T.C

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

AKILLI KAHVALTI TABAĞI

BİTİRME ÇALIŞMASI

179989 SAMET YILANCI

TRABZON 2011

T.C

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

AKILLI KAHVALTI TABAĞI

BİTİRME ÇALIŞMASI

1799989 SAMET YILANCI

PROF. DR. İ. HAKKI ALTAŞ

TRABZON 2011

II

ÖNSÖZ

Bu projenin ilk taslaklarının hazırlanmasında emeği geçenlere, projenin son halinin

almasında yol gösterici olan Sayın hocam Prof. Dr. Ġsmail Hakkı ALTAġ’ a, bu çalıĢmada

bana yardımcı olan Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü öğrencilerinden değerli

arkadaĢlarım Zafer SATILMIġ ve Cevat AĞIRMAN’ a en içten teĢekkürlerimi sunarım.

Ayrıca eğitimim süresince bana her konuda tam destek veren aileme ve bana hayatlarıyla

örnek olan tüm hocalarıma saygı ve sevgilerimi sunarım.

Samet YILANCI

TRABZON, 2011

III

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

ÖNSÖZ .................................................................................................................................. II

ĠÇĠNDEKĠLER .................................................................................................................... III

ÖZET ..................................................................................................................................... V

1. GĠRĠġ……………………………………………………………………………………………..1

1.1. Projede Kullanılan Malzemeler ...................................................................................... 3

1.1.1. Step Motor ................................................................................................................... 3

1.1.1.1. GiriĢ .......................................................................................................................... 3

1.1.1.2. Step motorların Kullanım Alanları ........................................................................... 5

1.1.1.3. Step Motorların Avantajları ..................................................................................... 5

1.1.1.4. Step Motorların Dezavantajları ................................................................................ 6

1.1.1.5. Step Motor Yapısı .................................................................................................... 6

1.1.1.6. Step Motor ÇalıĢma Prensibi .................................................................................... 7

1.1.1.7. Step Motorların Uçlarının Bulunması ...................................................................... 8

1.1.1.8. Step Motor Kontrolü ................................................................................................ 9

1.1.2. ULN2003A Entegresi .................................................................................................. 9

1.1.3. CNY 70 Sensör .......................................................................................................... 10

1.1.4. PIC16F628A Mikrodenetleyicisi .............................................................................. 11

1.1.4.1. Bellek Organizasyonu ............................................................................................ 12

1.1.4.2. Besleme Uçları Ve Bağlantıları .............................................................................. 13

1.1.4.3. Osilatör Konfigürasyonları ..................................................................................... 13

1.1.4.4. Sıfırlama ................................................................................................................. 14

1.1.4.5. GiriĢ / ÇıkıĢ ( I / O) Portları ................................................................................... 14

1.1.4.5.1. Port A .................................................................................................................. 15

IV

1.1.4.5.2. Port B ................................................................................................................... 16

1.1.4.6. Kesmeler ................................................................................................................. 17

1.1.5. Dirençler .................................................................................................................... 17

1.1.6. Mercimek Kapasite ................................................................................................... 18

1.1.7. Kristal Osilatör .......................................................................................................... 19

1.1.8. DC Güç Kaynağı ....................................................................................................... 20

1.1.9. Breadboard ................................................................................................................ 20

2. SĠSTEM TASARIMI ...................................................................................................... 22

2.1. GiriĢ .............................................................................................................................. 22

2.1. Sistemin Modellenmesi ................................................................................................ 22

2.2. Sistemin ÇalıĢma Prensibi ............................................................................................ 28

3. GELĠġTĠRĠLEBĠLĠRLER ............................................................................................... 31

4. SONUÇLAR ................................................................................................................... 32

5. KAYNAKLAR ................................................................................................................ 33

V

ÖZET

Projedeki yapılıĢ amacı akıllı bir kahvaltı tabağı yapmaktı. Büyük otellerde ve büyük

iĢletmelerde kullanılmak üzere yapılabilecek bir uygulama özelliklerde açık büfe menülerde

büyük kullanım kolaylığı sağlayacaktır. AnlaĢılması açısından örnek vermek gerekirse bir

iĢletmede sabah kahvaltısında büyük bir masanın etrafında yemek alacak kiĢilerin masanın

etrafını dolaĢmadan istediği yönde istediği yemeği alabilmesidir.

Uygulamada yapılabilirliği için daha küçük bir proje hazırlanmıĢtır. Yapılan uygulamada

tek katlı bir kontrol mekanizması yapılmıĢtır. Daha da kullanılabilir olması açısından iki,üç

veya dört katlı bir mekanizma düĢünülebilir.

1

1. GİRİŞ

Projede günlük hayatta rahatlıkla kullanılabilecek olan bir kahvaltı tabağı yapılmıştır.

Burada bir masanın etrafındaki kişiler masanın etrafını dolaşmadan istediği yönde istediği

yiyeceği alabimesi amaçlanmıştır. Bunun için kahvaltı tabağı 4’ e bölünüp bu 4 dilimi

temsilen masanın her bi tarafına 4 buton konulmuştur. Masanın herhangi bi köşesinde olan

kişi istediği yiyeceği o yiyeceğin isminin yazılı olduğu butona basıp önüne çağırarak o

yiyeceği alabilecektir.

Kahvaltı tabağı olarak kullanılacak olan diskin dönüşünü sağlamak için step motor

kullanılmıştır. Step motor kullanılmasının amacı hassas bir şekilde konum ve hız kontrolü

yapmak içindir. Step motora ilk enerji verildiğinde tabağın referans noktasını bulması

içinde CNY 70 sensör kullanılmıştır. Ayrıca projede kullanılan diğer devre elemanlarıda

aşağıda tanıtılmıştır.

Projenin tasarımı, modellenmesi ve diğer izlenen yollar aşağıda Tablo 1. ’deki çalışma

takviminde belirtilmiştir.

