T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

LİSANS BİTİRME PROJESİ

KOKU TAKİP EDEN ROBOT

SACİDE MERVE DİNÇER 210246

MAHMUT POYRAZ 196142

YRD. DOÇ. DR. AYTEN ATASOY

MAYIS 2013

TRABZON

II

III

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

LİSANS BİTİRME PROJESİ

KOKU TAKİP EDEN ROBOT

SACİDE MERVE DİNÇER 210246

MAHMUT POYRAZ 196142

YRD. DOÇ. DR. AYTEN ATASOY

MAYIS 2013

TRABZON

IV

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU

Sacide Merve DİNÇER ve Mahmut POYRAZ tarafından Yrd. Doç. Dr. Ayten

ATASOY yönetiminde hazırlanan “Koku Takip Eden Robot” başlıklı lisans bitirme projesi

tarafımızdan incelenmiş kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak

kabul edilmiştir.

Danışman: Yrd. Doç. Dr. Ayten ATASOY ……………………..

Jüri Üyesi 1: Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM ……………………..

Jüri Üyesi 2: Yrd. Doç. Dr. Gökçe HACIOĞLU ……………………..

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

V

ÖNSÖZ

Bu projeyi hayata geçirmemizde bize yol gösteren danışman hocamız Sayın Yrd. Doç.

Dr. Ayten ATASOY’a Arş. Gör. Selda GÜNEY KUL’a, Öğr. Gör. Dr. Emre

ÖZKOP’ateşekkür ederiz.

Projenin pratik kısmında bizden yardımlarını esirgemeyen değerli arkadaşlarımız

Mustafa Nedim TAN’a ve Arş. Gör. Ceyhan YILMAZ’a teşekkür ederiz.

Laboratuvarlarda çalışma imkanı sunan Bölüm Başkanlığına, desteklerinden dolayı

Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve KTÜ Rektörlüğüne teşekkür ederiz.

Bizi hayatımız boyunca maddi ve manevi yönden destekleyen ailelerimize

şükranlarımızı sunarız.

Mayıs 2013

Sacide Merve DİNÇER

Mahmut POYRAZ

VI

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

Lisans Bitirme Projesi Onay Formu IV

Önsöz V

İçindekiler VI

Özet VIII

Semboller Kısaltmalar IX

1. Giriş 1

1.1 Koku Nedir? 2

1.2 Neden Elektronik Burun? 2

1.3 Elektronik Burunun Literatürdeki Yeri 3

1.4 Patlayıcı Maddelerle İlgili Yapılan Çalışmalar 3

2. Teorik Altyapı 4

2.1 Sensörün Belirlenmesi 4

2.1.1 Koku Tanıma İçin Geliştirilen Sensörler 4

2.1.2 TGS2620 Metal Oksit Gaz Sensörü 5

2.1.3 TGS2620 İle Yapılan Deneyler 6

2.2. Mikrodenetleyiciler 8

2.2.1 MSP430 Mikrodenetleyici Ailesinin Genel Özellikleri 9

2.2.2 MSP430G2553 10

2.3 Motor Sürücü Devre 11

2.3.1 L298 Motor Sürücü Entegresi 11

VII

2.4 Motorlar 13

3. Tasarım 14

3.1 Program Akış Şeması 14

3.2 MSP430G2553’ün Programlanması 15

3.3 PWM İle Motor Hız Kontrolü 18

4. Karşılaşılan Problemler Ve Çözümler 20

5. Sonuçlar 21

6. Yorumlar Ve Değerlendirme 22

Kaynaklar 23

Ekler 24

EK 1. Standartlar Ve Kısıtlar Formu 24

Özgeçmiş 26

VIII

ÖZET

Patlayıcı ve narkotik maddeleri yaydığı koku molekülleri sayesinde bulup kokuyu

izleyerek kaynağını bulma amaçlı tasarlanan “Koku Takip Eden Robot” adlı bu projeyi

gerçeklerken patlayıcı ve narkotik maddelerle çalışılmaya izin olmadığından dolayı

deneyler Equal adlı parfümeri ürünü ile gerçekleştirilmiştir. Bu proje kullanılan herhangi

bir koku ile koku takip sisteminin oluşturulması aynı sistemin patlayıcı ve narkotik

maddeler ile de gerçeklenebileceğini gösterir niteliktedir.

Bu proje, tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de en büyük tehdit unsuru olan terörizm

ile mücadele adına atılmış küçük bir adımdır. Mayınların metal dedektörü ile tespiti

mümkün olduğundan artık mayınların plastik kapsüller kullanılarak üretilmesi, bunun gibi

narkotik maddelerin bulunması sırasında yalnız eğitimli köpeklerin kullanılması sebebiyle

patlayıcı ve narkotik maddelerin yaydığı kokular sayesinde tespit edilebileceği fikri bizi bu

proje üzerine çalışma konusunda ikna etmiştir.

