T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

AKILLI RÖLE SİSTEMİ

228441 Abdullah SUNGUR

228579 Halil İbrahim YAZICI

Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR

Haziran 2014

TRABZON

I

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU

Abdullah SUNGUR ve Halil İbrahim YAZICI tarafından Öğr. Gör. Oğuzhan

ÇAKIR yönetiminde hazırlanan “Akıllı Röle Sistemi” başlıklı lisans bitirme projesi

tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak

kabul edilmiştir.

Danışman : Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR ………………………………

Jüri Üyesi 1 : Yrd. Doç. Dr. Salim KAHVECİ ………………………………

Jüri Üyesi 2 : Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM

………………………………

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

II

ÖNSÖZ

Akıllı röleler, endüstri alanında kullanılmak üzere tasarlanmış, dijital prensiplere

göre yazılan fonksiyonu gerçekleyen, bir sistemi ya da sistem gruplarını, giriş çıkışları

ile denetleyen, içinde barındırdığı zamanlama, sayma, saklama ve aritmetik işlem

fonksiyonları ile genel kontrol sağlayan elektronik bir cihazdır. Bu projede akıllı röle

sisteminin tasarımı, üretimi ve testi gerçekleştirilmiştir. Sistemin kontrolü PIC16F887

denetleyicisi ile yapılmıştır. Devre şemaları Eagle programı ile hazırlanmış ve

uygulama yazılımları MPLAB editöründe geliştirilmiştir.

Çalışmalarımız boyunca bize değerli zamanını ayıran ve verdiği fikirler ile bizi

yönlendiren hocamız Sayın Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR’a teşekkür ederiz. Ayrıca bu

çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğü’ne Mühendislik

Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığına içten

teşekkürlerimi sunarım.

Hayatımız boyunca her türlü maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman

esirgemeyen ailelerimize şükranlarımızı sunarız.

Abdullah SUNGUR

Halil İbrahim YAZICI

Haziran 2014

III

İÇİNDEKİLER

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU …………………………... II

ÖNSÖZ …………………………... III

İÇİNDEKİLER …………………………... IV

ÖZET …………………………... V

SEMBOLLER VE KISALTMALAR …………………………... VI

1. GİRİŞ …………………………... 1

2. TEORİK ALTYAPI …………………………... 2

2.1. Mikrodenetleyiciler …………………………... 2

2.1.1. Mikrodenetleyici Çeşitleri …………………………... 2

2.1.2. PIC Mikrodenetleyiciler …………………………... 2

2.1.3. PIC 16F887 Mikrodenetleyicisi …………………………... 3

2.2. EAGLE Şematik-Baskı Devre Çizim Editörü …………………………... 4

2.3. Hi-Tech C Derleyicisi …………………………... 5

2.4. PICKIT2 Programlayıcı ve Yazılımı …………………………... 5

2.5. MPLAB IDE Program …………………………... 6

2.6. Alfanümerik LCD Ekran …………………………... 6

3. TASARIM …………………………... 10

3.1. Yöntem …………………………... 10

3.1.1. Kontrol Kartı …………………………... 11

3.1.2. Röle Arayüzü …………………………... 11

3.1.3. Tuş Takımı …………………………... 11

3.1.4. LCD Ekran …………………………... 12

3.1.5. Sistemin Çalışması …………………………... 12

3.1.6. Uygulama Yazılımı …………………………... 12

3.2. Çalışmalar …………………………... 12

3.3. Başarı Kıstasları …………………………... 13

3.4. Araştırma Olanakları …………………………... 13

4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR …………………………... 14

5. SONUÇLAR …………………………... 22

6. YORUMLAR ve DEĞERLENDİRME …………………………... 23

IV

KAYNAKLAR …………………………... 24

EK-1. EK‐1. IEEE ETIK KURALLARI 34 …………………………... 25

EK‐2. DİSİPLİNLERARASI ÇALIŞMA …………………………... 28

EK-3. STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU …………………………... 30

ÖZGEÇMİŞ …………………………... 31

V

ÖZET

Günümüzde günlük hayatın hızlanması nedeniyle insanlar kullandıkları cihazların

programlanabilir özelliklerde olmasını talep etmektedir. Örneğin sabah uyanmada

birkaç saat önce ve işten eve dönmelerinden önce ısıtıcıların açılmasını ve geldiklerinde

evlerinin sıcak olmasını istemektedirler. Benzer şekilde bahçe sulama sistemlerinin

istekleri zaman devreye girmesi ve devreden çıkmasını talep etmektedirler. Akıllı

röleler insanların bu ihtiyaçları göz önüne alınarak geliştirilmiş ve hizmete sunulmuştur.

Akıllı röleler tuş takımı, LCD ekran, mikrodenetleyici, gerçek zamanlı saat ve röle

birimi olmak üzere beş temel bileşenden oluşmaktadır. Kullanıcı tuş takımı ve LCD

ekran ile istediği rölenin aktif ve pasif olma zamanlarını ayarlayarak sistemi

programlamaktadır. Mikrodenetleyici gerçek zamanlı saatten aldığı zaman bilgisi ile

programlanan zamanları karşılaştırmakta ve sistemi devreye alıp devreden

çıkartmaktadır. Röle birimi ise şebekeden alınan gücün kontrol edilmek istenen cihaza

aktarıldığı kısımdır.

Bu çalışmada Microchip firmasının PIC16F887 mikrodenetleyicisi kullanılarak,

iki satır 16 sütunlu alfa nümerik LCD ekrana sahip, dört röleli bir akıllı röle sisteminin

tasarımı, üretimi ve testi yapılmıştır. Gerekli olan devre şemaları ve baskı devre

çizimleri Eagle editörü ile yapılmıştır. Son olarak sistim kontrol edecek olan uygulama

yazılımı MPLAB IDE yazılımı kullanılarak HiTech C derleyicisi ile geliştirilmiştir.

