ENGELDEN KAÇARAK ROTASINI TAMAMLAYAN ARAÇ · 2013-06-25 · i T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü ENGELDEN

i

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

ENGELDEN KAÇARAK ROTASINI

TAMAMLAYAN ARAÇ

210288 Alparslan ALTINIŞIK

Danışman

Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM

HAZİRAN 2013

TRABZON

ii

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

ENGELDEN KAÇARAK ROTASINI

TAMAMLAYAN ARAÇ

210288 Alparslan ALTINIŞIK

Danışman

Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM

HAZİRAN 2013

TRABZON

iii

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU

Alparslan ALTINIŞIK tarafından Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM yönetiminde hazırlanan

“ Engelden Kaçarak Rotasını Tamamlayan Araç ” başlıklı lisans bitirme projesi

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

kabul edilmiştir.

Danışman : Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM ………………………………

Jüri Üyesi 1 : Öğr. Gör. Cahit ALTIN ………………………………

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

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

iv

ÖNSÖZ

Bu kılavuzun ilk taslaklarının hazırlanmasında emeği geçenlere, kılavuzun son halini

almasında yol gösterici olan kıymetli hocamız Sayın Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM’e

şükranlarımızı sunmak istiyoruz. Ayrıca bu çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik

Üniversitesi Rektörlüğü’ne Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik

Mühendisliği Bölüm Başkanlığına en içten teşekkürlerimizi sunarız.

Her şeyden öte, eğitimimiz süresince bize her konuda tam destek veren ailelerimize ve

bize hayatlarıyla örnek olan tüm hocalarımıza saygı ve sevgilerimizi sunarız.

Alparslan ALTINIŞIK

Trabzon 2013

v

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

Lisans Bitirme Projesi Onay Formu .......................................................................................... iii

Önsöz ......................................................................................................................................... iv İçindekiler .................................................................................................................................. v

Özet ........................................................................................................................................... vii

Semboller ve Kısaltmalar ....................................................................................................... v iii Şekiller Listesi ........................................................................................................................... ix

Çizelge Listesi ............................................................................................................................ x

1. Giriş ........................................................................................................................................ 1

1.1 Literatür Çalışması .......................................................................................................... 2

1.2 Çalışma Takvimi ............................................................................................................. 3

2. TEORİK ALTYAPI .............................................................................................................. 4

2.1 Algılama ........................................................................................................................... 4

2.1.1. QTR-8A Kontrast Sensörü ...................................................................................... 4

2.1.2. Sharp Gpd02 Sensörü .............................................................................................. 5

2.2. Çizgi Takip Prensibi ...................................................................................................... 8

2.2.1. Pid Geri Besleme..................................................................................................... 9

2.2.2. Pid Formül ............................................................................................................. 10

2.3. Engel Geçme Prensibi ................................................................................................... 11

2.4. Karar Verme ................................................................................................................. 13

2.4.1. PORT I/O .............................................................................................................. 13

2.4.2. ADC ...................................................................................................................... 13

2.4.3. Darbe Genişlik Modulasyonu ............................................................................... 13

2.4.4. Zamanlayıcı ........................................................................................................... 14

2.4.5. Kesme ................................................................................................................... 14

2.4.6. CCS C Programı Hakkında Genel Bilgiler .......................................................... 15

3.TASARIM ............................................................................................................................. 18

3.1. 7805 Entegresi .............................................................................................................. 18

3.1.2. 16x2 LCD Ekran ................................................................................................... 18

3.2. Yöntem………........................… .................................................................................. 19

3.2.1. Algılama................. ............................................................................................... 19

3.2.2. Karar Verme .......................................................................................................... 19

3.2.3. Hareket ................................................................................................................. 20

3.3. Çalışmalar ................................................................................................................... 20

vi

4. SONUÇLAR ......................................................................................................................... 25

5. YORUM ve ÖNERİLER ...................................................................................................... 26 Kaynaklar.................................................................................................................................. 27

Ekler

Özgeçmiş

vii

ÖZET

Günümüzde otonom olarak hareket eden araçların sanayideki önemi gün geçtikçe

artmaktadır. Bu araçların, karşısına çıkabilecek engellerden kurtulup mümkün olan en kısa

sürede başlangıç noktasına veya hedeflenen bir noktaya varması beklenmektedir. Bu

noktada hareketi otonom olarak kontrol edilen aracın rotasını kayıp etmeden engeli

geçmesi önemli bir sorunu teşkil etmektedir.

Bu problemin çözümünde rota, robotun kızıl ötesi sensörler ile algılayabileceği şekilde

bir çizgi ile belirlenmiştir. Bu bize istenen hedefe en kısa sürede ulaşma imkânı verecektir.

Yine karşısına çıkabilecek hareketli veya duran engelleri, üzerinde uygun şekilde

konumlandırılmış sensörler vasıtasıyla algılayabilecek ve bu sensörlerden gelen geri

dönüşleri bir mikrodenetleyici tarafından değerlendirip rotasına devam edecektir.

