T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Uzaktan Robotik El Kontrolü

228574 Hilal ALTUN

228598 Fulya AKDENİZ

228600 Neşe ÜNVER

Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK

Mayıs 2013

TRABZON

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Uzaktan Robotik El Kontrolü

228574 Hilal ALTUN

228598 Fulya AKDENİZ

228600 Neşe ÜNVER

Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK

Mayıs 2013

TRABZON

ii

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU

Hilal ALTUN, Fulya AKDENİZ, Neşe ÜNVER tarafından Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK

yönetiminde hazırlanan “Uzaktan Robotik El Kontrolü” başlıklı lisans bitirme projesi

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

kabul edilmiştir.

Danışman : Unvanı Adı ve SOYADI ………………………………

Jüri Üyesi 1 : Unvanı Adı ve SOYADI ………………………………

Jüri Üyesi 2 : Unvanı Adı ve SOYADI ………………………………

Bölüm Başkanı : Unvanı Adı ve SOYADI ………………………………

iii

ÖNSÖZ

Günümüzde birçok işin kolaylaştırılması amacıyla robotik üzerine farklı çalışmalar

yapılmaktadır. Bu çalışmaların en önemlileri insan sağlını korumayı ve gündelik işleri

kolaylaştırmayı amaçlayan çalışmalardır. ‘’Uzaktan Robotik El Kontrolü’’ isimli

projemiz insan elinin yaptığı hareketi algılayarak, kablosuz bir şekilde robot el üzerinde

hareketin aynısını taklit edebilmesi ve insan hayatını farklı alanlarda kolaylaştırması

amaçlacıyla yapılmıştır.

İlk olarak hazırlamış olduğumuz bu çalışmada bizlere zamanını ayıran ve

danışmanımız olan değerli hocamız Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK’ e ve Tez çalışmamız

süresince bu çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğü’ ne

Mühendislik Fakültesi Dekanlığı’ na ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm

Başkanlığı’ na içten teşekkürlerimizi sunarız.

Ayrıca proje yapımında her türlü yardımı sağlayan ve bilgilerini hiç çekinmeden

bizimle paylaşan Doç. Dr. İsmail KAYA’ ya ve Araş. Gör. Cemaleddin ŞİMŞEK’ e ve

bize çalışma ortamı sunan İletişim Laboratuarına teşekkürü bir borç biliriz.

Her şeyden öte, eğitimimiz süresince bizim her konuda yanımızda olan ve desteğini

hiç esirgemeyen, canımız ve hep destekçimiz olan ailemize çok teşekkür ederiz.

Son olarak örnek olan tüm hocalarımıza ve arkadaşlarımıza saygı ve sevgilerimizi

sunarız.

Mayıs 2013

Hilal ALTUN Fulya AKDENİZ Neşe ÜNVER

iv

İÇİNDEKİLER

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU ........................................................................................ ii

ÖNSÖZ ........................................................................................................................................... iii

İÇİNDEKİLER .................................................................................................................................. iiv

ÖZET .............................................................................................................................................. vi

SEMBOLLER DİZİNİ…………………………………………………………………………………………………………………..vii

KISALTMALAR DİZİNİ………………………………………………………………………………………………………………viii

ŞEKİLLER DİZİNİ ............................................................................................................................ iix

Tablolar Dizini ................................................................................................................................. x

1.GİRİŞ ............................................................................................................................................ 1

1.1.Çalışma Takvimi .................................................................................................................... 2

2.ROBOT NEDİR? ............................................................................................................................ 3

2.1.Robotların Tarihsel Gelişimi ................................................................................................. 3

3.HABERLEŞME ............................................................................................................................... 4

3.1. Haberleşme Sistemlerinin Elemanları ................................................................................. 4

3.2. Kablosuz İletişim .................................................................................................................. 4

3.2.1. Kablosuz Haberleşmenin Bazı Türleri ........................................................................... 5

3.2.1.1. Bluetooth (IEEE 802.15.1)…………………………………………………………………………………….5

3.2.1.2. IrDA Sistemi…………………………………………………………………………………………………………6

3.2.1.2.1. Genel IrDA Karakteristikleri………………………………………………………………………………6

3.2.1.2.1.2. IrDA'nın Kullanım Alanları……………………………………………………………………………..6

3.2.1.3. ZigBee Standartı………………………………………………………………………………………………….7

3.2.1.3.1. Ağ ve XBee'ye Genel Bakış……………………………………………………………………………….8

3.2.1.3.2. XBee Modül Stilleri………………………………………………………………………………………….8

3.2.1.3.3. ZigBee'nin Ağ Yapısı ve Fİziksel Tabaka…………………………………………………………..10

3.2.1.3.4. ZigBee Topolojileri……………………………………………………………………………………...…11

3.2.1.3.5. ZigBee'nin Kullanım Alanları…………………………………………………………………………..11

v

3.2.1.3.6. ZigBee'nin Bazı Kablosuz Teknolojilerle Karşılaştırılması…………………………………11

4.Elektronik Devrimi ............................................................................................................. 12

4.1. Fiziki Programlama ............................................................................................................ 13

4.2. Gömülü Sistemler .............................................................................................................. 13

4.3. Mikroişlemci Nedir? .......................................................................................................... 14

4.4. Mikrodenetleyici Nedir? .................................................................................................... 16

4.5. Mikrodenetleyicilerin Mikroişlemcilere Göre Avantajları ................................................. 16

4.6. Açık Kaynaklı Donanımlar .................................................................................................. 17

5. ARDUİNO .................................................................................................................................. 18

5.1.Arduino Çeşitleri ................................................................................................................ 18

5.1.1.Arduino Uno ................................................................................................................ 20

6.KULLANILAN MALZEMELER ....................................................................................................... 23

6.1.Servo Motorlar ................................................................................................................... 23

6.1.1.Servo Motorun Çalışma Prensibi ................................................................................. 24

6.2.Flex Sensör ........................................................................................................................ 24

6.2.1. Flex Sensörle İlgili Bazı Devre ve Gösterimler ............................................................ 25

7.TASARIM VE DENEYSEL ÇALIŞMALAR........................................................................................ 29

7.1.Maket Elin Yapımı .............................................................................................................. 29

7.2.Flex Sensörle İlgili Deneysel Çalışma Aşaması.................................................................... 31

7.3.Xbee ile İlgili Çalışmalar ...................................................................................................... 34

7.4.Servo Motorla İlgili Çalışmalar ........................................................................................... 34

7.5.Programlama Aşaması ....................................................................................................... 36

8.SONUÇLAR ................................................................................................................................. 37

9.YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME ............................................................................................. 38

KAYNAKÇA .................................................................................................................................... 39

EKLER ............................................................................................................................................ 40

vi

ÖZET

Projenin amacı; İnsan sağlığı ve güvenliği açısından uygun olmayan yerlerde deney

çalışma yapabilmek için uzaktan kontrol edilebilen robotik bir el gerçekleştirmektir.

Giyilebilir herhangi bir eldivenin üzerine flex sensörler yerleştirilip hareket ettirilen

parmakların hareketleri ve hareket miktarları ölçülecek ve bu bilgiler kablosuz

haberleşme modülü X-bee üzerinden uzaktaki robotik ele gönderilip aynı hareketler

taklit ettirilmeye çalışılacaktır. Projede flex sensörlerin direnç değerlerindeki

değişimlere göre servo motorlar harekete başlamaktadır ve bu hareket Arduino Uno R3

mikro denetleyicisi ile kontrol edilmektedir. Burada her şeyi kontrol etmek için Arduıno

platformu kullanılmıştır.

vii

SEMBOLLER DİZİNİ

R Direnç

I Akım

V Gerilim

S Dik kesit alanı

L Uzunluk

ρ Özdirenç

d Uzaklık

m Metre

I Giriş

O Çıkış

A Analog Giriş

Kb Kilo bit

Mb Mega bit

Kb/sn Kilo bit/ saniye

viii

KISALTMALAR DİZİNİ

ALU Aritmetik Logic Unit

RX Transmiter

TX Receiver

PWM Pulse Width Modulation

LAN Local Area Network

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

CPU Central Processing Unit

Bps Bits Per Second

IrDA İnfrared Data Association

ZC ZigBee Coordinator

ZR ZigBee Router

ZED ZigBee End Device

ix

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 1. Xbee pro modül ................................................................................................................ 8

Şekil 2. Tipik bir mikroişlemci ile xbee pin bağlantısı .................................................................. 9

Şekil 3. Dış dünya ile elektronik ve interaktif sistemlerin etkileşimi .......................................... 13

Şekil 4. Genel bir gömülü sistem blok diyagramı. ....................................................................... 14

Şekil 5. Bir mikroişlemci sisteminin temel bileşenlerinin blok diyagramı .................................. 15

Şekil 6. Bir mikrodenetleyici sisteminin temel bileşenlerinin blok diyagramı ............................ 16

Şekil 7. Arduino uno kartı önden görünümü ................................................................................ 20

Şekil 8. Arduino uno kartı arkadan görünümü ............................................................................. 21