2

Tablo 1. Çalışma Takvimi

3

1.1. Projede Kullanılan Malzemeler

Projenin yapım aşamasında kullanılan malzemeler aşağıdaki Tablo 1.1. ‘ de

gösterilmiştir. Bu malzemelerin neden ve nerde kullanıldığı aşağıda açıklanmıştır.

Tablo 1.1. Projede Kullanılan malzemeler

1 adet Step motor

1 adet ULN2003A entegresi

1 adet 22 pF’ lık mercimek kapasite

7 adet 10 kΩ’luk direnç

1 adet 220 Ω’ luk direnç

1 adet CNY70 sensör

16 adet Push buton

1 adet 4 Mhz kristal osilatör

3 adet LED

1 adet DC güç kaynağı

1 tane PIC 16F628A mikrodenetleyicisi

1 tane Breadboard

1.1.1. Step Motor

1.1.1.1. Giriş

Step motorlar konum ve hareketin hassas olarak kontrol edilmesi gereken yerlerde

kullanılan özel motorlar olduğundan dolayı projede kullanılan motorun türü Şekil 1.1.1’ de

gösterilen step motordur.

Step motorların diğer elektrik motorlarından en büyük farkı bir elektrik motoruna enerji

verildiği zaman rotoru sürekli olarak döner. Eğer motora uygulanan enerji kesilirse dönme

olayı son bulur. Hâlbuki step motorlarda, rotorun dönmesi girişe uygulanan uyartı sayısına

4

göre değişir. Girişe bir tek uyartı verildiğinde, rotor tek bir adım hareket eder ve durur.

Daha fazla uyartı uygulanırsa, uyartı sayısı kadar adım hareket eder. [1]

İsminden de anlaşılacağı gibi step motorları, motorun sargılarından uygun olan birisine

gerilim uygulanarak kontrol edilirler. Motorun yapısına bağlı olarak, step motor 90, 45, 18,

7,5, 1,8… derece veya daha değişik açı aralıklarıyla dönebilir. Projede kullanılan step

motor 7,5 derece açı aralıklarıyla dönmektedir.

Darbe oranı değiştirilerek step motorun bir adımlık hareketi çok yavaşlatılacağı gibi

daha da hızlandırılabilir. Örnek vermek gerekirse projede kullanılacak olan step motorun

adım açısı 7,5 derece idi bu motoru 90 derece döndürebilmemiz için motora 12 adım

attırmamız gereklidir.

Step motorları saat yönünde veya tersi yönde dönebilirler. Bunun için faz sargılarına

uygulanan gerilimlerin sırası değiştirilir. Yapılan uygulamada kahvaltı tabağının dönüş

yönü hem saat yönü hemde tersi yönde döneceği için step motor projede çok büyük

kolaylık sağlamıştır.

Step motorlarının hangi yöne doğru döneceği, devir sayısı, dönüş hızı gibi değerler

mikroişlemci veya bilgisayar yardımı ile kontrol edilebilir. Projede PIC 16F628A

mikroişlemcisi kullanılarak step motor kontrol edilecektir.Sonuç olarak adım motorlarının

hızı, dönüş yönü ve konumu her zaman bilinmektedir. Bu özelliklerinden dolayı projede

Şekil 1.1.1. ‘ de görülen step motor kullanılacaktır.

Şekil 1.1.1. Projede kullanılan step motor

5

1.1.1.2. Step motorların Kullanım Alanları

Step motorlar çok uzun yıllardır var olmalarına rağmen seri üretim olarak kullanılmaları

ancak 1960’ dan sonraki yıllarda doğru akımla birlikte anahtarlama yapabilen

transistörlerin üretilmesiyle yaygınlaşmıştır. Daha sonra 1970’ li yıllardan beri özellikle

elektronikte ve mikroişlemci teknolojisindeki gelişmelerle birlikte step motorlarının

kullanımı dahada artmıştır. Günümüzde step motorları endüstride birçok kontrol

sistemlerinde, özellikle konum kontrolünde kullanılmaktadır. En çok yazıcılar, çiziciler,

disket sürücüler, harddisk sürücüler , kart okuyucular v.b. gibi bilgisayar donanımlarında

step motorlardan yararlanılmaktadır. Ayrıca kontrol sistemlerinde, CNC tezgahlar gibi bir

çok sistemde step motorlar kullanılmaktadır.

1.1.1.3. Step Motorların Avantajları

Step motorların yukarıda anlatılan avantajlarını sıralanırsa;

• Step motorlar dijital giriş işaretlerine hızlı bir şekilde cevap vermeleri nedeniyle

mikroişlemci veya bilgisayarlarla kontrol için en ideal motor türlerinden biridir.

• Step motorların hangi yöne döneceği, devir sayısı, dönüş hızı gibi değerlerin

mikroişlemci veya bilgisayar yardımı ile kontrol edilebilmesi, her an bu motorların dönüş

yönü, hızı ve konumunun bilinebilmesini sağlamaktadır. Bu da step motorları hassas

konum kontrolü gerektiren yerlerde kullanılmasını sağlar.

• Step motorların dijital girişlere cevap vermesi, geri beslemeye ihtiyaç duyulmaksızın

açık çevrim çalıştırılabilmesini sağlamaktadır. Yani açık çevrim çalıştırılan bir step motoru

ile hız, ivme ve konum kontrolü daha basit ve daha az maliyetle gerçekleştirilebilir.

Böylece alışılmış kararsızlık problemlerinin de önüne geçilmiş olur.

• Step motorlar, giriş işaretlerinin frekansına bağlı olarak çok geniş bir hız aralığında

rahatlıkla sürülebilirler.

• Step motorlar, herhangi bir konum ve hız kaybına yol açmadan defalarca durdurulup

çalıştırılabilirler. (Sürerken aniden durdurma ya da aniden ters yönde sürme isteğine karşı

mükemmel cevap verebilirler.)

6

• Aşırı yüklenmeden hasar görmezler, oldukça dayanıklıdırlar.

