50
T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK- ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA ROBOTU GÜLSÜM ÇINAR 196090 UFUK ALAGÖZ 196133 MUSTAFA KIZILDAĞ 196070 YRD. DOÇ. DR. ADNAN CORA Mayıs 2012 TRABZON

T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

  • Upload
    others

  • View
    14

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

LİSANS BİTİRME PROJESİ

ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA ROBOTU

GÜLSÜM ÇINAR 196090

UFUK ALAGÖZ 196133

MUSTAFA KIZILDAĞ 196070

YRD. DOÇ. DR. ADNAN CORA

Mayıs 2012

TRABZON

Page 2: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca
Page 3: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

LİSANS BİTİRME PROJESİ

ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA ROBOTU

GÜLSÜM ÇINAR 196090

UFUK ALAGÖZ 196133

MUSTAFA KIZILDAĞ 196070

YRD. DOÇ. DR. ADNAN CORA

Mayıs 2012

TRABZON

Page 4: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca
Page 5: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

III

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU

Gülsüm ÇINAR, Ufuk ALAGÖZ ve Mustafa KIZILDAĞ tarafından Yrd. Doç. Dr.

Adnan CORA yönetiminde hazırlanan ‘Arazi Tipi Mayın Tarama Robotu’ başlıklı lisans

bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme

Projesi olarak kabul edilmiştir.

Danışman: Yrd. Doç. Dr. Adnan CORA ……………….

Jüri Üyesi 1: Öğr. Gör. Cahit ALTAN ……………….

Jüri Üyesi 2: Doç. Dr. Haydar KAYA ………………..

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

Page 6: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca
Page 7: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

V

ÖNSÖZ

Bu projenin gerek teorik gerekse pratik olarak hazırlanmasında yol gösterici olan

kıymetli hocamız Sayın Yrd. Doç. Adnan Cora’ ya ve Öğr. Gör. Oğuzhan Çakır, Arş. Gör.

Ayhan Yazgan ve Arş. Gör. Emin Tuğcu’ ya şükranlarımızı sunmak istiyoruz. Ayrıca

şimdiye kadar bize teorik ve deneysel olarak öğrettikleri ile bizi bu projeyi

gerçekleştirebilecek seviyeye getiren tüm hocalarımıza, öğretim ve araştırma görevlilerine,

maddi ve manevi olarak eğitim ve öğretim hayatımıza yön veren ailelerimize de teşekkür

ederiz.

Mayıs,2012

Gülsüm Çınar

Ufuk Alagöz

Mustafa Kızıldağ

Page 8: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca
Page 9: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

VII

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

Lisans Bitirme Projesi Onay Formu III

Önsöz V

İçindekiler VII

Özet XI

Semboller ve Kısaltmalar XIII

1. Giriş 1

2. Teorik Altyapı 3

2.1 Robotik Sistemlerin Tanımı 3

2.2 Robotik Sistemlerin Tasarımı İçin Teorik Altyapı 3

2.2.1 Robotun İşlevinin Tespit Edilmesi 3

2.2.2 Amaca Uygun Algılayıcıların Belirlenmesi 4

2.2.3 Robotun Mekanik Tasarımı İçin Teorik Altyapı 4

2.2.4 Elektronik Devre Tasarımı ve Motorlar İçin Teorik Altyapı 5

2.2.5 Mikrodenetleyici 6

3. Tasarım 7

3.1 PIC 16F877A ve Yapısı 7

3.2 Motorlar 9

3.2.1 Servo Motorlar ve Özellikleri 10

3.2.2 SM-I4303R Servo Motor 11

3.3 Algılayıcılar 13

3.3.1 Algılayıcı Çeşitleri 13

3.3.2 MZ80 Endüstriyel Sensör 14

Page 10: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca
Page 11: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

IX

3.4 Regülasyon Devresi 15

3.5 Metal Detektör Devresi 18

3.5.1 Osilasyon Devresi 19

3.5.2 Frekans – Gerilim Dönüştürücü 22

3.6 El Detektörü 24

3.7 LCD 24

3.8 Programlama 26

3.8.1 LCD nin programlanması 28

3.8.2 Tuş Takımından Okuma Yapılması 28

3.8.3 Servo Motorların Programlanması 29

4. Sonuçlar 30

5. Yorumlar ve Değerlendirme 31

Kaynaklar 32

Ekler 33

Ek 1. Standartlar ve Kısıtlar Formu 33

Özgeçmiş 35

Page 12: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca
Page 13: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

XI

ÖZET

Gerçekleştirilen proje belirli bir alanda mayın tarayan robotik bir sistemdir. Piyasada

bulunan bir oyuncak arabanın gövdesi üzerinde gerekli çalışmalar yapılarak bu projeye

uygun hale getirilmiştir. Öncelikle servo motorların döndürebileceği tekerlek türü

belirlenmiştir. Bu nedenle arka tekerler çıkarılıp yeni tekerlerin montesine engel olabilecek

kısımlar kesilerek motorlar karşılıklı olarak yerleştirilmiştir. Bu aşamadan sonra tasarımda

yer alan diğer konular ele alınmış ve gövde bu çalışmalar için tekrar düzenlenerek son

halini almıştır.

Lisans Bitirme Projesi için hazırlanan bu tezin gövde kısmında, projeye temel oluşturan

teorik çalışmalara yer verilmiştir. Bu doğrultuda yapılacak tasarımda dikkat edilecek

hususlar belirlenmiş ve tasarım konularına da yer verilmiştir.

Pratikte kullanılacak tüm parçalar için seçenekler araştırılmış ve yapılan denemeler,

tezde yer alan çizelgelerdeki özellikleri dikkate alınarak en uygun parçalar seçilmiştir. Bu

seçimlerin ardından proje gerçekleştirilmiş ve mekanik olarak kullanıma uygun hale

gelmiştir. Bir adet kızılötesi MZ80 sensör, bir adet PIC 16F877A, bir adet LCD CA1602H

ekran, 2 adet tam tur servo motor, metal detektörü, ve gerekli besleme voltajı elde etmek

için LM7805 gerilim regülatörü kullanılmıştır. Bu adımdan sonra robotun hareketi için

gerekli yazılım pratikte sürekli denenerek kullanılan mikrodenetleyiciye yüklenmiştir.