Bu projede, motorun hareketini sağlayacak iki adet ileri-geri ve sağa-sola hareket

edebilen düşük güçlü DC motor, koku tanı sistemi için 3 adet TGS2620 metal oksit gaz

sensörü, sensörlerden aldığı veri ile motoru kontrol edecek 1 adet MSP430G2553

mikrodenetleyici, motorları sürmek için L298 motor sürücü entegresi ve devre için gerekli

olan diğer devre elemanları kullanılarak mevcut koku üzerinde hareket eden robotik sistem

gerçeklenmiştir.

IX

Semboller Ve Kısaltmalar

ADC : Analog - Digital Converter

BOR : Brown Out Reset

Cm : Santimetre

CO : Karbonmonoksit

CPU : Central Processing Unit

DAC : Digital - Analog Converter

DC : DirectCurrent

IN : Input

ISP : In System Programmable

I2C : Inter – Integrated Circuit

I/O : Input/Output

kΩ : kilo ohm

kB : kilobyte

LCD : Liquid Crystal Display

µA : mikro amper

MIPS : Microprocessors Without Interlocked Pipeline Stages

nA : nano amper

OUT : Output

Ppm : Parts Per Million

Ppt : Parts Per Trillion

PWM : Pulse Width Modulation

X

RAM : Random Access Memory

RISC : Reduced Instruction Set Computer

USART : Universal Synchronous Asynchronous Receiver Trasnmitter

1

1. GİRİŞ

“Koku Takip Eden Robot” adlı bu projede sensörler vasıtasıyla kokuyu tespit eden,

sensörlerden alınan veri ile mikroişlemcinin kontrolünde mevcut koku üzerinde hareket

edebilen bir robotik sistem geliştirmek amaçlanmıştır. Projeyi gerçekleme aşamasında

sistemli bir yol izlenmiştir. İlk olarak koku tespiti için uygun olan metal oksit sensör

belirlenip ölçüm için elverişli ortam şartlarında teste tabi tutulmuştur. Sensörlerden alınan

veri sayesinde motorları kontrol edecek mikrodenetleyici belirlenip gerekli olan algoritma

mikrodenetleyiciye yüklenmiştir. Motorları sürmek için sisteme uygun olan motor sürücü

devre mikrodenetleyici kontrolünde sürülerek robotun koku üzerinde hareketi sağlanmıştır.

Tüm bu elemanların kullanılabilirliği, hacmi, ağırlığı, besleme gerilimleri, harcadığı

güçleri ve maliyetleri göz önünde bulundurularak seçilmiştir.

Geliştirilen her yeni metal oksit gaz sensörünün ayırt edebilirliği ve hassasiyetinin bir

öncekine göre daha yüksek olmasını göz önüne alarak sensör seçimi yapılmıştır. Metan,

CO, etanol, hidrojen, bütan ve propan gazları ile iletkenliği yüksek oranda değişen

TGS2620 metal oksit gaz sensörü seçilmiş, test içinse içinde bu gazların bulunmasına

dikkat edilen Equal adlı parfümeri ürünü kullanılmıştır.

Sensörlerden alınan veri ile sistemin hareketini kontrol edecek mikrodenetleyici

seçilirken özellikle üzerinde ADC ve DAC bulunması, I/O sayısının sisteme uygun olması

ve mikrosaniyeler mertebesinde çalışmasına dikkat edilmiştir. Bu özellikleri bünyesinde

barındıran MSP430G2553 mikrodenetleyicisi ile sistem kontrol edilmiştir.

Bu projenin tasarımındaki amaç insan hayatını kolaylaştırmak, insan hayatını tehlikeye

sokabilecek unsurlara karşı önlem almaktır. Proje geliştirilmeye açık, özellikle de askeri

alandaki uygulamalar için elverişlidir.

Projenin gerçeklenme sürecinde uygun elemanların belirlenmesi, teorik bigilerin

edinilmesi donanımsal ve yazılımsal aşamalar üç bölüm altında detaylı olarak

paylaşılmıştır.

2

1.1Koku Nedir?

Organik maddelerden yayılan uçucu moleküllere koku denir. Kokunun algılanabilmesi

için her ne kadar organik bileşiklerden oluşması gerekse de birtakım anorganik maddeler

de uçucu koku molekülü yayma özelliğine sahiptir.

İnsana hoş gelen kokular yapısındaki atomların bağlanma şekli ile alakalıdır. Tek bir

atomun bağlanma şeklinin değişimi bile çok hoş bir kokuyu itici hale getirebilir.

1.2 Neden Elektronik Burun?

İnsanlar burunlarındaki koku epiteli üzerindeki milyonlarca alıcı vasıtasıyla bir çok

kokuyu ayırt edebilir. Koku duyusu en az işitme, görme, tatma duyusu kadar önemli olup

aralarında en karmaşık yapıya sahip olanıdır. Ne var ki binlerce kokuyu ayırt eden insan

burnu aynı kokuya belirli süre maruz kaldığında burun bu kokuya alışır (yorgunluk

durumu: fatique). Diğer yandan insan burnunun algılayamadığı karbonmonoksit ve

karbondioksit gibi gazlar da mevcuttur. Örneğin şofben ve soba zehirlenmeleri ortamdaki

karbonmonoksitin fark edilemediğinden meydana gelir.