Amaçlanan sistemin tamamlanabilmesi için gerekli teorik ve pratik araştırma yapılmış

ve sunulmuştur.

viii

SEMBOLLER ve KISALTMALAR

ADC: Analog Digital Conveter (Analog Dijital Çevirici)

CCS: Custom Computer Services (Firma Adı)

CCP: Capture Compare Pulse Wide Modulation (Yakalama Karşılaştırma Darbe

Genişlik Modulasyonu)

CPU: Central Processing Unit

DC: Doğru Akım

D : Derivative (Türev)

EEPROM: Electrical Erasable Programable Read Only Memory (Elektriksel Olarak

Silinebilen Programlanabilir Sadece Okunan Hafıza)

I İntegral

I/O: Input / Output (Giriş / Çıkış)

k: Kilo

mA: Miliamper

mV: Milivolt

Mhz: Mega Hertz

P: Proportional (Orantısal)

PIC: Peripheral Interface Controller (Firma Adı)

PD: Proportional Derivative ( Orantısal Türev)

PID: Proportional Integral Derivative (Orantısal İntegral Türev)

TMR: Timer (Zamanlayıcı)

V: Volt

ix

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 2.1. Sistemin Blok Diagramı

Şekil 2.2. Nesnelere göre açılar

Şekil 2.3. Sharp Gp2d02 sensöründen okunan datalar

Şekil 2.4. Sharp Gp2d02 sensöründen okunan dataların lineerleştirilmiş hali

Şekil 2.5. Diğer Sharp Gp2d02 sensöründen okunan datalar

Şekil 2.6. Sharp Gp2d02 sensöründen okunan dataların lineerleştirilmiş hali

Şekil 2.7. Çizgi sensörlerinin konumu

Şekil 2.8. Çizgi sensörlerinden alınan datalara göre motorların hareketi

Şekil 2.9. Engelin algılanması

Şekil 2.10. Engelin algılanmasından sonra yapılan ilk hareket

Şekil 2.11. Aracın engelin yanından geçişi

Şekil 2.12. Aracın engelin sonunu algılaması

Şekil 2.13. Aracın rotasına doğru yönelişi

Şekil 2.14. Aracın çizgiyi buluşu

Şekil 2.15. Aracın çizgi izleme hareketine devamı

Şekil 2.16. Aracın çizgi takip algoritması

Şekil 2.17. Engel geçme algoritması

Şekil 3.1. Gerilim regülatörünün devreye bağlanma şekli

Şekil 3.2. Sistemin genel yapısı

Şekil 3.3. Nesnelere göre açılar

Şekil 3.4. Projenin tasarım ve gerçekleştirilmesi işlemleri

Şekil 3.5. Motor sürme devresi

Şekil 3.6. H köprüsü temsili görünüş

Şekil 3.7. Aracın gövde yapısı

Şekil 3.8. Aracın montajı

Şekil 3.9. Aracın montajı

Şekil 3.10. Sensörlerin kontrolü

x

ÇİZELGE LİSTESİ

Çizelge 1.1. Çalışma takvimi

1

1. GİRİŞ

Günümüzde endüstriyel uygulamalarda otonom olarak hareket eden robotların önemi

gün geçtikçe artmaktadır. Sanayide kullanılan robotlar çoğunlukla sabit olup üretim

amaçlı kullanılır. Hareketli robotlar genelde üretimden ziyade tamamlayıcı vazife

üstlenirler.

Bu robotların hareketlerini güvenli bir şekilde tamamlamaları için çevreyle

etkileşimlerini çabuk ve doğru bir şekilde gerçekleşmesini sağlayabilmelidir.

Bunu da algılayıcılarla sağlamaktadırlar. Burada tepki süreleri ve çevreden etkilenme

gibi sorunlar meydana gelecektir. Bu gibi sorunlar robotların istenen amaçlara göre

otonom hareketini sürdürmesi için gerekli kararları alabilmesini sağlayacak

algoritmaları gerçekleştirmeyi çok karmaşık hale getirmektedir.

Görünürde basit gibi görünen hareketlerin düzgün bir şekilde yapılabilmesi şu an

itibari ile çok maliyetlidir. Çok sayıda algılayıcı elektronik elaman ve bu devreleri

besleyecek batarya, akü gibi daha bir çok donanıma ihtiyaç duyulmaktadır.

Ekonomik açıdan bu maliyetleri olabildiğince azaltmak gerekmektedir. Bu gibi nedenler

otonom olarak hareket eden robotların üretimini kısıtlamaktadır.

Bu çalışmada lisans seviyesinde öğrenilen bilgilerin uygulaması ve pekiştirilmesi

hedeflenmektedir ayrıca bu alana ilgi duyanlar için giriş seviyesinde iyi bir yardımcı

kaynak olacaktır.

2

1.1. Literatür Çalışması

Otonom hareket, bir robotun bir yerden hedeflenen bir yere engellerden sakınarak ve

dışarıdan herhangi bir müdahale olmadan ulaşması olarak tanımlanmaktadır [1].

Engeller, duran bir nesneden hareket halinde olan bir nesneye kadar çeşitlilik

gösterebilir. Bu hareketi gerçekleştirmek oldukça zor bir durumdur. Otonom hareket

göz önüne alındığında robotlar üçe ayrılabilir. Otonom olmayan robotlar, bütünüyle

kullanıcı tarafından yönlendirilen robotlardır. Bunlar sadece kullanıcıdan gelen emirleri

uygular. Yarı otonom robotlar, bu tür robotlar bazı durumlarda kendi kendilerine

hareket edebilen bazı durumlarda da kullanıcı tarafından da yönlendirilebilen

robotlardır.

