T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK- ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA ROBOTU GÜLSÜM ÇINAR 196090 UFUK ALAGÖZ 196133 MUSTAFA KIZILDAĞ 196070 YRD. DOÇ. DR. ADNAN CORA Mayıs 2012 TRABZON
50
Embed
T.C. LİSANS BİTİRME PROJESİ ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA …eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/02_2011-2012_Bahar/196133 Ufuk...yorumlayan bir programa ve amaca
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
LİSANS BİTİRME PROJESİ
ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA ROBOTU
GÜLSÜM ÇINAR 196090
UFUK ALAGÖZ 196133
MUSTAFA KIZILDAĞ 196070
YRD. DOÇ. DR. ADNAN CORA
Mayıs 2012
TRABZON
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
LİSANS BİTİRME PROJESİ
ARAZİ TİPİ MAYIN TARAMA ROBOTU
GÜLSÜM ÇINAR 196090
UFUK ALAGÖZ 196133
MUSTAFA KIZILDAĞ 196070
YRD. DOÇ. DR. ADNAN CORA
Mayıs 2012
TRABZON
III
LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU
Gülsüm ÇINAR, Ufuk ALAGÖZ ve Mustafa KIZILDAĞ tarafından Yrd. Doç. Dr.
Adnan CORA yönetiminde hazırlanan ‘Arazi Tipi Mayın Tarama Robotu’ başlıklı lisans
bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme
Projesi olarak kabul edilmiştir.
Danışman: Yrd. Doç. Dr. Adnan CORA ……………….
Jüri Üyesi 1: Öğr. Gör. Cahit ALTAN ……………….
Jüri Üyesi 2: Doç. Dr. Haydar KAYA ………………..
Bölüm Başkanı: Prof. Dr. İsmail Hakkı ALTAŞ ……………….
V
ÖNSÖZ
Bu projenin gerek teorik gerekse pratik olarak hazırlanmasında yol gösterici olan
kıymetli hocamız Sayın Yrd. Doç. Adnan Cora’ ya ve Öğr. Gör. Oğuzhan Çakır, Arş. Gör.
Ayhan Yazgan ve Arş. Gör. Emin Tuğcu’ ya şükranlarımızı sunmak istiyoruz. Ayrıca
şimdiye kadar bize teorik ve deneysel olarak öğrettikleri ile bizi bu projeyi
gerçekleştirebilecek seviyeye getiren tüm hocalarımıza, öğretim ve araştırma görevlilerine,
maddi ve manevi olarak eğitim ve öğretim hayatımıza yön veren ailelerimize de teşekkür
ederiz.
Mayıs,2012
Gülsüm Çınar
Ufuk Alagöz
Mustafa Kızıldağ
VII
İÇİNDEKİLER
Sayfa No
Lisans Bitirme Projesi Onay Formu III
Önsöz V
İçindekiler VII
Özet XI
Semboller ve Kısaltmalar XIII
1. Giriş 1
2. Teorik Altyapı 3
2.1 Robotik Sistemlerin Tanımı 3
2.2 Robotik Sistemlerin Tasarımı İçin Teorik Altyapı 3
2.2.1 Robotun İşlevinin Tespit Edilmesi 3
2.2.2 Amaca Uygun Algılayıcıların Belirlenmesi 4
2.2.3 Robotun Mekanik Tasarımı İçin Teorik Altyapı 4
2.2.4 Elektronik Devre Tasarımı ve Motorlar İçin Teorik Altyapı 5
2.2.5 Mikrodenetleyici 6
3. Tasarım 7
3.1 PIC 16F877A ve Yapısı 7
3.2 Motorlar 9
3.2.1 Servo Motorlar ve Özellikleri 10
3.2.2 SM-I4303R Servo Motor 11
3.3 Algılayıcılar 13
3.3.1 Algılayıcı Çeşitleri 13
3.3.2 MZ80 Endüstriyel Sensör 14
IX
3.4 Regülasyon Devresi 15
3.5 Metal Detektör Devresi 18
3.5.1 Osilasyon Devresi 19
3.5.2 Frekans – Gerilim Dönüştürücü 22
3.6 El Detektörü 24
3.7 LCD 24
3.8 Programlama 26
3.8.1 LCD nin programlanması 28
3.8.2 Tuş Takımından Okuma Yapılması 28
3.8.3 Servo Motorların Programlanması 29
4. Sonuçlar 30
5. Yorumlar ve Değerlendirme 31
Kaynaklar 32
Ekler 33
Ek 1. Standartlar ve Kısıtlar Formu 33
Özgeçmiş 35
XI
ÖZET
Gerçekleştirilen proje belirli bir alanda mayın tarayan robotik bir sistemdir. Piyasada
bulunan bir oyuncak arabanın gövdesi üzerinde gerekli çalışmalar yapılarak bu projeye
uygun hale getirilmiştir. Öncelikle servo motorların döndürebileceği tekerlek türü
belirlenmiştir. Bu nedenle arka tekerler çıkarılıp yeni tekerlerin montesine engel olabilecek
kısımlar kesilerek motorlar karşılıklı olarak yerleştirilmiştir. Bu aşamadan sonra tasarımda
yer alan diğer konular ele alınmış ve gövde bu çalışmalar için tekrar düzenlenerek son
halini almıştır.