Şekil 9. Arduino kartı pin gösterimi ............................................................................................. 22

Şekil 10. RC servo motorun iç blok diyagramı ............................................................................ 23

Şekil 11. Servo motor ................................................................................................................... 24

Şekil 12. Flex sensor .................................................................................................................... 25

Şekil 13. Flex sensörün boyutsal diyagramı ................................................................................ 25

Şekil 14. Flex sensör devresi ........................................................................................................ 26

Şekil 15. Ayarlanabilir tampon .................................................................................................... 27

Şekil 16. Eşik seviyeli anahtarlama ............................................................................................. 27

Şekil 17. Direnç gerilim çevirici .................................................................................................. 28

Şekil 18. Flexible boru ................................................................................................................. 29

Şekil 19. Boruların yarım ay şeklinde kesimi .............................................................................. 30

Şekil 20. Borulara misinaların yerleştirilmesi. ............................................................................. 30

Şekil 21. Maket elin kullanıma hazır hali .................................................................................... 31

Şekil 22. Flex sensörün minimum direnç değeri .......................................................................... 32

Şekil 23. Flex sensörün maksimum direnç değeri........................................................................ 32

Şekil 24. Flex sensör devresinin proteus gösterimi ...................................................................... 33

Şekil 25. Flex sensör devresinin ares şekli ................................................................................... 34

Şekil 26. Servo motor devresinin proteus gösterimi .................................................................... 35

Şekil 27. Servo motor devresinin ares gösterimi.......................................................................... 36

x

Tablolar Dizini

Tablo 1. Çalışma takvimi .............................................................................................................. 2

Tablo 2. Arduino’ larda kullanılan mikrodenteleyici temel özellikler. ....................................... 19

1. GİRİŞ

Günümüz teknolojisi robotik sistemlere olan ilgiyi artırmış olmakla beraber bu

alanda yapılan projelerde gün geçtikçe artmaktadır. Hobi olarak yapılan robotik

sistemlerin yanında insan hayatını kolaylaştırmak için de birçok çalışma yapılmıştır.

Bizim gerçekleştirdiğimiz robotik el projesinin de bir insanın yapamayacağı tehlike

içeren işlerin yapılmasına büyük hizmet sunacağı düşünülmektedir. İnsan vücuduna

zarar verebilecek maddelerle yapılan deneyler, bomba imha gibi durumlar buna örnek

verilebilir.

Bu proje plastik borular yardımıyla tasarlanmış maket elin, kişinin yapacağı el ve

parmak hareketlerini taklit etmesi esasına dayanmaktadır. Tasarlanan maket elin her bir

parmağına misinalar yardımıyla servo motorlar ve hareketi taklit edilecek ele giyilen

eldivene de flex sensörler yerleştirilmiştir. Elimiz ile maket el arasındaki haberleşme

kablosuz olarak sağlanmış olup kablosuz haberleşme modülü Xbee üzerinden

yapılmıştır. Burada flex sensörlerin direnç değişimiyle birlikte servo motorlar

programlama doğrultusunda harekete geçip maket eli hareket ettirmektedir. Bu

hareketin programlaması Arduino Uno R3 mikrodenetleyicisi ile kontrol edilmiştir.

2

1.1. Çalışma Takvimi

Proje Tablo 1. ‘deki gibi çalışma takvimine uygun yapılmıştır.

Tablo 1. Çalışma takvimi

TARİH

YAPILAN

İŞ

11-28 ŞUBAT

21-10 MART

10-20 MART

20-30 MART

1-15

NİSAN

15-20 NİSAN

20-30 NİSAN

1-10

MAYIS

10-15 MAYIS

15-24 MAYIS

HAREKET EDECEK

ROBOT ELİN

TASARIMININ

GERÇEKLENMESİ

SERVO MOTORLARIN

TEST EDİLİP HAREKET

EDECEK ROBOT ELE

MONTAJI

FLEX SENSÖRLERİN

KULLANILACAK

ELDİVENE MONTAJI

VE ANALOG

DEĞERLERİNİN TEST

EDİLMESİ

MİKROİŞLEMCİ-SERVO

MOTOR

BAĞLANTISININ

YAPILIP TEST

EDİLMESİ

MİKROİŞLEMCİ -FLEX

SENSÖRL

BAĞLANTISININ

YAPILIP TEST

EDİLMESİ

HABERLEŞME

PROGRAMININ

DENENMESİ

PROJENİN TEST

EDİLMESİ İÇİN

FİZİKSEL

DÜZENLEMENİN

YAPILMASI

PROJENİN TEST

UYGULAMASININ

YAPILMASI

3

2. ROBOT NEDİR?

Robotlar doğayı taklit eden insan hayatını kolaylaştıran makinalardır. Robotlar,

otonom ya da kumanda edilen, algılayıcıları, kontrol sistemi, eyleyicileri, ve bedensel

yapıları ile nesneleri tutmak, kavramak, hareket ettirmek, taşımak, üretim yapmak gibi

amaçları yerine getirebilen elektronik, mekanik veya simetrik yapılardan oluşan yapay

sistemlerdir[1].

2.1. Robotların Tarihsel Gelişimi

Robot kelimesi ilk olarak 1921 yılında bir tiyatro oyununda karşımıza çıkar. Ünlü

Çek bilim kurgu yazarı Karel Capek tarafından yazılan R.U.R. oyunu (Rosumovi

Umeli Roboti) Prag- Çekoslavakya’ da sahnelenmiş bir bilim kurgu yapıtıdır. Yazar,

Çekce’ de işgücü anlamına gelen robota kelimesini oyunda kullanarak bu kelimenin

terim olarak yerleşmesine yol açmıştır[1].

4

3. HABERLEŞME

3.1. Haberleşme Sistemlerinin Elemanları

Verici

Verici tarafından gönderilen bilgi iletilmeden önce iletilecek hale getirilir, gücüne

göre iletim yaptığı mesafesi değişmek kaydıyla, gerekli kodlamaları yapar gerekirse

kuvvetlendirme yapılır.

İletim Ortamı

İletim ortamı sinyalin iletildiği ortama verilen addır.

İletim ortamları kablolu ( kılavuzlu ) ve kablosuz (kılavuzsuz) olmak üzere ikiye

ayrılır.

Kablolu İletim Ortamı: Verilerin iletimi sadece bu kabloların bağlı olduğu cihazlar

arasında olur. Kablolu iletim ortamları: Bakır kablo, bükümlü kablo, koaksiyel kablo,

fiber optik kablo vs.

Kablosuz İletim Ortamı: Kablosuz iletim ortamlarında iletişim, veriler en uygun alıcı

cihaz kullanarak radyo ve TV yayınlarındaki gibi herkes tarafından alınabilmektedir.

Kablosuz iletim ortamları: Hava, su, boşluk vs. gibi doğal ortamlardır.

Alıcı

Vericide iletilecek hale gelen bilgi iletim ortamından geçtikten sonra alıcıya gelir.

3.2. Kablosuz İletişim

Günümüz bilgi çağının en büyük yansıması haberleşme teknolojisi üzerinde

olmuştur. Kablolu haberleşme sistemlerinin yanında artık kablosuz haberleşme

sistemleri, kullanıcılara genel olarak herhangi bir yerde herhangi bir anda iletişim

kurma olanağı sağlamaktadır. Kablosuz haberleşme teknolojileri kablo kullanımını

5

azaltmaktadır. Bu sistem belli bir mesafede hareket serbestliği sağladığından sabit veya

hareketli bir üniteden bilgi almak veya göndermek kablosuz haberleşme için büyük bir

avantajdır. İlk düşünce bilgisayar ve onun çevresindeki elektronik ünitelerin (klavye

yazıcı, tarayıcı vb.) birbirleriyle kablosuz olarak haberleşmesini sağlamaktı. Daha sonra

bu düşünce genişleyerek daha da büyük alanlarda kullanılması hedeflenmektedir.

Dar alan kablosuz haberleşme sistemleri özellikle askeri sahada, hastanelerde,

otomobil sanayisinde ve büyük alışveriş merkezlerinde kullanılmaya başlanmış olup

gün geçtikçe kullanım alanları artmaktadır. Bu sistemdeki temel amaç düşük güç

sarfiyatı ile en az 10m’lik bir alanda kabloyu ortadan kaldırarak güvenli bir haberleşme

ağı kurmaktır.

3.2.1. Kablosuz Haberleşmenin Bazı Türleri

Kablosuz haberleşme kanalı üzerinden yapılan her tür haberleşmedir. Bluetooth ve

WiFİ, WI-MAX, 3G ve 4G gibi teknolojiler şuan en popüler olanlarıdır. PAN’ ler için

geçtiğimiz senelere kadar Bluetooth ve WiFi olmak üzere iki ana teknoloji/standart

bulunmaktaydı. Fakat her sistemin yenilikler, kolaylıklar gibi getirisi olmakla birlikte,

bazı istekleri karşılayamazlar ve 1999 yılında FireFly çalışma grubu, ZigBee’yi

tasarlamaya başlamıştır. Öncelikle IEEE 802.15.04-2003 temel alınarak, ZigBee

Alliance‘ in bu sürece katılmasıyla ZigBee PAN ağlarından birisi haline gelmiştir.