VI

SEMBOLLER VE KISALTMALAR

A : Amper

CPU : Merkezi işlem birimi

I/O : Giriş çıkış

LCD : Sıvı kristal ekran

LED : Işık yayan diyot

mA : mili Amper

PIC : Çevresel arayüz denetleyici

RAM : Rastgele erişilebilir bellek

V : Volt

: Ohm

1

1. GİRİŞ

Bu çalışmada akıllı bir röle sistemi tasarlanıp, üretilecek ve testi

gerçekleştirilecektir. Bu amaç doğrultusunda şunlar hedeflenmektedir:

Sistemin genel tasarımının yapılması

Şematik çizimlerinin hazırlanması

Baskı devre çizimlerinin oluşturulması

Baskı devre kartlarının üretimi ve malzeme montajı

Donanım testi ve arızaların tespiti

Uygulama yazılımının geliştirilmesi ve test edilmesi

Sistemin test edilmesi ve tespit edilen arızaların giderilmesi

Projenin gerçekleştirilmesi sonucunda sınırlı düzeyde akademik katkı

yapılacaktır. Hedeflenen sistemle alınan eğitimin pratik bir uygulaması yapılacağı

için mühendislik eğitimine katkı sağlanacaktır. Ayrıca proje sonunda geliştirilebilir

ve ticari değeri olan bir prototip elde edilecektir.

Çalışma takvimi tüm döneme yayılmıştır. Projenin Haziran ayına kadar

tamamen sonuçlanması hedeflenmiştir. Çizelge 1’de verilmiştir.

Çizelge 1. Çalışma takvimi

İş

Ek

im

Kası

m

Ara

lık

Oca

k

Şu

bat

Mart

Nis

an

Mayıs

Gerekli malzemelerin tespiti ve temini

Baskı devre şemasının çizimi

Baskı devre üretimi

Montaj ve test

Sistem yazılımının hazırlanması

Sistemin test edilmesi

Bitirme tezinin yazımı

2

2. TEORİK ALTYAPI

Bu kısımda hedeflenen sistemin gerçekleştirilmesinde kullanılacak yazılımlardan

ve donanımlardan kısaca bahsedilecektir.

2.1. Mikrodenetleyiciler

Mikrodenetleyici, programlanabilen ve aynı zamanda bu programı depolayarak

daha sonra tekrar çalıştırabilen tek bir çipten meydana gelmiş bütünleşmiş bilgisayardır.

Basit ve ucuz oldukları için dünya çapında geniş bir kullanıcı ağı vardır.

2.1.1. Mikrodenetleyici Çeşitleri

Temelde azaltılmış komut seti (RISC) ve karmaşık komut seti (CISC) olmak

üzere iki ana kısımdan oluşur. Aşağıda bazı firmalara ait mikrodenetleyiciler verilmiştir.

Intel firmasının ürettiği 8051 serisi (CISC), Motorola tarafından üretilen 68HC11

serisi ve Mikrochip firması tarafından üretilen ve PIC olarak bilinen 16X/18X serileri

RISC’dir.

2.1.2. PIC Mikrodenetleyiciler

PIC isim itibariyle Peripheral Interface Controller’in baş harflerinden oluşur. Bu

ise çevresel üniteleri denetleyici arayüz olarak çevrilebilir. Temel olarak RISC

mimarisine sahiptir. PIC mikrodenetleyicisinin bazı özellikleri aşağıdaki gibidir:

Ücretsiz bir yazılımı Microchip firmasından elde edilebilir,

Her yerde yaygın olarak kullanılır,

Maliyeti çok ucuzdur,

Programlanmasının basit bir devre üzerinden gerçekleştirir,

Yüksek frekanslarda çalışabilir,

Çok basit clock sinyali, reset ve besleme elemanı gerektirir,

PIC mikrodenetleyicimiz toplam olarak 150 mA’lik bir akım çeker,

3

Program yazıp silinebilme özelliği sayesinde tekrar tekrar programlanabilir.

2.1.3. PIC 16F887 Mikrodenetleyicisi

PIC16F887 mikrodenetleyicisinin temel özellikleri şunlardır:

Hassas iç osilatör:

Fabrika kalibrasyonu ±1%,

Yazılımla seçilebilen frekans aralığı 8MHz -32 kHz,

Ayarlanabilir yazılım,

İki hızlı çalıştırma modu,

Kritik uygulamalar için arıza-emniyet saati izleme,

Düşük güçlü uygulamalar için saat modu anahtarlama.

Güç koruma uyku modu,

Güç-açık sıfırlama (Power on reset POR),

Seçilebilir besleme gerilimi çalışma gerilim seviyesinin altına düştüğünde

sıfırlama yapan (reset) devre (Brown-out),

Güvenilir uygulamalar için RC osilatörlü genişletilmiş Watchdog Timer,

İki pin üzerinden ICSP (In-circuit Serial Programming),

İki pin üzerinden ICD (In-Circuit Debug),

Yüksek dayanıklı Flash/EEPROM pil:

100,000 silme/yazma çevrimli gelişmiş Flash program belleği,

Data EEPROM koruması (40 yıldan fazla),

1,000,000 silme/yazma çevrim data EEPROM belleği.

