T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

HAREKETLİ NESNE TAKİBİ ve

KONUM TESPİTİ

228482 Ramazan KAYA 210219 Tahir KÖSE

Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ

Mayıs 2013 TRABZON

i

T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

HAREKETLİ NESNE TAKİBİ ve

KONUM TESPİTİ

228482 Ramazan KAYA 210219 Tahir KÖSE

Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ

Mayıs 2013 TRABZON

ii

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU

228482 Ramazan KAYA, 210291 Tahir KÖSE tarafından Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ yönetiminde hazırlanan “Hareketli Nesne Takibi ve Konum Tespiti” başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ ………………………………

Jüri Üyesi 1 : Prof. Dr. Cemil GÜRÜNLÜ ………………………………

Jüri Üyesi 2 : Öğr. Gör. Dr. Emre ÖZKOP ………………………………

Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ ………………………………

iii

ÖNSÖZ Bu projenin hazırlanmasında emeği geçenlere, projenin son halini almasında yol gösterici olan kıymetli hocam Sayın Prof. Dr. İsmail Hakkı ALTAŞ’a şükranlarımızı sunarız. Ayrıca bu çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğü’ne, Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığına içten teşekkürlerimizi sunarız. Her şeyden öte, eğitim hayatı süresince bizlere her konuda tam destek veren ailelerimize ve bize hayatlarıyla örnek olan tüm hocalarımıza saygı ve sevgilerimizi sunarız.

Mayıs, 2013 Ramazan KAYA Tahir KÖSE

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,

Haf

ta A

y

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 ∙sinα ∙ sinβsin(α + β) (3.1)

|0x| = d ∙𝑐𝑜𝑠 𝛼 ∙ 𝑠𝑖𝑛 𝛽sin(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

Ger

ilim

(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/

29

EKLER

EK-1 Standartlar ve Kısıtlar Formu

EK-2 Öğrenci Takip Formu

1

EK-1 Standartlar ve Kısıtlar Formu

Tasarım Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları cevaplayınız. 1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız.

Projenin üretim maliyeti çok küçüktür. Özellikle seri üretimi yapılırsa masraflar ve işçilik çok azalır. Tasarımı ve üretimi esnasında lisans alınmasına gerek yoktur ve büyük meblağlar harcanmaz. Ayrıca sistemin toplam boyutu küçüktür.

2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü?

Proje hakkında bir literatür çalışması yapıldığında işin özünü kavramak için teorik olarak bir donanıma sahip olmak gerekir. Hareketli nesnenin konum tespitini yapmak için geometrik olarak sinüs yasası kullanılmıştır.

3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?

Mikroişlemciler dersinde edinmiş olduğumuz yazılım bilgisi ve becerisi , kontrol sistemlerine giriş ve otomatik kontrol sistemleri derslerinden edinmiş olduğumuz kontrol edebilme mantığı kullanılmıştır. Elektronik derslerinde elde edilen bilgiler diyot, fototransistör ve darbe üreteci yapımında kullanılmıştır. Elektrik makinaları dersinde elde edinmiş olduğumuz bilgileri servomotor kullanımında faydalı olmuştur.

4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?

Sistemin gerçekleştirilmesi IEC TC 119 baskı devre, merkezi işlemci olarak kullanılan mikroişlemci TS EN 190110 ‘Sayısal Mikroişlemci Entegre Devreler’ TSE standardına, 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.

5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?

a) Ekonomi: Bu projenin yapımı için bölümümüzden herhangi bir destek alınmamıştır. Bu nedenle projenin tüm masrafları bize aittir. Projenin masrafları incelendiğinde kullanılan sarf malzemelerin ücreti oldukça azdır. Kullanılan servomotorlar ve mikroişlemci projenin büyük kısmını oluşturmaktadır.

b) Çevre sorunları: Bu projenin çevreye verdiği herhangi bir zararı yoktur. Kullanılan malzemeler RoSH kalite standardına uygundur.

c) Sürdürülebilirlik: Kızılötesi iletişimle hareketli nesne takibi yapılabildiği gibi halihazırda birçok

yöntem vardır. Yöntemlerin aralarındaki fiyat farkı ve teknolojisi oldukça farklıdır. Bu nedenle kısa mesafe ve az hassasiyette bu yöntemin sürekliliği oldukça yüksektir.

2

d) Üretilebilirlik: Projede kullanılan elemanlar rahatlıkla bulunabildiği ve seri üretimi yapılabileceği için üretiminde herhangi bir problem teşkili yoktur.

e) Etik: Bu projenin kullanıldığı sektörler bakımından topluma karşı herhangi bir etik sorunu yoktur. Ayrıca projenin farklı üretimi farklı bir sonuç oluşturacağından etik olarak rekabet söz konusu bile değildir.

f) Sağlık:

Sağlık konusuyla ilgili bir proje olmayıp belli standartlara uyulduğundan insan sağlığına da zararı yoktur.

g) Güvenlik: Askeri uygulamalarda, kamu güvenliğinde, trafikte birçok alanda

kullanılabileceği için ülke güvenliğine katkısı olacaktır. h) Sosyal ve politik sorunlar:

Projenin politik bir sorumluluğu yoktur. Endüstride üretim hatalarını azaltacağından dolayı üretilen mamüllerin fiyatı da azalacaktır. Topluma daha ucuz ve kaliteli mallar ulaşacaktır.

Projenin Adı Hareketli Nesne Takibi ve Konum Tespiti

Projedeki Öğrencilerin Adları 228482 Ramazan KAYA, 210219 Tahir KÖSE

Tarih ve İmzalar 24/05/2013

3

ÖZGEÇMİŞ

17.03.1991 Bursa doğumluyum. İlk ve orta öğretimimi Bursa/Orhangazi’de Koç

İlköğretim Okulu’nda tamamladım. Lise eğitimimi Orhangazi Öğretmen Eyüp Topçu

Anadolu Lisesi’nde devam ettirdim. Bu lisede İngilizce ve Almanca olarak yabancı dil

eğitimi aldım. 2009 yılında liseden mezun oldum. Üniversite eğitimi için 2009 yılında

Trabzon Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’ne

yerleştim. 2013 Haziran ayında mezun olacağım.

Ramazan KAYA

17.05.1990 Çankırı’nın Şabanözü ilçesinde doğdum. İlk ve orta öğretimi Ankara

Halide Ömer Uncuoğlu İlköğretim Okulu’nda tamamladım. Lise eğitimimi Ankara

Fethiye Kemal Mumcu Anadolu Lisesi’nde tamamladım. Bu lisede bir sene İngilizce

hazırlık okudum. 2008 yılında mezun oldum. Üniversite eğitimi için 2008 yılında

Trabzon Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’ne

yerleştim. 2013 Haziran ayında mezun olacağım.

Tahir KÖSE