3.2.1.1. Bluetooth( IEEE 802.15.1)

Bluetooth adını (M.Ö. 910-940) yılları arasında yaşayan Danimarka Kralı Harald

Blataad’ tan almıştır[2].

Bluetooth genel olarak bina içi kablosuz ağ sistemi olarak tanımlanabilir. Tasarlanış

amacı kısa mesafelerde düşük güç tüketmek suretiyle diğer komşu elektronik cihazlarla

bağlantı kurarak veri alış verişinde bulunmaktır[3].

Bluetooth birbirini kapsam alanında görme şartını ortadan kaldırmış olmasına

rağmen güvenlik problemi ortaya çıkmış ve bu kamsam alanı içindeki sistemi

haberleşecek olan sitemlerin girişim ve bayılmadan dolayı bağlantı kopma problemleri

6

oluşmuştur. Aynı zamanda Bluetooth sistemi kapsam alanı dışındaki sistemlerle de

girişim oluşturabilmektedir.

3.2.1.2. IrDA Sistemi

Genel olarak IrDA elektronik düzenekler arası kablosuz bağlantı kurmak amacıyla

kullanılır. IrDA noktadan noktaya haberleşme biçimi olup 30˚ ’lik dar bir görme açısına

sahiptir[4].

IrDA sisteminde (İnfrared data association) verici ve alıcının mutlaka birbirini

görme zorunlulukları vardır ve aksi halde bağlantının mümkün olmaması bu

teknolojinin kullanılabilirliğini azaltmıştır.

3.2.1.2.1. Genel IrDA Karakteristikleri:

Her ülke ve birimde kullanılan elektronik aletlerde kablosuz bağlantı

gerçekleştirmek.

Geniş donanım desteği sağlamak ve yazılım platformları oluşturmak.

Noktadan noktaya olan haberleşmelerde kablo bağlantısını ortadan kaldırmak.

Standartlar arası uyum sağlamak.

Diğer elektronik düzeneklerde girişimi engellemek.

Yüksek veri (data ) hızı[5].

3.2.1.2.2. IrDA’ nın Kullanım Alanları:

IrDA aşağıdaki sıralanan düzenekler arası veri iletişimini sağlamak için kullanılır.

PC, diz üstü bilgisayarlar

Yazıcı tarayıcılar

Telefon modemler

Dijital kameralar

Yerel alan ağları (LAN)

7

Tıbbı ve endüstriyel cihazlar

Saatler[6].

Kablosuz haberleşmede her zaman büyük boyutlarda veri aktarımına ihtiyaç

duyulmaz. Sensör ve kontrol cihazları gibi küçük boyutlarda veri iletebilir veya

alabilirler. Bu durumda verilerin iletimini sağlamak ve kontrolünü sağlamak için akıllı

ağ topolojilerini destekleyecek bir teknolojiye ihtiyaç doğmuştur. Bunun üzerine IEEE,

802.15.4 standartını çıkarmıştır. Bu standartı temel alan Zigbee protokolünün ve bu

protokolü destekleyen cihazların üretilmesini sağlamıştır.

3.2.1.3. ZigBee Standartı

ZigBee küçük alanlı kişisel ağ sistemlerinde düşük güç ve data ile en iyi çözümü

sağlayan bir haberleşme standartıdır. IEEE ve ZigBee Alliance tarafından IEEE

802.15.4 standartı olarak geliştirilmiştir[6].

Bu yapı sayesinde kişisel veya kurumsal herhangi bir kablosuz karmaşık ağ yapısı

kurulabilir, genişletilebilir ve bu yapıyı diğer teknolojilerle haberleştirebiliriz.

ZigBee 1998’ den itibaren Buetooth ve WiFi’ nin bazı uygulamalar için uygun

olmadığının fark edilmesiyle tasarlanmış geliştirilmeye başlanmıştır.

Bu özellikler:

Bazı mühendislerin düzenledikleri kablosuz dijital radyo ağları alanında bir

ihtiyaç olduğunu görmüşleriyle başlamıştır.

İlk olarak, bu konuda IEEE 802.15.4 standart protokolü Mayıs 2003’ te

tamamlanmıştır.

2003’ te gelişmiş bir ağ destekleyicisi olan Philips Semiconductors, bu konudaki

yatırımlarını sona erdirmiştir. Philips Zigbee Birliği yönetim kurulundaki

üyeliğini halen devam ettirmektedir.

4 Aralık 2004’ te ZigBee’ nin şartnamesi(patenti) tasdik edilmiştir.

ZigBee Birliğinin üye sayısı Ekim 2004’ te 22 ülkeden alınacak üyelerle beraber

toplam üye sayının 100’ ün üzerinde olması planlanmış, Nisan 2005’te üye

sayısı 150’ nin üzerine, Aralık 2005’ te ise 200’ün üzerine çıkmıştır.

8

ZigBee Birliği 13 Mayıs 2005 tarihinde ZigBee 2004 Specifications diye de

bilinen Specification 1. 0 sürümünün kamuya açık ulaşım hakkını duyurdu.

ZigBee Birliği 2006’nın Eylül ayında ZigBee 2006 Specifications olarak da

bilinen ZigBee standartlarının gelişmiş versiyonunu tamamlandığını ve acil

üyelik sisteminin açıldığını duyurmuştur.

3.2.1.3.1. Ağ ve XBee’ ye Genel Bakış

Xbee RF modem bir çeşit kablosuz alıcı vericidir. Xbee bir kablosuz sensör ağında

kuvvetli ağ haberleşmeleri için gerekli özellikleri sağlayan data haberleşmelerinde

uygulanmış protokolü kullanır. Mesela bu özellikler; data güvenliğini sağlamak için

adresleme, bilgi verme ve yeniden deneme olarak incelenebilir. Xbee aynı zamanda data

haberleşmesinin yanında cihazların uzaktan kontrolü ve izlenmesi gibi ek özelliklere de

sahiptir.

3.2.1.3.2. XBee Modül Stilleri

XBee modülü’ nün çeşitli sürümleri olsa da Şekil 1.‘ de gösterildiği gibi benzer pin

bağlantıları vardır. XBee çeşitleri arasında güç çıkışı, anten tarzı, çalışma frekansı ve

dahili ağ yetenekleri gibi farklılıklar olabilir.

Şekil 1. Xbee pro modülü

9

Şekil 2. ‘ de XBee ile tipik bir 3.3 V denetleyici bağlantısı görülmektedir.

Şekil 2. Tipik bir mikroişlemci ile xbee pin bağlantısı

Xbee’ nin pin bağlantılarına bakmak gerekirse bunu EK 2’ deki tablo ile

açıklayabiliriz.

DOUT/DIN: Bu pinler kontrolörden ya da bilgisayardan (DOUT) seri bilgi alımını

ve XBee’ ye (DIN) gönderimini sağlayan pinlerdir. Bilgi hem XBee modülleri

arasındaki iletim için hem de XBee bilgisinin okunması ve kurulması için gerekli olan

bilgidir. Senkron seri haberleşmede varsayılan veri oranı 9600 Bps’ dir.

RESET: Bu pin üzerindeki anlık bir düşüş xbee ye kaydedilen düzenleme ayarlarını

sıfırlayacaktır.

CST/RTS/DTR: Bunlar xbee ve kontrol ya da bilgisayar arasındaki veri transferinin

koordinasyonu için kullanılır. Xbee RTS hattı düşük tutulmadığı sürece DOUT

hattından kontrolörlere bilgi gönderimi yapmayacaktır. Bu kontrolörden xbee’ ye daha

XBee

Mik

roko

ntr

ollö

r

DOUT

DIN

GND

VSS

3.3V

10

çok bilgi alımını sağlar. DTR yeni bir data programı yüklendiğinde xbee tarafından tipik

olarak kullanılır.

İletim gerçekleşiyorken xbee kontrolörden CTS hattına daha çok data göndermek

için bildirim yapabilir. CTS nadiren gereklidir çünkü xbee kontrolürden kabul edilen

datadan çok çok daha hızlı data gönderir.

DIO0-DIO7/D08:Bun pinler standart 3.3V dijital giriş ve çıkış olarak kullanılır.

Xbee pinlerin ayar durumunu kontrol edebilir.

AD0 to AD6: Bu pinler xbeeye 10 bitlik analog dijital konvertör girişleridir.

RSSI: XBee bu pin üzerinde Pwm çıkışı olarak alınan RF sinyalin gücünü rapor

edebilir.

PWM0/1: Bu pinler analog çıkış filtrelemesi ya da direk olarak kullanılabilen 10 bit

Darbe genişlik modülasyon çıkışı için ayarlanabilir. Analog çıkışı için filtrelenir ya da

direk olarak kullanabilirler.

