iv
İÇİNDEKİLER
Lisans Bitirme Projesi Onay Formu ……… ii
Önsöz ……… iii
İçindekiler ……… iv
Özet ……… v
Semboller Ve Kısaltmalar ……… vi
1. GİRİŞ ………...… 1
1.1. Çalışma Takvimi ……… 2
1.2. Çalışmalar ……… 3
1.3. Başarı Ölçütleri, Standartlar ve Kısıtlar ……… 3
1.4. Araştırma Olanakları …….……… 4
2. TEORİK ALTYAPI ..………..……… 5
2.1. Kızılötesi (IR) Algılayıcılar ……… 5
2.1.1. Kızılötesi Işınım ………….………….. 5
2.1.2. Kızılötesi İletişim ………..……. 5
2.2. Servomotor ………..……… 8
2.2.1. Geri Beslemeli ve Kapalı Çevrim Kontrol Sistemi ………. 8
2.2.2. Servomekanizma ………..………. 9
2.2.3. Servomotor Çalışması ………..………. 10
2.3. Arduino …..………. 11
2.3.1. Arduino Programlama ………..………. 12
2.3.2. Arduino Kullanım Avantajları …………..…………. 12
2.4. Arduino Uno …………..…………. 13
2.4.1. Arduino Kartının Pinleri ve Fonksiyonları ………..……… 13
3. TASARIM ………..……… 15
3.1. Hareketli Nesne Takibi ……… 15
3.2. Algılayıcı Devre .……… 16
3.2.1. Algılayıcı Devre Analizi ………. 18
3.3. Hareketli Nesne Konum Tespiti ……… 19
3.4. Sistemin Kontrolü ….……… 21
3.4.1. Mikroişlemci Yazılımı ………. 21
4. SONUÇLAR ………..……. 25
5. DEĞERLENDİRME …………..………… 27
KAYNAKLAR ………. 28
EKLER ………. 29
ÖZGEÇMİŞ ………. 32
v ÖZET
Hareketli nesneleri izleme ve pozisyon denetimi, fabrikalarda bulunan otomasyon sistemlerinden başka haberleşme sistemlerinde, silah sistemlerinde, robotlarda ve hava araçlarında olduğu gibi çoğu alanda kullanılması gereken önemli uygulamalardan biridir.
Hareketli nesneleri izlemede probleme neden olan etken, takip edilecek nesnenin veya hedefin sürekli sabit durumda olmaması ve zamanla değişmesi pozisyon izleme ve kontrol sistemlerinde önemli bir sorundur. Hareketli nesnelerin izlenmesi ve pozisyon denetimi yapan sistemlerde hassasiyet oldukça önemlidir. Pozisyon kontrolü ve nesne takibi yapan sistemlerinin hassasiyetini arttırmak endüstriyel olarak üretilen ürünlerin kalitesini arttırmayla ve hatasız sonuçlar elde etmeyle ilişkilidir. Bu nedenle örneğin endüstriyel uygulamalarda ürünlerin takibini yapmak firmanın sorunlu ürün çıkarmasını engelleyecektir.
Bir cismin veya hedefin konumunun saptanması, endüstriyel uygulamalarda ürünlerinlerin o an hangi konumda olduğunu takip edilmesine, nokta atışlar yapabilmek için hedeflerin vurulmasında, lazer ile tedavi yöntemlerinde tam doğru sonuçlar elde edilmesinde, uydu antenlerinin nasıl haberleşmesi gerektiğinde, hedefe kilitlenen füzelerde, uçak avlayan uçaksavarlarda, CNC tezgah gibi çeşitli noktasal iş yaparak çalışan uygulamalarda ve bunun gibi bir çok hassas ve otomatik konum bilgisi gerektiren uygulamalarda ihtiyaç duyulur.
vi SEMBOLLER VE KISALTMALAR
V Volt
A Amper
mA Miliamper
R Direnç
Q Transistör
θ Açı
nm Nanometre
cm Santimetre
λ Dalgaboyu
Ω Ohm
IR Kızılötesi, infraruj LCD Sıvı kristal ekran LDR Işığa bağımlı direnç LED Işık yayan diyot DA Doğru Akım
USB Evrensel seri veri yolu MHz Megahertz
Vcc Pozitif besleme kaynağı GND Toprak, şase
B Baz
C Kollektör
E Emitör
1 1. GİRİŞ
Son yıllarda hareketli nesnelerin takibi endüstriyel uygulamalarda, robot ve savunma sanayi uygulamalarında önemli yer edinmiştir. Özellikle endüstriyel uygulamalarda üretilen ürünün kalitesi ve üretim sisteminin doğruluğu önemlidir. Bu nedenle üretilen ürünün takibi ve pozisyonun bilinmesi uygulamanın kalitesini ve doğruluğunu arttırarak hata olasılığın düşürür. Örneğin; endüstrilerde bulunan üretim bantları ve bu bantlarda çalışılan makinaların kontrollerini sağlayabilmek için ürünün pozisyon bilgisi ve takip edilmesi, üretim sistemi için önemlidir [1]. Hatasız ve doğru ürün üretimi yapmak çöpe gidecek hammaddeyi azaltarak maliyeti düşürür [2].
Video kaydedici aracılığıyla hareketi takip edilen cismin görüntülenmesi ve hareketinin görüntülü olarak kayıt altına alınması sağlanıp cismin pozisyonunu belirlemek mümkündür. Örneğin; kapalı bir alan içerisinde istenmeyen bir hareket oluştuğu zaman algılayıcılar aracılığıyla cisme kilitlenip, hareketi takip ederek konum bilgisini aktaran bir güvenlik uygulaması gerçekleştirilebilir.
Hareketli nesne takibi ve konum bilgisi savunma sanayinde de geniş uygulama alanına sahiptir [3]. Örneğin; bir askeri aracın takip edilmesi ve konumunun belirlenmesiyle haberleşme sistemi kullanılarak diğer araç ve sistemlere gerekli konum bilgisi aktarılarak müdahale imkanları yönetim imkanları sağlanabilir.
Hareketli nesne takibi ve konum kontrolünde farklı kontrol teknikleri kullanılabilir.
Örneğin; klasik kontrol sistemi olarak açık çevrim ve kapalı çevrim kontrol, bulanık kontrol, doğrusal olmayan kontrol veya nöralbulanık kontrol teknikleri uygun bir şekilde kullanılabilir. Yapılan işin gerekli hassasiyeti ve maliyet göz önüne alınarak farklı bu kontrol tekniklerinden uygun olanı seçilebilir. Ayrıca tasarlanmak istenen sistem gereksinimlerine göre algılayıcı türü ve özelliği de belirlenmesi son derece önemlidir. Piyasada mevcut bulunan lazer, kızılötesi, ultrasonik ses, kapasitif ve optik algıyacılardan uygun olanı ihtiyaca göre belirlenmelidir [4].
Piyasada bulunan hareketli nesne takibi sistemlerine [5], [6] ek olarak tasarlanan bu sistemde konum bilgisi ve referans noktaya olan uzaklık bilgileri elde edilecektir.