• Her yeni adımla artan konum hataları yoktur.

• Mekanik yapısı basit olduğundan bakım gerektirmezler.

• Yağlanma ve kirlenme problemleri yoktur.

1.1.1.4. Step Motorların Dezavantajları

Step motorların bir çok avantajı olmasına rağmen bazı dezavantajları vardır.Bunları

sıralarsak;

• Adım açıları sabit yani 7,5, 9, 15 derece gibi olduğundan rotordan alınan hareket sürekli

değil gelen darbe süresi kadardır.

• Verimleri düşüktür.

• Adım cevapları diğer motorlara göre büyük aşım ve salınımlıdır.

• Büyük yük sürülmesi gereken yerlerde kullanım alanları sınırlıdır.

• Sürtünme kaynaklı yüklerde konum hatası meydana getirebilirler.

• Elde edilebilecek çıkış gücü ve momenti belli aralıklardadır.

• Kontrol iyi edilmezse salınım meydana gelebilir.

• Yüksek hızlarda çalıştırmak kolay değildir.

1.1.1.5. Step Motor Yapısı

Step motorun statorunun aşağıdaki Şekil 1.1.1.5’te görüldüğü gibi birçok kutbu vardır.

Bunların polaritesi elektronik anahtarlar yardımıyla değiştirilebilir. Anahtarlama

sonucunda statorun ortalama güney ve kuzey kutupları döndürülmektedir. Rotorun güney

kutbu, statorun kuzey kutbu sıralıdır.Rotorun mıknatıslığı, bir sürekli mıknatıs veya dış

uyarım metotlarıyla oluşturulabilir. Bu arada sürekli mıknatıs oluşacaktır. Adımları

vasıtasıyla ortalama stator alanı döner ve rotor da bunu benzer adımlar arasında takip eder.

7

Daha iyi bir seçicilik elde etmek için rotor ve stator üzerine küçük dişler yapılmaktadır. Bu

dişler birbirleriyle temas etmemelidir.

Şekil 1.1.1.5. Step motor yapıları ( Stator ve rotorları tek parça ve üzerine yapılmış

dişlilerden oluşan motorlar) [1]

1.1.1.6. Step Motor Çalışma Prensibi

Step motorlar bir dizi kısa elektrik akımıyla hareket ederler. Stator birbirine dik

manyetik alan üreten iki ayrı bobinden oluşur. Bu bobinlere sırayla elektrik akımı verilerek

statorun içerisinde döndürme etkisine sahip bir manyetik alan oluşması sağlanır. Statorun

içindeki rotor bobinler tarafından sırayla oluşturulan manyetik alanla polarize olarak döner.

Her bir elektrik akım vurgusu yani darbe rotorun belli bir açı kadar veya adım dönmesine

neden olur. Eğer güç sadece bir bobine verilirse manyetik alanın etkisiyle rotor

sabitlenecektir, bu da motorun durdurulmasında kullanılır.

Şekil 1.1.6’da bir step motorun temel prensip şeması verilmiştir. Step motor bir daire

içinde elektromagnetik alanların dönüşü ile ifade edilebilir. Şekil 1.1.6’ da görülen 1 nolu

anahtar kapandığında (SW–1) rotor kendiliğinden 1. elektromanyetik alan ile aynı hizaya

gelecektir. Bundan sonra 1 nolu anahtar açılıp 2 nolu anahtar kapatılırsa sabit mıknatıs 2.

elektromagnetik alanın karşısına gelecektir. Bu olaylar sırayla tekrarlanırsa rotor bir daire

içinde düzgün şekilde döner. Bu şekilde verilen elektrik akım vurgularının frekansı

8

motorun dönme hızını belirler. Hızlı ivmelenme sonucunda step motorda kayma meydana

gelebilir bunun önlenmesi için ivmelenme sırasında vurgu sıklığı ayarlanmalıdır.

Şekil 1.1.1.6 Step motor çalışma prensip şeması [1]

1.1.1.7. Step Motorların Uçlarının Bulunması

Step motorlarda uçları ya kataloğuna bakılarak ya da basit metotlarla bulunulabilir.

Örneğin Şekil 1.1.1.7’ de gösterildiği gibi 4 uçlu bir step motorda uçların bulunması şu

şekilde olur. Bir ölçü aleti ile uçlar arasında direnç ölçümü yapılırsa ohmmetreden sadece

A - B arasında ya da C - D arasında bir direnç değeri okunabilir. A - C, A – D ya da B – C,

B – D uçarının birbirleri ile bağlantıları olmadığı için ohmmetrede hiç bir değer okunamaz

ya da sonsuz direnç değeri gösterir. Bu yol vasıtasıyla hangi uçların birbiri ile bağlantılı

olduğunu yani motor bobinlerinin karşılıklı uçları belirlenebilir.

Eğer motorun 6 ucu varsa, bu kez yine bir ölçü aleti yardımıyla uçlar arasında direnç

ölçümü yapılarak hangi üç ucun birbiri ile bağlantılı olduğu bulunulabilir. Şekil 1.1.7’de

O1 ve O2 ortak uçlardır. Dolayısıyla A – B arasında ölçülen direnç A - O1 ya da B – O1

arasında ölçülen direncin 2 katıdır. Aynı şekilde C – D arasında ölçülen direnç C – O2 ya

da D – O2 arasında ölçülen direncin 2 katıdır.Bu şekilde step motorun uçları belirlenebilir.

9

Şekil 1.1.1.7. 4 ve 6 uçlu step motor yapısı

1.1.1.8. Step Motor Kontrolü

Step motorların uçları belirlendikten sonra kontrol edilmesi için step motorun

kablolarindan ortak olan bir veya iki tane kablosuna sürekli +12 Volt göndermek ve diger

uçlari ise belli bir sirada topraga göndererek bir adim hareketi elde etmektir. Bunu iki

farkli sekilde yapabiliriz. Bunlardan bir tanesi 4 transistörlü bir devre ile bu sinyalleri

göndermek. Bir diger yolu ise içerisinde bu transistörleri hali hazirda bulunduran bir

entegre kullanmaktır.Bu entegrenin adı ULN2003A entegresidir.