Page 14: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca
Page 15: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

XIII

SEMBOLLER VE KISALTMALAR

ADC : Analog-digital converter

Akü : Akümülatör

cm : Santimetre

CPU : Central processing unit

DC-AC : Direct current – alternative current

FET : Field effect transistor

GPS : Global positioning system

gr : Gram

kHz : Kilohertz

kW : Kilowatt

LCD : Liquid cristal display

LDR : Light dependent resistor

mA : Miliamper

mW : Megawatt

mm : Milimetre

ms : Milisaniye

nF : Nanofarad

ns : Nanosaniye

rpm : Round per minute

Page 16: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

1

1. GİRİŞ

“Metal detektörlü arazi robotu” konulu bu projede; mikro denetleyici, detektör devresi

ve algılayıcıların kontrolünde engellere çarpmadan ilerleyen, verilen konum bilgileri

doğrultusunda belirtilen alanı tarayarak metal içerikli cisimleri saptayan bir robot

geliştirilmesi amaçlanmıştır. Proje, mekaniksel, donanımsal ve yazılımsal kısımlar olarak

üç temel aşamada tasarlanmıştır.

Donanımsal bölüm; motorlar, sensör ve detektör devresinden oluşmaktadır. Robotun

hareketini sağlayan 360 derece dönüş açısına sahip iki adet dc servo motorun yönü ve hızı

mikro denetleyiciye yüklenen program yardımıyla kontrol edilmektedir. Projede kullanılan

kızılötesi endüstriyel sensör yaydığı kızıl ötesi ışığın cisimlere çarpıp geri yansıması

prensibiyle çalışmakta ve söz konusu tasarımda mikrodenetleyiciye yüklenen algoritma

vasıtasıyla engel algılamak amacıyla kullanılmaktadır. Sensörün algılama mesafesi engel

olarak tanımlanan cisimlerin şekline ve rengine göre değişiklik göstermekle beraber

yaklaşık olarak 80 cm dir.

Projenin önemli aşamalarından biri olan metal detektör devresi ise; osilatör, frekans-

gerilim ve analog - dijital dönüştürücülerinden oluşmaktadır. Osilasyon devresi temel

olarak yaklaştırılan metal cismin devredeki bobinin endüktansını etkilemesine bağlı olarak

osilasyon frekansının değişmesi prensibine dayanır. Osilasyon frekansında meydana gelen

değişiklerin mikro denetleyiciye aktarılma işlemini mümkün hale getirmek için frekans –

gerilim dönüştürücü LM33 entegresi kullanılarak tasarlanmıştır. Frekanstaki değişikliğin

gerilime dönüştürülmesinden sonra bu analog veri dijital veriye çevrilerek mikro

denetleyiciye aktarılır ve böylece robotun metal içerikli madde tespiti durumunda geri

bildirim yapması sağlanmış olmaktadır. Robotun mekaniksel kısmı hazır bir omurgada

yapılan değişikler ve düzeltmelerden ibarettir.

Yazılım ise mikro denetleyicinin motorları, sensörü ve detektör devresini yani

donanımsal bölüm elemanlarını kontrol ettiği algoritamalardan oluşmaktadır.

Robot tasarımı üzerine yapılan çok sayıdaki çalışmaya gelişen teknolojinin paralelinde

her gün bir yenisi eklenmektedir. Bahsi geçen tasarımlar amaca, işlevselliğe ve maliyete

göre farklılık göstermekle beraber tüm bu çalışmaların en genel amacı insan hayatını

Page 17: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

2

mümkün olduğunca kolaylaştırmak yönündedir. Bu projede gerçekleştirdiğimiz robot da

metal içerikli mayınların tüm arazi koşullarında tespit edilerek, insan hayatının tehlikeye

girmemesi amaçlanmaktadır. Mayın detektörlü arazi robotu tasarımı bazı ek donanımlar

kullanılarak geliştirilmeye son derece açık olması yönüyle gelecek vadeden bir projedir.

Yapılan tasarım paralelinde hazırlanan raporun sonraki kısımları mekaniksel, donanımsal

ve yazılımsal aşamaların anlatıldığı üç ana bölümle devam etmektedir. Proje ile bilgiler

yapılan teorik araştırmalar ve deneysel veriler altında söz konusu üç bölüm altında ayrıntılı

olarak paylaşılmıştır.

Page 18: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

3

2. TEORİK ALTYAPI

2.1 Robotik Sistemlerin Tanımı

Robotlar; mekanik ve elektriksel sistemlerden meydana gelen, çeşitli algılayıcılar

vasıtası ile çevresini, kullanıma amacına uygun ve programlandığı gibi algılayabilen ve bu

amaca uygun bir şekilde hareket eden, duran aygıtlardır. Bir sistemin robot olarak

adlandırılabilmesi için algılayıcı veya algılayıcılar bulundurması, algıladıklarını

yorumlayan bir programa ve amaca hizmet edecek fiziksel donanıma sahip olması gerekir.

Kullanılan sensörler, program ve fiziksel donanım robotun kullanım amaçlarına göre

farklılıklar gösterecektir.

Teknolojideki gelişmeye bağlı olarak robotların kullanım alanları her geçen gün

artmaktadır. Otomotiv, tekstil gibi mekanik üretim alanları başta olmak üzere ar-ge, uzay

teknolojileri, tıp, askeri alanlar, havacılık, uzay ve deniz araştırmalarında, eğlence sektörü

vb. alanlarda robotlar sıkça kullanılmaktadır. Bu alanların yanı sıra nükleer santral gibi

insan sağlığını olumsuz etkileyecek ortamlarda da kullanılması kaçınılmazdır. Bu ve

benzeri amaçlarda kullanılan robotlar yine kullanım amaçlarına göre çeşitli avantajlar

sağlar. Mekanik üretim faaliyetlerinde kullanılan robotlar; maliyeti azaltmakta, zaman

kazancı sağlamakta ve iş kazası riskini önemli ölçüde azaltmaktadır. Bunun yanında askeri

alanlarda kullanılan robotlar da can kaybı riskini en aza indirmektedir.

2.2 Robotik Sistemlerin Tasarımı İçin Teorik Altyapı

2.2.1 Robotun İşlevinin Tespit Edilmesi

Robot tasarımının ilk aşaması, robotun hangi amaç için kullanılacağının belirlenmesidir.

Bu amaç belirlenirken, kullanılacağı alanda ne gibi avantajlar sağlayacağı, uygulanabilir ve

geliştirilebilir olması dikkat edilecek konulardır. Bunun yanı sıra maliyeti ve donanımsal

kısıtlamalar gibi optimizasyon konuları da dikkate alınmalıdır. Bütün bu kriterler göz

önüne alınarak, metal mayınları tespit edebilecek bir robotun gerçekleştirilmesine karar

verilmiştir.