Kapalı bir alanda uygulanmasını düşündüğümüz sistemde hareketli nesnenin takibi mevut bulunanlarından farklı olarak ayrı yerlerdeki iki adet algılayıcıdan alınan bilgilerin doğrultusunda gerçekleştirilecektir. Ayrıca endüstriyel uygulamalarda,
2
belirlenen ürünün takibini gerçekleştirerek herhangi bir arıza durumunda veya istenmeyen bir hareketin oluşması durumunda üretimin bozulmasını engellemek amacıyla da kullanılabilir. Bunun sonucu olarak üretim hatalarının azaltılması ve sistemin çalışmasını engelleyecek olan bu tür bozuklukların önüne geçilerek ürünün üretim verimini ve kalitesini arttırmak amaçlanmıştır.
Konu ile ilgili yapılan araştırmalar sonucunda hareketli nesne takibi görüntü işleme [7], [8], [9] tekniğinden yararlanılarak yapılmaktadır. Görüntü işlemedeki ağır algoritma yükünden ve maliyet fazlalığını göz önünde bulundurarak ve endüstriyel uygulamaları göz önünde bulundurarak algılayıcılar ile hareketli nesne takibi ve konum kontrolü uygulaması tasarlanmıştır. Algıyalıyıcı seçiminde üretici firmaların ürün katalogları ve ürünün parametreleri incelenmiş olup uygun algılayıcı bilgileri algılayıcının veri dosyasından elde edilmiştir. Kontrol mekanızması olarak kullanılacak mikrodenetleyicinin yapısı ve çalışma mantığı seçilen mikrodenetleyicinin üretici firmasının internet sitesinden sağlanmıştır.
Sistem hakkında bir ön fikir olarak [10] incelenmiştir. Sistemin temel yapısı hakkında [11] ile bilgi edinilmiştir. Ayrıca servo motor hakkında bilgi olarak özel elektrik makinalarıyla ilgili kitap [12] incelenmiş ve motor çalışma prensibi için bu kaynaktan faydalanılmıştır.
Gelişmekte olan endüstriyel sanayi uygulamaları, savunma sanayi ihtiyaçları ve güvenlik uygulamalarından dolayı hareketli nesne takibi önemli yer edinmiştir. Araba, uçak gibi belirlenmiş taşıtların hareketlerini algılayan ve taşıta kilitlenen konumunun bilgisini ileten sistemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Kapalı alanlarda güvenlik gerekçesiyle canlı yada cansız nesne takibi de gelişen dünya konuşlarında gereksinimi kaçınılmaz hale gelmiştir. Ayrıca geniş alanların, çiftlik, garaj, fabrika vb. yerlerin kontrolünde de eklentilerle birlikte hareketli nesne takibi ve konum bilgisi sistemi kullanılabilmektedir.
Bütün bu sorunlar ve istenilen sistem doğrultusunda bu projede alan bilgileri belirli bir kapalı alan içerisinde hareket eden herhangi bir cismin hareketini algılayıp konumunu bildiren bir sistem tasarlanacaktır.
1.1. Çalışma Takvimi
Projede görev alacak kişiler Çizelge 1’de belirtilen çalışma takvimine göre belirtilen vakitlerde görevlerini tamamlayacaklardır.
3 Çizelge 1. Çalışma takvimi
Proje Adı: Hareketli Nesne Takibi ve Konum Tespiti
Proje Adımları Mart Nisan Mayıs
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1. Ön Hazırlık a. Literatür ve simülasyon çalışması b. Uygun sensor çeşidinin belirlenmesi c. Malzeme Seçimi
2. Tasarım ve Yazılım a. Devrenin şematik çizimi ve PCB tasarımı b. Mikroişlemci gömülü yazılımın yapılması c. Motor kontrolü
3. Montaj ve Test a. Sistemin montaji ve lehimlenmesi
b. Sistemin testi ve uygun parametre incelenmesi c. Uyuşmazlık saptama ve çözümleme
1.2. Çalışmalar
Çizelge 2’de görev ve kişiler belirtilmiştir. Bu görev–kişi çizelgesine göre proje adımları yapılacaktır.
Çizelge 2. Görev – kişi çizelgesi
Proje Adı: Hareketli Nesne Takibi ve Konum Tespiti Proje Adımları
1. Ön Hazırlık
a. Literatür ve simülasyon çalışması Tahir KÖSE b. Uygun sensör çeşidinin belirlenmesi Ramazan KAYA
c. Malzeme seçimi Tahir KÖSE
2. Tasarım ve Yazılım
a. Devrenin şematik çizimi ve PCB tasarımı Ramazan KAYA
b. Mikroişlemci gömülü yazılımının yapılması Tahir KÖSE,Ramazan KAYA
c. Motor kontrolü Ramazan KAYA
3. Montaj ve Test
a. Sistemin montajı ve lehimlenmesi Tahir KÖSE b. Sistemin testi ve uygun parametrelerin incelenmesi Ramazan KAYA c. Uyuşmazlıkların saptanması ve çözümlenmesi Tahir KÖSE
1.3. Başarı Ölçütleri, Standartlar ve Kısıtlar
Hareketli nesneleri takip edebilmek ve bu nesnelerin takip mesafesini yaklaşık 20 cm. aralıkta yapabilmek hedeftir. Yapılan sistemde, merkezi işlemci olarak kullanılan mikroişlemci TS EN 190110 ‘Sayısal Mikroişlemci Entegre Devreler’ TSE standardına,
Hafta Ay
4
ISO 9001, ISO/TS 16949 kalite standartlarına uygun olarak üretilmiştir. Kızılötesi ışınım yapacak olan ledler TS EN 120002 ‘ İnfrared ışık yayan diyotlar, infrared ışık yayan diyot dizileri’, alıcı devre olarak fototransistörler TS EN 120003
‘Fototransistörler, foto darlington transistörler, fototransistör dizileri’ TSE standartlarına uygun üretilmişlerdir. Ayrıca UL 1004-6 ‘Servo ve adım motorları’ ve ISO 11151- 2:2000 ‘Kızılötesi spektral aralığı için bileşenler’ standartları yanı sıra malzemelerin RoHS kalite standartları vardır. Ayrıca yapılacak olan PCB baskı devresi IEC TC 119 standartlarına uygundur.
1.4. Araştırma Olanakları
Sistemin gerçekleştirilmesi için gerekli teorik bilgi ilgili makalelerden, yazılardan, ürünü üreten firmanın internet ortamında kullanıma sunduğu açık kaynak kodlarından edinilecektir. Gerekli malzeme temini yapıldıktan sonra Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü laboratuvarlarında sistemin montaj ve testi gerçekleştirilecektir. Montaj aşamasında bu laboratuvarlarda bulunan ekipman ve aletlerden faydalanılacaktır.
5 2. TEORİK ALTYAPI
2.1. Kızılötesi (IR) Algılayıcılar
Sistemde hareketi algılamak için kızılötesi algılayıcı kullanılmıştır. Bu algılayıcı alıcı ve verici kısımlarından oluşmaktadır. Verici olarak kızılötesi led,alıcı olarak ise kızılötesi ışığa duyarlı fototransistörler kullanılmıştır. Devrenin çalışmasını belirtmeden önce kızılötesi ışınımın incelenmesi gerekmektedir.
2.1.1. Kızılötesi Işınım
Işınımların dalgaboylarına elektromanyetik tayf denir. Elektromanyetik tayf gama ışınları, X ışınları, morötesi, görünür ışık, kızılötesi, mikrodalga ve radyo dalgaları gibi farklı kategorilere ayrılmıştır. Bu ayrılım ışınımların dalgaboyuna göre yapılmıştır.