Tam otonom robotlar, tamamen kendi kendine hareket edebilen robotlardır, bu tür

robotların kendilerine ait karar verme birimi ve hareket kabiliyetleri bulunmaktadır.

Gezgin robotların doğaları gereği, endüstriyel sabit robotların aksine görevlerini

tamamlayabilmek için çoğu zaman hedefe gitmeleri gerekmektedir. Robot rotası

denince aklımıza, gezgin otonom robotun bir yerden bir yere yer değiştirmesi

gelmektedir [2].

İlerleyen kısımlarda hedeflenen sistemi gerçeklemek için gerekli literatür

çalışmasından faydalanarak, kullanılacak yazılım ve donanımdan bahsedilmiştir. Bu üç

kısımda irdelenmiştir. Bunlar algılama, karar verme, hareket olarak işlenecektir.

3

1.2. Çalışma Takvimi

Bu çalışmadaki iş zaman dağılımı Çizelge 1.1. de verilmiştir.

Proje Adımları Başlangıç

Tarihi Bitiş Tarihi OCAK ŞUBAT MART NİSAN MAYIS

Malzeme

Temini 04.01.2013 20.02.2013

Malzeme

Montajı 25.02.2013 20.03.2013

Gerekli

Yazılımların

Yapılması

21.03.2013 07.04.2013

Sistemin Test

Edilmesi 08.04.2013 25.04.2013

Test

Sonuçlarının

Yorumlanması

26.04.2013 05.05.2013

Bitirme

Kitapçığının

Yazılması

07.05.2013 19.05.2013

Projenin

Teslimi ve

Savunması

24.05.2013

Çizelge 1.1. Çalışma takvimi

4

2. TEORİK ALTYAPI

Aracın hareketi üç kısımda irdelenecektir. Bu irdelenme şeması Şekil 2.1. de verilmiştir.

Şekil 2.1. Sistemin Blok Diagramı

1.3. Algılama

Otonom hareketin gerçekleşmesi için aracın etrafındaki hareketli veya hareketsiz

nesneleri algılaması gerekir. Bu hareketin devamlılığını açısından olmazsa olmaz bir

niteliktedir. Aracın, konumunu ve engeli algılaması için optik algılayıcılar tercih

edilmiştir. Sensörden çıkan ışığın cisme çarpıp sensör tarafından tekrar alınması

prensibiyle çalışırlar. Mesafe arttıkça doğrulukarı azalır. Toz vb. çevre koşullarından

etkilenirler. Bu projede Lazer ve ultrasonik algılayıcılardan ucuz olduğundan ve onlar

kadar yeterli olmaları nedeniyle tercih edilmiştir.

2.1.1. QTR-8A Kontrast Sensörü

Bu sensör gönderdiği ışığın yansıyıp yansımadığına göre rengin siyah veya beyaz

oluşuna karar veren bir eleman olarak kullanılmıştır. Analog olarak çalışmaktadır.

Beyaz gördüğünde 0’ a yakın değerler siyah gördüğünde 255’ e yakın değerler

vermektedir. Bu işlem mikroişlemcinin ADC birimi tarafından gerçekleştirilmektedir.

Algılama Karar Verme Hareket

5

2.1.2 Sarhp Gp2d02 Sensörü

Sarhp Gp2d02 kızıl ötesi ışık yollayarak cisimden yansıyan ışığa göre uzaklık

belirleyen sensördür. Önünde cisim yoksa ışık geri yansımaz ve boş olarak olarak algılar.

Temsili resmi Şekil 2.2. de gösterilmiştir.

Şekil 2.2. Nesnelere göre açılar

Şayet önünde cisim varsa ışık geri yansır ve cismin uzaklığına göre değişen bir açıyla

algılanır. Bu açıya göre, cisimle araç arasındaki mesafe belirlenir. Uzaklık arttıkça

doğruluk azalır. Ara eleman gerektirmeden kullanılabilir.

Sharp Gp2d02 sensörü doğrusal çıkış vermemektedir. Bu durum geri besleme ile

mesafe takibini zorlaştırmaktadır. Firmanın ilgili internet sitesinde verilen lineerleştirme

formüllerinden yararlanılarak lineerleştirilmiştir [3]. Şekil 2.3. ve Şekil 2.5.’ de

sensörlerden okunan dataların ADC değerlerinin değişimi mesafeye göre çizdirilmiştir.

Şekil 2.4. ve Şekil 2.6.’ da ise sensörlerden okunan dataların lineerleştirilmiş hali

verilmiştir.

Nesne

6

Şekil 2.3. Sharp Gp2d02 sensöründen okunan datalar

(2.1)

Denklem (2.1) şeklindeki gibi bir doğru denklemi elde etmek için sırasıyla aşağıdaki

işlemler yapıldı. Denklem (2.2) doğrusallaştırma için kullanılacaktır.

(2.2)

R’ nin birimi santimetredir.

Denklem (2.1)’ de y yerine x yerine V yazılırsa;

(2.3)

Denklem (2.3) düzenlenirse;

(2.4)

Denklem (2.4)’ te m eğim k y eksenini kestiği yeri temsil etmektedir. Excel

programından m=651 k= -11.6 bulunmuştur b küçük değerli olduğundan ihmal edilmiştir.