Yazılım kontrolü altında kendinden yeniden programlanabilme,

Programlanabilir kod koruması,

Cihazın çevresel özellikleri:

1 giriş tek pin,

36 giriş/çıkış (I/O),

Sink/source akımı 25mA (sink akımı: işlemcinin portu çıkış durumunda ve

lojik 0 ise işlemci bu porttan içeriye en çok 25 mA geçireceği,source akımı ise

işlemcinin portu çıkış fakat lojik 1 ise işlemci en çok bu port üzerinden 25 mA

akım vereceği anlamlarına gelir),

4

Değişen seçenekli kesme-açık pini.

Zamanlayıcılar:

TMR0: 8 bit önbölücülü 8 bit zamanlayıcı/sayıcı,

TMR1: Önbölücülü 16 bit zamanlayıcı/sayıcı, Dış Kapı Giriş modu ve özel

düşük güçlü 32 kHz oscillator,

TMR2: 8-bit periyot register, ön bölücü (prescaler) ve atama bölücülü

(postscaler) zamanlayıcı/sayıcı.

Tespit etme/Karşılaştırma/PWM (darbe genlik modülasyonu) modülü,

Otomatik-kapanma ve PWM yönetimi ile gelişmiş Tespit

etme/Karşılaştırma/PWM modülü,

Adres maskeleme özellikli MSSP, SPI ve I2C modu,

Geliştirilmiş Kapsamlı Senkron Asenkron Alıcı Verici (EUSART) modülü:

RS-485,RS-232 ve LIN uygunluğunu destekler,

Otomatik-Baud(bit/s) kontrolü,

Başlama bitinde otomatik uyandırma.

Ultra Düşük-Güçlü Uyandırma (ULPWU)

Analog Özellikler:

10-bit 14 kanal Analog-Digital dönüştürücü,

2 Analog Karşılaştırıcı modül,

Programlanabilir gerilim referans modülü (CVREF) (% of VDD),

Sabit 0.6 Vref,

Dıştan ulaşılabilir karşılaştırıcı giriş çıkışları,

SR flip-flop modu

2.2. EAGLE Şematik-Baskı Devre Çizim Editörü

Kullanımı kolay olması nedeniyle günümüzde geniş bir alanda devre tasarımında

kullanılmaktadır. Aşağıda bazı özellikleri verilmiştir:

En fazla 162*162 cm2’lik çizim alanı,

mm veya inçe göre ayarlanabilen çizim alanı,

Kütüphane dosyası oluşturma,

Oluşturduğunuz devrenin çıktısını yazıcıdan alabilme,

5

Veri tabanı destekli geniş bir eleman kütüphanesi

Şema Çizimi Özellikleri:

Şema üzerinde oluşturduğumuz herhangi bir değişikliği ekstra bir işlem

yapmadan doğrudan manuel ve otomatik olarak aktarabilme,

Kaynak sinyallerini otomatik olarak yerleştirme,

Şemadaki bakır çizgilerin elektriksel olarak kısa devre olup olmadığını kontrol

edebilme özelliğine sahiptir.

Baskı Devre Özellikleri:

Bakır yol belirleyebilme,

SMD desteği alabilme,

Çok katmanlı yol sağlayabilme.

2.3. Hi-Tech C Derleyicisi

Hi-Tech, Microchip firmasının geliştirdiği kullanıcılarına gerektiğinde belirli

kısıtlamalar ile ücretsiz olarak verdiği bir derleyici programıdır. Bu derleyiciyi tek

başına kullanmak mümkün olmadığından bir tane arayüz programına ihtiyaç vardır. Bu

arayüz, MPLAB veya HI-TIDE olabilir. Bitirme projesinde genel olarak hep MPLAB

arayüzünden faydalanılmıştır. Hitech C için pro ve lite sürümleri mevcuttur. Hitech pro

sürümünde avantaj olarak yeni bir kod geliştirme sistemi olan Omniscient Code

Generation (Bilge Kod Geliştirme, OCG) bulunmaktadır. Bu sistemde tüm C kaynak

modülleri tek bir adımda okunur ve işlenir.

OCG, kullanıcının yazdığı kodu tarar ve algılanan özelliklere özgün olarak

programa uygun gerekli printf fonksiyonunu üretir. Böylelikle yüksek mertebede

program hafızası ve RAM boşluğu elde edilmiş olur.

Hitech C Lite sürümü ise yukarıda bahsettiğimiz Hitech C Pro sürümüne nispeten

daha kısıtlı olanaklar sunmaktadır. Fakat normal kullanıcılar için bu çok yeterli

olmaktadır.

2.4. PICKIT2 Programlayıcı ve Yazılımı

Mikrochip firması tarafından geliştirilmiş olan PICKIT2 Programlayıcının genel

özellikleri:

6

Program ara yüzünü içinde bulundurur,

PC ile USB üzerinden haberleştiği için USB hızında seri haberleşmeyi sağlar

ve hata ayıklamamızı imkân verir,

Ekstra herhangi bir besleme gerektirmez,

Kullanımı gayet kolaydır,

Microchip ICSP bağlantısı ile devre üzerinden, soket sayesinde doğrudan PIC

programlanabilir.

2.5. MPLAB IDE Program

Mikrodenetleyicide aranan en önemli özelliklerden biri: Ona ait tasarlanmış olan

yazılım geliştirme programlarının çokluğudur. MPLAB, Mikrochip firması tarafından

geliştirilmiş bütünleşmiş bir tasarım ortamıdır. MPLAB kendi içinde çeşitli kısımlara

ayrılmıştır. Bunlardan MPASM derleyicisi, assembly kodlarını yazmak amacıyla

oluşturulmuş bir metin editörüdür. MPSIM simülatörü, simülasyon oluşturma ortamıdır.