Elektronik burun çeşitli gaz sensörleri kullanılarak işlevsel olarak memeli burnuna

benzetilmeye çalışılan elektronik aygıtlardır. Elektronik burunlar insan burnunun

algılayamadığı bir çok kokuyu tespit eder ve bunun yanında kokulara karşı yorgunluk

durumu oluşmaz. İnsan burnu ile elektronik burunun karşılaştırılmış hali Çizelge 1.1’de

gösterilmiştir.

Çizelge 1.1. İnsan Burnu İle Elektronik Burunun Karşılaştırılması [1]

İnsan Burnu Elektronik Burun

Kokunun Algılanması Reseptör Nöronlar

(10.000.000 Reseptör)

Sensör / Hissedici Eleman(6-64

Sensör)

Kokunun Tanımlanması Gromerulus Sinyal İşleme Modülü

Kokunun Yorumlanması ve

Hafızada Tutulması

Beyin Desen Tanıma Modülü

Hassasiyet Trilyonda Bir Birim (ppt) Milyonda Bir Birim (ppm)

Seçicilik 10.000-20.000 <50

3

1.3 Elektronik Burunun Literatürdeki Yeri

İlk olarak 1982’de İngiltere’deki Warwick Üniversitesinde ortaya atılan elektronik

burun fikrinden sonra orataya çıkan ilk prototip elektronik burun 300’de çalışan metal

oksit sensörlerden yapılmıştı.

1990lı yıllarda gelişan teknoloji ile oda sıcaklığında çalışan polimer tabanlı elektronik

burunlar geliştirildi. Polimer tabanlı sistemler kolay uygulanabilir ve ucuz olmasına

rağmen kullanım alanı sınırlı kaldığından insanlar daha hassas elektronik burun sistemleri

geliştirmeye yönelmiştir.

Şimdiye kadar daha çok gıda endüstrisinde çalışmalar yapılmıştır. Tıpta hastalık teşhisi

ve patlayıcı-narkotik maddeler içinse çalışmalara devam edilmektedir.

1.4 Patlayıcı Maddeler İle İlgili Yapılan Çalışmalar

Toprak ve su içindeki patlayıcıları elektronik burun ile algılama: Bu çalışma 5 Ekim

1999’da California Amerikan Kimyasal Toplum Konferansında sunuldu.[2]

Elektronik burun tabanlı koku kaynak yerelleştirme(Electronic nose-based odour source

localization) : Bu çalışma reform ve terör önleme yasası 2004 (PL 108-458) tarafından

109. Kongrede ele alındı. Henüz test aşamasında olan bu çalışma birkaç yıldır

geliştirilmeye çalışılıyor. Operasyonel ve politik konulara tam olarak çözüm sağlamış

değil.[3]

Connecticut Üniversitesinde Yrd. Doç. Dr. YuLei tarafından büyük açık alanlarda

bulunan uçucu patlayıcı buharların tespiti için elde taşınabilir bir sensör parçası olacak

şekilde insan saçının çapından 100.000 kez daha dar olacak şekilde bir ultra ince moleküler

eleme zarı geliştirmek için çalışıyorlar. Bu üç yıllık proje için ulusal bilim vakfı 792.404

dolar hibe tarafından finanse edilmektedir. (2010)[4]

4

2. TEORİK ALTYAPI

2.1 Sensörün Belirlenmesi

İnsanların duyu organları olduğu gibi otomatik kontrol sistemlerinin de etrafında olup

biteni algılamasını sağlayan algılayıcıları vardır. Bunlara sensör (algılayıcı) denir.

Sistemler sensörler vasıtasıyla ortamdaki fiziksel değişiklikleri (basınç, ısı, ışık, ses vb.)

algılarlar. Algılayıcıların ölçülen giriş büyüklüklerine göre makanik, termal, elektriksel,

manyetik, ışıma ve kimyasal çeşitleri vardır.

2.1.1 Koku Tanıma İçin Geliştirilen Sensörler

Koku denince her ne kadar sensörün kimyasal sensör olacağı akla gelse de gelişen

teknoloji koku sensör çeşitliliğini artırmıştır. 1982’den günümüze kadar yapay burun

teknolojisinde kullanılan sensörler Çizelge 2.1’de gösterilmiştir.