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40

Seri 1

X ekseni mesafe(cm)

Y ekseni işlemcinin

okuduğu ADC değeri

7

X ekseni 1/mesafe (cm)

Şekil 2.4. Sharp Gp2d02 sensöründen okunan dataların lineerleştirilmiş hali

Aynı işlemler diğer Sharp sensör için uygulandı.

X ekseni mesafe (cm)

Şekil 2.5. Diğer Sharp Gp2d02 sensöründen okunan datalar

0

20

40

60

80

100

120

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Seri 1

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30

Seri 1

Y ekseni işlem

cinin

okuduğuADC değeri

Y ek

sen

i işl

emci

nin

oku

du

ğu

AD

C

değ

erle

ri

8

X ekseni 1/mesafe (cm)

Şekil 2.6. Sharp Gp2d02 sensöründen okunan dataların lineerleştirilmiş hali

Excel programından m=1117 k= 5.96 bulunmuştur b küçük olduğundan ihmal

edilmiştir.

1.4. Çizgi Takip Prensibi

Şekil 2.7.’ de çizgi sensörlerinin konumu verilmiştir.

y

Şekil 2.7. Çizgi sensörlerinin konumu

Çizgi takibi için algoritma en yüksek değeri gösteren sensörü arama ile başlar. Bu da

çizginin ortasındaki yada ona yakın sensör olacaktır. Bu sensör bulunduğunda

en yüksek değer verecek olan diğer iki sensör bunun sağındaki ve solundaki sensörler

olacaktır.

0

20

40

60

80

100

120

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

Seri 1

Y ek

sen

i iş

lem

cin

in o

kud

uğu

AD

C d

eğer

leri

x

9

En yüksek 3 değer veren sensörü çizgi içinde tutma için çalışacaktır [4]. Şekil 2.8. Çizgi

sensörlerinden alınan datalara göre motorların hareketi verilmiştir.

Çizgi sensörleri

merkez

Şekil 2.8. Çizgi sensörlerinden alınan datalara göre motorların hareketi

1.4.1. Pid Geri Besleme

Orantısal, İntegral, Türev için kullanılan kısaltmadır. Hatayı en aza indirmeyi amaçlar.

Bu projede sensörlerden gelen sinyalleri alır o anki sapmayı hesaplar sensörlerin çizgide

kalması için sapmayı minumuma indirir ve çıkışları buna göre ayarlar.

Hata bir referans değerine göre sapmadır. Orantısal (P) şuan ki hata ile doğru orantılıdır.

İntegral (I) t süresi boyunca yapılan toplam hatadır. Türev (D) hata değişim oranıdır.

_

pozisyon

+

hata

D P I

I

ı

M M

10

2.2.2. Pid Formül

Aracın hareketini düzenlemek için çıkışa hata değerinin eklenmesi gereklidir. Bu işlem

bize orantısal (P) değerini verecektir. Aracı çizgide tutmak için bir sabitle çarpılması

gereklidir.

Ö çü (2.5)

ı (2.6)

Denklem (2.5)’ te hedeften yapılan sapma bulundu. Denklem (2.6)’ da görüldüğü üzere

kazanç sabitiyle çarpılarak çıkışı etkileme miktarı ayarlandı.

Burada hata değeri bulunur fakat araç stabil hareket etmemektedir zig zag yapmaktadır.

Türev bize hata değerinin değişimini verir. Buda hatayı düzeltme imkanı verecektir.

ğ ş ı Ö ığı (2.7)

ürev=Değişim Oranı kd (2.8)

Denklem (2.7)’ de önceki hata ile şu anki hata arasındaki değişim hesaplandı. Denklem

(2.8)’ de görüldüğü üzere kazanç sabitiyle çarpılarak aracın zig zag yapması engellendi.

Mikrodenetleyicinin timer birimi zaman aralığını hesaplamak için kullanılmıştır.

Integral kısmının bu projede pek bir faydası görülmediğinden kullanılmamıştır.

ı ı ü (2.9)

Denklem (2.9)’ dan alınan değerlere göre motorlar hızlandırılıp yavaşlatılarak aracın

hareketi sağlandı.

Pid sabitleri araç üzerinde çalışılarak deneyerek bulunmuştur. PD kontrolünü araca

uygulamanın en doğru olduğuna karar verildi.

11

2.3. Engel Geçme Prensibi

Aracın önünde ve sağ tarafında bulunan sensörlerle önce algılanıp sonra belli bir mesafe

ile engel takip edilerek tekrar çizgi bulunacaktır. Böylelikle engel geçilmiş olacaktır.

Burada yine PD kontrol ve mesafe sensörlerinin lineerleştirme fonksiyonları

kullanılacaktır. Aracın engel geçiş hareketi sırasıyla Şekil 2.9. , Şekil 2.10. , Şekil 2.11. ,

Şekil 2.12. , Şekil 2.13. , Şekil 2.14. , Şekil 2.14. , numaralı şekillerde görüleceği gibi

aşağıda verilmiştir.