MPLAB programını kullanılma amacı: C, Basic, Pascal ve assembly dilinde

simülasyon, derleme ve hata kontrolü yapmaktır. En büyük avantajların biri de birçok

işletim sisteminde rahat bir şekilde kullanılabilmesidir.

2.6. Alfanümerik LCD Ekran

HD44780U nokta matris sıvı-kristal ekran kontrolörü ve sürücü LSI ekranı

alfanumerik Japon kana karakterleri ve sembolleridir. 4 ya da 8 bit mikroişlemci

kontrolü altında konfigüre edilebilir. Tüm fonksiyonları örneğin, karakter üreteci olan

RAM ekranı ve sıvı kristal sürücü, sürüş için dahili olarak bir nokta matris sıvı kristal

ekranı gerektirir. Tek bir çip üzerinden sağlanan, minimum sistem bu kontrolör/sürücü

ile arabirim olabilir.

Tek HD44780U bir 8 karakter çizgisi veya iki 8 karakter çizgisine kadar

görüntülenebilir. HD44780U’ nun HD44780S ile pin işlevi uyumluluğu vardır. Bu da

kullanıcının bir HD44780U’ yu bir LCD-II ile değiştirmesine kolaylıkla izin

vermektedir.

HD44780U karakter üreteci ROM, toplam farklı 240 karakter yazısı için 208 tane

5*8 nokta yazı karakteri ve 32 tane 5*10 nokta yazı karakteri üretmek için uzatılmıştır.

7

HD44780U’ nun düşük güç kaynağı (2.7 V/ 5.5V ) düşük güç dağılımı gerektiren

herhangi bir taşınabilir batarya odaklı ürün için uygundur.

Özellikleri şunlardır:

5x8 ve 5x10 nokta matris mümkün,

Düşük güç işletme desteği: 2,7’den 5,5 V’a kadar,

Geniş aralıkta sıvı kristal ekran sürücüsü: 3,0’ dan 11 V’a kadar,

Sıvı kristal sürücü dalga formu (Bir satır frekans AC dalga şekli),

Yüksek hızlı CPU veri yolu arabirimi karşılığı: 2 MHz (Vcc = 5V iken),

dört bit veya sekiz bit etkinleştirilmiş mikroişlemci ara yüzü,

80x8 bit ekran rastgele erişimli bellek (en fazla 80 karakter)

Toplam 240 yazı karakteri için 9.920 bit karakter üreteci ROM: 208 yazı

karakteri (5x8 nokta için ), 32 yazı karakteri (5x10 nokta için),

64x8 bit karakter üreteci rastgele erişimli bellek: 8 yazı karakteri (5x8 nokta

için), dört yazı karakteri (5x10 nokta için),

16 ortak 40 segment sıvı kristal ekran sürücüsü,

Programlanabilir görev döngüsü: 5x8’in tek satırı için kursörle birlikte 1/8,

kursörle birlikte 5x10’nun tek satırı için 1/11, kursörle birlikte 5x8’in iki satırı

için 1/16,

Geniş komut fonksiyonları: Ekran temizleme, ekran açma-kapatma, kursör

kaydırma, ekran kaydırma, karakterleri yanıp söndürerek gösterme, kursör evi

HD44780S ile pin fonksiyonu uyumluluğu

Kontrolör/sürücü açıldıktan sonra (güç verildikten sonra) otomatik reset

devresi başlar,

Harici dirençle dahili osilatör kullanma,

Düşük güç tüketimi

LCD kontrolü için kullanılan temel komutlar kısaca şu şekilde açıklanabilir.

Ekranı temizle: Ekranı temizle talimatı tüm DDRAM adreslerine 20H boşluk

kodunu yazar. (20H karakter kodu için karakter şablonu boş bir şablon olmalıdır.)

Sonrasında DDRAM adresini adres sayıcıya 0 olarak ayarlar ve eğer önceden taşınmışsa

ekranı normal konumuna getirir. Başka bir deyişle, ekran kaybolur ve imleç ekranın sol

kenarına gider. (İki satırlıysa ilk satıra taşınır.) Ayrıca giriş modunda I/D’yi 1 (artış

modu) alır. Giriş modunun S’i değişmez.

8

Eve dön: Eve dön komutu adres sayıcıda DDRAM adresini 0 olarak atar ve eğer

önceden taşınmışsa ekranı normal durumuna döndürür. DDRAM içerikleri değişmez.

İmleç ekranın sol kenarına taşınır.

Giriş modu seçimi: I/D: Bir karakter kodu yazıldığı veya DDRAM’den

okunduğu zaman DDRAM adresini 1 ile arttırır (I/D = 1) veya azaltır (I/D = 0).

İmleç 1 artış olduğunda sağa ve 1 azalış olduğunda sola kayar. Aynı durum

CGRAM’in yazımı ve okunması için de geçerlidir.

S: S 1 olunca tüm ekranı ya sağa (I/D = 0) ya da sola (I/D = 1) kaydırır. S 0 iken

ekran kaymaz.

Eğer S 1 ise, imleç hareket etmezken ekran hareket ediyormuş gibi gözükür.

DDRAM’den okurken ekran kaymaz. Ayrıca, CGRAM’e yazma veya ondan okuma

işlemleri ekranı kaydırmaz.

Ekran on/off kontrolü: D: D 1 iken ekran çalışır ve 0 iken de kapalıdır.

Kapalıyken, ekran verileri DDRAM’de saklanır ve D 1 atanarak direk ekrana

yansıtılabilir.

C: İmleç C 1 iken gözükür ve 0 iken kapalıdır. İmleç yok olsa bile, ekrana veri

yazımı sırasında I/D’nin işlevi ya da diğer özellikler değişmeyecektir.