Kızılötesi (IR) ışınım, dalgaboyu mikrodalgalardan daha kısa ve görünür ışıktan daha uzun olan elektromanyetik bir ışıma şeklidir. Kızılötesi ışığın dalgaboyu 750 nm. ile 1000 nm. arasında olup insan gözüyle görünemez biçimdedir. Şekil 2.1’de elektromanyetik spektrum gösterilmektedir.
Şekil 2.1. Elektromanyetik sprektrum
2.1.2. Kızılötesi İletişim
Kızılötesi iletişim sistemlerinde, kızılötesi bir ışınım yapacak verici devre, bu ışınımı algılayacak bir alıcı devre ve ışınımın iletileceği iletişim ortamı bulunur. Kızılötesi iletişimin blok diyagramı Şekil 2.2’de gösterilmiştir.
6
Şekil 2.2. Kızılötesi iletişim sistem şeması
Kızılötesi iletişiminde, iletişim ortamında bulunan nesnelerin algılanmasında nesnelerin boyutu ve rengi önemlidir. Farklı renklerdeki nesnelerin kızılötesi ışığı yansıtma değerleri aynı değildir. Renklerin ışığı emme ve yansıtma özelliklerine göre bu değerler farklılık kazanır. Örneğin boyutları aynı ancak farklı renklerdeki özdeş nesneler ele alındığında koyu renkteki nesnelerin gelen ışığı soğurduğu beyaz özellikli nesnelerin ise direk yansıttığı gözlemlenmiştir. Siyah ve beyaz arasındaki renklerin ise ışığı soğurma yeteneğine göre farklı özelliklerde ışık yansıttığı görülmüştür.
Aynı renklerde fakat farklı boyutlarda nesneler kızılötesi ışınıma tabi tutulduğunda nesnelerin boyutlarına göre farklı yansıma elde edilir. Büyük boyutlu nesneler, yüzeyleri geniş olduğundan dolayı gelen ışınımı daha çok yansıtabilmektedirler. Aksi durumda ise küçük yüzey alanına sahip olan nesneler, ışınımı üstüne alamadığından dolayı yansıtma kabiliyetleri azalmaktadır.
Yüzey rengi ve yüzey boyutuna göre farklılıklar yukarıda bahsedilmiştir. Ayrıca yüzeyin pürüzlülüğü ve yüzeyin yapıldığı maddenin tipi de ışınımı yansıtmaya etki eden faktörlerdendir. Yüzey pürüzlülüğü çok olan nesneler, kızılötesi ışınıma tabi tutulduklarında üzerine düşen ışınımları etrafa yansıtarak az miktarda geri yansıtmaktadırlar. Nesnenin yapıldığı malzemenin şeffaf olması veya mat, ışık emebilen tipte olması da yansımayı oldukça etkilemektedir [4].
Kızılötesi iletişimde alıcı devre belli bir frekanstaki biçimlendirilmiş kızılötesi ışınımı algılayabildiğinden dolayı iletişimin kurulmasını için gerekli modüle edilmiş ışınımı verici devre sağlar.
Kızılötesi ışınım kaynağı olarak kızılötesi led kullanılır. Led, kontrolü basit ve yönlendirilebilir elektronik bir elemandır. Led’in içinden geçen akımı kontrol ederek farklı yoğunlukta ışık elde etmek mümkündür. Ancak bu ışınımın gücü, uzaklığa ve iletim ortamının yoğunluğuna bağlı olarak değiştiğinden dolayı ışığın var ve yok olduğu mantıksal teknoloji kullanılır. Alıcı devre ise verici devrenin oluşturduğu belirli bir frekanstaki kızılötesi ışığa tepki verecek devreden ibarettir. Alıcı ve verici ışık frekansı
7
uyumluluğu bu iletişimde esas kriterdir. Şekil 2.3’te klasik kızılötesi verici devre gösterilmiştir.
Şekil 2.3. Kızılötesi verici devre
Verici devrenin ortama yaydığı kızılötesi ışınım alıcı devre tarafından algılanır.
Birçok alıcı devresinde kızılötesi ışınımı module etmek için ek devrelerde kullanılır.
Şekil 2.4’te görüldüğü üzere, alıcı üzerine kızılötesi frekansına sahip kızılötesi ışık ulaştığında alıcı devre lojik-0 seviye çıkış verir. Alıcıya kızılötesi sinyal ulaşmadığında ise alıcı lojk-1 çıkış verir.
Şekil 2.4. Kızılötesi alıcı devre
8 2.2. Servo Motor
Günümüzde kontrol sistemleri oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Hemen hemen her alanda ve uygulamada bir kontrol sistemi mevcuttur. Kontrol sistemlerinin;
robot sektörü, otomativ sektörü, uçak sektörü, radarlar gibi çok geniş uygulama alanları vardır.
Servo motorlara kontrol motorları da denilmektedir. Özellikle kontrol sistemlerinde çıkış hareketlerini kontrol edici olarak kullanılmak üzere tasarlanılıp üretilirler.
Bir servo sistem veya servomekanizma geri beslemeli bir kontrol sistemi olup, sistemin çıkışı mekanik konum,ivme veya hız olabilir. Servo sistem ile konum (veya hız) kontrol sistemleri aynıdır. Servo sistemler günümüzde modern endüstride çok sık olarak kullanılmaktadır.
2.2.1. Geri Beslemeli ve Kapalı Çevrim Kontrol Sistemi
Kontrol sistemleri iki tipte sınıflandırılır. Bunlar; kapalı çevrim kontrol sistem ve açık çevrim kontrol sistemidir. Sistemin tipi, kontrolü istenen eleman ile kontrolü yapan eleman arasındaki ilişkiye bağlı olarak belirlenir. Projemizde kapalı çevrim kontrol sistemi kullanılacaktır.
Bir kontrol sisteminde giriş işaretine bağlı olarak bir çıkış işareti elde edilir. Kapalı çevrim kontrol sistemlerinde, bu çıkış işareti bir ölçüm mekanizmasıyla ölçülür ve veriler denetleyici (kontrolör) birimine gönderilir. Denetleyici birimi ölçülen bu verileri istenen (arzu edilen) verilerle karşılaştırarak fark (hata) işaretleri üretir. Böylece giriş ile çıkış arasındaki fark belirlenir. Bundan sonra denetleyici çıkışındaki farka göre sistem bu farkı sıfırlayacak şekilde çalışmasını sürdürür. Her seferinde çıkış ile giriş arasındaki fark ölçülerek hata olup olmadığı kontrol edilir ve varsa hata sistem tarafından kendiliğinden giderilmeye çalışılır. İşte bu kontrol sistemine kapalı çevrim kontrol sistemi denilir. Şekil 2.5’te geri besleme kontrol sisteminin blok diyagramı gösterilmiştir.
9
Şekil 2.5. Geri besleme kontrol sistemi blok diyagramı
2.2.2. Servomekanizma
Genellikle giriş büyüklükleri zamanla değişen geri beslemeli kontrol sistemlerine servomekanizma adı verilir. Servomekanizmanın görevi çıkış ve giriş arasında uygun bir bağ oluşmasını sağlamaktır. Servomekanizmanın en çok kullanılan tiplerinden biriside pozisyon (konum) kontrol sistemidir. Pozisyon kontrol sistemlerinde çıkış konumu genellikle bir motorun mil konumu olup giriş konumunun değişimlerini tam olarak izlemek zorundadır.