Lisans Bitirme Projesi için hazırlanan bu tezin gövde kısmında, projeye temel oluşturan
teorik çalışmalara yer verilmiştir. Bu doğrultuda yapılacak tasarımda dikkat edilecek
hususlar belirlenmiş ve tasarım konularına da yer verilmiştir.
Pratikte kullanılacak tüm parçalar için seçenekler araştırılmış ve yapılan denemeler,
tezde yer alan çizelgelerdeki özellikleri dikkate alınarak en uygun parçalar seçilmiştir. Bu
seçimlerin ardından proje gerçekleştirilmiş ve mekanik olarak kullanıma uygun hale
gelmiştir. Bir adet kızılötesi MZ80 sensör, bir adet PIC 16F877A, bir adet LCD CA1602H
ekran, 2 adet tam tur servo motor, metal detektörü, ve gerekli besleme voltajı elde etmek
için LM7805 gerilim regülatörü kullanılmıştır. Bu adımdan sonra robotun hareketi için
gerekli yazılım pratikte sürekli denenerek kullanılan mikrodenetleyiciye yüklenmiştir.
XIII
SEMBOLLER VE KISALTMALAR
ADC : Analog-digital converter
Akü : Akümülatör
cm : Santimetre
CPU : Central processing unit
DC-AC : Direct current – alternative current
FET : Field effect transistor
GPS : Global positioning system
gr : Gram
kHz : Kilohertz
kW : Kilowatt
LCD : Liquid cristal display
LDR : Light dependent resistor
mA : Miliamper
mW : Megawatt
mm : Milimetre
ms : Milisaniye
nF : Nanofarad
ns : Nanosaniye
rpm : Round per minute
1
1. GİRİŞ
“Metal detektörlü arazi robotu” konulu bu projede; mikro denetleyici, detektör devresi
ve algılayıcıların kontrolünde engellere çarpmadan ilerleyen, verilen konum bilgileri
doğrultusunda belirtilen alanı tarayarak metal içerikli cisimleri saptayan bir robot
geliştirilmesi amaçlanmıştır. Proje, mekaniksel, donanımsal ve yazılımsal kısımlar olarak
üç temel aşamada tasarlanmıştır.
Donanımsal bölüm; motorlar, sensör ve detektör devresinden oluşmaktadır. Robotun
hareketini sağlayan 360 derece dönüş açısına sahip iki adet dc servo motorun yönü ve hızı
mikro denetleyiciye yüklenen program yardımıyla kontrol edilmektedir. Projede kullanılan
kızılötesi endüstriyel sensör yaydığı kızıl ötesi ışığın cisimlere çarpıp geri yansıması
prensibiyle çalışmakta ve söz konusu tasarımda mikrodenetleyiciye yüklenen algoritma
vasıtasıyla engel algılamak amacıyla kullanılmaktadır. Sensörün algılama mesafesi engel
olarak tanımlanan cisimlerin şekline ve rengine göre değişiklik göstermekle beraber
yaklaşık olarak 80 cm dir.
Projenin önemli aşamalarından biri olan metal detektör devresi ise; osilatör, frekans-
gerilim ve analog - dijital dönüştürücülerinden oluşmaktadır. Osilasyon devresi temel
olarak yaklaştırılan metal cismin devredeki bobinin endüktansını etkilemesine bağlı olarak
osilasyon frekansının değişmesi prensibine dayanır. Osilasyon frekansında meydana gelen
değişiklerin mikro denetleyiciye aktarılma işlemini mümkün hale getirmek için frekans –
gerilim dönüştürücü LM33 entegresi kullanılarak tasarlanmıştır. Frekanstaki değişikliğin
gerilime dönüştürülmesinden sonra bu analog veri dijital veriye çevrilerek mikro
denetleyiciye aktarılır ve böylece robotun metal içerikli madde tespiti durumunda geri
bildirim yapması sağlanmış olmaktadır. Robotun mekaniksel kısmı hazır bir omurgada
yapılan değişikler ve düzeltmelerden ibarettir.