B: İmleç tarafından gösterilen karakter B 1 iken yanıp söner. Yanıp sönme

tamamen boş noktalar ile gösterilen karakterler arasında 409,6-ms aralıklarla değişim

olarak gösterilir.

İmleç ya da ekran kaydırma: İmleç ya da ekran kaydırma, yazmadan ya da

ekran verisini okumadan imleci ya da ekran konumunu sağa ya da sola kaydırır. Bu

işlem ekranı aramak ya da düzeltmek için kullanılır. 2 şeritli ekranda, imleç ilk satırın

40’ıncı basamağını geçince ikinci satıra iner. Birinci ve ikinci satır ekranları aynı anda

kayarlar.

Gösterilen veri sürekli kaydırıldığında her satır sadece yatay olarak hareket eder.

İkinci satır ekranı ilk satıra kaymaz.

Adres sayıcı (AC - Address Counter) içerikleri eğer tek yapılan hareket ekran

taşıma olunca değişmez.

İşlem ayarı: DL: Arayüz veri boyunu ayarlar. Veri DL 1 iken 8-bit uzunluğunda,

DL 0 iken ise 4-bit uzunluğunda gönderilir veya alınır. 4-bit uzunluğu seçildiğinde, veri

iki kere gönderilmeli veya alınmalıdır.

N: Ekran şerit sayısını ayarlar.

9

F: Karakter yazı tipini(font) ayarlar.

Herhangi bir talimatı işleme sokmadan önce programın başındaki işlemi yapınız

(Meşgul bayrağı okuma ve adres talimatı haricinde). Bu noktadan sonra, fonksiyon ayar

talimatı arayüz veri uzunluğu değiştirilmeden işleme sokulamaz.

CGRAM adres ayarı: CGRAM adres ayarı CGRAM adresini, adres sayıcısında,

ikili AAAAAA olarak ayarlar. Sonra veri yazılır veya işlemciden CGRAM için okunur.

10

3. TASARIM

3.1. Yöntem

Akıllı röle sistemleri yapısındaki mikrodenetleyici ile programlanabilme

özelliğine sahip elektronik cihazlardır. Şekil 1’de rölenin blok diyagramı görülmektedir.

Kontrol KartıTuş Takımı

LCD Ekran

Röle Arayüzü

Şekil 1. Akıllı röle sisteminin blok diyagramı

Sistem dört temel bileşenden oluşmaktadır. Bunlar:

1. Kontrol kartı

2. Röle arayüzü

3. Tuş takımı

4. LCD ekran.

Akıllı röleyi oluşturan temel birimleri kısaca açıklayalım.

11

3.1.1. Kontrol Kartı

Kontrol kartı sistemin denetimini yapan birimdir. Microchip firmasının 16

ailesinde PIC16F877A denetleyicisi ve çevre elemanlarından oluşmaktadır. Ayrıca

sistem için gerekli olan gerilim seviyeleri de bu birimde elde edilmektedir. Birimi

oluşturan elemanlar ve işlevleri kısaca şu şekildedir:

Mikrodenetleyici: Sistemin kontrolünü yapmaktadır. Uygulama yazılımı

Microchip firmasının MPLAB yazılımı ile C dilinde geliştirilecek ve ICSP portu

üzerinden denetleyiciye aktarılacaktır.

5 V gerilim regülatörü: Sistemi oluşturan birimleri için gerekli olan 5 V gerilimini

üretecektir.

12 V gerilim regülatörü: Sistemdeki röleleri tetiklemek için gerekli olan 12 V

gerilimini üretecektir.

3.1.2. Röle Arayüzü

Sistemin bağlı olduğu cihazları açıp, kapatmasını sağlayan rölelerin olduğu

birimdir. Dört röle ve çevre elemanlarından oluşmaktadır. Enerjisi ve denetimi kontrol

kartı ile gerçekleştirilmektedir. Kontrol kartındaki mikrodenetleyici kullanıcı tarafından

belirlenen zamanlarda dört röleyi bağımsız olarak açıp, kapatabilmektedir. Her röle 220

VAC gerilimde 10 A’e kadar olan yükleri anahtarlayabilmektedir.

3.1.3. Tuş Takımı

Kullanıcının sistemi kontrol etmesini ve programlamasını sağlamaktadır. Yukarı,

aşağı, sağa, sola, tamam ve iptal olmak üzere altı basmalı anahtar ve çevre

elemanlarından oluşmaktadır. Kullanıcı tuş takımı ve LCD ekranı kullanarak istediği

röleyi seçmekte, devre girme ve devreden çıkma zamanlarını ayarlayabilmektedir.

12

3.1.4. LCD Ekran

Kullanıcının sistemin kontrolünü sağlamaktadır. Ayrıca çalışması hakkında

kullanıcıya bilgi sunmaktadır. LCD ile kullanıcıya şu bilgiler aktarılmaktadır:

Zaman (saat, dakika, saniye)

Rölelerin çalışma durumları (Açık/kapalı)

Rölelerin devreye giriş saatleri (saat, dakika, saniye)

Rölelerin devreden çıkış saatleri (saat, dakika, saniye)

3.1.5. Sistemin Çalışması

Sistemin kontrolünü ve çalışmasını maddeler halinde kısaca açıklayalım:

1. Kullanıcı tuş takımı ve LCD ekran ile devreye almak istediği rölenin başlama

ve durma zamanlarını ayarlar.

2. Mikrodenetleyici sistem saati ile rölenin devreye girme zamanını karşılaştırıp,

zamanı geldiğinde röleyi devreye alır.

3. Mikrodenetleyici rölenin kapanma zamanına kadar röleyi aktif konumsa tutar.

Kapanma zamanı geldiğinde kapatır.

