ultrasonİk sensÖrler ve robot uygulamalari
TRANSCRIPT
-
8/2/2019 ULTRASONK SENSRLER VE ROBOT UYGULAMALARI
1/60
Blm 1 : ALGILAYICILAR (SENSRLER)
1.1 GR
Alglayclar ("duyarga" da denmektedir) fiziksel ortam ile endstriyel amal elektrik-elektronik cihazlar birbirine balayan bir kpr grevi grrler. Bu cihazlar endstriyel proses
srecinde kontrol, koruma ve grntleme gibi ok geni bir kullanm alanna sahiptirler.
Gnmzde retilmi yzlerce tip alglaycdan sz edilebilir. Mikro elektronik
teknolojisindeki inanlmaz hzl gelimeler bu konuda her gn yeni bir bulu yada yeni
bir uygulama tipi gelitirilmesine olanak salamaktadr. Teknik terminolojide sensr ve
Transducer terimleri birbirlerinin yerine sk sk kullanlan terimlerdir. Transducer genel
olarak enerji dntrc olarak tanmlanr. Sensr ise eitli enerji biimlerini elektriksel
enerjiye dntren cihazlardr. Ancak 1969 ylnda ISA ( Instrument Society of America)
bu iki terimi e anlaml olarak kabul etmi ve "llen fiziksel zellik, miktar ve koullarn
kullanlabilir elektriksel miktara dntren bir ara" olarak tanmlanmtr.
1.2. Alglayclarn Snflandrlmas
Alglayclar birbirinden farkl birok snfa ayrmak mmkn. llen bykle gre,
k byklne gre, besleme ihtiyacna gre vb. Aada bu snflardan bazlarna
deinilecektir.
1.2.1 Giri Byklklerine Gre
Alglayclarla llen byklkler 6 gruba ayrlabilir. Bunlar;
1. Mekanik : Uzunluk, alan, miktar, ktlesel ak, kuvvet, tork (moment), basn, hz
ivme, pozisyon, ses dalga boyu ve younluu.
2. Termal : Scaklk, s ak.
1
-
8/2/2019 ULTRASONK SENSRLER VE ROBOT UYGULAMALARI
2/60
3. Elektriksel : Voltaj, akm, arj, diren, endktans, kapasitans, dielektrik katsays,
polarizasyon, elektrik alan ve frekans.
4. Manyetik : Alan younluu, ak younluu, manyetik moment, geirgenlik.
5. Ima :Younluk, dalga boyu, polarizasyon, faz, yanstma, gnderme.
6. Kimyasal :Younlama, ierik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hz, pH miktar.
1.2.2 k Byklklerine Gre
te yandan analog klara alternatif olan dijital klar ise bilgisayarlarla dorudan
iletiim kurabilirler. Bu iletiimler kurulurken belli baz protokoller kullanlr. Bunlardan seri
iletiim_protokollerine,_aada_ksaca_deinilmitir.
RS232C: Bu protokol balangta telefon veri iletiimi iin tasarlanmtr . Daha sonra
birok bilgisayar sistemi bunu ska kullanmaya balam ve sonuta RS232 standart bir iletiim
protokol haline gelmitir. RS232C'nin almas tek sonlamaldr(single ended).
Lojik 1 = -15,-3 arasnda ve lojik 0 = +3,+15 arasndadr. Alglayclar verileri bitler halinde
ve seri iletiim protokoluna uygun olarak bilgisayara gnderir. RS232C bir single ended ara yze
olduundan alc ve gnderici arasndaki uzaklk d evreden gelen olumsuz faktrlerin
azaltlmas asndan ksa tutulmaldr.
RS422A : Bu protokol differantial ended bir ara yze sahiptir. Alc verici arasndaki
uzaklk yeterince en uzak seviyededir. Hatlarda bu mesafe sebebiyle olabilecek zayflama 200mV
seviyesine kadar azalsa da sistem iletiime devam eder . Diferansiyel ara birim sayesinde
sinyaldeki zayflama ihmal edilebilir dzeye ekilir ve olduka yksek veri hzyla haberleme
salanabilir. Alglayc ve bilgisayar arasndaki iletiimde Twisted Pair ( Bklm kablo )
kullanldndan d etkilerden etkileim azdr.