Page 19: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

4

2.2.2 Amaca Uygun Algılayıcıların Belirlenmesi

Şekil 1 de görülen çeşitli algılayıcılar; ısı, basınç, manyetik alan vb. fiziksel

büyüklüklerin değişimi algılayarak onları elektriksel büyüklüklere çeviren sistemlere

verilen addır. Birçok endüstriyel uygulamada kullanılan algılayıcılar robot tasarımında ise

kullanım amacının belirlenmesinden sonra arazi koşullarında karşılaşılabilecek fiziksel

engeller, ölçüm yapılması istenen büyüklükler, algılanacak koşullar vb. konular

düşünülerek tespit edilirler.

Şekil.1 Algılayıcılar (endüktif, kapasitif, optik)

2.2.3 Robotun Mekanik Tasarımı İçin Teorik Altyapı

Robotun mekanik tasarımı robot işlevi, kısıtlamaları gibi konular için en önemli tasarım

konularıdır. Mekanik tasarım yapılırken; robotta kullanılacak elektronik devreler, kontrol

ünitesi, motorlar, besleme kaynakları (akü ya da pil), algılayıcılar ve diğer mekanik

aksamlar uygun şekilde tasarlanmalıdır. Bu aygıtların ağırlıkları, fiziksel olarak

kaplayacakları alan, elektriksel olarak harcayacakları güç göz önüne alınarak tasarım

gerçekleştirilmelidir. Robotun mekanik tasarımı çoğu zaman üretim problemleri ve maliyet

açısından sınırlı seçenek ve koşullarda çözümlenebilir. Bu çözümler arasından, hazır

modül kullanmak ya da önceden oluşturulmuş mekanik sistemlerin omurgasından

faydalanmak daha kolay ve ergonomik çözüm sağlar. Şekil 2 de yer alan metal detektörlü

robotun gövdesi ve ön tekerleri daha önce oluşturulan bir sistemin şasesi kullanılarak

tasarlanmıştır.

Page 20: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

5

Şekil.2 Metal detektörlü robotun fiziksel görünüşü.

2.2.4 Elektronik Devre Tasarımı ve Motorlar İçin Teorik Altyapı

Mekanik tasarımdan sonraki konu bu mekanik aksamın hareketini uygun şekilde

sağlayabilecek motorların ve temel elektronik devrelerin tasarlanmasıdır. Robotun motoru

seçilirken, kullanılan mekanik aksam, sistemin ağırlığı ve robotun çalışma alanı

incelenerek gerekli devir sayısı, motorun çalışma gerilimi, çektiği akım gibi faktörler ile bu

koşulların sağlanabilmesi için gerekli motor sayısı ve çeşidi belirlenir. Bu projede bu gibi

koşullar dikkate alınarak 2 adet tam tur dönen servo motor kullanılması kararlaştırılmıştır.

Bunun yanı sıra detektör devresi için 1 adet yarım tur servo motor kullanılması

planlanmıştır.

Tasarımda önemli konulardan biri de elektronik devre tasarımıdır. Bu projede ise robot

işlevi açısından metal detektör devresi kullanılacaktır. Bunun yanı sıra farklı gerilimlerle

beslenen devre bölümlerini beslemek üzere regülasyon devresi ve metal detektör

devresinin çıkışındaki frekans değişimini gerilim değişimine dönüştüren devre de

tasarlanmıştır.

Page 21: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

6

2.2.5 Mikrodenetleyici

Bu aşamada robotun kullanım amacına, Şekil 3 de yer alan akış diyagramına hizmet

edebilecek ve elektronik devre tasarımına uygun mikrodenetleyici ve kullanılacak

programlama dili ön araştırmalarla belirlenmiştir. Kullanılacak mikrodenetleyici PIC

16F877A olarak seçilmiştir.

Şekil 3. Robot tasarımı ve akış diyagramı

Page 22: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

7

3. TASARIM

3.1 PIC 16F877A ve Yapısı

Mikrodenetleyiciler; programlanabilen, bir programı içerisinde depolayıp çalıştırabilen

ve bu özelliklerinden dolayı elektronik sistemlerin kontrolünde sıkça kullanılan devre

elemanlarıdır. Bir mikrodenetleyici temel olarak, işlemci (CPU), programlanabilen giriş-

çıkış (I/O), bellek ve saat darbe üreteci birimlerinden oluşan elektriksel yapıdır. Bu temel

birimlerinin yanında zamanlayıcı, ADC, darbe genişlik modülatörü (PWM) vb. birimler de

mikrodenetleyicilerin yapısında bulunabilir.

Projede kullanılan, PIC 16F877A; Şekil 4 de görüldüğü gibi 40 bacaklı ve oldukça

geniş bir kullanım alanına sahip bir mikrodenetleyicidir. Bu denetleyici; metal detektörlü

arazi robotu projesinde tasarlanan aracı kontrol etmek, engel algılayıcıdan gelen bilgileri

değerlendirmek, detektör devresinden gelen bilgiyi aracın kontrolünde kullanmak için

seçilmiştir. Buton devresiyle araç için taranacak alan bilgisi ve bu bilgilerin LCD ekran

üzerine aktarılması da yine bu denetleyici sayesinde gerçekleştirilmiştir. Ve Şekil 5 deki

gibi bağlantı yapısına sahiptir.

Şekil 4. PIC 16F877A

Page 23: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

8

Şekil 5. PIC 16F877A bacak bağlantı yapısı[1]

PIC 16F877A mikrodenetleyicisinin işlem hızı DC-20 MHz dir. Bunun anlamı, bir

komutun 200 ns hızında çalışmasıdır. Çizelge 1.’de görüldüğü gibi 8Kx14 word flash

ROM, 256 byte eeprom, 368 byte RAM olmak üzere 3 farklı bellek bloğu bulunmaktadır.

Timer 0 ve Timer 2 8 bitlik, Timer 1 ise 16 bitlik olmak üzere 3 farklı zamanlayıcı

vardır. Mikrodenetleyici üzerinde10 bitlik çok kanallı analog-dijital dönüştürücü, devre içi

RC osilatör, ve darbe genişlik üreteci de vardır. Bu denetleyici düşük güçle çalışabilir;

kaynak akımı yaklaşık 25 mA dir. Sıcaklık toleransı da yüksektir. Eeprom bellek

bulundurması nedeniyle yüklenen program silinip yeniden yüklenebilir.