Şekil 2.6’deki konum kontrol sistemi çıkışındaki yükü konumlamak için kullanılan tipik bir servomekanizmadır. Çıkış konumu, giriş konumundaki değişmeleri izlemektedir. Bunun için motorun endüvi gerilimi belirlenmektedir. Bu sebeple motor mili çıkış konumunu düzenlemek için dönecektir.
Şekil 2.6’da gösterilen konum kontrol servomekanizmasının 5 temel elemanı şöyle tanımlanır:
Giriş değeri θR, girişteki kadran tarafından ayarlanır.
θC değeri yükün konumunu belirtir. Çıkıştır.
Hem girişin hemde çıkışın konumu algılamak için konum gösteren potansiyometreler aracılığla konum değerleri elektriksel sinyale çevrilir.
Konum gösteren potansiyometrelerin çıkış ve giriş gerilimlerindeki farkıyla hata sinyali VE üretilir. (2.1)
VE = VR− VC (2.1)
Motor ve yükselteç, servomekanizmanın denetleyici birimini oluşturur.
10
Şekil 2.6. Konum-kontrol servomekanizması
Çıkışın konumu ile girişin konum değerleri eşit olduğunda hata sinyali üretilemez.
Böylece yükseltecin çıkışı sıfır olur ve endüvide bir gerilim endüklenmez. Sonuç olarak çıkış mili durur ve istenen konumda kalır. Giriş konumundaki bir değişiklik hata sinyalini sıfırdan farklı olmasına neden olur ve yükselteç çıkışı endüviyi etkileyerek motorun dönmesi sağlanır. Çıkış konumu hata gerilimi sıfır oluncaya kadar dönmeye devam eder [12].
2.2.3. Servomotor Çalışması
Servo motorların üç giriş kablosu vardır. Bu kablolar; besleme, toprak ve veri girişidir. Besleme gerilimi genelde 5-8 V DA bir değerdir. Bu değer servomotorun tipine, gücüne ve istenilen özelliklerine göre her servomotorda farklı olabilir. Toprak ucu 0 V’dur. Veri kablosu servo motorlar için çok önemlidir. Bu uç servo motorun kontrol edilebilmesi sağlamaya imkan verir. Harici denetleyeciden gelen verilere göre
11
servo motor mili istenilen konum değerine kadar döner ve bu pozisyonunu korumaya başlar.
Kontrolcü kartı ile koordine bir şekilde çalıştırılır. Servo motorların hafif olması ve kontrolünün basit olması tercih edilme nedenidir.
2.3. Arduino
Arduino, üzerinde Atmel mikrokontrolürleri bulunun açık kaynak kodlu donanımdır.
Yazılım bilgilerinin yanısıra, tasarım bilgileri de kulanıcının hizmetine sunulmuştur.
PCB baskı devreleri, devre şemaları, yerleşim planları ve üzerindeki programlanabilir elemanların kodları bütün detayları ile kullanıcının kullanımına rahatça ulaşabileceği bir şekilde açılmıştır. Kullanıcı isterse hazır olarak alabileceği gibi, aynısını kendisi de gerçekleştirebilir.
Arduino geliştirme kartı üzerindeki mikrokontrolür (AtmegaXX) Arduino programlama dili ile programlanır ve bu program Processing tabanlı Arduino Yazılım Geliştirme Ortamı (IDE) yardımı ile karta yüklenir. Yazılım Geliştirme Ortamı (IDE) internet üzerinden ücretsiz olarak bilgisayara indirilebilir. Programlama için temel C dili kullanılır.
Arduino’yu ön plana çekaran en önemli özelliği yazılımının kolay ve sade olmasıdır.
Ayrıca kullanıcığa uygulama gerçekleştirmesi için diğer çevre birimleriyle (kristal, güç kaynağı, programlama cihazı) uğraşmama imkanı sunar. Programlama cihazına ihtiyaç duymamasının nedeni; ürün, bootloader programı mikrodenetleyicinin içine atılmış şekilde gelmektedir.
Arduino’nun en güçlü özelliklerinden biri de genişletilebilir bir kütüphane sistemine sahip olmasıdır. Bu kütüphaneler sayesinde birçok işlem ve çevrebirimi haberleşmesi kolaylıkla gerçekleştirilebilir. Ayrıca yeni çevrebirimleri için yazılan kütüphaneler kolaylıkla entegre edilebilir. Bütün bunları göz önünde bulundur-duğumuzda çok ileri bir yazılımcı olmadan bir çok uygulamayı Arduino kullanarak gerçekleştirebilmek mümkün olur.
Gerçekleştirilmesi istenen projenin özelliğine göre Arduino’nun birçok çeşidi bulunmaktadır. Ayrıca bu kartlara uygun şekilde tasarlanmış shield (katman) olarak adlandırılmış kullanım kolaylığı sağlayan ek donanımlar da üreticinin hizmetine sunulmuştur. (Bluetooth, Wireless, Ethernet, Motor sürücü katmanları vs.).
12 2.3.1. Arduino Programlama
Arduino’yu programlamak için gereken arayüzü yine aynı firma tarafından geliştirilmiş, açık kaynak kodlu, ücretsiz JAVA destekli bir uygulama ortamıdır. Şekil- 2.7’de Arduino mikroişlemcisini programlamak için yapılmış programdan bir ekran görüntüsü gösterilmiştir. Bu ortam arayüz yazılımının kullanımı basit ve sadedir.
Programlamada oluşan hataların belirlenmesinde kullanılan gelişmiş bir hata ayıklama sistemine sahiptir. Ayrıca da tüm Arduino kart çeşitlerini programlama imkanına sahiptir.
Şekil 2.7. Arduino programlama ekran görüntüsü
2.3.2. Arduino Kullanım Avantajları
Arduino, bir önyükleyiciye (bootloader) sahip olduğundan USB port bağlantısı ile mikroişlemciye program yükleyebilir. Bu sayede mikroişlemcilerdeki çıkarılıp takılmalardan kaynaklanan bacak kırılmaları riski ortadan kalkar.
Arduino programlaması diğer programlamalara göre kolaydır.
Diğer platformlarla karşılaştırıldığında daha ucuzdur.
Basit ve açık programlama ortamı sayesinde kolay bir yazılım ortamı sağlar.
13 2.4. Arduino Uno
Arduino ailesi içinde yapılacak projeye, kullanıma ve isteğe göre çeşitli Arduino kartları vardır. Bunlar; Arduino Uno, Arduino Mega 2560, Arduino Pro, Arduino Leonardo, Arduino Fio, Arduino Mega ADK, Arduino Nano vs. gibi isimlendirilmiş performansları, özellikleri, işlemcileri ve kabiliyetleri farklı kartlardır.
Arduino Uno R3 kartı üzerinde 8 bitlik Atmega328 işlemcisi, 14 digital giriş- çıkış (Input- Output) pini, bunlardan 6 tanesi PWM çıkışı olarak kullanılabilmektedir, ayrıca 6 analog giriş pini bulunmaktadır. Ayrıca 16 Mhz kristal osilatör, USB bağlantısı, regüle edilmiş 5V, ICSP başlığı ve reset butonu bulunmaktadır. Çalışması için gerekli gücü USB bağlantısı ile PC’den veya 7-12 Volt’luk DA güç kaynağından sağlar.