3.2.1.3.3. Zigbee’ nin Ağ Yapısı ve Fiziksel Tabaka

ZigBee protokolünün kullandığı 3 tip aygıt vardır.

ZigBee Koordinatör(ZC): ZigBee protokolünü kullanan aygıtlardan en yetenekli

olanıdır. ZC aracı ağ bağlantılarını düzenler ve diğer ağlarla olan köprülemeyi sağlar.

ZigBee koordinatör ayrıca ağda bilgiyi depolayabilme özelliğine sahiptir. Güvenlik

anahtarının da ağda yönetilmesi ile ilgili bilgileri depolayabilir.

ZigBee Yönlendirici (ZR): ZigBee ’ de uygulama çalıştığı zaman

Yönlendirici(router) kendini ara yönlendirici olarak göstererek veri akışını sağlar.

ZigBee sistemlerinde geçiş aygıtı olarak görev almaktadır.

ZigBee Son Cihaz (ZED): Bağlı olduğu diğer ZigBee koordinatör ve ZigBee

yönlendirici aygıtlarıyla iletişim kurmak için yeterli derecede özellik içermektedir.

ZigBee son cihaz, diğer aygıtlardan veri yayını yapmaz. Aradaki bu köprüleme durumu

11

aradaki düğümlerin uyku durumuna geçmesiyle uzun ömürlü kullanıma olanak

sağlamaktadır.

3.2.1.3.4. Zigbee Topolojileri

Zigbee Topolojileri Ağ katmanı şeklinde olup 3 ‘e ayrılır. Bunlar Yıldız Topolojisi,

Ağaç Topolojisi ve Örgü Topolojisidir.

Zigbee Düşük data hızlı, düşük güç tüketimli, düşük maliyetli, otomasyon ve uzaktan

kontrol uygulamaları için kablosuz ağ protokolünü amaçlayan bir teknolojidir. Bu

sistem IEEE .802.15.4. standartı olarak geliştirilmiştir.

3.2.1.3.5. Zigbee’ nin Kullanım Alanları

Teknolojik yönden sık sık batarya değişimi pratik değildir fakat düşük güç

tüketimi gerektiren yerler için avantajlı bir yapıdır. Pil ya da batarya ile

gerçekleştirilen işlemlerde düşük güç tüketimi sağlaması,

Ağ sistemlerinde 255 cihaza hizmet verebilmesi,

Basit protokol tanımlaması,

Dünyada deneyimli şirketlerin birkaçı tarafından geliştirilmiş incelenmiş ve

kanıtlanmış bir standart olması,

Ekonomik olması, nedeniyle kullanımı tercih edilir.

3.2.1.3.6. Zigbee’nin Bazı Kablosuz Teknolojilerle Karşılaştırılması

Zigbee ve diğer kablosuz teknolojiler arasında Başarı alanları, ağ boyutu vs. gibi bazı

farklılıklar bulunmaktadır. Bu karşılaştırmalar EK 3’ te belirtilmiştir.

12

4. ELEKTRONİK DEVRİMİ

Son yüzyıl içerisinde dünyamız büyük bir değişim geçirdi. Elektroniğin ortaya

çıkmasıyla gelişen bilgisayar teknolojisi tüm dünyayı müthiş bir değişime uğrattı.

Elektronik ve bilişim teknolojilerinin içinde olmadığı bir alan hemen hemen yok

diyebiliriz.

Gelişen teknoloji ışığında geçmişte insan eliyle yapılan işlemler artık bilgisayarlar

sayesinde gerçekleştirilmeye başlandı. Bu sayede içlerinde bulunan sistemleri akıllı

hale getiren gömülü sistemler denilen bir alan ortaya çıkmış oldu.

Dijital elektronikle birlikte sayısal işlemler yapan devreler tasarlandı. Sonrasında da

bu sayılarla yapacağı işlemleri belirli bir program dahilinde yürüten mikroişlemciler

ortaya çıktı. Öncesinde her bir iş için ayrı bir devre kurulması gerekirken, artık devrede

fiziki bir değişim yapmadan yalnızca program değişikliğiyle farklı işlemler yapılabilir

hale geldi.

Günümüzde bilinenin aksine üretilmiş olan mikroişlemcilerin çoğunluğu

bilgisayarlarda değil yaşamımızın her alanına yayılan akıllı cihazların içerisinde

bulunuyor. Artık hayatımızın her alanında bu akıllı sistemleri görmek mümkün zaman

içerisinde de mikroçip bulunmayan hiçbir ürün kalmayacak gibi görünüyor.

Genel olarak elektronik mühendisliğinin uygulama alanına giren elektronik sistem

tasarımı günümüzde artık tasarımcılarında ilgi odağı haline geldi. Dolayısıyla projelerin

gerçekleşebilmesi için bir platforma ihtiyaç vardı. İşte böyle bir temeli baz alarak

Arduino denilen proje oluşturulmuştur. Yazılım bilgisi kısıtlı olan kişilerin de projeler

tasarlaması için yapılmış olan Arduino bizim de projemizde kullanacağımız

mikroişlemci çeşididir.

Arduino temel olarak açık kaynaklı donanıma dayalı bir fiziki programlama

platformudur. Aynı zamanda gömülü sistemler geliştirmeye olanak veren bir

platformda diyebiliriz.

13

4.1. Fiziki Programlama

Ortaya çıkan yazılımlar programlamayla uğraşanların da bildiği gibi genellikle

bilgisayar içerisinde çalışan sanal işlemler yaparlar. İşte bundan farklı olan ve dış

dünyayla etkileşimde bulunan sistemlerin programlanmasına fiziki programlama

denir. Bahsedilen sistemler dış dünyadan algılayıcılar aracılığıyla aldığı sıcaklık, ses,

ışık şiddeti gibi büyüklükleri elektronik ortama aktarıp elektronik olarak işledikten

sonra eyleyiciler aracılığıyla yine dış dünyaya bir etki sunan sistemlerdir.

Bu etkileşimi Şekil 3.’ teki diyagramla gösterebiliriz:

Şekil 3. Dış dünya ile elektronik ve interaktif sistemlerin etkileşimi[7].

4.2. Gömülü Sistemler

Gömülü sistemlerin birçok tanımı olmakla birlikte belirlenen bir işi gerçekleştirmek

amacıyla tasarlanmış donanım, yazılım ve bazen de mekanik birimlerden oluşan ve

genellikle kendisinden daha büyük bir sistemin içine gömülü olarak çalışan sistemlerdir

diyebiliriz. Gömülü bilgisayar sistemi bulundurmayan elektronik cihaz hemen hemen

yok denilecek kadar azdır. Bunlara birkaç örnek verecek olursak; cep telefonları, dijital

fotoğraf makineleri, video kaydedicisi, hesap makinesi, televizyon gibi kişisel tüketici

İNTERAKTİF SİSTEM

EYLEYİCİLER

SENSÖRLER

DIŞ DÜNYA

14

cihazları, ofis cihazları, elektrikli ev aletleri, otomobiller, elektronik ölçüm cihazları

gibi

Genel bir gömülü sistemi Şekil 4.’teki blok diyagramıyla gösterebiliriz

Şekil 4. Genel bir gömülü sistem blok diyagramı [7].

4.3. Mikroişlemci Nedir?

Mikroişlemcilerin çoğu zaman merkezi işlem ünitesi(CPU-Central Processing Unit)

olarak adlandırılması bilgisayar programlarının yapmak istediği tüm işleri yerine

getirebilmesinden kaynaklanmaktadır. Mikroişlemciler kişisel bilgisayarlarda olduğu

gibi elektrikli aygıtların kontrolünde kullanıldığında gömülü bilgisayar sistemi sınıfına

girmektedir. Şöyle denebilir ki; sistemin belleğine yazılan program cihaza sürekli

olarak aynı işlemi yaptırmak amacıyla yazılır.

Bir mikroişlemci sisteminde aşağıdaki yardımcı ünitelere gereksinim vardır.

BELLEK

MİKRODENETLEYİCİ

SENSÖRLER VE

GİRDİ ELEMANLARI

EYLEYİCİLER VE

ÇIKTI ELEMANLARI

15

1. Merkezi İşlem Birimi(CPU)

2. Giriş/Çıkış(Input/Output) ünitesi

3. Bellek(Memory) ünitesi

Bu üniteler CPU çipi dışında, bilgisayarların ana kartı üzerinde bulunan çiplerden

veya bağlantı yuvalarına yerleştirilmiş kartlardan oluşur. Aralarındaki iletişim adres

yolu (addres bus) ve veri yolu(data bus) adı verilen iletim hatları ile yapılır.

Mikroişlemcili sistemde yukarıda saydığımız üniteler dışında ana kart üzerine

yerleştirilmesi gereken özel amaçlı ünitelerde gerekebilir. Örnek verecek olursak;

gerilim, ışık, ısı gibi analog bir veri girişini dijital veriye dönüştürmek için ADC çip’ i

yada tam tersi dijital bir veriyi analog veriye dönüştürmek için DAC çip’ i sisteme

eklenmelidir[8].

