. : "'.1" ' ,b
•
•
.1
" '
1
•· . , • •'.'. o' ·'> � • . • ,,,, .. , .-, "' . • e .·· �··;.. - , , ., .. :--. ı·,.-�.·-·{··_\,:, t" �.\·.1'·�;--=_..:.�.:{" .... .... �·. ı ;· � . .. � · � . -: · � � .... . ,.; '-, \ -'! � . ..(:" . ,)-... � . .: . ' ":. . . ' ' . . . ,. . ' �. '• . .. '"' -� '' . . ... .-� -. . ... . .· ·. ... .. ...>�. : ,._., ·.--;..o· .. ·: . ' ·.'· : .. :· 'J. . • ' ' . ·ı .. .. . ' ;.. ••• 4 • . . · ... . . ·-. ·-. \ ,/i: { .. ) .. .. . . . . . � ... . .. ,· ,/ . . . .; .� ... :,_. • .. t - •• -·· H . '1 ' ·; .. ,!'�; .�.
. . . . -� , ! . .. '·� ' ;. ;:: [ ·' t •• � • ,. t • -. .. .., : *' \ . � _ .. 1 f ... • • J � ı lı lli. 1,• . .J . p • 1 t •.
... ,ı.,:· • . . '\: .. ... . . . •• 1 ... ... "' � .• ) . , ;;·. ,r • .. 'r.a � -. ,., . . • 1'- J � { ' ... ,· .- . . • ·�·Y� •·' , . "' ·' 1 .. • . . •r.' Kapat " . . . • • a;• . ' •· , Kaydı Sil , • , . J. • ' .• • • i# .. ' ·. �·.. ... •• • • , . ... • ... , . '' 1 ..!, • ' ' ' .. . ;. • .. , .. •• ' 1 • 1 • •• ·.,. ,; T ,.• ," ,� -.. ,,; '1' '- .: : .;·· · .... �..,..., .• ·�« ... . . (' �--��--��---�---�----�---�---u----��ek.ıl X. KayıtLırın Iıstcleıırnc"iı
L � !
h-t2
22 �---·--- ---2018
14 12 108
6
.-12,8
15.7
Zaman( si)
17 6
'�
L·kil9
.
Yükc.,l·klık
·du�ıııe '!arnanı gı�lfiğı
... • ' . . � ·..;, .. '.:. ... , � J' .., J ı, .. ..ı 1• t'it \ıli" ... . .,� ... 19,1 21
SA U Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 7.Cilt, 2.Sayı (Temmuz 2003)
[J
�-..... .,.;..,.,·-·-· ··· ···� .. ... ... ... ... , ••••••••••• r
nt2
�
·:\?:·o
biı�·eı_ı
Ll
}::��.
son2Şekil
1 O.
Grafik listesi.
Colcir
;:
,
:' �.
··-...�-� .... • ...,.· ii,l.l.•·
• •
36
Hilgisa)'ar KontrolluSrrbt.·st Düşme Deney
Si t�ınini� Tasarımı
D.Akgün, I.Çanknya
IV.
S<>NU<,Tasarınu yapıln1ı;,
olan serbest
düşnıc deney sisteıni
ile
deneyin
gerçeklcştirilnıesinde karşılaş
ıl
an zorluklarorta
d
an kaldınlıruştır.Serbest
di.işme
işlenıinin
gerçekleştirildiği
atış sisleıni,
L)elphi
programlan1a dil
iile
y
azıln
uş olan ara yüz probrramı kontrolündeçalışacak şekilde dt/3)'11 t!dılnıiştır. Kullanıcı,
yükseklik değerlerini girn1e,
bu
d
eğe
rlere karşılık eldeedilen düşem zamanı sonuçJaı ını kaydederek bunları
l
istel
emeveya
grafiksel
olarak ince lenıcgibi
işlen1Jeribu
ara yüz üzerinden gerçek leştuir.
K.ı\ YNAKI.�AR
[ll http://\vww.thephysicsclassroonı.com
(2]Axelson, Jan, "
P
ar
al
l
elPort
C'omplete'',Lakeview
Research,
Madison,1996.
[3JSAX)
H.,
' �Ste pp
er
Motor Driving" SGS
ThonısonMicroelectronics,
1995.
[4]VATAKSEVER,Fnhri, HBorland Delphi İle
G
örs
elPrograınlama", Sakarya,