Besleme gerilimi için alt ve üst sınırlar 6-20 V olarak belirlenmiştir. Giriş çıkış pini başına akım 40 mA dir. Kart üzerinde regüle edilmiş 3.3 V çıkışı da bulunmaktadır ve 3.3 V için çıkış akımı 50 mA’dir. FLASH Hafıza 32KB, SRAM 2 KB, EEPROM 1KB olarak hafıza büyüklükleri de belirtilmiştir [13].
Ayrıca; harici bir güç kaynağı kullanılacağı zaman Arduino kartı üzerindeki VIN pininden giriş yapılabilir.
2.4.1. Uno Kartının Pinleri ve Fonksiyonları
14 digital pinlerinin her biri pinmode( ), digitalRead( ), digitalWrite( ) fonksiyonları ile giriş çıkış pini olarak kullanılabilirler. Bütün pinler çıkışta 5V sağlar. Pinlerin her biri en fazla 40mA akım iletir yada çeker ve dahili 20-50 kOhm dirence sahiptirler. Bazı pinlerin özel kullanım fonksiyonları vardır. Bunlar:
Seri İletişim: Kart üzerinde seri iletişim için özel pinler belirlenmiştir. Bunlar 0 (RX) ve 1 (TX) numaralı pinlerdir. Seri iletişim de 0 numaralı pin alıcı (receive), 1 numaralı pin ise iletici (transmit) olarak görev yapar.
Harici Kesiciler (External İnterrupts): 2 ve 3 numaralı pinler harici kesmeyi tetiklemek için kullanılırlar.
PWM: 3,5,6,9,10 ve 11 numaralı pinler analogwrite() fonksiyonunun kullanımıyla 8 bitlik PWM çıkışı sağlar. PWM (Pulse Width Modulation), üretilen darbelerin (pulselerin) genişliklerinin kontrol edilerek (veya değiş-tirerek) üretilmek istenen analog değerin elde edilmesidir denilebilir.
SPI: 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK) pinleri SPI iletişimini sağlamak- tadır.
14
LED: 13 numaralı pine kart üzerinde led bağlanmıştır. Digital 13 pini high (1) yapıldığı zaman led yanar, low (0) yapıldığı zaman ise led söner.
TWI: Analog girişler olan A4 (SDA) ve A5 (SCL) pinleri ile TWI iletişimi gerçekleştirilmektedir.
AREF: Kart üzerinde bulunan AREF pini ile analog girişler için referans gerilim değeri sağlanır.
Reset: Kart üzerindeki reset pinine 0 volt uygulandığı zaman mikrokontrolüre reset atılmaktadır. Bu işlem kart üzerinde ayrıyeten bulunan reset butonu ile de kolayca yapıabilmektedir.
Arduino Uno kartı üzerindeki analog girişler A0, A1, A2, A3, A4, A5 olarak isimlendirilmiştir. Bu girişlerin her biri 10 bitliktir. Aref pini ile analog girişin gerilim değeri değiştirilebilmesine rağmen normalde 0-5 volt aralığında gerilim seviyesi sağlanır.
15 3. TASARIM
3.1. Hareketli Nesne Takibi
Hareketli nesneler, zamanla sürekli olarak bulunduğu konumlarını belirli yada belirsiz bir biçimde değiştiren nesnelerdir. Belirli yönde ve hızda hareket eden nesneleri takip etmek kolaydır. Çünkü bir sonraki konumu hakkında veri vardır. Ancak belirsiz yönde ve hızda hareket eden nesneler için hızlı tepki veren algılayıcılar kullanılması şarttır.
Hareketli nesne takibinde asıl sorun hareketli olan nesnenin algılayıcılara olan uzaklığının ne kadar uzak veya yakın olduğudur. Bundan dolayı algılayıcı seçimini etkileyen en büyük etken algılama yapılabilecek mesafe aralıklarıdır. Ayrıca hareketli nesnenin hızı da algılayıcı için bir sorundur. Algılayıcılar belirli hız limitlerinde algılama yapabilirler. Bu nedenle algılayıcının algılama hızı yada algılayıcı çıkış verisini verme hızından hızlı hareket edecek bir nesnenin konumu hakkında bir algılama yapılması mümkün değildir.
Takip edilecek hareketli nesne bir araba, otobüs yada tren olabilir. Ancak uçak yada denizaltı gibi araçlar sağa sola hareket ettikleri gibi yukarı ve aşağı yönlü de hareket etmektedir. Bundan dolayı bu araçları takip edebilmek için takip edecek olan sistemin de yukarı ve aşağı yönlü hareket edebilmesi gerekir. Ancak bu uygulamada sistem sadece bir düzlemde hareket edecek olan nesneleri izlemektedir.
Hareketli nesneyi takip edecek olan sistemde kullanılan motorlar hareketli nesneye hangi hızda olursa olsun kilitlenirler. Nesnenin hızında değişmeler olduğunda yani hareketli nesnenin hızı artıp yada azaldığında kullanılan takip sistemide buna karşılık vererek nesneyi takip ederken hızını arttırıp azaltacaktır.
Gerçekleştirmiş olduğumuz sistemde algılayıcı olarak kızılötesi sensor devresi, hareketi sağlayan servo motorlar, sistemin kontrolü ve bilgilerin işlenmesi için mikrokontrolür ve sonuçların gösterildiği LCD ekran bulunmaktadır. Hareketli nesne takibi yapacak olan bu sistemin genel şeması Şekil 3.1’de gösterilmiştir.
16
Şekil 3.1. Hareketli nesne takibi sistemi blok diyagramı
3.2. Algılayıcı Devre
Projede nesne hareketini algılamak için cisimden yansımalı algılayıcı devresi oluşturulmuştur. Bu devre tek parça olup alıcı ve verici devreyi içinde bulundurur.
Verici olarak kızılötesi ışınım yayan kızılötesi led kullanılmıştır. Alıcı devre olarak ise kızılötesi ışığa duyarlı fototransistör kullanılmıştır. Alıcı olarak LDR ve fotodiyotlar da kullnılabilir ancak fototransistörler daha yüksek hassasiyete sahip olmaları ve daha hızlı tepki vermelerinden dolayı bu devrede fototransistör kullanılmıştır. Fototransistörlerin diğer transistörlerden farkı iki bacaklı olmalarıdır. Baz (B) bacakları yoktur. Baz gerilimi yerine baz-kollektör (B-C) birleşim bölgesine düşen ışıkla tetiklenir. Şekil- 3.2’de algılayıcı devrenin blok şeması gösterilmiştir.
17
Şekil 3.2. Cisimden yansıtmalı kızılötesi algılayıcı blok şeması
Bu şekildeki gibi cisimden yansımalı sensör devresi kurulmasının nedeni ise yansıtıcı kullanmaması, tek parça elektronik devre olması ve alıcı devrenin duyarlılığını arttırarak şeffaf cisimlerinden algılanabilmesidir. Ancak cisimden yansıtmalı algılayıcı- ların dezavantajlarınıda belirtmek gerekir. Bunlar;
Nesnenin algılanması ve nesneden yansıyan ışığın değerlendirilmesi büyük oranda nesne yüzeyinin büyüklüğüne, nesnenin yüzey rengine ve yüzeyin pürüzlülüğüne bağlıdır. Nesneden yansıyan ışık değerlendirildiği için diğer kızılötesi algılayıcı tiplerine göre maksimum algılama mesafesi daha kısadır.
