Embed Size (px)
Citation preview
ARDUINO UNO UYGULAMA SETİNİN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ
1Öğr. Gör. Emre ÖZDEMİRCİ, Karatekin Üniversitesi, Çankırı / Türkiye,
2Uzm. Çağatay ERSİN, Karatekin Üniversitesi, Çankırı / Türkiye,
Özet: Günümüz teknolojileri incelendiğinde mikrodenetleyiciler önemli bir yer tutmaktadır. Meslek liseleri
ve Meslek yüksekokullarda mikrodenetleyici eğitimi önem arz etmektedir. Yakın zamana kadar
mikrodenetleyici eğitimi PIC ailesi ile sınırlı kalmaktaydı. Günümüzde ise Arm, Atmega, Arduino, IoIo,
Raspery Pi v.b.mikrodenetleyici ve geliştirme kartları dâhil olmuştur. Bu çalışmada, Arduino Uno
mikrodenetleyici geliştirme kartı için, bir eğitim yılı içerisinde yapabilecek bütün uygulamaları kapsayacak
bir uygulama seti tasarlanmıştır. Uygulamalar, üç devre kartı olarak gruplandırılmıştır. Uygulama devre
kartları, uygulama derslerinde okulumuz öğrencileri tarafından yapılmıştır. Ayrıca, laboratuvar
derslerinde öğrencilerimiz Arduino Uno uygulama setini kullanmaktadır. Böylelikle, öğrencilerin
uygulama setinin üretilmesi, kullanımı ve onarımı işlemlerinde aktif olarak görev alması sağlanmıştır.
Anahtar Kelimeler: Mikrodenetleyiciler, Arduino Uno, Uygulama seti. Alan Kodu:K6, K7, M1.
REALIZATION OF APPLICATION SET FOR ARDUINO UNO Abstract- Microcontrollers have an important place when examined today's technology. The training of
microcontroller is important in technical high schools and vocational schools. Microcontroller training
was limited by the PIC family until recently. However today, Arm, Atmega, Arduino, IoIo, Raspberry Pi
etc. microcontrollers and development boards are involved. In this study, an application set, for the Arduino
Uno microcontroller development card, designed to cover all applications that could be done in a training
year. The applications are grouped into three circuit boards. Application circuit boards were made by our
school students in the application lessons. In addition, our students use the Arduino Uno application set in
laboratory lessons. Thus, students are actively involved in the production, use and repair of the application
set.
Keywords - Microcontrollers, Arduino Uno, Application set. Area Code: K6, K7, M1.
1. Giriş
Elektronik ve haberleşme teknolojisi alanında son yılarda meydana gelen hızlı
gelişmeler analog sistemlere göre yüksek doğruluk ve hızda işlem yapan
mikrodenetleyicilerin (MC) çok değişik alanlarda kullanılmalarına olanak sağlamıştır
(Özcan & Günay, 2009: 307). Üniversite, Meslek Yüksekokulları ve Meslek liselerinin
elektronik ve bilgisayar bölümü mezunlarının mikrodenetleyici/mikroişlemci tasarımı ile
ilgili giriş derslerini alması şarttır (Bachnak, 2005: 207-213).Mezunların eğitimi boyunca
en azından dijital giriş çıkış, analog dijital dönüştürücü, LED uygulamaları, 7 segment
display, LCD, çeşitli sensör uygulamaları, PWM üretimi, keypad ve motor sürme gibi
temel uygulamaları yapabilme yeteneğine sahip olmaları gerekmektedir(Chaya, 2002: 7). MC eğitimi söz konusu olduğunda PIC‘ ler hobi ve endüstriyel uygulamalarda
oldukça popülerdir. Ancak günümüzde daha geniş kapsamlı fonksiyonlara sahip Ardunio,
Raspery Pi gibi geliştirme kartları da gelişmiştir. Mikrodenetleyici geliştirme kartlarının
gelişmesi ve giriş çıkış pinlerinin kartlar üzerinde kullanılabilir olması, devre
tasarımlarında değişik kombinasyon denemelerine ve MC deneylerini daha kolay
gerçekleştirmeye olanak sağlamaktadır. Bu çalışmada, eğitim öğretim kapsamında mikrodenetleyici eğitimi süresince
öğrencilerin gerçekleştirecekleri uygulamalar seçilmiştir. Seçilen uygulamalar, kapsamları ve
deney çeşitlilikleri açısından üç ana grupta toplanmıştır. Her bir grup için,
MESTEK 2017 | 4. Ulusal Meslek Yüksekokulları Sosyal Ve Teknik Bilimler Kongresi Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi, 11-13 Mayıs 2017, BURDUR.