RS485 : Standart 422A protokolu geniletilerek oluturulmu bir protokoldr. Bu protokol ile
birlikte alabilen 32 adet alc vericinin tek bir kabloyla veri iletiimi salanabilir. RS485
protokol kablodaki iletiim problemlerini ortadan kaldrmaktadr.
2
-
8/2/2019 ULTRASONK SENSRLER VE ROBOT UYGULAMALARI
3/60
Seri iletiim protokollerinin karlatrlmas:
k Ara Birim Tipi Max .Kablo Uzunluu Max. veri hz letiim tipi
RS232C Single Ended Voltage 15 mt 20Kbps Point to point
RS422A Differantial Voltage 1,2 km 10Mbps Point to point
RS485A Differantial Voltage 1,2 km 10Mbps MultiDrop (32 Node)
1.2.3 Besleme htiyacna Gre
Alglayclar besleme ihtiyacna gre iki snfa ayrlabilir. Bunlar ; Pasif Alglayclar ve
Aktif alglayclardr.1.2.3.1 Pasif Alglayclar
Hibir ekilde dardan harici enerji almadan ( besleme gerilimine ihtiya duymadan)
fiziksel yada kimyasal deerleri bir baka bykle evirirler. Bu alglayc tipine rnek olarak
Termocouple (T/C) yada anahtar gsterilebilir. T/C aada etraflca anlatlacaktr. Anahtar ise
bilindii gibi mekanik bir hareketi elektriksel bir kontaa dntrmektedir.
1.2.3.2 Aktif Alglayclar
almalar iin harici bir enerji beslenmesine ihtiya duyarlar. Bu alglayclar tipik olarak
zayf sinyalleri lmek iin kullanlrlar. Aktif alglayclarda dikkat edilmesi gereken nokta giri
ve klardr. Bu tip alglayclar dijital yada analog formatta elektriksel k sinyali retirler.
Analog kllarda, k bykl gerilim ya da akmdr. Gerilim k genellikle 0-5 V
aralnda olduka yaygn kullanlmaktadr. Ancak 4-20 mA akm k da artk endstride
standart haline gelmitir. Baz durumlarda 0-20 mA akm evrimi kullanlmaktadr . Ancak
endstride ou zaman hatlarda meydana gelen bozulma kopma gibi durumlarda sistemin bu
durumu kolay alglamas ve veri iletiiminin salkl yaplabilmesi iin 4-20mA daha yaygn
kullanlr. ok eski alglayclar 10-50 mA akm klarna sahiptirler. Endstride en yaygn
kullanlan 4-20 mA evrim tipinin kullanm baz zel durumlar gerektirmektedir. Bu noktalar;
3
-
8/2/2019 ULTRASONK SENSRLER VE ROBOT UYGULAMALARI
4/60
Alglayclarn yerletirildii uzak noktalarda elektrik besleme geriliminin olmamas
gereklidir.
Alglayclar gerilim sinyalinin snrl olabilecei durumlarda tehlikeli uygulamalarda
kullanlmaldr.
Alglaycya giden kablolar iki ile snrlanmaldr.
Akm evrim sinyali greceli olarak grlt geriliminin ani sramalarna kar
korumaldr. Ancak bunu uzun mesafe veri aktarmnda yapamaz.
Alglayclar, lm sisteminden elektriksel olarak izole edilmelidir.
1.3. YER DEM VE HAREKET ALGILAYICILARI
Mekanikteki en temel l uzunluk lsdr. Konum, hareket, yer deiimi terimleri
birbirine ok yakn durmaktadr. Konum alglayc (Position Sensor) yada hareket transdseri
(Motion Transducer) terimlerine sk sk rastlanmaktadr. Yer deiimi transdseri (Displacement
Transducer), teknik olarak en doru ifade saylabilir. Temel olarak lineer ve asal yer deiimi
alglayc olarak ikiye ayrlrlar.
Yer deiim alglayclar lme teknikleri asndan aadaki gibi snflandrlabilir.