Kızılötesi led, kızılötesi ışınım yayar. Bu ışınım cisme çarparak geri yada farklı yönlere dağılmaktadır. Algılayıcı devresinde bulunan fototransistörler kızılötesi ledlerin sağında ve solunda olmak üzere iki gruptadır. Kızılötesi ışınım yapıldıktan sonra cisimden yansıyan ışınlar fototransistörler üzerine düşer. Burada geri yansıyan ışınımın sağdaki ve soldaki fototransistörler grubuna gelme yoğunluğu işin özünü oluştur- maktadır. Işınım, sağ veya soldaki fototransistör gruplarına geldiğinde fototransistör mikroişlemciye analog değer verir. İki tarafta bulunan fototransistörler eşit büyüklükte gerilim değeri verdikleri zaman nesne ortalanmış durumudur ve motor durur. Nesne hareket ederse hareket ettiği yöndeki fototransistör farklı büyüklükte çıkış değeri
18
vereceği için nesnenin hareket ettiği anlaşılacak ve iki fototransistörün çıkış değeri eşitlenene kadar motor hareket edecektir. Fototransistörlerin çıkış büyüklükleri eşitlendiği zaman nesne tam anlamıyla yakalanmış demektir ve motor nesneye böylece kilitlenir. Nesne hareket ettiği sürece motor da hareket ederek nesneyi takip eder. Eğer nesne hareket etmiyorsa motor da hareket etmez. Sistemin bu şekilde çalışması için gerekli çıkış değerleri ve motorun hareketi, mikroişlemci tarafından kontrol edilerek gerçekleştirilir.
3.2.1. Algılayıcı Devrenin Analizi
Şekil 3.3’te hareketli nesne takibi için kurulan devrenin şematik çizimi gösterilmiştir.
Devre 5V (Vcc) ile çalışmaktadır. Kızılötesi ledler gerilim kaynağına dirençle bağlanmıştır. Akımın mümkün olduğunca maksimum olması için direnç değeri çok büyük seçilmemiştir. Akım değeri arttıkça kızılötesi led daha fazla ışınım sağlayacağı için direnç değeri de buna uygun belirlenmiştir. Ayrıca kızılötesi ışınımı arttırmak için led sayısı da arttırılmıştır. Bu değerler sonucu ortalama 20 cm. uzaklıktaki nesne algılanabilir. Uzaklığı arttırmak için led sayısını arttırmak gerekir. Buna bağlı olarak kullanılacak alıcı eleman sayısı da artar.
Devrede bulunan fototransistörler kızılötesi ışınıma duyarlıdırlar. Normal foto- transistörler güneş ışığına da duyarlı olacaklarından, bu durumda nesneden yansıyan kızılötesi ışınım algılanmaz. Bunun için seçilen fototransistörün kızılötesi ışığa duyarlı ve güneş filtreli olması ve gerekir. Fototransistör üzerine kızılötesi ışınım düştüğü zaman fototransistör tetiklenir ve ışınım yoğunluğuna göre kollektör-emitör arasından akım akar. Emitör bacağına bağlı direnç üzerinde oluşan gerilim değeri çıkış büyüklüğüdür. Bu değer mikroişlemcide analog olarak okunur ve gerekli işlemler yapılır. Nesnenin algılayıcıya olan mesafesi arttıkça, yansıyan ışık miktarı azala- cağından fototransistör üzerinden az miktarda akım akar ve emitör gerilimi (Ve) azalır.
Nesne yaklaştıkça bu durumun tam tersi gerçekleşir.
Şekil 3.3’te devrenin mikroişlemciye bağlanacak kabloları bağlantı başlığında toplanmıştır. 1 numaralı pin besleme kaynağının +5 V ucuna, 5 numaralı pin ise GND (toprak) ucuna bağlanmıştır. 2 ve 3 numaralı pinler, fototransistörlerin çıkış gerilimleri olup mikroişlemcinin analog pinlerine bağlanır. 4 numaralı pin ise kızılötesi ledleri yakmak için anahtarlama olarak kullanılan transistörün, baz ucunu tetiklemek için mikroişlemcinin digital pinine bağlanır.
19
Şekil 3.3. Hareketli nesne takibi devresinin şematik çizimi
3.3. Hareketli Nesne Konum Tespiti
Hareketli nesnenin takibi yapıldıktan sonraki kısım takip edilen nesnenin konumunu tespit etmektir. Konum tespiti yaparak hareketli nesnenin hangi bölgede olduğu saptanabilecektir.
Hareket eden nesnenin konumu hakkında elde edilen veriler motorların kendi eksenlerinde ne kadar döndüklerinden ibarettir. Sistemde kullanılan motorların servo motor olmasının sebeplerinden biride bundan dolayıdır. Çünkü servo motorların mil konumlarının bilgisi anlık olarak alınabilmektedir. Servo motorların mil konumların verileri kullanılarak eksende kaç derece dönülmüş olduğu elde edilebilir. Motorlardan alınan mil konumu değerlerini açı bilgisi olarak işleyecek olan mikroişlemci devresidir.
Motorların açı değerleri dahi kullanarak, nesnenin hareketi esnasında iki motorun tam ortasına yani referans seçilen noktaya olan uzaklığı bulunabilir. Geometrik olarak konum tespiti sinüs yasasına dayanmaktadır.
20
Sinüs yasasına göre taban uzunluğu ve bu tabandan ayrılan kenarların açı değerleri biliniyorsa, üçgenin dikme uzunluğu ve bu dikmenin, tabanın ortasından çekilen dikmeye olan mesafesi formülize edilebilir.
Şekil 3.4’te sinüs yasası uygulanmak istendiğinde α, β açıları ve d uzunluğunun bilinmesi yeterlidir. Buna göre 0Y uzunluğunu (3.1), 0X uzunluğu (3.2) ve D uzunluğu da (3.3)’ de verilen denklemler kullanılarak hesaplanır.
Şekil 3.4. Sinüs yasasına göre kenarortay uzunluğu
|0y| = d ∙sin α ∙ sin β
sin(α + β) (3.1)
|0x| = d ∙𝑐𝑜𝑠 𝛼 ∙ 𝑠𝑖𝑛 𝛽
�sin(𝛼 + 𝛽) (3.2) D = �x2+ y2 (3.3)
Şekil 3.5’te projede yapılan sistemin üstten görünüşü sembolik olarak gösterilmektedir. Görüldüğü üzere yukarıda bahsedilen sinüs yasası sisteme uygulanabilir. Buradan yola çıkarak hareketli nesnenin referans noktasına olan D uzaklığı sinüs yasasına göre gayet kolay bir şekilde bulunabilmektedir.
Motorlardan alınan mil konumu değerlerini mikroilemci devreye gönderilerek α1 ve α2 olarak açıya dönüştürelecektir. Burada zaten motorların birbirine olan uzaklığı bilinmektedir. Açı değerleri ve önceden mikroişlemci yazılımında yazılacak olan motorlar arası ifade, bir matematiksel işlem silsilesiyle hesaplattırılacak ve sistemde var olan LCD gösterge ekranına motorların açı bilgisi ve cismin referansa uzaklığı anlık olarak yazdırılacaktır.