Yazılım ise mikro denetleyicinin motorları, sensörü ve detektör devresini yani
donanımsal bölüm elemanlarını kontrol ettiği algoritamalardan oluşmaktadır.
Robot tasarımı üzerine yapılan çok sayıdaki çalışmaya gelişen teknolojinin paralelinde
her gün bir yenisi eklenmektedir. Bahsi geçen tasarımlar amaca, işlevselliğe ve maliyete
göre farklılık göstermekle beraber tüm bu çalışmaların en genel amacı insan hayatını
2
mümkün olduğunca kolaylaştırmak yönündedir. Bu projede gerçekleştirdiğimiz robot da
metal içerikli mayınların tüm arazi koşullarında tespit edilerek, insan hayatının tehlikeye
girmemesi amaçlanmaktadır. Mayın detektörlü arazi robotu tasarımı bazı ek donanımlar
kullanılarak geliştirilmeye son derece açık olması yönüyle gelecek vadeden bir projedir.
Yapılan tasarım paralelinde hazırlanan raporun sonraki kısımları mekaniksel, donanımsal
ve yazılımsal aşamaların anlatıldığı üç ana bölümle devam etmektedir. Proje ile bilgiler
yapılan teorik araştırmalar ve deneysel veriler altında söz konusu üç bölüm altında ayrıntılı
olarak paylaşılmıştır.
3
2. TEORİK ALTYAPI
2.1 Robotik Sistemlerin Tanımı
Robotlar; mekanik ve elektriksel sistemlerden meydana gelen, çeşitli algılayıcılar
vasıtası ile çevresini, kullanıma amacına uygun ve programlandığı gibi algılayabilen ve bu
amaca uygun bir şekilde hareket eden, duran aygıtlardır. Bir sistemin robot olarak
adlandırılabilmesi için algılayıcı veya algılayıcılar bulundurması, algıladıklarını
yorumlayan bir programa ve amaca hizmet edecek fiziksel donanıma sahip olması gerekir.
Kullanılan sensörler, program ve fiziksel donanım robotun kullanım amaçlarına göre
farklılıklar gösterecektir.
Teknolojideki gelişmeye bağlı olarak robotların kullanım alanları her geçen gün
artmaktadır. Otomotiv, tekstil gibi mekanik üretim alanları başta olmak üzere ar-ge, uzay
teknolojileri, tıp, askeri alanlar, havacılık, uzay ve deniz araştırmalarında, eğlence sektörü
vb. alanlarda robotlar sıkça kullanılmaktadır. Bu alanların yanı sıra nükleer santral gibi
insan sağlığını olumsuz etkileyecek ortamlarda da kullanılması kaçınılmazdır. Bu ve
benzeri amaçlarda kullanılan robotlar yine kullanım amaçlarına göre çeşitli avantajlar
sağlar. Mekanik üretim faaliyetlerinde kullanılan robotlar; maliyeti azaltmakta, zaman
kazancı sağlamakta ve iş kazası riskini önemli ölçüde azaltmaktadır. Bunun yanında askeri
alanlarda kullanılan robotlar da can kaybı riskini en aza indirmektedir.
2.2 Robotik Sistemlerin Tasarımı İçin Teorik Altyapı
2.2.1 Robotun İşlevinin Tespit Edilmesi
Robot tasarımının ilk aşaması, robotun hangi amaç için kullanılacağının belirlenmesidir.
Bu amaç belirlenirken, kullanılacağı alanda ne gibi avantajlar sağlayacağı, uygulanabilir ve
geliştirilebilir olması dikkat edilecek konulardır. Bunun yanı sıra maliyeti ve donanımsal
kısıtlamalar gibi optimizasyon konuları da dikkate alınmalıdır. Bütün bu kriterler göz
önüne alınarak, metal mayınları tespit edebilecek bir robotun gerçekleştirilmesine karar
verilmiştir.
4
2.2.2 Amaca Uygun Algılayıcıların Belirlenmesi
Şekil 1 de görülen çeşitli algılayıcılar; ısı, basınç, manyetik alan vb. fiziksel
büyüklüklerin değişimi algılayarak onları elektriksel büyüklüklere çeviren sistemlere
verilen addır. Birçok endüstriyel uygulamada kullanılan algılayıcılar robot tasarımında ise
kullanım amacının belirlenmesinden sonra arazi koşullarında karşılaşılabilecek fiziksel
engeller, ölçüm yapılması istenen büyüklükler, algılanacak koşullar vb. konular