Bir mikroişlemci sisteminin temel bileşenlerini Şekil 5.’ te verilen diyagramda

gösteridiği gibidir.

Şekil 5. Bir mikroişlemci sisteminin temel bileşenlerinin blok diyagramı[8].

I/O

Giriş/Çıkış

Ünitesi

Çevresel üniteler

Monitör, printer, klavye, sabit disk,

modem vb.

Single board (tek bord) mikroişlemci kartı

CPU

Mikroişlemci

Kontrol Ünitesi

ALU

RAM

Bellek

ROM

Bellek

16

4.4. Mikrodenetleyici Nedir?

Mikroişlemcili bir sistemin içerisinde bulunması gereken temel bileşenlerden RAM,

ROM, ALU, kontrol ünitesi ve I/O ünitesini tek bir çip içinde barındıran devreye

mikrodenetleyici denir. Veri giriş aygıtlarından gelen dijital veya analog verileri ALU

ve kontrol ünitesi yoluyla değerlendiren mikrodenetleyiciler sonrasında çıkış sinyalini

I/O portları aracılığıyla kontrol ettiği aygıtlara gönderirler.

Şekil 6.’ da görüldüğü gibi bir mikrodenetleyici sisteminin temel bileşenleri aşağıda

gösterilmektedir.

Şekil 6. Bir mikrodenetleyici sisteminin temel bileşenlerinin blok diyagramı[8].

4.5. Mikrodenetleyicilerin Mikroişlemcilere Göre Avantajları

Mikroişlemci ile kontrol edilecek olan bir sistemi gerçekleştirmek için gereken

donanımda CPU, RAM, I/O chip’leri ve bunlar arasında veri alış verişini sağlamak için

de veri yolu, kontrol yolu, adres yolu gerekmektedir. Aynı zamanda bu çipler

arasındaki iletişimi sağlayan bu yolları yerleştirmek için gereken baskı devre katıdır.

Çevresel

üniteler

LED, LCD, Isı,

Işık sensörü,

role vb.

Tek çip Mikrodenetleyici

I/O

(PO

RTA

,

PO

RTB

..)

Kontrol Ünitesi

ALU

RAM

ROM

17

Mikrodenetleyici ile kontrol edilecek sistemde ise yukarıda bahsettiğimiz üniteleri

tek bir çip içerisinde barındıran bir entegre bir de devre kartı yeterli olacaktır. Tek bir

entegre ile elektronik çözümler sunmanın maliyetinin daha düşük olacağı bir gerçektir.

Bunun yanında kullanım ve programlama kolaylığı da ayrı bir avantajıdır.

4.6. Açık Kaynaklı Donanımlar

Açık kaynak kavramını ilk olarak yazılım alanında duymuş olsak ta son zamanlarda

donanım alanında kendine yer bulmaya başladı. Yazılımların kaynak kodlarının

kullanıcılara üzerinde değişiklik yapabilme hakkıyla beraber verildiği açık kaynak

kavramı donanım tarafında da bir donanıma ait bütün tasarım elemanlarının o

donanımla birlikte üzerinde değişiklik yapma ve serbestçe üretme haklarıyla beraber

verilmesini kapsamaktadır. Arduino da günümüzde en popüler açık kaynak donanım

projelerinden biridir.

18

5. ARDUİNO

Arduino kökenleri Wiring ve Processing projelerine dayanmaktadır. Henüz

programlama deneyimi olmayan kişilere programlamayı öğretebilmek amacıyla

processing programlama dili ve geliştirme ortamı oluşturulmuştur.

Genel olarak elektronik mühendislerinin kullanım alanlarından olan mikrodenetleyici

tabanlı tasarım kapılarını Arduino ile birlikte teknik bilgisi çok az olan insanlara da açtı.

Çevresiyle etkileşim içinde olan interaktif nesneler oluşturmak isteyen tasarımcılar

Arduino ile bunu kolaylıkla yapabilme olanağı buldu.

Arduino’ nun bu kadar popüler olma nedenlerine bir bakalım:

Bütün platformlarda( Windows, Linux vs.) çalışabilen geliştirme ortamı ve

sürücülerinin kurulumu çok kolay olmaktadır.

Birçok karmaşık işleme kolaylık sağlayabilecek zengin bir kütüphane desteğine

sahiptir.

Programlamalar oldukça hızlı çalışmaktadır.

Birçok ek donanıma birlikte çalışabilecek donanım desteği sağlamakta, ve

Arduino’ya bağlanmayan hemen hemen hiçbir sensör çeşidi yok gibidir.

Fiyatı benzerlerine göre oldukça uygundur.

Açık kaynaklı olduğu için isteyen herkes istediği gibi kullanma hakkına sahip

yani örnek verecek olursak bir eğitim kurumu Arduino için lisans parası

ödemeden rahatça kullanabilir.

İnternet ortamında yapılmış birçok proje bulma imkanı sağlamaktadır.

5.1. Arduino Çeşitleri

Arduino kartlarının birçok çeşidi bulunur. Temel olarak bütün kartlarda benzer

bileşenler olmakla beraber mikrodenetleyici modelleri, giriş/çıkış pinleri ve dahili

modüllerin sayısı, boyut, çalışma gerilimleri gibi farklılıklara sahipler[7].

19

Arduino’larda kullanılan mikrodenetleyicilerin temel özellikleri Tablo 2.’ de

verilmiştir.

Tablo 2. Arduino’ larda kullanılan mikrodenteleyici temel özellikleri[7].

Mikrodenetleyici Atmega 2560 Atmega 328 Atmega 168

Çalışma Gerilimi

5V

5V

3.3V veya

5V (modele

göre

değişiyor)

Dijital Giriş/Çıkış 54(14 tanesi PWM) 14(6 tanesi PWM) 14(6 tanesi

PWM)

Analog Giriş Pinleri

16 6 6

Her bir G/Ç pini

başına akım

40mA 40mA

40mA

3.3V gerilim çıkışı

akımı maksimum

50mA 50mA

50mA

Flash Bellek

256KB(8 kb’ı program

yükleyici tarafından

kullanılıyor.)

32KB(2KB bootloader

tarafından kullanılıyor)

16Kb

SRAM 8KB 2KB 1KB

EEPROM 4KB 1KB 512 Bayt

Saat Hızı 16MHz 16MHz

8MHz(3.3V

modeli)

16MHz(5V

modeli)

9 çeşit Arduino kartı bulunmaktadır. Bunlar;

1. Arduino Uno

2. Arduino Mega

3. Arduino Lilypad

20

4. Arduino Adk

5. Arduino Ethernet

6. Arduino Bluetooth

7. Arduino Mini ve Mini Pro

8. Arduino Nano

9. Arduino Leonardo

5.1.1. Arduino Uno

En çok kullanılan Arduino modellerinden biri olan ve projemizde de tercih edilen

Arduino kartıdır. Üzerinde Atmega328 mikrodenetleyici, USB bağlantı portu, güç

regülatörü, 16 MHz kristal gibi bileşenler bulunuyor. Üzerindeki seri-USB dönüştürücü

sayesinde USB portu üzerinden hem programlanabilmekte hem de bilgisayar ile seri

portu üzerinden iletişim kurulabilmektedir. Kart hem USB üzerinden hem de adaptör

üzerinden beslenebilmektedir [7].

Arduino Uno kartının ön ve arka görünümü Şekil 7. ve Şekil 8.’ de görüldüğü

gibidir.

Şekil 7. Arduino uno kartı önden görünümü

21

Şekil 8. Arduino uno kartı arkadan görünümü

Atmega328 Mikrodenetleyicisi: Programların üzerine yüklendiği ve diğer tüm

işlemlerin gerçekleştirildiği mikrodenetleyici modülü Arduino kartının beyni

diyebileceğimiz bir birimdir. Kart üzerine bir soketle yerleştirilmiştir.

1. 9-12V DC Güç Girişi: Bu giriş Arduino kartını beslemek için kullanılır. Karta

bağlanan 9-12V’ luk adaptör projeleri USB bağlantısı olmadan beslemek için

kullanılabilir.

2. USB Bağlantı Konnektörü: Arduino’ ya program yüklemekte ve bilgisayarla

haberleşmede kullanılan bağlantı ucudur.

3. Dijital Giriş-Çıkış Pinleri: Dijital giriş ve çıkışta kullanılan Arduino pinleri

burada bulunmaktadır. Bunun yanında analog çıkış (PWM) almak içinde kullanılan

pinlerin yanında ( ῀ ) işareti bulunur.

4. Analog Giriş Pinleri ve Güç Bağlantıları: Projelerde kullanılabilecek analog

giriş ve gerilim bağlantıları bu kısımda bulunmaktadır. Aynı zamanda analog-dijital

dönüştürücünün referans giriş pini ve seri iletişim pinleri de (RX ve TX) burada

bulunur.

5. Reset Butonu: Bu buton ile Arduino yeniden başlatılır. Programların yeniden

başlatıldığı fonksiyon setup( )’ tır, bu sırada RAM bellek üzerinde bulunan veriler

silinir. Reset butonu programları yeniden başlatmak için kullanılabilir.

