ultrasonİk sensÖrler ve robot uygulamalari

Post on 06-Apr-2018

227 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

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