Page 24: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

9

Çizelge 1. PIC 16F877A özellikleri [2]

Çalışma hızı DC-20 MHz

Program belleği 8Kx14 word flash ROM

Eeprom belleği 256 byte

Kullanıcı RAM 968x8 byte

Giriş/çıkış port sayısı 33

Zamanlayıcı Timer 0. Timer1, Timer2

A/D Çevirici 8 kanal, 10 bit

Paralel slave port 8 bit, harici RD, WR ve CS kontrolü

3.2 Motorlar

Motorlar; elektriksel, kimyasal vb. enerji türlerini mekanik enerjiye dönüştüren

mekanizmalardır. Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren elektrik motorları ise,

robotik projelerinin vazgeçilmez elemanlarıdır. Prensip olarak elektrik enerjisini manyetik

enerjiye çevirerek hareket sağlarlar. Şekil 6 da görüldüğü gibi temel olarak doğru-alternatif

akım ve hibrit motorlar olarak 3’e ayrılırlar.

Şekil 6. Elektrik motorlarının sınıflandırılması

Page 25: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

10

Doğru akım motorları; robotik projelerde ve endüstriyel uygulamalarda sıkça

kullanılırlar. Doğru akım motorlarının çalışma prensibi, bir bobin üzerinden geçen akımın

neden olduğu manyetik alanın oluşturduğu kuvvetin mil üzerinde döner bir hareket

oluşturmasıdır. Genel olarak yüksek hızlı, düşük torklu ve küçük motorlardır.

Alternatif akım motorları; beslendikleri alternatif akımı mekanik enerjiye çeviren

mekanizmadır. Üzerlerinde oluşan manyetik alanla döner alanın senkron veya asenkron

olması ve kaç fazla çalıştıkları üzerinden gruplara ayrılabilirler. Elektrik enerjisi

üretiminde jeneratör olarak, endüstriyel uygulamalarda yüksek güç gerektiren alanlarda

kullanılırlar.

Üniversal motorlar; uygulanan gerilimin genliğinin değiştirilerek motor hızının kontrol

edildiği ve doğru veya alternatif akımla çalışabilen motorlardır.

Hibrit motorlar ise elektriksel enerjiyi veya alternatif bir enerji kaynağını mekanik

enerjiye çeviren motorlardır.

3.2.1 Servo Motor ve Özellikleri

Servo motorlar DC-AC olmak üzere iki çeşidi bulunan, sayısal kontrollü araçlarda ve

robotik uygulamalarda çok sık kullanılan motor çeşididir. En önemli özelliği

programlanabilen bir mil sistemine sahip olmalarıdır. Oldukça küçük boyutlu olabilmeleri

robotik projelerinde kullanılmalarının en önemli sebeplerindendir.

Servo motorlar bir dc motorun şaftının dişli sistemiyle bir potansiyometreye

bağlanmasıyla oluşturulur ve üzerindeki dahili kontrol devresi potansiyometredeki voltaj

bölünmesine göre servonun konumunu algılar ve böylece gelen sinyalle kıyaslanıp

motorun istenilen pozisyona dönmesini sağlar[3].

Standart bir servo; Şekil 7 de görüldüğü gibi rotor, faz sargısı, redüksiyon dişlileri ile

servo kasasından oluşur ve genellikle 180 derecelik dönüş açısına sahiptirler.

Page 26: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

11

Şekil 7. DC servo motor iç yapısı

Bu motorlar küçük yapılarına rağmen farklı güç seçenekleri sunabilecek şekilde

üretilirler. Dc servo motorların ürettikleri güç 1 kW’ a kadar çıkabilir. Ve programlanabilir

milleri sayesinde harici bir motor sürücü devresi gerektirmeden kullanıldıkları için avantaj

sağlarlar. Diğer avntajları ise, herhangi bir hızda yüksek tork üretmeleri ve çabuk yön

değiştirme özellikleridir.

3.2.2 SM-İ4303R Servo Motor

Söz konusu işlev, çalışma koşulları, robot gövdesi ve diğer mekanik donanımların

ağırlıkları elektriksel özellikleri mümkün olduğu kadar göz önünde bulundurularak SM-

İ4303R Servo Motor seçilmiştir. Bu seçimde motorun boyutunun küçük olması, tam tur

dönebilmesi, ağırlığı ve gereken torku sağlayabilmesi etkili olmuştur. SpringRC firması

tarafından üretilen SM-İ4303R Servo Motorun özellikleri Çizelge 2’ deki gibidir.

Page 27: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

12

Çizelge 2. SM-İ4303R Servo Motorun Özellikleri [4]

Boyutları (mm) 41.3x20.2x40.7

Ağırlığı (gr) 44

RPM (r/m) 6V 70

RPM (r/m) 4.8V 60

Tork (kg.cm) 6V 4.8

Tork (kg.cm) 4.8V 3.3

Dönüş açısı 360 derece

Metal detektörlü arazi robotunun hareketi, Şekil 8’ de görülen 2 adet SM-İ4303R servo

motorla sağlanmıştır.

Şekil 8. SM-İ4303R Servo Motor

Page 28: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

13

3.3 Algılayıcılar

Genel çalışma prensipleri Şekil 9 da verilen algılayıcılar; analog veya dijital çıkış

verebilmeleri ve algıladıkları büyüklükler olarak gruplara ayrılabilirler. Mekanik, termal,

kimyasal ve elektriksel büyüklükleri algılayabilirler. Pasif algılayıcılar, aktif algılayıcılar

ve sayısal algılayıcılar olmak üzere ayrılırlar. Sistem kontrol birimine nasıl etki ettikleri

Şekil 9 da gösterilmiştir.

Şekil 9. Algılayıcıların genel çalışma prensibi

3.3.1 Algılayıcı Çeşitleri

Pasif sensörler; rezistif, endüktif ya da kapasitif dönüşütürücülerdir ve kullanıldıkları

devrede mutlaka dış besleme kaynağına ihtiyaç duyarlar. Rezistif algılayıcılar dc ya da ac

kaynakla beslenebilirler ve fiziksel büyüklük olarak yer değiştirme, hareket ve kuvveti

elektrik enerjisine dönüştürürler. Işık etkili dirençler (LDR), potansiyometreler, gerilme

ölçerler(strain gauge), rezistans termometreler, termistörler, endüktif algılayıcılar ve

kapasitif algılayıcılar pasif sensör sınıfına dahil edilebilirler [5].