6. 13 Nolu Pine Bağlı Olan LED: Yazdığımız programların çalışır durumda

olduğunu görmek amacıyla LED kullanılabilir. LED 13 nolu dijital pine bağlıdır.

22

7. Seri İletişim Giriş(RX) ve Çıkış(TX) LED’leri: Bu LED’ler seri haberleşmede

kullanılan RX ve TX pinlerinin durumunu gösterir. LED’ lerin yanması seri

haberleşmenin olduğunun bir göstergesidir.

8. Güç LED’i: Bu LED ise Arduino kartının güç gösterim LED’ idir. Besleme

çıkışının doğru çalışıp çalışmadığını göstermektedir.

9. Kart Üzeri Programlama Pinleri: Arduino’ da bulunan Atmega

mikrodenetleyici harici bir programlayıcı kullanarak da programlanabilir.

Şekil 9. ‘da gösterilen Arduino kartı pin gösterimine bakarak digital va analog pinleri

görebiliriz.

Şekil 9. Arduino kartı pin gösterimi

ARDUİNO

AN

ALO

G G

İRİŞ

RST

AREF

D13

D12

D11

D10

D9

D8

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

DİJİTA

L GİR

İŞ/ÇIK

IŞ

GND

AN

ALO

G G

İRİŞ

A0

A1

A2

A3

A4

A5

23

6. KULLANILAN MALZEMELER

6.1. Servo Motorlar

Servo motorlar nümerik kontrollü makinelerde (CNC) model uçaklarda, arabalarda,

küçük güçteki birçok robot uygulamalarında kullanılmaktadır. Servo motor içerisinde

DC elektrik motoru, planetar dişli sistemi, geri besleme potansiyometresi ve DC motor

pozisyon kumanda elektroniği bulunmaktadır.

Şekil 10. RC servo motorun iç blok diyagramı

Şekil 10.’ da bir servo motorun iç yapısını temsil etmektedir. Servo motorları

devreye bağlayabilmemiz için 3 adet kablo kullanılır. Kablolardan iki tanesi enerji için

diğer kablo ise sinyal girişi için kullanılır. Kırmız renkteki kablo genellikle artıyı,

Kahverengi veya siyah kablo genelde toprağı, turuncu ya da beyaz renkteki kablo ise

sinyal hattını temsil eder.

Elektronik

Devre

DC

MOTOR

Dişliler

Potansiyometre

Servo

24

6.1.1. Servo Motorun Çalışma Prensibi

İçerisinde dişli olan ve hareketi çok hassas olan bu dc motorlar normal olarak ±90

derece açı içerisinde ve geri besleme kullanarak hareket etmektedirler. Motora 1 ms

darbe verildiğinde motor tamamıyla bir yöne döner (örneğin -90 derece). 1.5 ms darbe

verililince motor ortada durur (0 derece). 2 ms darbe verincede motor tamamıyla diğer

yöne (örneğin +90 derece) gidip durmaktadır[9].

Servo motorların robotlarda kullanılmasının en önemli nedeni, düşük gerilimde

yüksek tork üretmeleridir. Bir servo motorun görünümü Şekil 11.’ de görüldüğü gibidir.

Şekil 11. Servo motor

6.2. Flex Sensör

Flex sensör üzerine uygulanan basınçla direnci değişen bir devre elemanıdır.Şekil

12.’ de bir flex sensörün görünümü verilmiştir.

Robotik uygulamalarda, tıbbi cihazlarda, müzik aletlerinde, bilgisayar ve çevre

birimlerinde sıkça kullanılan sensör çeşididir.

25

Şekil 12. Flex sensor

Flex sensörün direnç aralığı 10 K Ohm ile 60 K Ohm arasında değişmektedir.

Çalışma aralığı 300

C ile 600C arasında değişmektedir.

6.2.1. Flex Sensörle İlgili Bazı Devre ve Gösterimler

Flex Sensörün Boyutsal Diyagramı

KULLANILABİLİR UZUNLUK

112.24 [4.419]

AKTİF UZUNLUK

95.25 [3.750]6.35[0.250]

Şekil 13. Flex sensörün boyutsal diyagramı

Yukarıdaki Şekil 13.’ te bir flex sensörün boyutsal diyagramı gösterilmektedir. Flex

sensörün kullanılabilir uzunluğu 112.24 mm aktif uzunluğu ise 95.25 mm’dir.

26

Temel Flex Sensör Devresi

+

-

GirisV

1R

2RCIKISV

VOLTAJ

BÖLÜCÜSÜ

EMPEDANS

TAMPONU

Şekil 14. Flex sensör devresi

OUT = VIN

(1)

Şekil 14.’ teki temel flex sensor devresinde empedans tampon tek taraflı bir işlemsel

yükselteçtir.Bunlar sensörlerle kullanılırlar çünkü opampların düşük akım

kutuplanması, voltaj bölücü olarak flex sensörün kaynak empedansından dolayı hatayı

azaltır. Devrenin çıkış gerilimi Denklem (1)’ te verildiği gibidir.

LM 358 ve LM 324 opampları bunu destekler

Ayarlanabilir Tampon

Şekil 15. ‘te ayarlanabilir tampon devresi görülmektedir. Hassasiyet ayarını yapmak

için bir potansiyometre devreye eklenebilir.

27

V

+

-

MR

1R

2R

3R

V

V

V

MR

+

-

+

-

CIKISV

4R

5R

5R

6R

V

Aya

rlana

bilir

Sen

sör

Aya

rlana

bilir

Sen

sör

CIKISV

Şekil 15. Ayarlanabilir tampon

Eşik Seviyeli Anahtarlamada Değişken Sapma

V

+

-

MR

1R

2R

3R

V

U1

CIKISV

Aya

rlana

bilir

Sen

sör

Şekil 16. Eşik seviyeli anahtarlama

28

Şekil 16.’da bir opamp kullanılır ve değiştirilen giriş voltajına bağlı olarak hem

düşük hemde yüksek seviyede çıkış verir. Bu yolla flex sensörü herhangi bir

mikrokontrolör kullanmadan bir anahtar gibi kullanabiliriz.

Direnci Gerilime Çevirici

REFV

-

+

GR

U1

CIKISV

Aya

rlana

bilir

Sen

sör

Şekil 17. Direnç gerilim çevirici

Flex sensör aynı zamanda çift taraflı opamp kaynağı kullanarak girişin direncini

gerilime çevirici olarak kullanılabilir.Negatif bir referans gerilimi pozitif bir çıkış

verebilir.Bükülmeden dolayı düşük bir çıkış istiyorsak flex sensor Şekil 17. de’ki gibi

kullanılmalıdır.

29

7. TASARIM VE DENEYSEL ÇALIŞMALAR

Uzaktan robotik el kontrolü projemiz maket bir elin insan elinin yapacağı hareketleri

taklit etmesi esasına dayanmaktadır. Amacı insan elinin yaptığı hareketleri kopyalarak

robot ele aynı hareketleri kablosuz haberleşme yardımıyla yaptırmaktır.

7.1. Maket Elin Yapımı: Bu amaca yönelik çalışmalara öncelikle maket elin

yapımıyla başlanmıştır. Maket elin malzemesi olarak Şekil 18.’ de görüldüğü gibi

esnek yapıya sahip klima atık su borusu kullanılmıştır.

Şekil 18. Flexible boru

Bu borular el üzerindeki eklemlerin yapacağı bükülme hareketlerini

gerçekleştireceğinden eklem yerlerine uygun noktalardan Şekil 19.’da görüldüğü gibi

yarım ay şeklinde kesilmiştir.

30

Şekil 19. Boruların yarım ay şeklinde kesimi

Parmakları temsil eden boruların her birinin baş tarafından Şekil 20.’ de görüldüğü

gibi misinalar düğümlenerek boruların içerisinden geçirilmiş ve servo motora

bağlanmak üzere hazır hale getirilmiştir.

Şekil 20. Borulara misinaların yerleştirilmesi.

31

Proje için hazır hale gelen maket elimiz Şekil 21.’ de görülmektedir.

Şekil 21. Maket elin kullanıma hazır hali

7.2. Flex Sensörle İlgili Deneysel Çalışma Aşaması

Maket elin hazırlanmasının ardından taklit edilecek ele giyilen eldivene

yerleştirilmek üzere flex sensör aşamasına geçilmiştir. Bu aşamada internet üzerinden

parmak uzunluğunda 4.5 inç yani yaklaşık 11cm’lik flex sensörleri temin ettik.

Öncelikle şekil e de görüldüğü gibi eldivenin bir parmağına yerleştirilen flex sensörün

direnç aralıkları ölçümler sonucunda bulunmuştur. Bu aşamada parmağın tam açık ve

tam kapalı durumları için iki direnç değeri multimetreden ölçülmüştür. Flex sensör düz

bir konumda iken yaklaşık olarak 10k olduğu Şekil 22.’de maksimum eğimde ise

yaklaşık 20k değerini gösterdiği Şekil 23. 'te görülmektedir.