Şekil 2.9. Engelin algılanması

Şekil 2.10. Engelin algılanmasından sonra yapılan ilk hareket

Şekil 2.11. Aracın engelin yanından geçişi

Engel sensörler

Engel

Engel

12

Şekil 2.12. Aracın engelin sonunu algılaması

Şekil 2.13. Aracın rotasına doğru yönelişi

Şekil 2.14. Aracın çizgiyi buluşu

Şekil 2.15. Aracın çizgi izleme hareketine devamı

Engel

13

1.5. Karar Verme

Mikrodenetleyici, önceden planlanmış, programlanmış görevleri icra eden tüm devre

olarak üretilen bilgisayardır. Bu projede Microchip firması tarafından üretilmiş Pic

(Peripheral Interface Controller) 18f452 mikrodenetleyici kullanılmıştır. Piyasada kolay

bulunabilen, az enerji harcayan ve birçok uygulama için yeterli donanıma sahip

olduğundan tercih edilmiştir.

2.4.1. Port I/O

Sensörlerden okunan dataların işlemciye işlenmek için port denen bu kısımlardan alınır.

(I/0 Input/Output Giriş/çıkış) Daha sonra değerlendirildikten sonra hareket için motor

sürücü entegresine iletilir ve hareket sağlanır.

2.4.2. ADC

Anolog-Dijital-Converter (ADC) dış dünyadaki analog işaretlerin mikrodenetleyici

tarafından işlenebilmesini sağlayan modüldür. 18f452 işlemcisinde 10 bitlik çözünürlükte

giriş ve çıkış yapılabilir. Bu projede 8 bit olarak kullanıldı. Buda bize 5V' luk bir gerilim

kaynağında yaklaşık 4.88 mV' luk bir hassasiyetle ölçüm imkânı sunar. Bu işlemci ile 8

farklı anolog sinyali takip edebiliriz. Bu kanallar port A’ da bulunmaktadır. Birkaç kanalda

aynı anda işlem yapılamaz, işlem periyodu ayaralanarak çevreden gelen analog işaretler

uygun bir şekilde takip edilebilir.

2.4.3. Darbe Genişlik Modulasyonu

CCP birimi, üç değişik modda çalışan bir birimdir. Bu çalışma, capture (yakalama),

compare (karşılaştırma), pwm (darbe genişlik modulasyonu) modudur. Mikroişlemcilerde

önemli bir birimde darbe genişlik modulasyonu birimidir. Bu mod sayesinde dijital

sinyaller analog sinyallere dönüştürülür. Sabit çıkış verebilen entegrelere süresi istenen

değere göre ayarlanmış bir kare dalga göndererek analog çıkış elde edilebilir buda bize ek

donanım kullanmadan istediğimiz çıkışı elde etmemize imkan tanır.

14

Gecikme ve görev süresini ayarlayarak kendi PWM modülümüzü yapabileceğimiz gibi

mikrodenetleyicide hazır bulunan PWM modülünüde kullanılabilir. Bunlar port C’ nin

birinci ve ikinci bacağıdır. 8 bitlik bir çözünürlüğe sahiptir. Bu mod uygun bir frekansta

motor sürmek için kullanılacaktır. İşlemcinin PWM modulu kullanılmıştır.

2.4.4. Zamanlayıcı

Çoğu uygulamada hali hazırdaki çalışan programdan hariç olarak değişken değerlerinin

değiştirilmesi istenebilir. Bu işlemin çalışan program içinde yapılması meşakkatli ve

verimsiz olabilir. Buda kaçınılmaz olarak zamanlayıcı (timer) birimini mikroişlemcilerde

vazgeçilmez bir birimi kılar.

Timer0, Timer1 8 bitlik, Timer2 16 bitlik olarak oluşturulmuş birimlerdir. 8 bitlik timer

birimi 0' dan 255' e 16 bitlik timer birimi 0' dan 65535' e kadar sayıp değerini sıfırlar. Bu

projede harici saat kullanılmayıp işlemcinin dahili osilatörüne göre istenen zaman bu

birimlerle ayarlanacaktır.

2.4.5 Kesme

Bu birim işlemcinin acilen cevap vermesi gereken durumlarda kullanılır. Ne zaman

olacağını bilenemeyen durumlarda kullanılacaktır. Programı hantallıktan ve karmaşıklıktan

kurtarır. Donanımsal olduğundan kesme fonksiyonu çalıştırıldığı andan itibaren işlemci

programdan harici olarak durumun gerçekleşip gerçekleşmediğini sürekli kontrol

edecektir. Eğer program birden fazla işlem yürütüyorsa kesme fonksiyonu çok büyük

kolaylıklar getirecektir.

Bir kesme olduğunda işlemci kesmeyi fark eder ve ana programın işleyişini durdurur,

kesme geldiğinde koşacak alt programa geçer ve bu programı koşar. Alt programın işleyişi

bitince ana program kaldığı yerden devam eder. Birden fazla kesme meydana gelebilecek

durumlarda hangi kesmenin öncelikli olacağı programda belirtilmelidir. Aksi takdirde

kararsız bir durum oluşacaktır.

15

2.4.6. CCS C Programı Hakkında Genel Bilgiler

Kullanılacak programlar C dili ile yazılacaktır. Bu tercihin sebebi, kullanıcıya esnek bir

çalışma sağlayabilmesidir. Assambley işlemci tarafından en kolay anlaşılacak dil olmasına

rağmen öğrenilmesi ve uygulaması zordur ve çok dikkat istediğinden meşakkatlidir.