1.1.2. ULN2003A Entegresi

ULN2003 entegreleri ise PIC’ ten gelen sürüş bilgisini, yani bit kaydırmasını 12 DC

volta yükselterek step motorlarına vermektedir. Eğer ULN2003 kullanılmaz ise PIC’ten

gelen 3-5 DC voltluk gerilim ve düşük akım step motorları süremeyecektir, sürse bile

sistem için gereken torku sağlayamayacaktır. Bu sebeple ULN2003 entegre devresi

kullanma ihtiyacı doğmaktadır.

Şekil 1.1.2’ de gösterilen ULN2003A entegresi içerisinde 7 adet NPN transistor ve

dâhili diyot bulunmaktadır. Bu entegre ile 500mA kadar akım çeken motorlar

çalıştırılabilir. +12V’a kadar entegreye besleme gerilimi verilebilir.

10

Şekil 1.1.2 ULN2003A entegresi

1.1.3. CNY 70 Sensör

Projede Şekil 1.1.3’ de görülen CNY 70 sensörü step motorun süreceği diskin referans

noktasını bulmak için kullanılmıştır. CNY 70 sensörü kızılötesi (IR) ışık yayan ve bu ışığı

geri alıp alamamasına göre analog çıkış veren ve önünde yansıtıcı (beyaz) bir yüzey olup

olmadığına karar vermemize yarayan bir algılayıcıdır.

Çalışma mantığı ışığın yansıması esasına dayanır. Eğer CNY 70’ den gönderilen ışık

beyaz bir yüzeye çarpıp geri dönerse sensörün çıkış bacağından 0V (lojik 0) gönderilir.

Eğer önünde siyah bir yüzey varsa ışık soğurulur ve geri yansımaz, bu durumda sensörün

çıkış bacağına 5V (lojik 1) gönderilir. Bunu sensörün içerisindeki transistör sağlar, ışık

yansırsa yani sensör beyaz görürse transistorün beyz kısmına yüksek akım gelir ve emetörü

toprağa bağlı olduğu için kolektördeki akım toprağa akar ve çıkış ayağındaki potansiyel

sıfırlanır. Siyah gördüğünde ise transistör devreye girmez ve çıkış gerilimi yaklaşık olarak

5 volt olarak kalır. Teorik olarak böyle olsa da hayata geçirildiğinde alınan voltaj değerleri

0V-45V arasında olsada bazen kullandıgımız mikrodenetleyici (PIC) bunu bunu

algılamayabilir.Bunu engellemek için ise LM324 adı verilen ve CNY 70 den gelen sinyali

düzelten bir entegre kullanılır.

11

Şekil 1.1.3 CNY 70 sensör

1.1.4. PIC16F628A Mikrodenetleyicisi

PIC ismi Mikrochip firmasının ürettiği mikrodenetleyicilere verdiği isimdir. Mikrochip

firması çeşitli özellikte ve tasarımda onlarca değişik tip denetleyici üretmektedir. Üretilen

bu mikrodenetleyiciler, denetleyicinin kelime boyuna (Word Length) göre değişik aile

isimlerine ayrılmıştır. Mikrochip firmasının 8 bitlik, 16 bitlik ve 32 bitlik denetleyicileri ile

16 bitlik DSC (Digital Signal Controller) ürünleri mevcuttur.8 bitlik mikrodenetleyiciler

ucuz fakat işlem yetenekleri düşük, 32 bitlik olanlar ise pahalı ancak işlem yetenekleri

yüksektir. Biz sistemimizde piyasada çok rahat olarak bulunan ve içinde ihtiyaç duyulan

çoğu özelliği barındıran Şekil 1.4’te görülen 8 bitlik PIC16F628A ürünü üzerinde

programlama yapılacaktır. [2]

Şekil 1.1.4 PIC16F628A mikrodenetleyicisi

12

1.1.4.1. Bellek Organizasyonu

PICI6F628’ in 2k boyutunda program belleği vardır. Bu bellekteki her bir göz 14-bit

uzunluğundadır. Bu gözlerin uzunluğu ve içindeki veriler programcıyı doğrudan

ilgilendirmemektedir. Şekil 1.4.1’ de PIC 16F628’in program belleği haritası

gösterilmiştir.

PIC16F628’in RAM bölgesinin 4 parçaya ayrıldığından ve bu 4 RAM bölgesinde genel

amaçlı saklayıcılar ve özel amaçlı saklayıcılar bulunmaktadır. Her bir RAM bölgesinin ilk

32 byte’lık kısmı özel amaçlı saklayıcılar tarafından kullanılmaktadır. Genel amaçlı

saklayıcılar için ise 224 byte’lık bir alan ayrılmıştır. Bu saklayıcılarda program yazarken

kullanılan değişkenler tutulur.

Şekil 1.4.1 RAM veri belleği haritası [2]

13

1.1.4.2. Besleme Uçları Ve Bağlantıları

PIC16F628’ nın besleme uçları ve bağlantıları Şekil 1.1.4.2’ de görülmektedir.

PIC16F628’ in besleme gerilimi 3–5.5 V arasında seçilebilir. PIC16F628’ in beslemesi

Şekil 1.1.4.2’ de görüldüğü gibi VDD ve VSS uçlarından verilmektedir. Besleme gerilimi

14 numaralı uç olan VDD’nin + beslemeye, 4 numaralı uç olan VSS ise toprağa

bağlanması gerekir.