32

Şekil 22. Flex sensörün minimum direnç değeri

Şekil 23. Flex sensörün maksimum direnç değeri

Sensörümüzü arduinoda kullanabilmek için öncelikle direnç değerini gerilim

değerine dönüştürmek amacıyla her bir flex sensörün önüne 10k lık direnç

yerleştirilerek gerilim bölücü yapılmıştır. Ardından bu değer arduinoda analog digital

dönüşrtürücü(ADC) birimi kullanılarak sayısal değere dönüştürülmüştür.

33

Fleksif sensörlerin bükülmesiyle ortaya belli bir direnç değeri çıkmaktadır. Bu

değerde anlık olarak arduinonun analog girişlerine gönderilmektedir. Gönderilen

değerlerden minumum 10 kilo ohm ve maksimum 20 kilo ohm olan direnç değerleri

referans alınarak istediğimiz kontrol işlemini gerçekleştirilmiştir.

Sensörlerin çalışması için gereken gerilim bread board üzerinden alınan 5 Voltluk

gerilim ile sağlanmaktadır. Gerilim bölücü devresinin çalışıp çalışmadığını test etmek

amacıyla devre ilk önce boarda kurulup ardından Proteus programında devrenin dizaynı

oluşturulmuş olup Şekil 24.’ te görüldüğü gibidir.

Şekil 24. Flex sensör devresinin proteus gösterimi

ISIS’de şematik dizaynı tamamlanan devre ARES’ e aktarılarak baskı devreye hazır

hale getirilmiştir. Devrenin bu hali Şekil 25.’ de görülmektedir.

34

Şekil 25. Flex sensör devresinin ares şekli

7.3. Xbee ile İlgili Çalışmalar

Xbee arduinoya fleksif sensörden gelen bilginin servo motorlara ulaşmasını

sağlayan haberleşme modülüdür.

Sensörlerden sırayla okunan bilgiler xbee modülü ile seri olarak gönderilmiştir.

sensörlerdeki tüm bilgiler yazılan programa göre 200 milisaniye de bir

güncellenmektedir ve her bir bilgi arasında 5 milisaniye gecikme bulunmaktadır.verici

arduinodan alıcı arduinoya 5 milsaniye aralıkla gelen veriler alıcı arduinoda daha

önceden tanımlanmış değişkenlere kaydedilmiştir.xbee aracılığıyla sensörlerden gelen

servoların derece aralığına eşitlediğimiz bilgileri son olarak servolara atıyoruz.

7.4. Servo Motorla İlgili Çalışmalar

Hazırlanan maket elin her bir parmağını hareket ettirmek için 5 adet servo motor

kullanılmıştır. Kullanılan servo motorlar R/C tipi servo motor olup aldığı sinyale göre

motor milini istenilen açıya döndürerek o açıda sabit tuttuğu için tercih edilmiştir. Servo

motorların dönüşü ile birlikte parmakların hareket etmesi için her bir parmaktan çıkan

misinalar servo motorların pervanelerine bağlanmıştır. Servolar tam harekette yaklaşık

olarak 500 mA akım çekmektedir.bu durumda parallel bağlı olan 5 servonun aynı anda

çalışması için 2.5-3 A akıma ihtiyaç duyulmaktadır. Arduinonun çalışması için gerekli

35

olan beslemeden yeterli akım alınamadığından servolar arduinodan farklı bir kaynakla

beslenmiştir. Bunun için 6 V 4 A’lık bir adaptör kullanılmıştır.

Servo motorun Arduino ile bağlantısını sağlayan sarı kablolar 5 servo motor için

Arduino’nun PWM çıkışı uçlarına bağlanmıştır. Bu uçlar sırasıyla 8-9-10-11-12

numaralı pinlerdir. Kırmızı kablo pilin + ucuna kahvrengi kablo ise pilin – ucuna

bağlanmıştır. Pil ile servo motor arasına 6A’lik diyot yerleştirilmiştir. Bunun nedeni ters

enerji gelmesi durumunda servoların zarar görmesini engellemektir.

Servo motor devresinin çalışıp çalışmadığını test etmek amacıyla öncelikle boarda

kurulup ardından Proteus programında devrenin dizaynı oluşturulmuştur. Oluşturulan

devre Şekil 26.’da görülmektedir.

Şekil 26. Servo motor devresinin proteus gösterimi

ISIS’de şematik dizaynı tamamlanan devre ARES’e aktarılarak baskı devreye hazır

hale getirilmiştir. Devrenin bu hali Şekil 27.’de görülmektedir.

36

Şekil 27. Servo motor devresinin ares gösterimi

7.5. Programlama Aşaması

Gerekli bağlantılar yapıldıktan sonra projenin programlama aşamasına geçilmiştir.

Programlama aşamasında öncelikle flex sensörlerin düz ve tam bükülme durumundaki

analog değerleri serial monitörden okunarak programda bu değerler için aralıklar

belirlenmiştir. Arduino işlemcisi okunan bu analog değerleri servo motorlara açısal bilgi

gönderecek şekilde programlanmıştır.

37

8. SONUÇLAR

Elektronik alanda yapılan çalışmaların en önemlileri insan sağlığını koruyacak türde

olanlarıdır. Bu düşüncesiyle başladığımız proje başarıyla gerçekleştirilmiş olup

amaçlandığı gibi tasarlanan robot el üzerinde flex sensörler bulunan eldiveni giyen

kişinin yaptığı el hareketlerini taklit edebilmektedir. Bunun yanında yine başlangıçta

hedeflediğimiz gibi bu işlem kablosuz haberleşme ile arada kablo kısıtlaması olmadan

gerçekleştirilmiştir.

Proje yapım aşamasında hassas elemanların kullanımı konusunda bazı problemler

yaşanmıştır. Örneğin flex sensörlerden direnç değeri algılamak için yapılan bükme

hareketleri sensörün uç kısımlarında kırılmalara neden olmuştur ancak sonrasında bu

uçlara uygulanan silikon sayesinde bu soruna çözüm bulunmuştur

Sonuç olarak projemiz istenilen amaca ulaşmakla birlikte geliştirilmeye açıktır.

38

9. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME

Öncelikli amacımız insan işlerini kolaylaştırmak, insan hayatını tehlikeye atacak

türden çalışmalardan, uygun ekipmanla, insanı olabildiğince uzak tutmak olmuştur.

Bu kapsamda yaptığımız ilk çalışma maket elin yapımı olmuştur. Esnek bir yapıya

sahip olan klima atık su borusu kullanılarak el tasarlanmıştır. Sonrasında maket elin

taklit edeceğe ele giyilmek üzere hazırlanan eldivene flex sensörler yerleştirilip gerekli

ölçümler alınmıştır. Projede flex sensörlerin direnç değerlerindeki değişimlere göre

servo motorlar harekete başlamaktadır ve bu hareket arduino Uno R3 mikro

denetleyicisi ile kontrol edilmektedir. .İki el arasındaki haberleşme ardunıo ve X-bee ile

sağlanıp burada XBee kontrol ve izleme amaçlı kullanılmıştır. XBee ‘nin tercih edilme

nedeni wi-fi ve bluetooth gibi haberleşme teknolojilerinin kimi uygulamalarda elverişsiz

olmasıdır.

Proje zamanla geliştirilmeye açıktır. Ağırlık kaldıracak kadar sağlam, insan kolunun

yaptığı her hareketi yapacak olan, hatta nesneleri yerden alıp, nesneleri kaldırabilen bir

protez kol yapmak projenin geliştirilebilir amaçları arasındadır. Buradaki en etken nokta

daha ucuza mal etmek ve insanlara daha çok yardımcı olmaktır. Ayrıca yapılan bu eller

fizik tedavi alanında da kullanılabilir. Yalnızca bir eli olan insanlar el sayesinde sağ sol

senkronizasyonu ile bazı işlerini rahatlıkla yapabileceklerdir.

Aynı zamanda projenin yaygınlaşıp geliştirilmesiyle bu alanda ar-ge çalışması yapan

firmalar ve bireylere bu projenin neticelerinden faydalanabilecektir.

39

KAYNAKÇA

[1]. Çamoğlu, D., Kontrollü Robotik, Dikeyeksen Yayıncılık, Şubat 2011.

[2]. (2013), The Harald website. [Online]. Avaliable:

www.cellular.co.za/bluetooth_king_harald.html

[3]. Haartsen, J. C., The Bluetooth Radio System, IEEE Personal

Communications, 7, 1(2000)28-36.

[4]. (2013) The Extendedsystem website. [Online]. Available:

http://www.extendedsystems.com/.

[5]. Kahveci, S., ‘’Dar-alan Kablosuz Haberleşme Sistemlerinin Başarım

Analizleri ve Turbo Kodlayıcıların Sistem Başarımına Etkisi’’ , Doktora tezi,

Şubat 2006, Trabzon.