Çizelge 2.1. Koku Tanıma İçin Geliştirilmiş Sensörler[1]

Yapay Burun Teknolojisi Sensör Elemanı Üretildiği Tarih

Elektronik Metal Oksit 1982

Polimerler 1991

Optik Temelli Floresan Boyalar 1996

Kalorimetrik Boyalar 2000

Nanoteknoloji Temelli Karbon Nanotüpler 2001

Silikon Nanoteller 2007

Altın Nanoparçacık 2009

Fotonik Temelli Fotonik Kristaller 2009

Kızılötesi Fiberler 2010

5

2.1.2 TGS2620 Metal Oksit Gaz Sensörü

Bu projede, saptanabilir bir gazın varlığında iletkenliği havadaki gaz konsantrasyonuna

bağlı olarak artan TGS2620 metal oksit gaz sensörü kullanılmıştır. Düşük güç tüketimi,

alkol ve organik çözücü buharlara yüksek hassasiyet, uzun ömürlü ve ölçümler sırasında

basit elektrik devresi kullanılması gibi özellikleri olan TGS2620 daha çok alkol testlerinde,

organik buhar dedektörlerinde, kuru temizlemede ve yarı iletken endüstrisinde uygulama

alanı bulmuştur. Sensörün dış görünümü Şekil 2.1.’de, gaz sensörün çalışma prensibi ise

Şekil 2.2.’de gösterilmiştir.

Şekil 2.1 TGS2620 Dış Görünümü

Şekil 2.2. Sensörün Çalışma Prensibi[5]

Sensör ısıtıcı gerilimi 푉 ve sensör gerilimi 푉 olmak üzere iki gerilim girişi gerektirir.

Isıtıcı gerilimi sensörün ölçüm yapacağı optimum ortam sıcaklığını sağlamak içindir.

6

5 V’luk DC güç kaynağı devre için gerekli olan 푉 ve 푉 gerilimlerini sağlamak için

yeterlidir. Sensörün temel ölçüm devresi Şekil 2.3’te gösterilmiştir.

Şekil 2.3. TGS2620 Temel Ölçüm Devresi[6]

2.1.3 TGS2620 İle Yapılan Deneyler

TGS2620 oda sıcaklığında (25) aseton ve equal kokularının sensöre farklı

uzaklıklarda ölçümlere tabi tutulmuştur. Sensöre seri bağlı 푅 direnci 4.7 kΩ olarak

belirlenmiştir. Sensörün aseton ve equal kokularına verdiği tepkiler Çizelge 2.2.1 ve

Çizelge 2.2.2’de gösterilmiştir.

7

Çizelge 2.2.1TGS2620’nin Aseton Kokusuna Verdiği Tepki

Kokunun Kaynağının Sensöre Uzaklığı 푹푳Direnci Uçlarındaki Gerilim

100 cm 0 V

80 cm 0 V

60 cm 0 V

50 cm 0 V

40 cm 0 V

30 cm 1.2 V

25 cm 1.7 V

20 cm 2.2 V

15cm 2.7 V

≤10 cm 3.5~3.7 V

Çizelge 2.2.2. TGS2620’nin Equal Kokusuna Verdiği Tepki

Kokunun Kaynağının Sensöre Uzaklığı 푹푳Direnci Uçlarındaki Gerilim

100 cm 0 V

80 cm 0 V

60 cm 0 V

50 cm 0 V

40 cm 0 V

30 cm 1.5 V

25 cm 1.9 V

20 cm 2.5 V

15 cm 3.5 V

≤10 cm 4.4~4.7 V

8

Yapılan ölçümlerde görüldüğü gibi aseton kokusunun algılanma mesafesi ve iletlenlik

değişimi equal kokusuna oranla çalışmak için daha uygundur. Fakat sistem koku üzerinde

hareket edecek bir gezgin sistem olacağından asetonun çok çabul yayılıp etkisini

kaybetmesi yön belirlemeyi karmaşık ve verimsiz hale getirdiğinden çalışılacak koku equal

kokusu olarak seçilmiştir.

TGS2620 sensörü ile yapılan testlerde koku sensöresensörün 4 yanından gelecek

şekilde ayrı ayrı denenmiştir. Deney sonuçlarında ise sensörde bulunan çentikli kısmın tam

aksi yönden gelen kokularda iletkenlik değişiminin maksimum olduğu görülmüştür. Buna

bağlı olarak sensör dizme işleminde sensörlerin yönleri de göz önünde bulundurulmuştur.

Robotun ön kısmında bulunacak 3 sensörün dizilimi Şekil 2.4’te gösterilmiştir.

Şekil 2.4. TGS2620 Sensör Dizilimi

2.2 Mikrodenetleyiciler

Mikrodenetleyici üzerinde her türlü şeyi bulabileceğimiz bir çip olan gömülü sistemdir.

Mikrodenetleyiciler tek bir çip üzerinde çekirdek, hafıza, ve çeşitli programlanabilir

birimleri olan giriş çıkış portları, zamanlayıcı, ADC, DAC bulundurur. Bu gelişmiş

entegrasyon mühendislere yapılması planlanan uygulamanın boyutlarını, maliyetini ve güç

9

tüketimini en aza indirmeyi sağlar. Böylelikle mikrodenetleyiciyi birbirinden farklı birçok

uygulamnın kontrolü için en uygun hale getirir.