3.1.6. Uygulama Yazılımı

Sistemin kullanılabilir olmasını sağlayan uygulama yazılımı MPLAB editöründe

Hi-Tech C derleyicisi ile C dilinde geliştirilecektir. Yazılımı PicKit2 programlayıcısı ile

ICSP portu üzerinden denetleyiciye aktarılacaktır.

3.2. Çalışmalar

Hedeflenen sistemin gerçekleşesinde çalışacak olan proje ekibi ve sorumlu

oldukları kısımlar Çizelge 2’de verilmiştir.

13

Çizelge 2. Görev kişi çizelgesi

Konu Abdullah

SUNGUR

Halil İbrahim

YAZICI

Teorik altyapının oluşturulması

Sistemin blok diyagramının hazırlanması

Gerekli yazılımların tespiti

Gerekli donanımların tespiti

Baskı devre şemalarının hazırlanması

Donanımın üretimi ve testi

Yazılım geliştirme

Proje raporlarının hazırlanması

Projenin sunumu ve savunulması

3.3. Başarı Kıstasları

Hedeflenen sistem için başarı kıstasları şunlardır:

Sistemin devre şemaları hatasız olarak hazırlanmalıdır.

Sistemin baskı devre şemaları bitirilmiş olmalıdır.

Sistem için gereken baskı devre kartları üretilmiş ve test edilmiş olmalıdır.

Hazırlanan baskı devre kartlarına malzeme montajı yapılmalı ve test

edilmelidir.

Donanım için gereken uygulama yazılımları geliştirilmeli ve donanıma

yüklenerek test edilmelidir.

Sistem test edilmeli ve tespit edilen aksaklıklar giderilmelidir.

3.4. Araştırma Olanakları

Projenin donanımsal olarak gerçekleştirilmesinde KTÜ Sayısal İşaret İşleme

Laboratuvarının araç-gereç altyapısı kullanılacaktır. Baskı devre üretimi ve montajı

için gereken cihaz ve donanım bu laboratuvardan karşılanacaktır. Aynı zamandan

sistemin testi de burada yapılacaktır

14

4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR

Gerçekleştirilen programlanabilir kontrol kartı şu birimlerden oluşmaktadır:

Güç birimi

LCD ekran

Ana kart

Röle kartı

Yük arayüzü

Tuş takımı

ICSP programlama arayüzü

Şimdi bu üniteleri kısaca açıklayalım.

Güç birimi: Tüm sistem için gerekli olan enerjiyi sağlayan güç birimi 5 V 20 W

bir DC kaynaktan oluşmaktadır ve Şekil 2’de görülmektedir.

Şekil 2. Güç ünitesi

15

LCD ekran: 2 satır 16 sütun tek renk alfa nümerik LCD ve çevre elemanlarından

oluşmaktadır. Rölelerin durumlarını, zamanı ve rölelerin devreye giriş ve çıkış

zamanlarını göstermektedir. LCD ekran birimi Şekil 3’de görülmektedir.

Şekil 3. LCD ekran birimi

Ana kart: Sistemin genel kontrolünü yapmaktadır. Eagle programı [1], [2] ile

hazırlana şematik çizimi Şekil 4’de, baskı devre şeması Şekil 5’de ve genel görünümü

Şekil 6’da verilmiştir.

Şekil 4. Ana kartın şematik çizimi

16

Şekil 5. Ana kartın baskı devre çizimi

Şekil 6. Ana kartın genel görünümü

17

Röle kart: Yükün bağlı olduğu röleler ve çevre elemanlarından oluşmaktadır.

Şematik çizimi Şekil 7’de, baskı devre şeması Şekil 8’de ve genel görünümü Şekil 9’da

verilmiştir.

Şekil 7. Ana kartın şematik çizimi

Şekil 8. Ana kartın baskı devre çizimi

18

Şekil 9. Ana kartın genel görünümü

Yük arayüzü: Kontrol edilecek cihazların bağlandığı kısımdır. Dört klemensten

oluşan bu birim Şekil 10’da görülmektedir.

Şekil 10. Yük arayüzünün kartının genel görünümü

Tuş Takımı: Kullanıcının sistemi programlamasını sağlayan bu birim Şekil 11’de

verilmiştir.

19

Şekil 11. Tuş takımının genel görünümü

ICSP programlama arayüzü: Sistemi kontrol eden mikrodenetleyicinin sökülüp,

tekrar takılmasına gerek duyulmadan programlanmasına imkân sağlamaktadır [3]. Şekil

12’de programlama arayüzü görülmektedir.

Şekil 12. ICSP programlama arayüzü

20

Gerçekleştirilen sistemin ön, arka ve yan görünüşleri sırasıyla Şekil 13, Şekil 14

ve Şekil 15’de verilmiştir. Donanımın çalışması için gereken uygulama yazılımı

MPLAB editöründe [4] HiTech C dili [5], [6] hazırlanmıştır.

Şekil 13. Sistemin önden görünümü

Şekil 14. Sistemin arkadan görünümü

21

Şekil 15. Sistemin üstten görünümü

22

5. SONUÇLAR

Bu çalışmada genel kullanıma yönelik bir akıllı röle sisteminin tasarımı, prototip

üretimi ve testi yapılmıştır. Çalışma sonucunda elde edilen başlıca sonuçlar aşağıda

maddelemiştir:

Üçüncü kullanıcıya yönelik bir akıllı röle sistemi tasarlanmıştır.

Sistem için gereken şematik ve baskı devre çizimleri yapılan tasarıma uygun

olarak yapılmıştır.