Şekil 1.1.4.2 PIC 16F628A çıkış bacakları [2]

PIC’ e besleme gerilimini sağlayan gerilim kaynağı ilk açıldığında besleme

gerilimindeki dalgalanmaları ve yüksek akım çeken devre elemanlarının devreye girip

çıkması ile besleme gerilimindeki ani ve istenmeyen değişimleri engellemek için VSS ile

VDD uçları arasına bir kondansatör bağlanmalıdır. Böylece PIC’in istenmeyen şekilde

resetlenmesi engellenmiş olur.

1.1.4.3. Osilatör Konfigürasyonları

PIC hafızasındaki komutları işlemek için bir sinyale ihtiyaç duyar. Bu sinyale clock

sinyali yani saat sinyali denir. PIC16F628A işlemleri gerçekleştirmesi için gerekli olan saat

işaretleri birçok farklı devre ile elde edilebilir. Projede kararlılığı en yüksek olan kristal

osilatör kullanılmıştır. Mikroişlemcilerin program kodlarını çalıştırma süresi saat işaretine

bağlıdır. Yüksek saat işareti hızında çalışan bir mikroişlemci aynı sürede saat işareti hızı

düşük olan bir mikroişlemciye göre daha fazla komutu işler. Örneğin 3 GHz’de çalışan bir

işlemci 1 GHz’de çalışan aynı işlemciye göre 3 kat daha hızlı komut işler.

14

PIC16F628 en fazla 20 MHz saat işaretinde düzgün çalışabilir. Saat işareti farklı

yollarla elde edilebilir;

• LP (Low Power Crystal) : Düşük güçlü kristal

• XT (Crystal/Resonator) : Kristal/rezonatör

• RS (High Speed Crystal/Resonator) : Yüksek hızlı kristal/rezonatör

• ER (External Resistor) Harici direnç (2 çalışma biçimi)

• INTRC (Internal Resistor/Capacitor) : Dahili RC (2 çalışma biçimi)

• EC (External Clock In) : Harici Saat Girişi

• LP, XT veya RS tipi osilatörler OSCI ve OSC2 uçlarına bağlanırlar.

1.1.4.4. Sıfırlama (Reset)

PIC16F628’ i donanımsal olarak resetlemenin iki yolu vardır. Bunlardan ilki, besleme

verildiğinde PIC’in kendini resetlemesi ve reset komutuna giderek program kodlarını

çalıştırması şeklinde olur. İkincisi ise donanım resetidir. PIC 16F628A’ nın 4 nolu pini

olan MCLR ucunun ‘0’a çekilmesi ile gerçekleşir.

1.1.4.5. Giriş / Çıkış ( I / O) Portları

PIC16F628, A portu ve B portu olmak üzere 8 uçlu iki porta sahiptir. B portunun her bir

ucu ayrı ayrı giriş/çıkış olarak ayarlanabilirken, A portunun RA5/ ucu hariç diğer uçları

ayrı ayrı giriş/çıkış olarak ayarlanabilmektedir. Bu uç sadece giriş olarak düzenlenebilir.

Diğer PIC’lerde olduğu gibi, az sayıdaki uçların etkin kullanımı için bazı uçların birden

fazla kullanım özelliği vardır. Böylece fazladan uç kullanımına gerek kalmadan birçok

özellik kullanılabilmektedir.

15

1.1.4.5.1. Port A

Port A 8-bit uzunluğundadır. Tablo 1.4.5.1’ de Port A’ nın uçları ile ilgili açıklamalar

görülmektedir.

Tablo 1.4.5.1 Port A uçları hakkında açıklamalar [2]

Uç adı Uç no IO tipi Açıklama

RA0/AN0 17 IO İki yönlü I/O ucu ve analog karşılaştırıcı

girişi

RA1/AN1 18 IO İki yönlü I/O ucu ve analog karşılaştırıcı

girişi

RA2/AN2/VREF 1 IO İki yönlü I/O ucu ve analog karşılaştırıcı

girişi ve VREF çıkışı

RA3/AN3/CMP1 2 IO İki yönlü I/O ucu ve analog karşılaştırıcı

girişi ve analog karşılaştırıcı çıkışı

RA4/TOCKI/CMP2 3 IO İki yönlü I/O ucu, TMR0 saat işareti girişi ve

analog karşılaştırıcı çıkışı

RA5/ THV 4 I Giriş ucu ve reset girişi

RA6/OSC2/CLKOUT 17 IO İki yönlü I/O ucu ve kristal osilatör çıkışı

RA7/OSC1/CLKIN 18 IO İki yönlü I/O ucu, kristal osilatör girişi ve

harici saat kaynağı girişi

16

1.1.4.5.2. Port B

Port B 8-bit uzunluğundadır. Tablo 1.4.5.2’ de Port B ‘nin uçları ile ilgili açıklamalar

görülmektedir.

Tablo 1.4.5.2. Port B uçları hakkında açıklamalar [2]

Uç adı Uç no IO tipi Açıklama

RB0/INT 6 IO İki yönlü I/O ucu ve harici kesme girişi

RB1/RX/DT 7 IO İki yönlü I/O ucu, USART alıcı ucu ve

senkron veri giriş/çıkış ucu

RB2/TX/CK 8 IO İki yönlü I/O ucu, USART verici ucu ve

senkron saat darbesi giriş/çıkış ucu

RB3/CCP1 9 IO İki yönlü I/O ucu, yakala karşılaştır PWM

modülü giriş/çıkış ucu

RB4/PGM 10 IO İki yönlü I/O ucu, düşük gerilimle

programlama giriş ucu

RB5 11 IO İki yönlü I/O ucu

RB6/T1OSO/T1CK1 12 IO İki yönlü I/O ucu, TIMER1 osilatör çıkış

ve TIMER1 saat darbesi girişi

RB7/T1OSI 13 IO İki yönlü I/O ucu ve TIMER1 osilatör

girişi

17

1.1.4.6. Kesmeler

Mikrodenetleyicinin rutin olarak yaptığı işler dışında bazı özel durumlar oluştuğunda,

rutin işlerini bırakıp bu özel durumla ilgili görevleri yerine getirmesi gerekir. Burada

bahsedilen, özel durumun oluşup oluşmadığının sürekli kontrol edilmesi yerine, kesme

kullanılarak özel durumun oluştuğu mikrodenetleyiciye otomatik olarak bildirilir ve

böylece gereksiz kontrollerden kurtulunur. Burada bahsedilen özel durum öncelikli bir

görev olabileceği gibi, nadiren yapılması gereken bir görev de olabilir.