21
Şekil 3.5. Hareketli nesnenin referans noktasına olan uzaklığı
3.4. Sistemin Kontrolü
Mikroişlemci kontrolcü kartı olarak projede Arduino mikroişlemcisi seçilmiştir. Bu mikroişlemci kartının diğer tipteki benzerlerine göre oldukça avantajlı yanları vardır.
Mikroişlemci kontrolü, iki adet algılayıcı devre, iki adet servomotor ve bir adet LCD ekrandan oluşan bir sistemin kontrolünü sağlamaktadır. Algılayıcıların alıcı ve verici kısımları, mikroişlemci tarafından tamamen kontrol edilecektir. Giriş ve çıkış değerleri eş zamanlı olarak mikroişlemciye aktarılacak, işlenecek ve bir cevap olarak ilgili bölüme aktarılacaktır. Servomotorlar yapısı itibariyle kontrol edilebilmeye çok yatkın oldukları için mikroişlemci devre, rahat bir şekilde motorları algılayıcılardan gelen veriler ışığında gerekli pozisyona ayarlayacaktır.
3.4.1. Mikroişlemci Yazılımı
Sistemin kontrolü üzerinde Atmega168 mikroişlemcisi bulunan Arduino Uno kartı ile gerçekleştirilmiştir. Arduino; C tabanlı kod olduğundan bazı fonksiyonları ve parametreleri hazır yapıdadır. Sistemin yazılımı gerçekleştirilirken en çok kullanılan yapılar analog değer okuma, servo motor kontrolü ve istenilen bilgilerin lcd ekranda gösterilmesi. Algılayıcının çıkışları Arduino’nun analog girişlerine (A0,A1….,A5) bağlanmıştır. Arduino 10 bitlik analog değer okuyabilmektedir. Bu demektir ki algılayıcı verileri 0-1023 arasındadır. Sistemin çalışmasına bakıldığında çıkış değerleri genellikle 70-600 arasındadır. Sayısal olarak görünen algılayıcı değerlerine göre servo motor yönlendirilecektir. Ayrıca fototransistörler çevredeki ışıkları da (güneş, yansıyan, vb.) algıladığından kodlama işleminde kızılötesi ledler yakılıp kısa bir süre sonra söndürülür. Bu işlem program çalıştığı sürece yapılır. Bunu yapmanın temel nedeni, kızılötesi ledler yanarken fototransistörün algıladığı ışık hem kızılötesi hem de çevreden
22
gelen ışıklardır. Ledler söndürülünce fototransistör sadece çevredeki ışık değerlerini vereceği için bu iki işlem sonucunun farkı sadece yansıyan ışığı verecektir. Soldaki ve sağdaki algılayıcı değerleri aynı uzaklıktaki cisimde bile sürekli farklı olacağından sensör değeri olarak bu iki sensörün ortalaması alınır ve bu değer üzerinden işlemler yürütülür.
Sistem çalışmaya başladığında motor belirlenen açı değerleri arasını devamlı tarar.
Bu değerler sistemin uygulanacağı alan ve motorların konumuna göre değişir.
Gerçekleştirilen proje motorlar alanın köşelerinde olduğu bir motor 45 derecelik açı tarar. Tarama anında algılayıcıların algılama mesafesinde bir nesne belirdiği zaman algılayıcıların çıkışlarındaki analog değer artacağından nesne belirlendiği zaman motor duracaktır. Eğer nesne hareket ederse en son hareket ettiği yöndeki algılayıcı değeri daha büyük olacağından motor o yöne dönmeye başlayacak ve iki algılayıcı değeri birbirine yakın oluncaya kadar dönecektir . Algılayıcıların değerlerinin yaklaşık olarak eşit olması demek nesnenin algılayıcıların tam karşısında olduğu demektir. Algılayılar 0–5 V arasında değer verdikleri ve bu değerlerinde işlemcide 0-1023 arasında görülmesinden algılayıcıların tam karşısında nesne olduğu zaman bile sağ ve sol taraftaki fototransistör çıkışı aynı olmayacaktır. Örneğin; sol fototransistör çıkışında 192 değeri okunuyor iken sağ fototransistör çıkışında 197 okunabilir. Bu durumda nesne belirlenmesi çok zor olacağından program içerisinde algılayıcı değerleri 10 ile bölünmüştür. Sistemin çalışma mesafesi kısa olduğundan bu işlem işin kolaylaşmasını sağlamıştır. Algılayıcı değerlerinden biri değiştiği zaman hangi yöndeki algılayıcı değeri büyükse motor o yönde harekete başlayacak ve değerler eşitlenene kadar dönecektir. Sistem bu şekilde çalışmasını sürdürecektir. Ayrıca konum tespiti kısmında açıklanan konum belirleme işlemi gerekli matematiksel işlemler mikroişlemci içerisinde yapılarak lcd ekranda gösterilecektir. Bunun için klasik 2x16 değerindeki LCD’ye nesnenin konumunu yazdıran kod gerçekleştirilmiştir.
23
#include <Servo.h> // Servo kütüphanesi eklendi
#define IRled 4; // Kızılötesi led digital 4 numaralı pine bağlandı byte Solsagfaktor=6; // kalibrasyon için değişken atandı
int maxanalogdeger=475; // ölçümler sonucu sensörlerin verdiği maksimum // analog değer için sabit atandı
int Servomerkez=1500; // Servo 90 dereceye ayarlandı
int Servomax=Servomerkez+800; // maksimum servo derecesi ayarlandı int Servomin=Servomerkez-800; // minimum servo derecesi ayarlandı int poz;
int Solsag;
int Skala;
int ortanalogdeger;
int Solsensor;
int Sagsensor;
Servo Servom;
void setup() {
Servom.attach(9); // servo sinyal kablosunun 9 numralı digital pine bağlandığı // belirtildi
Servom.writeMicroseconds(Servomerkez); // servonun pozisyonu ayarlandı pinMode (IRled,OUTPUT);
void loop() {
Sensorcikisi();
Takip();
} void Sensorcikisi()
{
digitalWrite(IRled,HIGH); // çevreden gelen ve yansıyan ışığı öğrenmek için // kızılötesi ledler yakıldı
delay(2); // gecikme
Solsensordeger=analogRead( Solsensor); // sol sensördeki değer okundu // (çevre + yansıyan)
24
Sagsensordeger=analogRead( Sagsensor); // sağ sensördeki değer okundu
digitalWrite(IRleds,LOW); // sadece çevreden gelen ışığı ölçmek için // kızılötesi ledler söndürüldü
delay(2);
Solsensordeger=Solsensordeger-analogRead(Solsensor); // yansıyan kızılötesi değeri // (çevre +yansıyan-çevre)
Sagsensordeger= Solsensordeger-analogRead( Sagsensor); // sağ sensördeki kızılötesi // ışık değeri
ortanalogdeger=(Solsensordeger+Sagsensordeger)/2; // iki sensörün ortalaması void Takip ()
{ if (
ortanalogdeger<maxanalogdeger) {
if (poz>maxanalogdeger)poz=poz-5;
if (poz<maxanalogdeger)poz=poz+5;
} else {
Skala=(Solsensordeger+Sagsensordeger)/Solsagfaktor
if (Solsensordeger>Sagsensordeger) // sol sensor değeri sağ sensöreden büyükse // motor sol tarafa yönlendirildi
{
Solsag=(Solsensordeger-Sasensordeger)*5/Skala;
poz=poz-Solsag;
}
if (Solsensordeger<Sasensordeger) {
Solsag=(Solsensordeger-Sasensordeger)*5/Skala;
poz=poz-Solsag ; // sağ sensor değeri sol sensöreden büyükse // motor sağ tarafa yönlendirildi }
}
25 4. SONUÇLAR
Hareketli nesne takibi ve konum tespiti projesinde öncelikle hareketli nesneyi algılayacak bir kızılötesi algılayıcı oluşturulmuştur. Kızılötesi algılayıcının, gündüz vaktinde güneş ışığı, akşam vaktinde ise floresan lambalardan etkilendiği deneysel olarak görülmüştür. Bu nedenle mikroişlemci devresinde yazılan yazılımda bu etkileri ortadan kaldıracak bir kod bütünü yazarak önüne geçilmiştir.