2.2.1 MSP430 Mikrodenetleyici Ailesinin Genel Özellikleri

Aile içerisinde cihazın türevleri olmasına rağmen bir MSP430 mikrodenetleyici şu

özellikleri ile karakterize edilir.

Düşük Güç Tüketimi

0.1 μ퐴 RAM’de veri saklama

0.8 μ퐴 gerçek zamanlı saat modunda çalışma

250 μ퐴/MIPS aktif çalışma

Düşük Çalışma Gerilimi (1.8V~3.6V)

<1μ푠 saat başlangıcı

<50 푛퐴 port kaçağı

Sıfır güç- BOR

Çip Üzerindeki Analog Cihazlar

10/12/16-bit ADC

12-bit çift DAC

Karşılaştırma kapılı zamanlayıcılar

İşlemsel yükselteçler

SVS

16-bit RISC CPU

Bit, byte ya da word olarak komut işleme

Sıkıştırılmış çekirdek tasarımı ile güç tüketimini ve maliyeti düşürme

Etkin derleyici

27 çekirdek komutu

7 adresleme modu

Geniş kapsamlı vektörel-işkesme kapasitesi

Esneklik

256 kB’a kadar ISP Flash

100’e kadar pin sıralama seçeneği

USART, I2C, Zamanlayıcılar

LCD sürücüsü

10

Mikrodenetleyinin performansı; 16-bitlik veri yolu, 7 adresleme modu ve hızlı

uygulamalar için kısa ve yoğun program kodu sağlayan azaltılmış komut seti ile doğrudan

ilişkilidir. Bir mikrodenetleyici çekirdeği 16-bitlik CPU, RISC, akıllı çevre birimleri ve

VonNeumann mimarisiyle ortak adres yolu ve bellek veri yolunu birbirine bağlayan esnek

saat sistemini kullanır.

2.2.2 MSP430G2553

MSP430 ailesinin ultra düşük güç tüketimi sağlayan MSP430G2553 mikrodenetleyicisi

tipik olarak düşük maliyetli sensör sistemlerinden gelen analog sinyalleri yakalayıp bunları

dijital değerlere dönüştürür ve sonra bu verileri işleyip bir göstergeye ya da ana bilgisayar

sistemine iletir. MSP430G2553 mikrodenetleyicisinin dış görünümü Şekil 2.5’de

gösterilmiştir.

Şekil 2.5. MSP430G2553 Mikrodenetleyicisinin Dış Görünümü

Hafızası ve I/O bacak sayıları projeye uygun olan MSP430G2553

mikrodenetleyicisinin bacak yapısı Şekil 2.6’da gösterilmiştir.

11

Şekil 2.6. MSP430G2553 Bacak Yapısı [7]

2.3 Motor Sürücü Devre

2.3.1 L298 Motor Sürücü Entegresi

L298 dört giriş dört çıkışa sahip H köprüsü bulunduran bir motor sürücü entegresidir.

Robotun hareketini sağlayan birbirinden bağımsız iki farklı DC motoru iki farklı yönde

hareket ettirmek için motor sürücü devreye ihtiyaç duyulur. Kullanılan L298 motor

sürücüentegresininin dış görünümü Şekil 2.7’de gösterilmiştir.

Şekil 2.7. L298 Motor Sürücü Entegresi Dış Görünümü

12

İki yöne hareket edebilen bir motor iki girişe sahip olduğundan L298 motor sürücü

entegresinin 4 çıkışı ile 2 tane bağımsız motor sürülebilir. L298 robotik sistemlerde en çok

tercih edilen motor sürücü entegredir. IN1, IN2, IN3, IN4 olmak üzere 4 input OUT1

OUT2, OUT3, OUT4 olmak üzere 4 outputa sahiptir. İçerdiği iki adet enable pinine verilen

gerilim enable pininin bağlı olduğu çıkış portunun beslemesini belirler. L298 motor sürücü

entegresinin bacak bağlantıları Şekil 2.8’de gösterilmiştir.

Şekil 2.8. L298 Bacak Bağlantıları [8]

5V’luk iki adet DC motor sürmek için L298 motor sürücü entegre ile düzenlenen motor

sürücü devre Şekil 2.9’da gösterilmiştir.

Şekil 2.9. Motor Sürücü Devre

13

Enable A ve Enable B pinleri entegrenin içinde bulunan H köprülerini aktifleştirmek

için kullanılır. İnput1 ve İnput2 1. Motoru ileri geri hareket ettirmek için, İnput3 ve İnput4

2.motoru ileri geri hareket ettirmek için kullanılır. SENSA ve SENSB pinleri çıkış akımını

sınırlamak için kullanılır. Çıkış akımında herhangi bir sınırlama yapılmayacaksa bu pinler

doğrudan şaseye bağlanır.

2.4. Motorlar

Herhangi bir enerji formunu mekanik enerjiye dönüştüren makinelere motor denir.