829
Arduino Uno geliştirme kartına monte edilebilen devre kartları tasarlanmıştır. Kartların modüler tasarımı sayesinde, oluşabilecek bir arıza durumunda sadece ilgili devre kartı üzerinde onarım işlemi yapılabilmektedir.
Uygulama seti çalışmalarında, kullanıcının geliştirilen kart dışında deney yapmasına olanak sağlamak için her uygulama kartı üzerinde harici çıkışlar belirlenmiştir.
Gazi Üniversitesi’nden Yrd. Doç. Dr. Fecir Duran ve Funda Demir, 2011 yılında eZdsp TMS320F2812 işlemcisi için benzer bir set tasarımı gerçekleştirmiştir(Demir &
Duran, 2011: 423-428). 2016 yılı içerisinde ise tasarlanan uygulama setinin daha genel bir versiyonunu gerçekleştirmiş bulunmaktayım(Özdemirci & Karhan, 2016: 381-390).
Arduino Uno için tasarlanan uygulama kartlarının devre şemasının çizimi ve simulasyonu için Proteus ISIS çizim programı, baskı devresinin çizimi için Proteus ARES
çizim programı kullanılmıştır. Programlama işlemleri ise Arduino IDE kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
2. Uygulama Setinin Gerçekleştirilmesi
Bu çalışmada, bir elektronik devre kartının geliştirilmesi, imalatı ve mevcut devre
üzerinde kullanılacak mikrodenetleyicinin programlanması eğitimlerinin daha etkili ve
kolay bir şekilde sağlanması amaçlanmıştır. Gerçekleştirilen uygulama seti ile kullanım
ve eğitimin kolaylaştırılması ve yaygınlaştırılması hedeflenmektedir. Çalışmada, derste
öğretilen teorik bilgiyi destekleyecek nitelikte, programlama ve sistem analizi eğitimi de
sağlanmaktadır.
Bu hedeflere ulaştıracak deney seti; derste öğretilen teorik bilgiyi destekleyen deney yapmasına olanak tanıyan, devre elemanları güncel, ucuz ve kolaylıkla elde
edilebilir, kullanımı basit, öğrenci gözetimsiz çalıştığında zarar verecek parça içermeyecek şekilde tasarlanmalıdır. Ayrıca kullanımı sırasında gereksinim duyduğu
cihazlar laboratuarda bulunan standart cihazlar olmalıdır (Engin & Engin, 2007: 35-44).
Arduino Uno mikrodenetleyici geliştirme kartı kullanılarak, analog giriş çıkış, dijital giriş çıkış, seri iletişim, PWM (PulseWitdhModulation), ADC (Analog Digital Converter) ve kesme özelliklerini kapsayan uygulamalar gerçekleştirilebilmektedir.
Çalışma kapsamında üretilen uygulama kartları kullanılarak,
• LED- Buton uygulamalarını,• LCD Display uygulamalarını,
• Servo Motor uygulamalarını,,
• DC Motor- PWM uygulamalarını,
• Bluetooth iletişim uygulamalarını,
• Wi-Fi iletişim uygulamalarını,
• Kızıl ötesi iletişim uygulamalarını,• Real Time Clock (RTC) uygulamalarını,• Ultrasonik mesafe sensörü, Çizgi izleyen uygulaması, PIR hareket sensörü
uygulamalarını,• Analog ve Dijital sıcaklık, nem ve ışık sensörü uygulamalarını
gerçekleştirebilecektir.
830
Uygulama kartları, Arduino Uno geliştirme kartı ile tam uyumlu olarak kullanılmaktadır. Ancak, isteğe bağlı olarak 2,54mm header kablo bağlantıları ile
Arduıno, IoIo veya Raspberry Pi gibi geliştirme kartları ile uyumlu olarak kullanılabilmektedir.