Aktif algılayıcılar; çalışmaları için harici bir enerjiye ihtiyaç duymayan algılayıcılardır.

Elektromanyetik algılayıcılar, kızılötesi algılayıcılar termoelektrik algılayıcılar en önemli

çeşitleri olup endüstride devir sayısı, sıcaklık, basınç vb. ölçmede robotikte ise engel

algılamada kullanılabilirler. Bu algılayıcılar sürekli işret üretirler ve dijital-analog

dönüştürücü kullanılmazsa çıkışlarından analog işaret alınır.

Pasif ve aktif algılayıcılar ölçme işlemlerinde ölçülecek fiziksel büyüklükleri zamana

bağlı elektriksel büyüklüklere yani analog çıkışa döndüren elemanlardır.

Page 29: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

14

Analog çıkışlı sensörlere göre verilerin uzun mesafelerde iletilmelerini sağlamaları

nedeniyle kullanım amaçlarına göre avantajlı olabilirler[5].

3.3.2 MZ80 Endüstriyel Sensör

Sensörler, robotik projelerde farklı amaçlarla kullanılan cihazlardır. Bu amaçlar yine

projenin işlevi, gereksinimleri ve kullanılacağı ortam şartlarıdır. Bu kriterlere göre farklılık

gösterirler ve genellikle engel algılamak, takip etmek veya saptamak ve yön bulmak

olmaktadır. Metal detektörlü arazi robotunda kullanılan sensör de ağırlığı, büyüklüğü,

tepkime süresi, algılama mesafesi ve açısı gibi faktörler göz önüne alınarak seçilmiştir.

Şekil 10 da görülen MZ80 endüstriyel kızıl ötesi sensör; verici ve alıcının birlikte

bulunduğu, cisimlere çarpıp geri yansıyan ışığı algılayarak cismi tespit edebilen bir infared

(kızılötesi) algılayıcı içermektedir. Sensörde bulunan verici kısım kızılötesi ışığı

algılayıcının özelliğine göre değişen bir açıyla yayar ve bu açı ne kadar genişse sensörün

algılama açısı o kadar büyüktür. Herhangi bir engele çarpan ışın engelin yüzey

özelliklerine bağlı olarak geri yansır ve sensörün alıcısı tarafından algılanır. Böylece engel

tespit edilmiş olur. Sensör çıkışının uygun bir program ile kodlanmasıyla engel ile

karşılaşması durumunda optimum bir çözüm üretilebilir. Bu sensörün özellikleri Çizelge 3

de gösterilmiştir.

Çizelge 3. MZ80 kızılötesi endüstriyel sensör özellikleri

Algılayıcı çıkışı Dijital

Menzil 3 cm - 80 cm

Tepkime süresi 2 ms

Algılama açısı 15°

Ağırlık 21 gr

Boyutlar 17mmx45mm

Çalıştığı sıcaklık aralığı -25°C,+55°C

Page 30: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

15

Şekil 10. MZ80 kızılötesi endüstriyel sensör

3.4 Regülasyon Devresi

Regülasyon devreleri, girişteki akım ve gerilim değişimleri karşısında çıkış gerilimini

ya da akımını sabit bir değerde tutan devrelerdir. Endüstride kesintisiz güç kaynakları,

telekomünikasyon cihazları, aydınlatma birimleri, televizyon vericileri vb. elektrikli

aletlerde farklı şekilde tasarlanıp kullanılmaktadır.

Metal detektörlü arazi robotu projesinde regülasyon devresi güç kaynağı olarak

kullanılan 9V luk bataryadan LCD ekran, tuş takımı, sensör ve PIC için gerekli olan 5V

luk gerilimi sağlamak amacıyla kullanılmıştır. Bunun yanında 6V luk bataryalar detektör

devresinin ve servo motorların beslenmesi için doğrudan kullanılmıştır. Şekil 11 de

kullanılan bataryalar ve besledikleri devrelerin blok diyagramları görülmektedir.

Page 31: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

16

Şekil 11. Besleme elemanları

Regülatör devresinin tasarımında, bu tür devrelerde sıklıkla kullanılan 7805 entegresi

kullanılmıştır. Regülasyon devresinin yapısı şekil 12 de görüldüğü gibidir. Bu devre 7,5 V

ile 36 V arasında değişen giriş gerilimini +5V’luk çıkış geriliminde sabit tutan bir

entegredir.

Şekil 12. Regülasyon devresi

Page 32: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

17

Regülasyon devresinde kullanılan 7805 entegresinin çalışma prensibi Şekil 13 de yer

alan blok şemada gösterilmiştir.

Şekil 13. 7805 entegresinin çalışma prensibi blok şeması

Şekil 14 de yer alan LM 7805 entegresinin çalışma prensibi farklı işlevlerdeki 5 adet

blok devre ile anlatılabilir. 1 numaralı blok, 2 numaralı bloktaki devreye referans gerilimi

sağlamak amacı ile kullanılmıştır. Devre bir adet npn transistör, transistörün bazı ile toprak

arasına bağlanmış zener diyot ve emetör çıkışındaki gerilim bölücü dirençlerden oluşur. 2

numaralı blok, çıkış gerilimini karşılaştıran bir fark yükseltecidir. Karşılaştırma

sonucundaki gerilim farkının oluşturduğu akım 3 numaralı bloğa gelir. 3 numaralı blokta

yer alan Darlington çifti bu fark akımını yükselterek 4 numaralı blokun girişine aktarır ve

bu kısım 3 adet npn transistör ve zener diyottan oluşur. Fark yükseltecinden gelen akım bu

devreyi besler ve bu bölüm çıkış geriliminin sabit kalması için kullanılmıştır.

Page 33: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

18

Şekil 14. LM7805 Entegresi

3.5 Metal Detektör Devresi

Metal detektörler metal cisimlerin tespit edilmesi için günlük hayatta da askeri alanlar

da yaygın olarak kullanılan elektronik cihazlardır. Çalışma frekansları birkaç kHz ile 120

kHz arasında değişen cihazlar genel olarak elektromanyetik dalga gönderme ya da alma

prensibine göre çalışır ve çalışma prensipleri bazı özelliklerine göre farklılıklar gösterir.

Fakat bütün metal detektör devrelerinde elektromanyetik alan üreten bobinler mevcuttur.