Elektrik motorlarında da elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülür. Elektrik motorları

şu şekilde sınıflandırılabilir.

Doğru Akım Motorları

Fırçalı Doğru Akım Motoru

Fırçasız Doğru Akım Motoru

Alternatif Akım Motorları

Senkron Motor

Asenkron Motor

Hibrit Motorlar

Üniversal Motorlar

DC motorlar, bobin üzerinden geçen akımın neticesinde oluşturduğu manyetik alanların

oluşturduğu kutuplaşmayı ileri ve geri yönlü olarak kullanarak yani zıt kutupların birbirini

çekmesi ve aynı kutupların birbirini itmesi prensibinin dairesel harekete dönüşümünün en

basit halidir. Robotik ve endüstriyel uygulamalarda en çok kullanılan motor tipidir.

AC motorları, içindeki metalden yapılmış kütlenin döner bir elektromanyetik alan

yardımıyla sürüklenmesi ilkesi ile çalışır. Döner alanın hızı ile oluşan manyetik alanın

hızına göre senkron ve asenkron olarak adlandırılır. AC motorlar büyük güçlüdür ve

sanayide kullanılırlar.

Üniversal motorlar hem DC hem de AC akımda çalışabildiği için bu şekilde

adlandırılmıştır. Daha çok elektrik süpürgeleri, mikserler, tıraş makineleri, saç kurutma

makineleri gibi yüksek devir sayısı gerektiren makinelerde kullanılır. Hibrit motorlar ise

elektriksel veya alternatif bir enerji kaynağını mekanik enerjiye dönüştüren motorlardır.

14

3.TASARIM

3.1 Program Akış Şeması

Sekil 3.1. Program Akış Şeması

15

Robotik sistemin tasarımı için en uygun elemanlar belirlendikten sonra Şekil 3.1’de

gösterildiği gibi program akış şeması çizilip izlenecek aşamalar belirlendi. Sensörlerin

iletkenlik değişimine göre mikrodenetleyici karar vereceğinden sistem kurulmadan önce

değerler belirlenip kurulduktan sonra belirlenen değerlerle sistem test edilip karar verilecek

gerilim değeri yeniden belirlenmiştir.

Robotik sistemin önüne gelecek şekilde monte edilen 3 adet TGS2620 metal oksit gaz

sensöründen araca göre solda olan Sensör1, solda olan Sensör3 ikisinin tam ortasında

bulunansa Sensör2 olarak adlandırıldı. Sensör2den mikrodenetleyiciye gelen gerilim

seviyesi 1.2V’u aştığında motorun hareket etmeye başlamasına karar verildi. Sensörlerin

hassasiyeti ve ortamdaki en ufak değişikliğe bile tepki göstermesi nedeniyle robotun düz

gitme hareketi Sensör1 ve Sensör3 arasındaki gerilim farkına bağlandı. Sensör1 ve Sensör

3 arasındaki gerilim farkı 1V’tan büyük olduğu takdirde motorun büyük olan tarafa doğru,

küçük olduğu takdirde ise motorun düz bir şekilde hareket etmesine karar verildi. Motorun

düz gitme hareketinin sağ ve sol kenarlarda bulunan Sensör1 ve Sensör2 ile

belirlenebileceği görüldü. Mevcut koku üzerinde hareket eden robotun koku üzerine denk

gelen Sensör2’de oluşan gerilim seviyesi 1.2V’u aştığında motorun çalışmaya başlamasına

ve hareket halinde iken Sensör2’de oluşan gerilim seviyesi 1.2V’un altına düştüğünde

motorun durmasına karar verildi.

3.2 MSP430G2553’ün Programlanması

MSP430G2553’ü programlarken arayüz olarak IAR Embeded kullanıldı. Program akış

şemasında belirtildiği gibi ilerleyen program kodu şu şekildedir:

Mikrodenetleyici bacakları ile motor bağlantıları alt programı :

voidinitializeMotor(void)

P2SEL &= 0x3F; // XIN ve XOUT basit I/O için kullan

P1DIR |= (MOTOR1 + MOTOR2) + MOTOR1_LOJIK1 + MOTOR1_LOJIK0;

//Motorlar output

P2DIR |= (MOTOR2_LOJIK0 + MOTOR2_LOJIK1); //motor lojik değerler output

16

P1OUT &= ~(MOTOR1 + MOTOR2);

Motorların PWM ile hız kontrolünü sağlayan alt program:

void motor1pwm(unsignedcharsurPWM, unsignedchardurPWM)

motor1sur();

while(surPWM--); // motor1 n birim çalışır

motor1dur();

Aynı program ikinci motor için tekrarlanır.