CCS (Custom Computer Services) firması tarafından PIC (Peripheral İnterface

Controller) işlemcileri için C dilini kullanan yazılmış derleyicisidir. İçinde bulunan hazır

fonksiyonların beraberinde iletişim protokolleri ve çevresel birimler için birçok hazır

kütüphaneler bulunmaktadır. Yine firmaya ait internet sitesinde ve forumlarında yüzlerce

kütüphane dosyasına kolayca erişilebilir.

Kullanılan işlemcinin donanımını tam olarak bilmeden ileri düzeyde program yazmaya

imkan vermektedir. Diğer derleyicilere göre daha kolay öğrenilebilmesi gibi

avantajlarından dolayı tercih edilmiştir .

Aracın hareket algoritmaları Şekil 2.16. ve Şekil 2.17.’ de verilmiştir.

16

Şekil 2.16. Aracın çizgi takip algoritması

Düz git

Başla

10 saniye bekle

2 sensorü çizgi

üstündemi ? Düz git

1 sensörü çizgi

üstündemi Sağ motoru

hızlandır

2 sensörü çizgi

üstündemi?

Sol motoru

hızlandır

3 sensörde çizgi

üstündemi 15 saniye bekle

durak var

Düz git

Durak

değişkenini

1 arttır

30 dakika

bekle

değişkeni

sıfırla

Evet

Hayır

Evet

Evet

Evet

Evet

Hayır

Durak değişkenin

değeri 5 oldu mu?

17

Şekil 2.17. Engel geçme algoritması

10 saniye bekle

Doğru git

Sensöre bak

Önünde

engel var

mı?

10 saniye

bekle

Sağ motoru

hızlandır 45°

sola dön

Düz git

Sensöre

bak

Arka sensor

engeli

görüyor mu?

Sol motoru

hızlandır 45°

sağa dön

Sağ motoru

hızlandır 45° sola

dön

Düz git

Arka sensor

engeli görüyor

mu?

Düz git

Araç çizgiyi

yakaladı mı?

Çizgi

algoritmasına geç

Başla

Hayır

Evet

18

2. TASARIM

Bu kısımda çizgi ve engel geçme algoritamalarına göre aracın tasarımı

gerçekleştirilmiştir. Burada kullanılan diğer elemanlardan ve aracı gerçekleme

safhalarından bahsedilecektir.

3.1. 7805 Entegresi

Devrede mikrodenetleyici, sensör gibi hassas elektronik cihaz olduğundan bunlar

gerilim dalgalanmasından etkilenirler hatta bozulabilirler. Bu problemin çözümü bir

gerilim regülatörü kullanmaktır. 7805 entegresi bu yüzden kullanılmıştır. Şekil 3.12‘ de

Gerilim regülatörünün devreye bağlanma şekli verilmiştir.

Şekil 3.1. Gerilim regülatörünün devreye bağlanma şekli

3.1.2. 16x2 LCD Ekran

HD44780 likit kristalli ekran, günlük hayatta bir çok uygulamada kullanılan karakter ve

hafızası bulunan bir elemandır. Bu projede kullanıcı arabirimi olarak kullanılmıştır.

Sensörlerin çalışıp çalışmadığını anlamak için kullanılmıştır.

9V C2 C1

D1

5V

7805 REGÜLE DEVRESİ

devrede

2

1 3 V1

GND V0

19

3.2 Yöntem

Sistemin genel yapısı Şekil 3.2.’ de verilmiştir.

Şekil 3.2. Sistemin genel yapısı

Araç algılayıcılarının çıkışına göre hareketini devam ettirecektir. Önceden bahis

edildiği üzere çizgi takip algoritmasına göre yoluna devam edecektir. Engel algılarsa

engelden kaçma algoritmasını uygulayacaktır. Engel geçildiğinde tekrar çizgi takip

algoritmasına göre rotasını takip edecektir.

3.2.1. Algılama

Sabit Kızıl ötesi sensörler kullanılacaktır. QTR-RC ve Sarhp sensörleri Gp2d02,

7805 entegresi sensörleri, HD44780 2x16 LCD piyasadan temin edilmiştir.

3.2.2. Karar verme

Pic 18f452 işlemcisi piyasadan temin edilmiştir. Kullanılan program ve algoritmalar

tasarım ürünüdür.

ENGELDEN KAÇARAK ROTASINI

TAMAMLAYAN ARAÇ

ALGILAMA KARAR VERME HAREKET

20

3.2.3. Hareket

Aracın şasesi, tekerlekleri, motorları, L298 entegresi piyasadan temin edilmiştir.

3.3. Çalışmalar

Projenin gerçeklenmesinde yapılan çalışmalar Şekil 3.3.’ de verilmiştir.

Şekil 3.3. Proje tasarım ve gerçekleştirilmesi işlemleri

Aracın montajını temsili olarak Şekil 3.4. , Şekil 3.5. , Şekil 3.6.’ da verilmiştir.