Kart tasarımları Proteus programı kullanılarak tasarlanmıştır. Programlama için kullanıcının tercihine bağlı olarak istenilen program kullanılabilir. PIC ailesi MC'ler
bilgisayar üzerinden programlanmak için Brenner 9 programlayıcı devresine ihtiyaç duyar. Adı geçen diğer MC’ler ile bu işlem, dahili USB bağdaştırıcılar üzerinden
gerçekleştirilmektedir.
Resim 1, Uygulama seti
Uygulama setine ait kartları Şekil 1’de görülmektedir. Kartlar, Arduino Uno geliştirme kartı ile tam uyumludur. Uygulama kartlarının tasarımları (Soldan sağa) temel
uygulamalar, LCD uygulamaları ve kablosuz haberleşme uygulamaları olarak üç grup
halinde tasarlanmıştır. Devre kartlarının tasarım aşamasında, besleme problemlerinin önüne geçmek için,
LM 7805 regüle devresi kartlara entegre edilmiştir. Böylelikle DC ve Servo motor uygulamalarında gerekli akım harici bir batarya üzerinden temin edilebilecektir.
2.1. Arduino Uno Uygulama Kartlarının Gerçekleştirilmesi
Uygulama setinin kullanılmasında gerçekleştirilen uygulama kartları, uygulama
çeşitlerine göre üç grup halinde tasarlanmıştır. Her bir kart üzerinde bulunan harici çıkış pinleri ile deney kombinasyonları isteğe bağlı olarak geliştirilebilir. Uygulama çeşitleri
seçilirken, devrelerin sadeliği, kullanılan ekipmanların temin ve kullanımının kolay ve sade olmasına, Meslek Lisesi ve Yüksekokul müfredatlarına önem verilmiştir.
831
2.1.1. Temel Uygulama Kartı
Kullanıcının, MC eğitimleri için en temel uygulama niteliği taşıyan temel giriş çıkış kontrollerini öğrenmesi hedeflenmiştir. Kartın kullanımı ile;
• LED- Buton uygulamalarını,
• Servo Motor uygulamalarını,
• DC Motor- PWM uygulamalarını,• Ultrasonik mesafe sensörü, Çizgi izleyen uygulaması, PIR hareket sensörü
uygulamalarını,• Analog sıcaklık, ışık sensörü uygulamalarını gerçekleştirebilecektir.
Şekil 1, Temel uygulama kartının açık şeması
PIR, Ultrasonik ve çizgi izleyen olarak ayrılan giriş çıkış pinleri, gerçekleştirilen kartın kullanımı esnasında harici uygulamaların yapılmasına da olanak sağlamaktadır. Deneyler esnasında dikkat edilmesi gereken bir husus ise, kullanılacak I/O pinine bağlı
832
olan anahtar konumunun kontrol edilmesidir. Kart üzerinde dört adet pin, birden fazla uygulama için konumlandırılmış ve yapılacak uygulamaya göre anahtar konumu belirtilmiştir. Kullanıcı uygulama çeşidine bağlı olarak doğru konumda kullanmalıdır.
Resim 2, Temel uygulama kartı (Monte edilmiş hali (a), üstten görünüşü(b))
2.1.2. LCD Uygulama Kartı
Gerçekleştirilen bir uygulama da en önemli kısımlardan biri de, kullanıcının devre çalışmasını aktif olarak görülebilmesidir. Devre çalışmalarında görüntüleme işlemi için
2x16 LCD display kullanılmıştır. Kart üzerinde dahili bulunan LCD yerine, LCD pinleri ve harici pinler kullanılarak TFT dokunmatik ekran kullanılması da mümkündür.