Sensörden gelen verilerle motorun hareketini sağlayan ana programın işlevsel kısmı

aşağıda verilmiştir.

void main(void)

WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;

initializeMotor();

initializeTGS();

bufferSol = 0;

17

bufferSag = 0;

while (1)

while(SENSOR2 == 1) // sensör2 pasif oldugu sürece dur..

motor1dur(); //koku yoksa dur

motor2dur();

while(SENSOR2 == 0) // sensor2 aktif oldugu sürece ilerle

bufferSol = 0;

bufferSag = 0;

motor1yon(ILERI);

motor2yon(ILERI);

motor1pwm(TEMEL_HIZ,140); //eşit hızda ileri

motor2pwm(TEMEL_HIZ,140);

//koku yana kaymıssa kokuyu yakala

if(bufferSol>bufferSag&& (--bufferDelay>0))

motor2yon(ILERI);

motor1yon(GERI);

18

motor2pwm(TEMEL_HIZ+55,0); //sağ motor çalış, sola hızlı dön

motor1pwm(TEMEL_HIZ+55,0); //sol motor geri çalış

elseif(bufferSag>bufferSol&& (--bufferDelay>0))

motor1yon(ILERI);

motor2yon(GERI);

motor1pwm(TEMEL_HIZ+55,0); //sağ motor çalış, sola hızlı dön

motor2pwm(TEMEL_HIZ+55,0); //sol motor geri çalış

3.3 PWM İle Motor Hız Kontrolü

Projede kullanılan TGS2620 metal oksit sensörlerin çalışma hızı hazır kit halinde temin

edilen motor-dişli sisteminin hızının neredeyse yarısına eşit olduğundan motor hızının

kontrolüne ihtiyaç duyuldu. Motor hızı, motorun DC besleme gerilimi düşürülerek kontrol

edilebilir. DC gerilimi ayarlamanın farklı bir yöntemi Pulse-Widht Modulation(PWM)dir.

Bu yöntem; DC gerilimin tepe değerini belli bir seviyede tutarak, belirli aralıklara

bölünmüş sinyalin genişliğini ayarlama stratejisine dayanmaktadır. Böylece DC gerilim

değeri ayarlanmış olur. PWM ile DC gerilim ortalama değerinin değişimi Şekil 3.2’de

gösterilmiştir.

19

Şekil 3.2. PWM İle DC Gerilimin Darbe Genişliğine Göre Değişimi[9]

20

4. KARŞILAŞILAN PROBLEMLER VE ÇÖZÜMLERİ

Proje gerçekleme aşamasında bazı problemlerle karşılaşıldı ve çözümlenmeye çalışıldı.

Problem 1: Sensörlerin hassasiyetinden kaynaklı kokuya aynı şartlarda her zaman aynı

tepki veremediğinden motorun kontrolü zorlaştı.

Çözüm 1: Motorun hareketinde yön belirlerken Sensör1 ve Sensör3 karşılaştırılıp

aralarındaki farka göre motor yönlendirildi.

Problem 2: Motor ve dişli sistemi hazır omurga ile temin edildiğinden motorları

istenilen hızın üzerinde çalıştı.

Çözüm 2: Motorun hızı PWM’le kontrol edildi.

Problem 3: Motor keskin dönüşlerde koku yolundan sapıp tekrar aynı yola dönemedi.

Çözüm 3: Keskin dönüşlerde motorlar zıt yönde aynı hızda çalıştırıldı. Yumuşak

dönüşlerde motorlar zıt yönde farklı hızda çalıştırıldı.

21

5. SONUÇLAR

Koku Takip Eden Robot adlı proje, tanıtılan mevcut koku üzerinde yolundan sapmadan

hareket edebilecek şekilde prototip olarak gerçeklenmiştir. Algılama metal oksit gaz

sensörleri ile sağlanmıştır. Sensörlerin iletkenlik değişimine göre mikrodenetleyiciye

gerekli algoritmalar yazılımsal olarak yüklenerek motorların mevcut koku üzerinde

hareketi sağlanmıştır. Robotik sistemin hareketinden alınacak maksimum verim kapalı

ortamda ve oda sıcaklığında çalıştırıldığında mümkündür. Bunun yanında robotun doğru

yolu izlemesi için ortamda bulunan farklı koku yoğunlukları minimum seviyede olmalıdır.

Yapılan teorik ve pratik çalışmanın sonucu olarak gerçeklenen robotik sistem

sensörlerden aldığı verileri işleyerek mevcut koku üzerinde hareket etmiştir.

22

6. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME

Savunma sanayisinde kullanıma oldukça elverişli olan bu proje, başka kimyasal ve

biyolojik materallerin kokusu kullanılarak gıda endüstrisinde ve tıp alanında da uygulama

alanı bulabilir.

Patlayıcı ve narkotik maddelerle gerekli yerlerden izin alınarak çalışıldığında amaca

uygun şekilde bir sistem modeli gerçeklenebilir. Yazılım algoritması geliştirilerek daa

fazla algılayıcı ile daha kapsamlı sistemler geliştirilebilir. GPS, kameralar ve kablosuz

haberleşme sistemleri ile çok daha gelişmiş profesyonel sistemler oluşturulabilir.