Bir bobinin veya herhangi bir metalin manyetik alan üretmesi içinden geçen akımın

sonucudur ve bu olay amper yasası olarak bilinir. Oluşan manyetik alanın yönü akım

yönüne bağlı iken; manyetik alan şiddeti bobin üzerinden geçen akım, sarım sayısı ve

bobinin geometrik yapısına bağlı olarak değişir. Blok yapısı Şekil 15 deki gibi olan ve

proje için tasarlanan metal detektörü; osilasyon devresi, frekans-gerilim dönüşütürücü ve

analog-dijital dönüşütürücü olmak üzere 3 bölümde tasarlanmıştır.

Page 34: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

19

Şekil 15. Metal detektör blok şeması

3.5.1 Osilasyon Devresi

Osilasyon; ölçülebilen mekanik, elektriksel ya da elektromekanik büyüklüğün merkezi

bir referans değere göre zamana bağlı olarak iki ya da daha fazla durum arasında

tekrarlanan değişikliktir. Osilatörler temel olarak pozitif geribesleme kuvvetlendirici

birimlerinden oluşan, belirli frekanslarda sinüs, karedalga, üçgen gibi formlardaki işaretleri

üretmeye yarayan araçlardır. Şekil 16 da temel bir osilasyon devresinin çalışma prensibi

blok şema üzerinden görülmektedir. Osilatörlerin yükselteç bloğunda yükseltme özelliğine

sahip aktif devre elemanları olan transistörler, fetler, işlemsel yükselteçler kullanılır.

Pozitif geribesleme bloğu osilatörün türünü ve çalışma frekansını belirleyen ve farklı

şekillerde tasarlanabilen kısmıdır.

Şekil 16. Osilasyon devresi çalışma prensibi

Page 35: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

20

Osilatör devreleri genel olarak; RC osilatörleri, LC osilatörleri ve kristal osilatörler

olarak sınıflandırılabilirler. RC osilatörleri alçak frekanslı osilasyonlar üretir ve pozitif

geribesleme katı; direnç ve kondansatörlerden oluşur. LC osilatörleri daha yüksek

frekanslarda sinyaller elde edebilmek için kullanılırlar ve pozitif geri besleme katları

kapasite ve bobin elemanlarından oluşur. Kristalli osilatör devreleri ise tam ve kararlı bir

osailasyon elde edebilmek için, mevcut osilatör devrelerinde pozitif geri besleme katında

pizoelektrik yapıya sahip kristallerin kullanılması ile oluşturulur.

Bu proje de yer alan devre için Şekil 17 de görülen LC Colpitts osilatörü kullanılmıştır.

Şekil 17. Osilasyon devresi

Osilasyon devresi dizaynında kullanılan CD4093 entegre devresi içerisinde iki girişli 4

adet nand kapısı bulunduran bir devredir. Nand kapısı girişlerinin ikisinin de lojik-1 olamsı

durumunda lojik-0, diğer durumlarda ise lojik-1 olan lojik devre elemanıdır. Çalışma

Page 36: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

21

sıcaklığı(-40°C, 85°C) dahil özellikleri projeye uygun olan bu devrenin girişine 3-18V

arasındaki gerilimler uygulanabilir ve bağlantı diyagramı Şekil 18 de ve osilasyon

devresinin açık şeması da Şekil 19 da gösterilmiştir.

Şekil 18. CD4093 iç yapısı

Şekil 19. Osilasyon devresi açık şeması

Page 37: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

22

Tasarlanan osilasyon devresinin çalışma frekansı Denklem(1) deki gibi pozitif

geribesleme katındaki bobin ve kapasitelere bağlıdır.

f = 1/(2π.√(L.(C1.C2)(C2+C1))) (1)

Osilasyon devresinde pozitif geribesleme elemanı olan bobin, aynı zamanda datektör

devresinde arama bobini olarak görev yapar. Bobin herhangi bir metal cisme

yaklaştırıldığında osilasyon devresinin frekansının, yaklaştırılan cismin cinsine, boyutuna

bağlı olarak değiştiği gözlemlenmiştir. Osilasyon frekansındaki bu değişim arama

bobininin endüktasındaki değişimin kareköküyle ters orantılıdır. Bu değişim Denklem (2)

deki gibi ifade edilir.

)/ (2)

L= bobin endüktansı,

N= sarım sayısı,

µo= boşluğun manyetik geçirgenliği,

µr= bağıl manyetik geçirgenlik,

s= kullanılan telin kesit alanı,

= kullanılan telin uzunluğu.

Herhangi bir metal bobine yaklaştırıldığı zaman metalin ferromanyetik özelliğinden

kaynaklanan yüksek manyetik geçirgenliği, metalin cinsine bağlı olarak endüktans değerini

dolayısıyla frekansı değiştirir.

3.5.2 Frekans-Gerilim Dönüştürücü

Osilasyon devresinin frekansında metal yaklaştırıldığında meydana gelen değişiklik

mikrodenetleyiciye aktarılabilecek programlamaya uygun bir veri değildir. Frekanstaki bu

analog değişim dijitale çevirilmesi gerekir ve bu oldukça zor bir işlemdir. Fakat frekans

değişimi gerilim değişimine çevirilirse mikrodenetleyicinin algılayabileceği bir değişim

Page 38: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

23

elde edilmiş olur. Bu amaca uygun şekilde tasarım yapabilmek için Şekil 20 de görülen

frekans-gerilim dönüştürücü dizayn edilmiştir.

Şekil 20. Frekans –gerilim dönüşütürücü.

Osilasyon devresindeki çıkış frekansı arama bobinine metal yaklaştırılmadığı tekdirde

sabittir. Denklem(1) kullanılarak hesaplanan endüktans değeri ve bu değerin denklem(2)

de kullanılması ile bulunan osilasyon frekansı Çizelge 4 de gösterilmiştir.

Çizelge 4. Osilasyon devresi endüktans ve frekans değerleri

l= 20 m, N=40, bobin çapı: 13 cm, bakır telin çapı: 0.3 mm

Endüktans (L) 499,2 mikro Henry

Frekans (f) 100.739 kHz

Devreye bir metal yaklaştırıldığında metalin cinsine bağlı olarak endüktans ve dolayısı ile

frekans değişecek bu değişim gerilim değişimine dönüştürülerek ADC ye aktarılır.