Kartın kullanımı ile;
• (RTC) saat-tarih uygulamalarını,
• LM-35 sıcaklık sensörü uygulamalarını,
• Servo Motor uygulamalarını,
• Buton uygulamalarını,
• DHT-11 sıcaklık ve nem sensörü uygulamalarını gerçekleştirebilecektir. Mevcut sabit uygulamaların yanı sıra, kart üzerine konumlandırılmış harici giriş
çıkış pinler ile, kullanıcıya serbest çalışma olanağı sağlanmıştır. Gerçekleştirilen kart üzerinde bulunan uygulamalar, LCD kullanımında, eğitim
dönemi içinde kullanım sıklığı düşünülerek seçilmiştir. Öğrenim veya hobi amaçlı kullanımlarda, öğrenmeyi hızlandırması amaçlanmıştır.
833
Şekil 2, LCD uygulama kartı açık şeması
Resim 3, LCD uygulama kartı ve Kablosuz haberleşme uygulama kartı
834
2.1.3. Kablosuz İletişim Uygulama Kartı
Gerçekleştirilen uygulama kartı tasarımında, eğitimde sıklıkla kullanılan,
Bluetooth, Wi-Fi ve IR kablosuz haberleşme devreleri tercih edilmiştir. Bu modüller,
kullanıcının noktadan noktaya veya bir ağ yapısı şeklinde bağlantı yapmasına olanak
sağlamaktadır. Kullanıcı veri transferi yapmak istediğinde uygun mesafeye göre
Bluetooth, Wi-Fi veya IR kablosuz haberleşme devrelerini kullanabilmektedir. Yakın
mesafe veri transferlerinde Bluetooth, IR uzak mesafe veri transferlerinde genellikle Wi-
Fi modülü kullanılabilmektedir. Yapılan çalışma haberleşme alanında birçok uygulamayı
gerçekleştirmektedir. Kart üzerinde bulunan hazır haberleşme modülleri sayesinde
kullanıcıya zamandan tasarruf sağlanmaktadır.
Şekil 3, Kablosuz iletişim kartı açık şeması
3. Sonuç
Gerçekleştirilmesi ve uygulanmasının kolay olması amaçlanan modüler MC uygulama seti, kullanıcıların çalışmalarında donanımsal hazırlığı ile zaman kazandıran,
portatif olması ile taşıma ve saklama kolaylığı sağlayan bir set olarak karşımıza çıkmıştır.
835
Uygulama seti üzerinde bulunan uygulama devreleri sayesinde veri algılama, kontrol ve algoritma geliştirme uygulamaları yapılabilmektedir. Bu da hobi ve eğitim amaçlı uygulamalarda geniş kullanım alanı sağlamaktadır.
Öğrenicilerin, Arduino Uno uygulama setinin gerçekleştirilmesi safhasında görevlendirilmesi donanımsal açıdan, aktif çalışma kontrol işlemi için algoritma geliştirme safhasında görevlendirilmesi kodlama açısından da eğitime katkı sağlamıştır.
Bölümümüz öğretim elemanlarından Öğr. Gör. Mustafa TEKE, Mikrodenetleyiciler dersi laboratuvar uygulamalarında, gerçekleştirilen Arduino Uno
uygulama setlerini kullanmış ve kolay kullanımı ve öğrencilerin ilerlemesindeki olumlu etkilerinin teyit etmiştir.
4. Kaynaklar
Bachnak R. (2005). Teaching microcontrollers with hands-on hardware experiments. Journal of Computing Sciences in Collegesarchive, 20(4), 207 – 213.
Chaya H. (2002, June). An embedded systems course using the PIC microcontroller. Proc. of the 2002 ASEE Annual Conference, Montreal.
Demir F., & Duran F. (2011 Mayıs). 6th International Advanced Technologies
Symposium (IATS’11), Elazığ.
Özdemirci E., Karhan M. (2016, Nisan). Modüler Denetleyici Uygulama Setinin Gerçekleştirilmesi. 3. Ulusal Meslek Yüksekokulları Sosyal ve Teknik Bilimler Kongresi, Aydın.
Engin M., & Engin D. (2007). Mikroişlemciler Dersi Laboratuvarı için yeni Deney Seti Tasarımı. CBÜ Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi, 2(8), 35-44.
Özcan M., Günay H. (2009). Mikrodenetleyici Geliştirme Seti Tasarım ve Uygulamaları. Selçuk Üniversitesi ISSN 1302/6178 Journal of Technical-Online Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu 8(3), 307.