Donanım için gerekli olan baskı devre kartları transfer kâğıdı yöntemi ile

üretilmiş ve test edilmiştir.

Devre elemanlarının montajı yapılıp, test edilmiş ve görülen aksaklıklar

giderilmiştir. Donanım uygulama yazılımı için hazır hale getirilmiştir.

Uygulama yazılımı geliştirilmiş ve ortaya çıkan yazılım arızaları giderilmiştir.

Sistem farklı yükler bağlanarak denemiş ve sorunsuz çalıştığından emin

olunmuştur.

23

6. YORUMLAR ve DEĞERLENDİRME

Bu çalışmada genel kullanımı kolay bir akıllı röle sistemi üretilmiş ve test

edilmiştir. Gerçekleştirilen donanımın geliştirilmesine yönelik aşağıdaki yorum ve

değerlendirmeleri sunabiliriz.

Donanımın kullanıl kolaylığını ve görselliğini arttırmak amacıyla tek renk veya

renkli grafik ekran kullanılabilir.

Daha fazla sayıda yük bağlanmasına imkân vermek için klemens ve röle sayısı

arttırılabilir.

Sisteme uzaktan erişim sağlanarak işlevselliği arttırılabilir.

Röle donanımının haftalık, aylık ve yıılık olarak programlanabilmesine imkan

sağlanabilir.

24

KAYNAKLAR

[1] Eagle Easily Applicable Graphical Layout Editor Tutorial, CadSoft Computer, 2010.

[2] Eagle Easily Applicable Graphical Layout Editor Tutorial Manual, CadSoft Computer, 2010.

[3] PICkit 2 Programmer/Debugger User’s Guide, Microchip Technology Inc., 2008.

[4] MPLAB IDE User’s Guide, Microchip Technology Inc., 2006.

[5] Getting Started with HI-TECH C for PIC10/12/16 MCUs, Microchip PICDEMTM 2 Plus Board and MPLABR ICD 2, Microchip Technology Inc.,

2011.

[6] HI-TECH C® for PIC10/12/16 User’s Guide, Microchip Technology Inc., 2010.

EK‐1. IEEE ETIK KURALLARI

Bu kısımda IEEE Etik Kuralları Türkçe ve İngilizce olarak sırasıyla sunulmuştur.

30

IEEE Etik Kuralları IEEE Code of Ethics

IEEE üyeleri olarak bizler bütün dünya üzerinde teknolojilerimizin hayat standartlarını

etkilemesindeki önemin farkındayız. Mesleğimize karşı şahsi sorumluluğumuzu kabul ederek,

hizmet ettiğimiz toplumlara ve üyelerine en yüksek etik ve mesleki davranışta bulunmayı söz

verdiğimizi ve aşağıdaki etik kuralları kabul ettiğimizi ifade ederiz.

1. Kamu güvenliği, sağlığı ve refahı ile uyumlu kararlar vermenin sorumluluğunu kabul etmek ve kamu veya çevreyi tehdit edebilecek faktörleri derhal açıklamak;

2. Mümkün olabilecek çıkar çatışması, ister gerçekten var olması isterse sadece algı olması, durumlarından kaçınmak. Çıkar çatışması olması durumunda, etkilenen taraflara durumu bildirmek;

3. Mevcut verilere dayalı tahminlerde ve fikir beyan etmelerde gerçekçi ve dürüst olmak;

4. Her türlü rüşveti reddetmek;

5. Mütenasip uygulamalarını ve muhtemel sonuçlarını gözeterek teknoloji anlayışını geliştirmek;

6. Teknik yeterliliklerimizi sürdürmek ve geliştirmek, yeterli eğitim veya tecrübe olması veya işin zorluk sınırları ifade edilmesi durumunda ancak başkaları için teknolojik sorumlulukları üstlenmek;

7. Teknik bir çalışma hakkında yansız bir eleştiri için uğraşmak, eleştiriyi kabul etmek ve eleştiriyi yapmak; hatları kabul etmek ve düzeltmek; diğer katkı sunanların emeklerini ifade etmek;

8. Bütün kişilere adilane davranmak; ırk, din, cinsiyet, yaş, milliyet, cinsi tercih, cinsiyet kimliği, veya cinsiyet ifadesi üzerinden ayırımcılık yapma durumuna girişmemek;

9. Yanlış veya kötü amaçlı eylemler sonucu kimsenin yaralanması, mülklerinin zarar görmesi, itibarlarının veya istihdamlarının zedelenmesi durumlarının oluşmasından kaçınmak;

10. Meslektaşlara ve yardımcı personele mesleki gelişimlerinde yardımcı olmak ve onları desteklemek.

31

We, the members of the IEEE, in recognition of the importance of our technologies in affecting the quality of life throughout the world, and in accepting a personal obligation to our profession, its members and the communities we serve, do hereby commit ourselves to the highest ethical and professional conduct and agree:

1. to accept responsibility in making engineering decisions consistent with the safety, health and welfare of the public, and to disclose promptly factors that might endanger the public or the environment;

2. to avoid real or perceived conflicts of interest whenever possible, and to disclose them to affected parties when they do exist;

3. to be honest and realistic in stating claims or estimates based on available data; 4. to reject bribery in all its forms; 5. to improve the understanding of technology, its appropriate application, and potential

consequences; 6. to maintain and improve our technical competence and to undertake technological tasks

for others only if qualified by training or experience, or after full disclosure of pertinent limitations;

7. to seek, accept, and offer honest criticism of technical work, to acknowledge and correct errors, and to credit properly the contributions of others;

8. to treat fairly all persons regardless of such factors as race, religion, gender, disability, age, or national origin;

9. to avoid injuring others, their property, reputation, or employment by false or mlicious action;

10. to assist colleagues and co-workers in their professional development and to support them in following this code of ethics.