Page 39: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

24

3.6 El detektörü

Metal detektörü için yapılan uzun çalışmalar sonucu gerçekleştirilen devreler metal

algılaması yapabilmektedir. Fakat pratiğe uygun şekilde sağlıklı sonuçlar veren bir devre

gerçekleştirilememiştir. Metalin algılanması sonucu robot hareketinin belirlenmesi yani pic

devresine bu algılamanın uygun şekilde aktarılabilmesi için Şekil 21 de görülen piyasada el

detektörü olarak kullanılan devre kullanılmıştır. Devre üzerinde bulunan buzzer elemanı

uçlarından alınan gerilim farkı, 2 adet diyot vasıtası ile 6 volttan 4.8 volta düşürülerek pic

girişine aktarılmıştır. Böylece metal tespitinin sağlıklı şekilde yapılıp, alarm sesinin

duyulması ve servo motorların durması sağlanmıştır.

Şekil 21. Kullanılan meal detektör devresi

3.7 LCD

LCD ekran olarak Şekil 22 de görülen Hitachi CA1602H LCD ekran kullanılmıştır. Bu

ekran vasıtası ile tuş takımından servo motorlar için koordinat girişi gösterimi ve kontrolü

yapılacaktır. Pic ile LCD arasındaki bağlantı 4 bit olarak tasarlanmıştır. Ve bacak

bağlantıları Çizelge 5 de gösterilmiştir.

Page 40: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

25

4 bit ve 8 bit olmak üzere iki tip veri yolu kullanma şekli vardır. Aradaki tek fark 8

bitlik LCD nin daha hızlı çalışmasıdır. Gerçekleştirilen proje gereği 4 bitlik LCD bağlantısı

yeterli görülmüş ve uygulama gereği 4 bitte 7-10 pinleri boş bırakılmıştır.

Çizelge 5. 4 Bitlik LCD bacak bağlantıları

LCD Pinleri Pin işlevi

1 Toprak bağlantısı Vss

2 +5V (Vcc)

3 Kontrast ayar

4 RS (Register Select)

5 R/W (okuma-yazma)

6 E (enable)

7-14 Data girişleri

15 Arka aydınlatma, +5V girişi

16 Arka aydınlatma, Toprak

Şekil 22. LCD ekran ve tuş takımlı kumanda devresi

Page 41: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

26

3.8 Programlama

Proje kapsamında tasarlanan robotun istenilen amaçlara uygun bir şekilde görevlerini

yerine getirebilmesi için, PIC 16F877A mikrodenetleyicisine yüklenmek üzere Hi-tech C

programlama dilinde gerekli yazılım hazırlanmıştır ve akış diyagramı Şekil 23 de

gösterilmiştir.

Hazırlanan yazılımın işlevleri aşağıdaki gibi sıralanmıştır:

Tuş takımından girilen koordinat bilgilerine göre robotun hareketi için gerekli

komutu servolara göndermek.

LCD üzerinden girilen koordinat bilgilerinin gösterilmesini sağlamak.

Gerekli yerlerde sağ ve sol motoru kontrol ederek robotun ileri yönde sağa veya

sola hareketini sağlayan komutu göndermek.

Kızılötesi sensöründen gelen engel bilgisini değerlendirerek robot hareketini

kontrol etmek.

Metal detektöründen gelen algılama bilgisi değerlendirilerek robotun asıl işlevi

olan bu görevi yapmak.

Page 42: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

27

Şekil 23. Hazırlanan yazılımın akış diyagramı

Page 43: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

28

3.8.1 LCD nin Programlanması

LCD nin programlanması aşağıdaki komutlardan yola çıkılarak yapılmıştır.

lcd_init(); // lcd ilk ayarları yapıldı.

lcd_yaz("Koordinat Girin"); // lcd ye yazı yazdırıldı.

Burada lcd_init() komutu LCD nin ilk ayarlarının yapıldığı komuttur. Öncelikle RS, E

ve R/W uçları 0 yapılır ardından 15 ms bekleme sonrasında E ucu 1 yapılır. R/W ucu 0

olarak kalacaktır, bu LCD ye yazma modunun açık olduğu anlamına gelir. Ardından kaç

bitlik modda çalışacağı, ne yöne yazı yazılacağı, imlecin yanıp sönmesinin kullanılıp

kullanılamayacağı gibi özellikler de bu komuta dahil edilmiştir. Bu komutun ardından

LCD hazır hale gelir ve istenilen yazılar yazdırılabilir.

3.8.2 Tuş Takımından Okuma Yapılması

Tuş takımı için aşağıdaki program yazılmıştır.

while ( uckor < 2 ) // 2 eksenli koordinat girişi yapılacaktır

{ if ( RA0 == 1 ) // Tusa basıldı mı

{ DelayMs(10); // Güvenli okuma için biraz bekleme yapılıyor

if ( RA0 == 1 ) // Tekrar kontrol ediliyor

{ if ( ucKor == 0 ) // Girilen koordinat yatay eksen ise

{ yana = 1; // Yatay gidilecek yol

lcd_gotoxy(2,6);

lcd_yaz("1"); // LCD de gösterilecek yazı

while( RA0 == 1 ){} // Tuşa basıldığında bir işlem yapılmasın

}

else { // Girilen koordinat düşey eksen ise

ileri = 20; // Düşey gidilecek yol

Page 44: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

29

lcd_gotoxy(2,10);

lcd_yaz("1"); // LCD de gösterilecek yazı

while( RA0 == 1 ){};

}

uckor ++ ; // Koordinatı bir arttır

}

}

}

3.8.3 Servo Motorların Programlanması

Bir servo motorun kontrolü için picden servoya palslar gönderilir. Kulanılan servoda

ileri yönlü hareket için 2 ms uzunluğunda, geri yönlü hareket için 1 ms, durması içinse 1,5

ms uzunluğunda pals gönderilir. Genellikle iki pals arası 20 ms bekleme yapılır.

Örneğin aşağıdaki program ileri yönlü hareket için yazılmıştır.

RB1=1;

delayms(2);

RB1=0;

delayms(20);

Page 45: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

30

4. SONUÇLAR

Arazi Tipi Mayın Tarama Robotu Projesinde belirli bir alan için mayın taraması

yapabilecek bir sistem model olarak gerçekleştirilmiştir. Algılama metal detektör devresi

ile, engel algılama ise kullanılan kızılötesi sensör ile sağlanmıştır. Ve bütün bu veriler

mikrodenetleyici tarafından yüklenen yazılım ile kontrol edilip gerekli hareket

sağlanmıştır. Robotun hareketi bulunduğu yüzeye bağlı olarak doğrusal olarak yapması

öngörülmüştür. Bunun için servo motorlara bağlı tekerlere kauçuk maddeden elastik şerit

konulup zemine daha sağlam tutunması sağlanmıştır.