Örneğin PIC16F628 ile bir sıcaklık kontrolü yapıldığını düşünelim. Ortam sıcaklığı

belirli bir değerin (ayar noktasının) üstüne çıktığında klima devreye sokulsun. Ayar noktası

iki butonla kontrol edilsin. Sistem sıcaklığı ölçüp ayar noktasına göre klimayı kapatıp

açmaktadır. Ayar noktasının değiştirilmesi işlemi nadiren yapılacağından bu işlem kesme

ile yapılabilir.

Böylece bu butonların sürekli olarak kontrolüne gerek kalmaz. Sadece butonlara

basıldığında ayar noktasının değeri kesme hizmet programı ile değiştirilir ve sistem ana

programa dönerek rutin sıcaklık kontrolü işlemine devam eder.

1.1.5. Dirençler

Projede kullanılan dirençler PIC 16F628A mikrodenetleyici, CNY 70 sensor,

ULN2003A entegresi, ledler ve butonların devreye yerleştirilirken kullanılmıştır. Dirençler

devrede mikrodenetleyici, sensör ve entegrenin bacaklarının çekeceği akımları sınırlamak

için kullanılmıştır. Kullanılan dirençlerin değerleri 10 kΩ, 1 kΩ, 220 – 330 Ω değerleri

arasında değişmektedir.

Çoğu dirençler bir tarafında üç renkli bir band ve diğer tarafında ise tek renkli bir banda

sahiptir. Bu üç bitişik renk direncin değeri hakkında bilgi verir. Bu üçlü gruptan direnç

bacağına enyakın renk 1. Sayıyı oluşturur. Örneğin bu rengin kahverengi olduğunu

varsayarsak, kahverenginin sayı karşılığı 1’dir. Bir sonraki bandın rengi ise bize 2. Sayı

değerini verir. Örneğin bu renkde kırmızı olsun yani karşılığı olan sayı 2. Daha sonra

3. Band rengi ise sıfır sayısını verir. Örneğin rengimiz portakal rengi olsun

bunun sayısal değeri de 3 dür ve buda ilk iki sayı yanına 3 tane 0 koymaktır.

18

Sonuçta dirençe değerini bulacak olursak kahverengi, kırmızı ve portakal

rengi yanyana geldiği zaman direnç değerinin 12000 Ω olduğunu belirleyebiliriz.

Aşağıdaki Tablo 1.1.5’ de direnç değerlerini okurken yararlanabilenecek renk kodlarını

vermektedir.

Tablo 1.1.5. Direnç renk kodları

1.1.6. Mercimek Kapasite

Projede PIC 16F628A’ nın osilatör devresi için kullanılmıştır. Elektronik devrelerde

katlar arasında kuplaj, by pass, dekuplaj, bloklama, ayar ve filtre elemanı olarak kullanılan

pasif bir devre elemanıdır. Elektrikte kompanzasyon yani güç katsayısının 1’ e

yaklaştırılmasında, bir fazlı motorlarda ilk hareketi sağlamada ve kalkınma momentini

artırmada kullanılır. Şekil 1.1.6’ da görüldüğü gibi mercimek kondansatör olarak

adlandırılan kutupsuz kondansatörler bulunduğu gibi yine elektronikte sıkça kullanılan

yönlü kondansatörler mevcuttur.

19

Şekil 1.1.6 Mercimek Kapasite

1.1.7. Kristal Osilatör

Osilatörlerde frekansın sabit olması çok önemlidir. Frekansın sabit kalabilme durumuna

frekans kararlılığı denir. Pek çok elektronik uygulama da frekansın kararlı olması önem arz

etmektedir. Bu noktada kristal osilatörler devreye girmektedir. Bu osilatörlerin yapısında

quartz kristalleri kullanılmaktadır. Bu kristaller çok kararlı frekanslar üreterek hassas

frekans gerektiren devrelerde kullanılırlar. Quartz kristali üzerine bir basınç

uygulandığında iki ucu arasında gerilim meydana getiren bir maddedir. Şekil 1.1.7’ de

gösterilen kristal osilatör projede mikrodenetleyecinin ihtiyaç duyduğu clock sinyalini

üretmede kullanılmaktadır. Kullanılan kristal osilatörün frekansı 4 MHz dir.

Şekil 1.1.7 4 Mhz kristal osilatör

20

1.1.8. DC Güç Kaynağı

DC güç kaynağı şebekeden aldığı alternatif akımı elektronik devrelerin çalışabilmesi

için ihtiyaç doğru akıma çeviren elemandır. İçerisinde yarım dalga veya tam dalga

doğrultucusu bulunur. Güç kaynakları farklı seviyelerde DC gerilimler sağlayabilmektedir.

Örneğin; 5V, 12V, 24V DC gerilim veren güç kaynakları günümüzde sıkça

kullanılmaktadır. Projede kullanılan DC güç kaynağının çalışması içinde çıkış uçlarından

mavi portu toprağa kısa devre edilmiştir.

Şekil 1.1.8.’de görülen DC kaynak projede 12 V ve 5 V’luk besleme almak için

kullanılmıştır.