Proje Adı: Engelden Kaçarak Rotasını Tamamlayan Araç

Yapılacak iş

Teorik Tasarım

Mekanik Yazılım Test ve Kontrol

21

Şekil 3.4. Motor süren devre

Mikrodenetleyiciler verebileceği akım sınırlıdır bu akımla motor sürülemez bunu için

L298d entegresi kullanılacaktır. Sağ ve sol motor birbirinden bağımsız kontrol edilebilir ve

motorları çift yönde sürebilir. İki adet H köprüsü ve bunlara ait hızlı diyot köprülerini

bulundurur. Akım koruması mevcuttur.

Şekil 3.5. H köprüsü temsili görünüş

M V

22

Motor bağlantı yerleri sharp sensor bağlantı yerleri

Şekil 3.6. Aracın gövde yapısı

Burada dikkat edilecek hususlar; motorların, bataryanın, elektronik aksamının ve

sensörlerin uygun şekilde yerleştirilmiştir. Doğru bir algılama yapabilmek için sensörlerin

konumu önemlidir. Hareketi sağlayacak olan motorların gövdeye sağlam bir şekilde monte

edilmiştir. Şekil 3.7.’ de görüldüğü üzere motorlar kenetlenmiştir. Bunlar plakaya açılan

deliklere vidalanarak kenetlenmiştir. Şekil 3.9.’ de kullanılan devrelerin testi yapılmıştır.

Yapıştırmak uygun bir çözüm olmaz. İstenen ölçümlerin yapılamaması durumunda ya da

eleman arızası durumunda elemanları değiştirmek mümkün olmayacaktır bu şekilde.

Motorların simetrik bağlanmıştır. Dönüş hareketlerinde uygunsuzluk olmaması için

gereklidir. Şekil 3.8.’ te gürüldüğü üzere çizgi sensörlerinin dizilimide çizginin genişliği

dikkate alınarak yerleştirilmiştir. Aksi takdirde iki sensör birden çizgiyi göreceğinden

kararsız bir durum oluşacaktır.

Aracın elektronik kısmının buraya

monte edilecektir

Sarhoş teker

Çizgi sensör

Bağlantı yerleri

15cm

17 cm

1715c

m

23

Şekil 3.7. Aracın montajı

Şekil 3.8. Aracın montajı

24

Şekil 3.9. Sensörlerin kontrolü

25

4. SONUÇLAR

Hareketi kontrol edilmek istenen aracın, olası engelleri geçerek rotasını kaybetmeden

hareketini sürdürmesi sağlanmalıdır. Bunu, önceden belirlenen zaman araklıklarında

otonom olarak tekrarlayabilmelidir. Taşıma amaçlı olarak kullanılan robotik araçlarda

bunlar önemli problemlerdendir.

Bu projede, engelden kaçarak yoluna devam edebilecek bir araç tasarlanmak

hedeflenmiştir. Mikrodenetleyici yazılımı, doğru akım motoru sürme devresi ve kontrol

devresi , kızıl ötesi algılama devresi gibi alt kısımlarda incelenerek üstte verilen problemin

çözümü gerçekleştirilmiştir.

Her ne kadar hareket kabiliyeti birçok muadilinden iyi olduğu görülsede sensörlerele

algılama yapıldığından manevra imkanı sınırlı olmuştur. Bu projenin kamera ve 32 bitlik

bir işlemci ile gerçekleştirilmesi halinde daha iyi sonuçlar alacağı görülmüştür.

Bu şekilde uygun değişikliklerle başka amaçlar içinde kullanılabilecektir. Buda

tasarlanan bu araca daha geniş bir kullanım alanı sunmaktadır.

Çizgi takibi için kullanılan sensörlerin zeminde 1 cm yükseklikte olması ölçüm

açısından daha doğru olacağı görülmüştür. Engel algılaması için kullanılan mesafe

sensörlerinin konumları ilerleyen zamanlarda en optimum hale getirilmiştir.

26

5. YORUM VE ÖNERİLER

Proje kapsamında otonom olarak hareket eden araç (robot) kavramı, uygulamadaki

örnekleri hakkında araştırmalar yapılmıştır. Edinilen bilgilere göre pratik bir uygulama

gerçekleştirilecektir.

Buradaki amaç, aracın alt ve üzerindeki uygun şekilde konumlandırılmış kızıl ötesi

sensörlerle etrafında olması muhtemel engelleri algılayarak rotasını

tamamlayabilmesidir.

Aracın alt kısmındaki sensörler çizgi takibini gerçekleştirecektir. Aracın üzerine

yerleştirilmiş sensörler engeli algılayacaktırlar. Bunlar üzerinden gelen anolog sinyaller

dijital değerlere çevrilip mikrodenetleyici tarafından hareket algoritmalrına göre

işlenecektir. Araç bu şekilde hareketine devam edecektir.

Bu proje şu hedefler doğrultusunda gerçeklenecektir:

• Mikrodenetleyici yardımıyla DC motor kontrolu

• Mikrodenetleyici ile bilgisayar arasında haberleşme

• Aracın PID değerlerini LCD ekran üzerine yazdırma

• Kızıl ötesi sensörlerle engel algılaması ve mesafe ölçümü

Bu projenin gerçekleşmeyisiyle lisans seviyesinde öğrenilen bilgilerin uygulaması ve

pekiştirmesi sağlanacaktır. Bu alana ilgi duyanlar için giriş seviyesinde iyi bir yardımcı

olacaktır. Yapay zeka uygulamaları ile deskteklenip otonom hareket yeteneği

arttırılabilir. Yine bu alanda çalışmak isteyenler için çalışma hayatları boyunca

kullanacakları bilgi ve tecrübe kazandırabilecek niteliktedir.