Robotun asıl işlevi olan metalin algılanıp robot hareketinin durması ve algılamanın

alarm sesiyle bildirilmesi el detektör devresi ile gerçekleştirilmiştir. Bu detektör

kullanacağımız öz metali yaklaşık 8 cm mesafeden algılayabilecek ve çıkış verebilecektir.

Bunun için detektör devresi mümkün olduğunca yere yakın tutulmaya çalışılmış ve

gerekli ölçüm mesafesi sağlanmıştır.

Yapılan teorik ve pratik çalışmalar sonucu gerçekleştirilen robot, kumanda

devresinden yapılan girişle belirlenen alanı tarayıp, zemin üzerinde konulan metali ve

önüne gelen engeli algılayıp hareketini kontrol etmiştir.

Page 46: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

31

5. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME

Askeri alanlarda kullanılması son derece uygun olan bu proje, model olarak

gerçekleştirilmiş ve gerekli sonuçlar elde edilmiştir.

Proje, geliştirilmeye son derece müsait bir şekilde tasarlanmıştır. Pek çok özellik ve

cihaz eklenip kullanım alanları genişletilebilir. Örneğin metal detektörü yerine askeri

alanlarda kullanılan mayınları tespit edebilen bir algılayıcı kullanılarak daha

uygulanabilir bir proje gerçekleştirilebilir. Bunun yanında yüklenen yazılım geliştirilip

algılayıcı sayısı arttırılarak karşılaşılacak engelden kaçma ve taramaya devam etme

işlemleri yapılabilir. Algılanan bölgenin tespiti için GPS sistem, kamera, kablosuz

haberleşme sistemi ile çok daha profesyonel bir sistem oluşturulabilir.

Page 47: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

32

KAYNAKLAR

[1] (2012) Datasheet website. [Online]. Available: http://www.alldatasheet.com/

[2] B. Eroğlu, “RS-232 Haberleşmeli Dokunmatik İmza Paneli”, Bitirme Tezi,

Yıldız Teknik Üniversitesi, 2009

[3] (2012) ODTÜ Robot Topluluğu Website. [Online]. Available:

http://www.robot.metu.edu.tr/

[4] (2012) Spring Motors Website. [Online]. Available: http://www.spring.com/

[5] K. Çetin, Endüstriyel Elektronik & Uygulama Devreleri, İstanbul, Türkiye,

2002.

Page 48: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

33

EKLER

Ek 1. Standarlar ve Kısıtlar Formu

1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız.

Projemizde, askeri alanlarda kullanılması öngörülen mayın tarama robotu tasarlanmıştır.

Tasarımda, mekanik tasarım ve donanımsal parçaların yanında yazılımsal kısım da

gerçekleştirilmiştir.

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

Hayır.

3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?

Önceki derslerimizde edindiğimiz teorik ve deneysel bilgilerimiz bu projemizdeki en

önemli yol göstericimiz olmuştur.

4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?

Herhangi bir mühendislik standardı kullanılmamıştır.

5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?

a) Ekonomi: Tasarım yapılırken gerekli olan tüm araç, gereç ve malzemelerin

maliyet analizleri önceden yapılarak en az maliyetle tasarım amaçlanmıştır.

b) Çevre sorunları: Projemiz arazi koşullarına göre tasarlanmış ve çevre ile ilgili bir

sorun teşkil etmeyecek şekilde gerçekleştirilmiştir.

c) Sürdürülebilirlik: Projemizin en önemli özelliklerinden bir tanesi ileriye yönelik

geliştirilebilir olmasıdır.

d) Üretilebilirlik: Endüstiyel alanda üretilmesi, maliyet ve üretim kolaylığı açısından

uygundur. Bunun için ekonomik veriler tekrar değerlendirilmiştir.

Page 49: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

34

e) Etik: Projenin gerçekleştirilmesi ve tez yazımı sürecinde etik konular dikkate

alınmış ve proje gerçekleştirilmiştir. Etik kısıtlar olarak tasarımın daha önce

gerçekleştirilmiş bir proje ile çok fazla ortak noktası bulunmaması ve özgün

olması konusunda dikkat edilmiştir.

f) Sağlık: Projenin asıl amacı insan sağlığını, mayın tehlikesine karşı korumaktır. Bu

konu, en az risk oluşturacak şekilde düşünülmüştür.

g) Güvenlik: Projenin gerçekleştirilmesi ve sonrasında güvenlik açısından bir

problem olmayacak şekilde iş süreci ilerlemiştir. Güvenlik açısından herhangi bir

problem yoktur.

h) Sosyal ve politik sorunlar: Sosyal ve politik açıdan bir sorun oluşturmayacak

şekilde proje gerçekleştirilmiştir.

Not: Gerek görülmesi halinde bu sayfa istenilen maddeler için genişletilebilir.

Projenin Adı Arazi Tipi Mayın Tarama Robotu

Projedeki Öğrencilerin

adları

Gülsüm ÇINAR, Ufuk ALAGÖZ,

Mustafa KIZILDAĞ

Tarih ve İmzalar 25.05.2012

Page 50: T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca

35

ÖZGEÇMİŞ

Gülsüm ÇINAR, 1988 yılının ekim ayında Samsun’da doğdu. İlköğretim ve lise

eğitimini Samsun’da tamamladı. 2007 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik -

Elektronik Mühendisliği Bölümüne başladı ve şuan 4. sınıfına devam etmektedir.

Ufuk ALAGÖZ, 1989 yılında İstanbul’da doğdu. İlköğretim ve lise eğitimini

İstanbul’da tamamladı. 2007 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik - Elektronik

Mühendisliği Bölümüne başladı ve şu an 4. sınıfına devam etmektedir. 2010 yılında DRB

Mühendislik Firması'nda ve 2011 yılında Carnegie Mellon Üniversitesi'nde Nanorobotik

üzerine stajlarını tamamladı. İleri düzeyde İngilizce bilgisine sahiptir. Proteus, Matlab,

Mplab gibi programlara ve C programlama diline orta düzeyde hakimdir.

Mustafa KIZILDAĞ, 1989 yılında Sakarya’nın Akyazı ilçesinde 4 çocuklu bir ailenin

2. çocuğu olarak dünyaya geldi. İlk ve orta öğrenimini Eskişehir’de, lise öğrenimini ise

Ankara’da yaptıktan sonra üniversite öğrenimi için Karadeniz Teknik Üniversitesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde 2007 yılından itibaren Trabzon’da

bulunmaktadır.