1. Kapasitif
2. Endktif
3. Relktans
4. Potansiyometrik
5. Strain-Gage
6. Elektro-Optik
7. Asal ve Dogrusal Enkoderler
8. Ultrasonik
9. Konum alterleri
4
-
8/2/2019 ULTRASONK SENSRLER VE ROBOT UYGULAMALARI
5/60
BLM 2 : ULTRASONK SENSRLER
2.1 Giri :
Ultrasonik kelime anlam olarak insan kulann duyabildii frekansta yer alan
sesin hemen stnde bulunan yksek frekanslardaki sese verilen isimdir. Bu frekans aral 20
- 500 kHz arasndaki bir baka deyile genlik modlasyon bandnn hemen altndaki
frekanslarda yer almaktadr. Ultrasonik alglayclarn temel alma mant bu frekans
aralnda bulunan bir ses dalgasnn, ultrasonik verici tarafndan retilerek gnderilmesi ve
uzaktaki bir nesneden yansyan ses dalgasnn alc tarafndan alnarak tekrar elektriksel iarete
evrilmesi esasna dayanr. Sadece varlk alglamas bu ekilde yaplabilecei gibi ultrasonik
alglayclar yardmyla uzaklk lmleri de yaplabilmektedir.
Uzaklk lm iin gnderilen ve alnan ses dalgas arasnda geen zaman llrse, bu
sre sesin aradaki mesafeyi bir gidi ve bir geli iin geirdii sreye eittir. Sesin hz sabit
olduundan (25 C de 340m/s ) hedefin uzakl basit bir arpma sonucunda bulunabilir. Sesin
gidi ve geli sresi t ile ifade edilsin. Bu durumda hedef ile ses dalgasnn k noktas
arasndaki mesafex ile ifade edilecek olursa :
sn
mtVt
X SES22
=
=
5
-
8/2/2019 ULTRASONK SENSRLER VE ROBOT UYGULAMALARI
6/60
olarak hesaplanabilmektedir. Sre ikiye blnmelidir nk arada geen sre bir gidi ve bir
geli zaman iin geen sredir.
Ultrasonik sensrler genellikle robotlarda engellerden kamak, navigasyon ve
bulunan yerin haritasn karmak amacyla kullanlmaktadr . Bu trden almalar ilk
olarak,Polaroid firmas ultrasonik sensr kullanarak ve bunu bir aletin iine koyup kamera
uzakln anlayan sistem gelitirmitir.
2.2 alma Prensibi:
Ultrasonik uzaklk sensr, piezoelektrik transducerden gelen 40 KHz ultrasonik
sesin ksa darbelerini yayarak almaktadr. Ses enerjisinin kk bir ksm sensrn nndekicisimlerden yansyarak dedektre yani farkl bir piezoelektrik transducere gelir.
Alc ykselteci yansyan iareti ( ekolar ) sinyal dedeksiyon sistemine veya
mikro denetleyiciye gnderir. Sinyalin havadaki hzna bal olarak mikro denetleyici
cisimlerin ne kadar uzakta olduklarn_zamanlama_prosessi_koarak_belirler.
Ultrasonik uzaklk sensrleri fiziksel olarak iki eitte piyasada
bulunmaktadr.Buna ramen temel ilevleri ayndr.
Polaroid sensr tip i : Ultrasonik ses dalgalarnn yaylmas ve alglanmas tek bir
piezoelektrik transducer tarafndan yaplr.
Hitechnic sensr tipi: Ultrasonik ses dalgalarnn yaylmas verici transducer, dalgalarn
alglanmas ise alc transducer tarafndan yaplr.Bu tipteki uzaklk dedeksiyon ileminde 2 tane
transducer kullanlr.
Ultrasonik sensrlerde yansyan iaretin dnme sre bilgisine gre ilem
yapldnda baz anlalmazlktan kaynaklanan yorum hatas yaplabilmektedir . rnein
sensrn yz kendine daha yakn dz bir cisim ile paralel olsun.Bu cismin arkasnda ise
yanstc yzeyi olan ok geni bir duvar olduunda, sensr tarafndan alglanan bilgi sensrn
nnde bulunan yakn cisme gre yorumlanr.Buna ramen bazen yansyan iaretin dnme sre
6
-
8/2/2019 ULTRASONK SENSRLER VE ROBOT UYGULAMALARI
7/60
bilgisi anlaml cismi alglamamzda bizi yanltabilir.Eer cismin bulunduu yzey, sensrn
gerek yzeyi ile asal olarak leklendirilirse, informasyon bilgisi 30 derece konisi iinde
bulunan en yakn noktaya gre kaydedilir.
ekil:2 Hiteknik sensr tipi ekil:3 Polaroid sensr tipi
2.3 Teknik ve Fiziksel Bilgiler:
Teknik BilgilerRezonans Frekans (KHz) 40
Ses Basn Dzeyi (dB) 115