Şekil 1.1.8. Güç Kaynağı

1.1.9. Breadboard

Elektronik devreleri daha kolay ve daha kısa zamanda kurabilmek için breadboardlar

kullanılır. Breadbordlar, üzerlerine kabloların bağlanması için delikli şekilde yapılmış

tablalardır. Şekil 1.1.9’ da görüldüğü gibi boardın en üstünde üzerleri kırmızıyla çizilmiş

çizgiler içten kısadevredir, yani soldan sağa bir sütun kısa devre şeklindedir. Aynı şekilde

resmin sağında görülen yukardan aşağıya üzeri kırmızı çekilen deliklerde içten kısa

devredir. En üstteki satır halinde kısa devre olan delikler genelde enerji uçlarının

bağlandıkları bölümlerdir. Elektronik devre elemanları ise yukardan aşağı kısa devre olan

ortadaki deliklere bağlanmaktadır. Delikler arası genellikle 0.1 inch yani 2.54 mm’dir.

Breadboarda bağlantı için 0.6 mm’ lik yalıtımlı tellerin kullanılması tavsiyeedilir.

21

Şekil 1.1.9. Breadboard

22

2. SİSTEM TASARIMI

2.1. Giriş

Projedeki amaç kahvaltı tabağı olarak düşünülen diskin istenilen yönde dönmesini ve

durmasını sağlamaktır. Bunun içinde kullanılacak step motorun miline takılan diskin

kontrolü sağlanacaktır. Kullanıcıya bağlı olarak yön ve konum seçimi yapılabilecek olan

projede öncelikle olarak kullanılacak olan step motorun kontrolü yapılacaktır. Step motor

kontrolü PIC 16F628A ile yapılacaktır. Ayrıca PIC direkt olarak step motoru sürmeye

yetmeyeceğinden ULN2003 entegresi kullanılacaktır. Projenin modellenmesi için

PROTEUS programı kullanılmıştır.

2.2. Sistemin Modellenmesi

PROTEUS programını kullanarak projede kullanılacak elemanları bilgisayar ortamında

gerekli bağlantıları yaparak simüle etmek projenin gerçekte uygulanmadan önce hertürlü

hatayı görmemizi sağlayacaktır.

PROTEUS yardımıyla step motorun dönüş yönü ve konumunu kontrol etmek için

çizilen uygulama şekil 2.2’ de görülmektedir. Şekil 2.2’ de görüldüğü gibi PROTEUS’ da

modelleme yapılırken önce PROTEUS programı açılarak devrede kullanılacak elemanlar

belirlenir. Daha sonra PIC16F628A’ nın 6, 7, 8, 9 nolu çıkış uçları ULN2003 entegresinin

1, 2, 3, 4 nolu ucuna bağlanır. ULN2003 15 ,16 , 17 , 18 nolu pinleri de sırasıyla step

motora adım darbesi vermek için dört ucuna bağlanır ve ULN2003 entegresinin 10

numaralı pini besleme için 12 V’ a bağlanır. Ayrıca step motorun ortak ucu da 12 V’ a

bağlanır. PIC 16F628A’in çalışması için gerekli olan kristal osilatör kapasiteler yardımıyla

mikroişlemcinin 15 ve 16 nolu çıkış uçlarına bağlanır.10 numaralı uca bağlanacak olan

Led ile step motorun dönmeye hazır olup olmadığı kontrol edilir.CNY 70 sensöründen

gelen 1 veya 0 yani +5 v gerilimde PIC’ in 11 nolu bacağına bağlanır.Daha sonra PIC

16F628A’in 1, 2, 17, 18 nolu pinleride push butonlara bağlanarak step motorun konum

kontrolü için yapılan devre hazır hale gelir. Geriye sadece PIC 16F628A’nın çalışması için

gerekli olan program kalır. [3]

23

Şekil 2.2 Uygulama proteus devresi

24

Şimdide CCS C PIC programlayıcıyı kullanarak Step motorun konum kontrolü için

yazılan program aşağıda görülmektedir. Bu programı da PROTEUS programındaki PIC

16F628A’nın içine atarak sistem test edilebilir. [4]

Aşağıda step motorun sürülmesi için yazılan PIC programı görülmektedir.

#include <16f628A.h> // Kullanılan mikroişlemci tanıtımı

#fuses INTRC_IO,XT,NOCPD,CPD,nomclr // Sigorta ayarları

#use delay (clock=4000000) // Çalışma frekansı

#use fast_io(a) // A port aktif

#use fast_io(b) // B port aktif

int z=0,hiz=40,i,tus=0;

const int tam_sag[]=0x03,0x06,0x0c,0x09; // Sağa dönüş adımları

const int tam_sol[]=0x09,0x0c,0x06,0x03; // Sola dönüş adımları

void saga_donus (void) // Sağa dönüş fonksiyonu

for(i=0;i<12;++i)

if (z==4) z=0;

output_B(tam_sag[z]);

delay_ms(hiz); z++;

void sola_donus (void) // Sola dönüş fonksiyonu

25

if(z==4) z=0;

for(i=0;i<12;++i)

++z; if (z==4) z=0;

output_b(tam_sol[z]);

delay_ms(hiz);

void eee (void) // durak

if(tus==1)

for(i=0;i<4;i++)

write_eeprom(i,i+1);

if(tus==2)

for(i=0;i<4;i++)

write_eeprom(i,((i+1)%4)+1);

if(tus==4)

for(i=0;i<4;i++)

write_eeprom(i,((i+2)%4)+1);

if(tus==8)

for(i=0;i<4;i++)

write_eeprom(i,((i+3)%4)+1);

26

void main () // Ana fonksiyon

int zz=0,adres,s;

set_tris_b(0x20);

set_tris_a(0x0F);

output_b(0x00);

output_a(0x00);

while(input(pin_b5)!=1)

sola_donus();

for(i=0;i<4;i++)

write_eeprom(i,i+1);

while("KTU")

dur_step:

output_high(pin_b4);

tus=input_a();

if(tus==0)

goto dur ;

switch(tus)

case 1: zz=1;break;

case 2: zz=2;break;

case 4: zz=3;break;

27

case 8: zz=4;break;

for(i=0;i<4;i++)

if(zz==read_eeprom(i)) //durak2

adres=i; durak (); break;

if(adres>2)

saga_donus();

else

if(adres==0)

goto dur;

else

for(s=0;s<adres;s++)

sola_donus();

28

2.3. Sistemin Çalışma Prensibi

Sistemde öncelikle olarak kahvaltı tabağı olarak kullanılacak olan dört parçaya

bölünmüş olan disk motor miline yerleştirilmiştir. Diskin dört yönünden (kuzey, güney,

doğu, batı) olmak üzere hangi yönde hangi dilim isteniyorsa o yöndeki butona basılarak

istenilen dilim kullanıcın önüne getirilecektir. Bunun içinde her yönde 4 dilimi temsilen 4

buton kullanılacaktır. Toplam da 16 buton 4 yönde yerleştirilerek kullanıcının rahatça diski

yani tabağı kontrol etmesi sağlanacaktır. Sistemin şematik olarak görünümü aşağıda Şekil

2.3’ de görülmektedir.