Mikroişlemci devre, algılayıcı ve servo motor, yazılan yazılım doğrultusunda bir bütün olarak çalıştırılmıştır. Çalışmada görülen aksaklıkların temeli olarak kızılötesi iletişimin çevresel faktörlerden oldukça yüksek etkilendiği gözlemlenmiştir.
Hedef olarak başlangıçta yapılacak olan algılayıcı devresinin geliştirilerek nesne algılama mesafesinin arttırılması planlanmıştır. Ancak ortalama 20 cm. kadar bir mesafede nesne algılaması yapılabilmiştir. Bunun sebebi olarak yukarıda da gösterildiği üzere teorik olarak kızılötesi ışınımın çevresel faktörlere tepkisinin yüksek olmasıdır.
Projede kullanılan hareketli nesnenin de boyutu arttırılmış ve rengi beyaz özellikli seçilmiştir. Nesnenin boyutu, rengi ve hızı, yapılmış olan algılayıcı devresinin karşısına bir zorluk olarak gelmiştir.
Şekil 4.1’de proje çalıştırılmış ve algılayıcılarda elde edilen veriler ölçülmüştür.
Verileri derleyerek grafik olarak çizdirilmiştir. Grafiğe göre yatay eksen herhangi bir nesnenin algılayıcılara olan uzaklığını göstermektedir. Dikey eksen ise fototransistörlerin verdikleri analog çıkış gerilimleridir. Nesne, algılayıcılara çok yakın olduğu zaman fototransistörlerin çok farklı çıkışlar verdiği gözlemlenmiştir. Bunun nedeni olarak algılayıcıların bir kör bölgesi olduğu anlaşılmıştır. Belirli bir uzaklıktan sonra algılayıcı çıkışlarında herhangi bir çıkış farklılığı gözlemlenemiştir. Doğal olarak sadece çevresel etmenlerin yani güneş ışınığını oluşturduğu etki kalmıştır.
26
Şekil 4.1. Sağ ve sol algılayıcıların uzaklık gerilim grafiği 0
0.5 1 1.5 2 2.5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Sol Algılayıcı Sağ Algılayıcı
Gerilim (V)
Uzaklık(cm)
27 5. DEĞERLENDİRME
Bu çalışmanın ana amacı hareket eden bir nesnenin yakalanması ve nesnenin referans seçilen bir noktaya olan uzaklığının saptanmasıdır. Hareketli nesne takip projeleri incelendiğinde kızılötesi iletişim pek tercih edilen bir yöntem değildir. Daha çok video işleme, lazer ile iletişim ve termal kızılötesi ile nesne yakalama tercih edilmektedir. Bu tür sistemler maliyet açısından bu projedeki sisteme göre oldukça pahalıdır. Bu nedenle kızılötesi iletişimin düşük fiyatlı olması ve kısa mesafelerde iletişime müsait olması nedeniyle tercih edilir.
Projede yapılan sisteme birçok ilave özellik eklenebilmektedir. Örneğin daha çok kızılötesi led ve fototransistör grubu oluşturularak daha büyük ancak karmaşık bir sistem oluşturulabilir. Oluşturulan bu algılayıcı sisteminin daha uzun mesafelere çıkabilidiği gözlemlenmiştir. Ancak sistem o kadar büyük olmaktadır ki portatiflik açısından bir handikap oluşturmaktadır.
Kızılötesi iletişim yerine ses ile iletişim de tercih edilebilir. Ancak ses ile nesne takibi yapmak birçok sıkıntıya sebep olmakdır. Örneğin ses ile nesne takibi yapılırsa çevresel etmenler, yüzey şekli ve boyutu sıkıntı oluşturmaktadır. Ayrıca nesnenin hızı algılayıcı için bir kısıtlamadır.
28 KAYNAKLAR
[1]. E.I. Konukseven, B. Kaftanoglu, "Robot end-effector based sensor integration for tracking moving parts", Knowledge-Based Intelligent Engineering Systems and Allied Technologies, 2000. Proceedings. Fourth International Conference on, On page(s): 628 - 634 vol.2 Volume: 2, 2000
[2]. J.A. Kay, "The use of infrared viewing systems in electrical control equipment", Pulp and Paper Industry Technical Conference, 23-23 June, 2005, Jacksonville, FL, page(s):291 – 295
[3]. Optik Temelli Hareket (2013) homepage on HAMIT.BILKENT [Online].
Available: http://www.hamit.bilkent.edu.tr/optiktemellihareket.html
[4]. K. Çetin, Endüstriyel Elektronik Uygulama Devreleri, 1. baskı, İstanbul, Türkiye:
Birsen Yayıncılık, 2004.
[5]. E. Zhang, W. Jiang, Y. Kuang, M.A. Umer, "Active RFID positioning of vehicles in road traffic", Communications and Information Technologies (ISCIT), 2011 11th International Symposium on, On page(s): 222 – 227
[6]. E.M. Amar, X. Maldague, "Classifying Tracked Objects and their Interactions from Infrared Imagery", Electrical and Computer Engineering, 2006. CCECE '06.
Canadian Conference on, On page(s): 2194 - 2198
[7]. R. C. Gonzalez, R. E. Woods, "Digital Image Processing", Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc., Boston, MA, 1992
[8]. C. R. Wren, A. Azarbayejani , T. Darrell , A. P. Pentland, "Real-Time Tracking of the Human Body", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, v.19 n.7, p.780-785, July 1997
[9]. R. Cutler , L. Davis, "View-Based Detection and Analysis of Periodic Motion", Proceedings of the 14th International Conference on Pattern Recognition-Volume 1, p.495, August 16-20, 1998
[10]. I. H. Altas, "A Fuzzy Logic Controlled Tracking System For Moving Targets", 12th IEEE International Symposium on Intelligent Control, ISIC'97, July 16-18, 1997, Istanbul, Turkey, pp.43-48.
[11]. O. Ö. Mengi ve I. H. Altas, "Hareketli Nesneler için Konum Denetimi ve İzleme Denetimi", Otomasyon Dergisi, sayfalar: 74-79, Mayıs, 2006.
[12]. G. Bal, Özel Elektrik Makinaları, 3. baskı, Ankara, Türkiye: Seçkin Yayıncılık, 2006.
[13]. (2013) The Arduino website. [Online]. Available: http://www.arduino.cc/