[6]. Kahveci, S., ‘’Zigbee Standartının Genel Özellikleri ve Kapasite Analizi’’,

K. T. Ü., F.B.E., Doktora Tez İzleme Raporu(4. Dönem), Aralık 2003.

[7]. Taşdemir,C., Arduino, Dikeyeksen Yayın Dağıtım, Yazılım ve Eğitim

Hizmetleri San. ve Tic. Ltd. Şti., İstanbul, 2012.

[8]. Altınbaşak, O., Mikrodenetleyiciler ve PIC Programlama, 7. baskı, Atlas

Yayıncılık ve Elektronik Tic. Ltd. Şti., İstanbul, 2006.

[9]. D. İbrahim, PIC Mikrokontrolör Robot Projeleri, Bileşim Yayıncılık

Fuarcılık ve Tanıtım Hizmetleri A.Ş., İstanbul, Türkiye, 2005.

40

EKLER

EK 1. Malzeme Tablosu

Sıra No Malzeme Adı Miktarı Birim Fiyat(TL) Toplam Tutarı

(TL)

1 Flex Sensör 5 35 175

2 XBee Pro Modülü 2 55 110

3 Servo Motor 5 30 150

4 Güç Kaynağı 2 2 4

5 Arduino Uno R3 2 20 40

6 Arduino Xbee Shield 2 15 30

TOPLAM 509

41

EK 2. Xbee üzerindeki pinleri ve işlevleri

Pin Adı Tip Fonksiyon

1

VCC

P

2.8 V - 3.4V

2

DOUT

O Seri veri çıkışı (alınan veri)

3

DIN

I

XBee Seri veri girişi (veri iletimi için)

4 DO8

O

Dijital veri çıkışı-8

5 RESET I

Sıfırlama modülü

6 PWM0/

RSSI

O

O Darbe Genişliği Modülasyonlu çıkış

PWM sinyali olarak alınan Sinyal Gücü Göstergesi

7 PWM1 O Darbe Genişliği Modülasyonlu çıkış 8 Rezerve 9 DTR

SLEEP_RQ

DI8

I

I

I

Veri Terminali Hazır: firmware güncellemeleri için

anlaşmak

Uyku Modu: yapılandırıldığında yüksek yerlerde uyku

modunda XBEE

Dijital Çıkış 8 10 GND G Zemin ( Vss ) 11 AD4

DIO4

A

IO

Dijital Giriş 4 Analog

Dijital Giriş / Çıkış 4

12 CTS

DIO7

O

IO

Denetleyici uyuşursa (düşük) için çıkışı Gönder ve

Temizle

Dijital Giriş / Çıkış 7 13 Yüksek = Uyanık, Düşük = Uyku O Dijital çıkış, durum göstergesi ON 13 14 VREF A Dijital referans gerilimi bir Analog 15 ASSOC

AD5

DIO5

O

I

IO

Bir ağ katılmadan göstergesi ilişkili

Dijital Giriş 5 Analog

Dijital Giriş / Çıkış 5

16 RTS

AD6

IO6

I

IO Girişi (Düşük) gönder

Dijital Giriş 6 Analog

Dijital Giriş / Çıkış 6

17-

20

AD3-AD0

DIO3-DIO0

A

IO

Dijital Giriş 3 0 Analog

Giriş / Çıkış 3 0 Dijital

Tipi: P, P = Güç, G = Toprak, I = Giriş, O = Çıkış, A = Analog Giriş

42

EK 3. Zigbee’nin bazı kablosuz teknolojilerle karşılaştırılması

Özellik

Zigbee

GPRS/GSM

Wi-Fi

Bluetoo

th

Odaklanma alanı

İzleme ve Kontrol

Geniş alan ses

ve veri

Web,

email,

Video

Kablo

yerine

Sistem Kaynağı

4-32 Kb

16 Mb+

1 Mb+

250Kb+

Pil Ömrü (gün)

100- 1000+

1-7

0.5-5

1-7

Ağ Boyutu

~ Sınırsız (2 64

)

16 Mb+

32

7

Ağ veri genişliği

(kb/sn)

100- 1000+

64 - 128+

11000-

54000

720

Kapsama Alanı

(metre)

1 - 100+

1000+

1-100

1-10+

Başarı alanları

Dayanıklılık,

maliyet, güç

tüketimi

Ulaşılabilirlik,

kalite

Hız,

esneklik

Maliyet,

rahatlık

43

EK 4. Standartlar ve Kısıtlar Formu

Karadeniz Teknik Üniversitesi

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği

Bölümü

STANDARTLAR VE

KISITLAR

FORMU

1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız.

Projenin tasarım boyutu gerçek el ebatlarında olması planlanmaktadır.

Gerçekleştirilmesi karmaşık olmayan, hayatın birçok yerinde uygulanabilecek bir

projedir.

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

Projede gerek kullanılacak yazılımlarda, gerekse sensör haberleşmesindeki değer

analizlerinde matematiksel formüller kullanılmıştır. Projedeki servo motorların Darbe

Genlik Modülasyonu(PWM) kullanılarak kontrol edilmesi gerekmektedir.

3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?

Bu projede Programlamaya giriş ve Bilgisayar programlama dersindeki C tabanlı alt

yapı ile mikroişlemci bilgileri birleştirilip geliştirilerek kullanılmış olup bunun yanı sıra

elektronik derslerinde edinilen birçok bilgi kullanılmıştır.

4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?

Projemizde TS 9770 standardı kullanılacaktır. Proje sonunda oluşturduğumuz

sistemin optimum şekilde çalışması için gereken tüm standartlar göz önünde tutulurken

uygun maliyette olmasına dikkat edilmiştir.

44

5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?

a) Ekonomi

Projenin üretim maliyeti, gerçek hayata uygulanabilirlik açısından çok önemli bir

faktördür. Projede kullanılacak olan elemanların işlevselliği ve fiyatı gözetilerek

fiyat/performans elemanları seçilmeye çalışılmıştır .

b) Çevre sorunları:

Projenin çevreye herhangi bir zararı olmayacaktır. Düşük enerji tüketimi ile çevre

dostu olarak düşünülebilir.

c) Sürdürülebilirlik:

Mikrodenetleyici kontrollü kablosuz sistemler yeni gelişmekte olan bir sektördür.

Mikroişlemci ve sensörlerin gelişmesiyle ilerde çok daha gelişeceği aşikârdır. Ayrıca

Projemiz kesinlikle çok kolay geliştirilebilir, farklı sistemlerle ortak çalışması

sağlanabilecek bir projedir.

d) Üretilebilirlik:

Projede kullanılan elemanların fiyatları oldukça cüzi bir miktardadır. Kullanılabilir

fiyat kıyaslamasında, üretilebilirlik öne çıkmaktadır. Seri üretime geçilme imkânı olursa

da maliyetler daha da aşağı çekilebilir.

e) Etik:

Mühendislik etik değerlerini gözetebilecektir. Etik açısından bakıldığında

projemizde herhangi bir kısıt bulunmamaktadır.

45

f) Sağlık:

Tasarlanacak projede insan sağlığına kötü yönde etkileyecek herhangi bir şey

bulunmamaktadır. Aksine faydası vardır.

g) Güvenlik:

Sistemin çalışma gerilimi 6V DC olduğundan güvenlik açısından bir sorun teşkil

etmez.

h) Sosyal ve politik sorunlar:

Sosyal ve politik herhangi bir sorun teşkil etmemektedir. Sistemimizin dışa

bağımlıolmayıp kendi öz kaynaklarını kullandığımız için hiçbir sosyal ve politik yönden

hiçbir etkisi yoktur. Diğer üretim yöntemlerinde olduğu gibi dışa bağımlılık yoktur.

Projenin Adı : Uzaktan Robotik El Kontrolü

Projedeki Öğrencilerin Adları :

Hilal ALTUN Fulya AKDENİZ Neşe ÜNVER

15.05.2013

46

ÖZGEÇMİŞ

1990 yılında Trabzon’ da doğdum. İlkokulu 100. Yıl İlköğretim okulunda okudum.

Lise eğitimimi Trabzon Lisesinde tamamladıktan sonra lisans eğitimime 2009 yılında

Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik Elektronik Mühendisliği

bölümünde başladım, halen eğitimime burada devam etmekteyim.

Hilal ALTUN

1990 yılında Malatya’da doğdum. İlköğretimi Özel Rahime Batu Kolejinde

tamamladım. Lise eğitimimi ise Özel Turgut Özal Kolejinde tamamladıktan sonra 2009

yılında başladığım Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik

Elektronik Mühendisliği bölümünde halen eğitimime devam etmekteyim. Yabancı dil

olarak İngilizce bilmekteyim.

Fulya AKDENİZ

1990 yılında Kırşehir’ in Mucur İlçesi’nde doğdum. İlkokulu Yahya Kemal

İlköğretim okulunda tamamladıktan sonra 2008 yılında Kurtuluş Süper Lisesi’nden

mezun oldum. 2009 yılında başladığım Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik

Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümünde halen eğitimime devam

etmekteyim. Yabancı dil olarak İngilizce bilmekteyim.

Neşe ÜNVER