Şekil 2.3. Sistemin şematik gösterimi

Sistemin çalışma prensibi olarak da örnek verilirse örneğin diskin doğu tarafında

olduğumuzu varsayalım. Doğu tarafında A dilimini istenirse doğudaki A butonuna basarak

A diliminin önümüze gelmesini sağlanacaktır. Referans olarak kullanılan konumdan

istenilen konuma gelmek için step motor 180 derece açıyla dönecektir. Sistemde referans

29

olarak kullanılan noktayı belirlemek için CNY 70 sensörü kullanılmıştır. Sistem ilk

çalışmaya başladığında 1 nolu durumda durması için CNY 70 sensör referans noktasında

PIC 16F628A’ nın 11 nolu bacağına 5 V DC gerilim gelmesini sağlayarak diskin referans

noktasında durmasını sağlayacaktır. Bundan sonra kullanıcıya bağlı olarak istenilen yönde

ve konumda diskin kontrolü sağlanabilir.

Sistem çalışma olarak çok karışık gözüksede aslında 4 temel pozisyonda çalışmaktadır.

Bunlardan 1 nolu durumu referans alınarak diski 2 durumu için 90° ,3 durumu için 180° ,4

durumu içinde 270° döndürülerek istenilen konum elde edilecektir.

Sistemde 16 buton kullanılacaktır. Ancak temelde 4 buton olacaktır. Bu da sistemde

kolaylık sağlayacaktır. Örnek vermek gerekirse diskimiz 1 durumundan 2 durumuna

geçmesi için kuzey yönünden A butonuna, güney yönünden C butonuna, doğu yönünden B

butonuna, batı yönünden D butonuna basmak gerekir. Şekil 2.3’de görüldüğü gibi bu 4

durum aslında aynı durumdur. Bu nedenle 2. Durum için geçerli olan A, B, C, D butonları

aynı girişten kontrol edilebilir.Geri kalan diğer 3 durumda 3 girişle kontrol edilmiştir.

Projenin son hali aşağıdaki Şekil 2.2.2 ve Şekil 2.2.3’de gösterilmiştir.

Şekil 2.2.2 Sistemin üstten görünümü

30

Şekil 2.2.3 Sistemin Yandan Görünümü

31

3. GELİŞTİRİLEBİLİRLER

Yapılan uygulamada düşünülen kahvaltı tabağı tek katlıdır. Büyük işletmelerde

kullanılabilirliği açısından iki veya üç katlı yapılabilir. Bunun için bir step motor yerine iki

veya daha fazla kullanılabilir. Kullanılan step motorların milleri birbiri içinden geçmek

üzere birden fazla katlı bir kahvaltı tabağı yapılabilir..

Projede kullanılan step motorun gücü, hızı ve adım açısı değiştirilerek daha hızlı ve

daha büyük bir kahvaltı tabağı düşünülebilir. Ayrıca bu kahvaltı tabağından sadece

istenilen dilimi önümüze getirecek şekilde bir sistem tasarımıda yapılabilir. Böylece bir

kullanıcın önündeki dilim alınmadan diğer kullanıcının önüne istenilen dilim getirilebilir.

32

4. SONUÇLAR

Yapılan uygulamada günlük hayatta rahatlıkla kullanılabilecek bir kahvaltı tabağı

yapılmıştır. Akıllı kahvaltı tabağı projesi dahada geliştirilebilir olup proje tamamen

başlangıç aşaması olarak yapılmıştır. Yapılan testlerde kahvaltı tabağının bir peryodunun

yaklaşık olarak 3 saniyede tamamladığı görülmüştür. İki dilim arasında ise 0.5 saniye ile 2

saniye arasında değişimi aşağıda Şekil 4’ te görülmektedir. Ayrıca çok büyük ağırlıklarda

çalışması zor olacağından kullanılan step motor yerine daha kararlı ve güçlü bir step motor

kullanılarak daha büyük bir proje gerçeklenebilir. Projede kullanılan CNY 70 sensörü

yerine daha sağlam konum ve kararlı çıkış veren bir sensör kullanılırsa tabağın konumu

çok daha hassas olarak kontrol edilebilir.

Bu projede bir mikrodenetleyici yardımıyla sistemin nasıl kontrol edilebileceğini, daha

sonra ise sistem elemanlarının kontrolünün, hangi devre elemanlarıyla ve nasıl

yapılacağını, kontrol için seçilen elemanların hangi kriterler göz önünde bulundurarak

seçileceği öğrenilmiştir.

Şekil 4 : Dilimlerin dönme açılarına göre değişimi

33

5. KAYNAKLAR

[1] BAL, Güngör, ‘Özel Elektrik Makinaları’ ,2004,Ocak

[2] GÜMÜŞKAYA, Haluk, ‘Mikroişlemciler ve 8051 Ailesi’ ,2007,Temmuz

[3] BENSON, David, ‘An Introduction to Stepper Motors for The Experimenter’

,2007,Şubat

[4] ÇİÇEK, Serdar, ‘CCS C ile PIC Programlama’ ,2009,Temmuz