23

KAYNAKLAR

[1]. M. Bayındır, M Yaman ve A. Yıldırım, “Koku Bilimine Doğru”, Bilim Ve Teknik, Sayfa 34,39 Eylül 2011

[2]. G.W. Watson and S. McGuire “Detection Of Explosives In Soil and Water With An Electronic Nose” in AmericanChemicalSociety Meeting, 1999 Page 9,

[3]. (2000), The IEEE website [Online].Available:http://www.ieee.org/

[4]. (2012), The UCONN website [Online]. Available: http://www.engr.uconn.edu

[5]. Ü. Kızıl, L. Genç ve M. Saçan, “Elektronik Burun Sistemlerinin Tasarım İlkeleri”, U. Ü. Ziraat Fakültesi Dergisi, 2011, Cilt 25, Sayı 1, 109-118

[6]. “TGS 2620 datasheet” Figaro USA

[7]. “MSP430G2553 datasheet” Texas Instrument, USA

[8]. “L298 datasheet” , STMicroelectronics, Printed in Italy

[9]. F.Arslan,(2013) Homepage [Online]. Available: http://fevziarslan.blogspot.com/

24

EKLER

Ek 1. Standarlar ve Kısıtlar Formu

1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız.

Projemizde, savunma sanayinde kullanılması öngörülen narkotik maddeler ve

patlayıcıların yerinin tespiti için tasarlanmıştır. Tasarım; mekanik tasarım, donanım ve

yazılım olmak üzere üç aşamada gerçekleştirilmiştir.

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

Hayır.

3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?

Şimdiye kadar lisans derslerinde edindiğimiz teorik bilgilerin yanı sıra özellikle

microprocessors dersinde edindiğimiz yazılım bilgilerini kullandık.

4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?

Herhangi bir mühendislik standardı kullanılmamıştır.

5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?

a) Ekonomi: Tasarım yapılırken gerekli olan tüm araç, gereç ve malzemelerin maliyet

analizleri önceden yapılarak en az maliyetle tasarım amaçlanmıştır.

b) Çevre sorunları: Projemiz daha çok kapalı ortamlarda ölçüm yapmak için tasarlanmıştır,

sensörlerin hassasiyetinden dolayı açık alanlarda kullanıma uygun değildir.

c) Sürdürülebilirlik: Projemizin en önemli özelliklerinden bir tanesi ileriye yönelik

geliştirilebilir olmasıdır.

d) Üretilebilirlik: Savunma sanayi ve askeri alanlarda kullanımı amaçlandığı için ancak

belirli izinler dahilinde üretimi yapılabilir.

e) Etik: Projenin gerçekleştirilmesi ve tez yazımı sürecinde etik konular dikkate alınmış ve

proje gerçekleştirilmiştir. Etik kısıtlar olarak tasarımın daha önce gerçekleştirilmiş bir

proje ile çok fazla ortak noktası bulunmaması ve özgün olması konusunda dikkat

edilmiştir.

25

f) Sağlık: Projenin asıl amacı insan hayatını ve sağlığını tehdit eden narkotik maddelerin ve

patlayıcılardan kurumak. Bu konu, en az risk oluşturacak şekilde düşünülmüştür.

g) Güvenlik: Projenin gerçekleştirilmesi ve sonrasında güvenlik açısından bir problem

olmayacak şekilde iş süreci ilerlemiştir. Güvenlik açısından herhangi bir problem yoktur.

h) Sosyal ve politik sorunlar: Sosyal ve politik açıdan bir sorun oluşturmayacak şekilde

proje gerçekleştirilmiştir.

Projenin Adı Koku Takip Eden Robot

Projedeki Öğrencilerin Adları Sacide Merve DİNÇER Mahmut POYRAZ

Tarih ve İmzalar

26

ÖZGEÇMİŞ

Sacide Merve DİNÇER, 1986 yılının Aralık ayında Trabzon’da doğdu. İlköğretim ve

lise öğrenimini Trabzon’da tamamladı. 2006 yılında KTÜ Fen Edebiyat Fakültesi

Matematik Bölümüne yerleştikten iki sene sonra tekrar ÖSS’ye girip KTÜ Elektrik

Elektronik Mühendisliğine yerleşti ve şu an son sınıf öğrencisi olarak öğrenimini

sürdürmektedir. İyi seviyede ingilizce bilgisine, orta derecede Matlab, C++ programlama

bilgisine sahiptir.

27

ÖZGEÇMİŞ

Mahmut POYRAZ, 1990 yılının Mart ayında Kahramanmaraş’ta doğdu. İlköğretim ve

lise eğitimini Kahramanmaraş’ta tamamladı. 2007 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümüne başladı ve son sınıf öğrencisi olarak

öğrenimini sürdürmektedir. Orta seviyede İngilizce bilgisine sahip. Matlab, Proteus ve C

programlama dillerine orta seviyede hakimdir.