Approved by the IEEE Board of Directors August 1990

IEEE Code of Ethics

ieee-ies.org/resources/media/about/history/ieee_codeofethics.pdf

EK‐2. DİSİPLİNLERARASI ÇALIŞMA

Gerçekleştirilen akıllı rölenin kutulanmasında, ön ve arka panellerin kesimleri için lazer

kesim yapan şirketlerle görüşmeler yapılmıştır. Ön ve arka panel çizimleri Microsoft Visio

programıyla hazırlandıktan sonra kesimleri yapılmıştır. Ön kapak kesim şeması EK-2. Şekil 1

ve arka kapak şeması EK-2. Şekil 2’de görülmektedir.

Ön Kapak (Akıllı Röle)

+ R1 - + R2 - + R3 - + R4 -

EK-2. Şekil 1. USB şarj sistemi ön panel çizimi

Arka Kapak(Akıllı Röle)

0

1

EK-2. Şekil 2. USB şarj sistemi arka panel çizimi

EK-2.1. Mali Analiz

Proje için gerekli olan elektronik malzemeler Int-El Internetional San. ve Tic. Ltd. Şti.

firmasından satın alınmıştır. Malzeme listesi EK-2 Çizelge 1’de verilmiştir.

EK-2. Çizelge 1. Projede kullanılmak üzere satın alınan malzemeler

Sıra Malzeme Tutar

1 PIC16F887 mikrodenetleyici 5,00

2 5 V 20 W DC güç kaynağı 25,00

3 2x16 alfa numerik LCD ekran 10,00

4 5 V tek kontak röle 10,00

5 Topraklı enerji kablosu 3,00

6 Sigortalı enerji kablosu yuvası 4,00

7 İkili sök tak kılamens 4,00

8 7805 gerilim regülatörü 1,00

9 470 direnç 1,00

10 1 k direnç 1,00

11 10 k direnç 1,00

12 4 MHz kristal 1,00

13 100 nF kapasite 1,00

14 10 µF kapasite 1,00

15 SMD kırmızı LED 1,00

16 Kart montajlı çeşitli tipte konnektörler 10,00

17 Bağlantı kabloları 10,00

18 GSM modülü 368,00

19 Selenoid vana 60,00

TOPLAM 517,00

Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU

Bitirme Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları cevaplayınız.

1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. Bu projede son kullanıcıya yönelik genel amaçlı bir akıllı röle sisteminin tasarımı ve prototip üretimi

yapılmıştır.

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

3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız? Elektronik devre çözümleme, devre tasarımı, mikrodenetleyiciler ve programlama.

4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir? Kontrol kartının tasarımı TTL standardına uygun olarak yapılmıştır. Dikkate alınan standartlar şunlardır;

TS EN 190101 Aile özellikleri: Sayısal entegre ttl devreler, 54, 64, 74, 84 serileri

TS EN 190102 Aile özellikleri: Ttl schottky sayısal entegre devreler, 54s, 64s, 74s, 84s serileri

TS EN 190103 Aile özellikleri: Sayısal entegre ttl düşük güçlü schottky devreler, 54ls, 64ls, 74ls, 84ls serileri

TS EN 190106 Aile özellikleri: Ttl gelişmiş düşük güçlü schottky sayısal entegre dev., 54als ve 74als serileri

TS EN 190107 Aile özellikleri: Ttl hızlı sayısal entegre devreler, 54f ve 74f serileri

TS EN 190108 Aile özellikleri: Ttl gelişmiş schottky sayısal entegre devreler, 54as ve 74as serileri

5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?

a) Ekonomi

Üretim maliyetinin düşük olması hedeflenmiştir.

b) Çevre sorunları:

Prototip üretiminde çevreye zararlı olan kurşun alaşımlı lehim kullanılmamıştır.

c) Sürdürülebilirlik:

Röle devresi geliştirilmeye ve güncellemeye açık olarak üretilmiştir.

d) Üretilebilirlik:

Hazırlanan donanım ülkemiz şartlarında kolaylıkla üretilebilir niteliktedir.

e) Etik:

Projenin tüm aşamalarında mühendislik etik kurallarına riayet edilmiştir.

f) Sağlık:

Röle devresi 5 VDC gerilim seviyesinde çalışmakta olup, bu değer herhangi bir sağlık riski

taşımamaktadır. Besleme gerilim olarak 220 VAC kullanılmış. Ancak yüksek gerilim yalıtımlı ve

sigortalı olarak sisteme dâhil edilmiştir.

g) Güvenlik:

Sistem herhangi bir güvenlik riski içermemektedir.

h) Sosyal ve politik sorunlar:

Hazırlanan proje sosyal ve politik soruna yol açmayacak niteliktedir.

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

ÖZGEÇMİŞ

Abdullah SUNGUR 1989’de Almanya Stuttgart'da doğdu. İlköğrenimini Ertuğrul Gazi

İlköğretim Okulu’nda, lise öğrenimini Yozgat Sorgun Anadolu Lisesi’nde yaptı. 2009 yılında

Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği

Bölümü’nde Lisans Programı’na başladı. Yabancı dil olarak İngilizce ve Almanca bilmektedir.

Halil İbrahim YAZICI 1991’de İstanbul'da doğdu. İlköğrenimini Fındıkzade İlköğretim

Okulu’nda, lise öğrenimini Bahçelievler Anadolu Lisesi’nde yaptı. 2009 yılında Karadeniz

Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde

Lisans Programı’na başladı. Yabancı dil olarak İngilizce bilmektedir.