27

KAYNAKLAR

[1]. W. Xiaochuan, “Developing reactive controllers for mobile robots navigation in

unknown environments using infrared range sensors”, M.S. thesis, The

University of Guelph P 156. September 2004.

[2]. R. Negenborn, “Robot localization and Kalman filters on finding your position

in a noisy world”, M.S. thesis, Utrecht University, P 156. September 2003.

[3]. (2013) Acroname Robotics web sitesi “ Linearizing Sharp Ranger Data”,

Bağlantı: http://www.acroname.com/robotics/info/articles/irlinear/irlinear.html

[4]. (2013) Freetech Pid Controlled Fast Line Follower web sitesi “ Interpolation and Linear Deviation”, Bağlantı: http://freetech.dieterdaneels.be

28

EKLER

EK-1: STANDARTLAR ve KISITLAR FORMU

Tasarım Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki

soruları cevaplayınız.

1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız.

Eğitim amaçlı bir çalışmadır. Lisans seviyesinde edinilen bilgilerin pekiştirilmesi

hedeflenmektedir. Pratik bir uygulamadır. İleride meslek hayatında faydalı olabilecek

tecrübeler edinilecektir.

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

Herhangi bir mühendislik problemi formüle edilmemiştir.

3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?

“Elektrik Makinaları” dersinde öğrendiğimiz “Doğru Akım Makinaları” projenin

tasarımı ve yapımında yol gösterici olmuştur. “ Programlama ” dersinde öğrendiğimiz “ C

” dili , program bu dille yazılacaktır. ” Mikroişlemci” dersinde öğrendiğimiz “

kesme, timer ” vs , karar verme birimi mikrodenetleyici olacaktır. “ Elektronik 1-2 “

derslerinde öğrendiğimiz “ transistor kutuplama, diyot, regülasyon vs” hareketli aksamı

control etmek için kullanılmıştır.

4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?

Sistemin maliyetinin düşük olmasına, malzemelerin seçiminde kaliteli olmasına ve

standartlara uygun olmasına dikkat edilmiştir. R232 haberleşme standartı kullanılmıştır.

Emc uyumludur. Güç besleme birimlerinin ve bunların birleşiminin güvenliğinde; toz , katı

cisimler ve nemin zararlı girişine karşı korumada IEC 61558-1 in Toz , katı cisimler ve

nemin zararlı girişine karşı koruma maddesi uygulanacaktır.

29

5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?

a) Ekonomi

Malzeme seçimlerinde maliyeti düşük olanlar seçilerek toplam maliyet en düşük

seviyeye tutulmaya çalışılmıştır. Ultrasonik ve lazer sensörler yerine kızılötesi sensörler

tercih edilmiştir. Araç üç tekerli olarak dizayn edildi. Bu sayede ek donanım masrafı

giderilmiş oldu.

b) Çevre sorunları

Projede çevreye zarar verebilecek herhangi bir yöntem veya malzeme kullanılmamıştır.

c) Sürdürülebilirlik

Araç geliştirilebilecek bir şekilde esnek bir yapıya sahiptir. Başka amaçlar için

kullanılabilecek şekilde tasarlanmıştır. Tak kullan şekilde eklenecek diğer birimlerle farklı

işlerde yapabilecek kabiliyete sahiptir.

d) Üretilebilirlik

Gerekli desteklerin sağlanması halinde sistem geliştirilerek taşıma sistemi olarak

gerçeklenebilir.

e) Etik

Projenin tasarımında mühendislik etiği kuralları göz önünde bulundurulmuştur.

f) Sağlık

Projede canlı sağlığına olumsuz etki edecek bir uygulama veya malzeme

bulundurulmamıştır. Ayrıca projenin tasarımında gerekli iş güvenliği esaslarına

uyulmuştur. Tüm montaj işleminde kurşunsuz lehim kullanılacaktır. Geliştirilecek sistem

2

30

5ve 12 volt’ta çalışacaktır. Bu gerilim seviyesi sağlık açısından herhangi bir risk

taşımamaktadır.

g) Güvenlik

Sistemde herhangi bir güvenlik sorunu bulunmamaktadır.

h) Sosyal ve Politik sorunlar

Tasarlanan proje herhangi bir sosyal ya da politik bir soruna yol açmayacak bir

niteliktedir.

Projenin Adı Engelden Kaçarak Rotasını Tamamlayan Araç

Projedeki Öğrencilerin adları Alparslan ALTINIŞIK

Tarih ve İmzalar 24.05.2013

İmza

Alparslan ALTINIŞIK

3

31

EK-2: ÖZGEÇMİŞ

Özgeçmiş

Adı ve Soyadı: Alparslan ALTINIŞIK

Doğum tarihi ve yeri: 12 Nisan 1986 Ankara

İlköğretim: Kardelen İlköğretim Okulu

Lise: Ankara Anadolu Lisesi

Üniversite: Karadeniz Teknik Üniversitesi / Elektrik-Elektronik Mühendisliği