YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ. Işığı Takip Eden Kafa - 2

Transkript

1 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ Işığı Takip Eden Kafa - 2 Proje Raporu İbrahim Cem Balcı İstanbul

2 İÇİNDEKİLER 1. ÖZET PROJENİN TANIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ SONUÇLAR ve DEĞERLENDİRME REFERANSLAR

3 1. ÖZET Işığı takip eden kafa projesi ilk olarak breadboarda yapıldı. Daha sonra pilakete geçirilmesine rağmen proje son olarak breadboardda kaldı. Proje verilen şema üzerinden parçaların breadboarda takılması vasıtasıyla yapıldı. Çalışmaların sonucunda LDR lerle ışık arasındaki ilişkiyi anlatmak gerekirse; (LDR leri LDR-1 ve LDR-2 diye adlandıralım.) LDR-1 ışık aldığında motor dönüyor, LDR-2 ışık aldığında motor duruyor; LDR-1 için karanlık ortam oluşturduğunda motor duruyor, LDR-2 için karanlık ortam oluşturulduğunda motor dönüyor. 2. PROJENİN TANIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ Proje oluşturulan breadboard devresi ve motor başına takılan parça ile oluşturulmuş ışığı takip eden kafa oluşturulmuştur. Yapılan sistemin çalışma prensibine gelirsek öncelikli olarak mekanik kısmından bahsedeceğim daha sonra elektronik bilgi verip devreyi açıklayacağım. Kafasının çalışma prensibinde karşılaşılan sorunları da sorunların nasıl aşıldığını, nasıl aşılabileceğini anlatacağım. İlk olarak kafa konusunda bir bilgi verip kafaya takılan parçaların amaçlarını yazacağım. Kafaya (Resim - 1) 2 LDR bağlandı bu LDR lerin bir bacakları devre şeması gereği lehimlendi. Bu şekilde 3 uç devreye gitmek için hazırdı. Kafayı takip eden kafanın dönmesi sert kablo nedeniyle gerçekleşmedi. Bunun için izole tel (Resim - 5) kullandı tellerin uçları kazınıp breadboard ve LDR arasındaki bağlantı tamamland; ama bu seferde motorun dönmesiyle bir süre sonra kablolar motora sarılma sorunu çıktı. Bunun için içine motorun girebildiği 3 oluklu dairesel bir parça (Resim - 2) oluşturuldu. İlk önce 2 oluklu köpükten bir elemanla (Resim - 3) yapılan parça sonra sıkıntı çıkardığı için 3 oluklu tahtadan bir parça ile değiştirildi. Oluklara lehim yollar örülüp breadboarda 3

4 gerekli teller verildi. Kafa motorun miline, oluklu parça motorun gövdesine gelecek biçimde sabitlendi. Motorun havada kalması için tahtadan bir destek (Resim - 4) yapıldı. LDR lerle breadboarddaki devre arasındaki ilişki raylı sistem gibi sürtünerek sağlanmaya çalışıldı. Resim - 1 (Kafa) Resim - 2 (3 oluklu dairesel bir parça ) 4

5 Resim - 3 (2 oluklu köpükten bir eleman) Resim - 4 (Tahtadan bir destek) 5

6 Resim 5 (İzole tel) Şimdi elektronik devreyi anlatacağım bunun için öncelikle kullandığım breadboardu ve devrenin elemanlarının tek tek tanımlamasını yapacağım. Breadboardun orta sağ ve orta sol kısmındaki yerlerde enlemesine bağlantılar en sol ve en sağ taraftaki iki kısmında enlemesine bağlantılar vardır. Bunu daha anlamanız için sizinle breadboardun içini gösteren bir resim paylaşacağım. ( Bkz: Resim 6 Breadboard ) Resim 6 (Breadboard) 6

7 Tanımla yapacağım devre elemanları ve diğer kavramlar: Direnç Diyot Kondansatör Transistör DC Motor LDR Entegre H Bridge Direnç Devrede akıma karşı zorluk gösteren akımı azaltan, kısıtlayan, parçaya direnç denir. Projede 15K, 22K dirençler ve 10K ayarlanabilir direnç kullanıldı. Ayarlanabilir dirence potansiyometre denir. Potansiyometre dışardan ayarlanıp direnç değeri değiştirilebilir. (Bkz: Resim 7 Devrede kullandığımız dirençler) Resim - 7 (Soldan sağa 10K Potansiyometre, 15K, 22K direnç) 7

8 Diyot Sadece tek yönde akım geçiren devre elemanıdır. Bir yönden akım geçirirken diğer yönden akım geçirmez. Devrede 4 adet diyot (4001) kullanıldı. (Bkz: Resim 8 Devrede kullandığımız diyotlar) Resim 8 (Devrede kullandığımız diyotlar) 8

9 Kondansatör Kondansatör elektirik yüklerini kısa bir süre depolayamaya yarayan devre elemanıdır. Devrede 2 adet kondansatör kullanıldı. (100 nanofarad mercimek kondansatör ve 100 mikrofarad 16V kondansatör) (Bkz: Resim 9 Devrede kullandığımız kondansatörler) Resim 9 (Soldan sağa 100n, 100µF 16v kondansatör) Transistör Girişine uygulanan sinyali yükseltmek vasıtasıyla gerilim ve akım kazancı sağlayan yarı iletken bir devre elemanıdır. PNP ve NPN olmak üzere iki çeşidi vardır. Transistör 3 kutuplu bir devre elemanıdır: (C) Kollektör (Toplayıcı) : Akım taşıyıcıların toplandığı yer. (B) Beyz (Taban) : Transistörün çalışmasını etkileyen yer. (E) Emiter (Yayıcı) : Akım taşıyıcıların harekete başladığı yer. 9

10 Bağlantı Şekli Çıkış Devresi Gerilimi Giriş Akımı Çıkış Akımı Akım Kazancı Emiteri Ortak Sabit IB IC β=ic/ib Beyzi Ortak Sabit IE IC α=ic/ie Kollektörü Ortak Sabit IB IE γ=ie/ib Tablo 1: Transistörde akım kazancı Çeşitleri: 1-) NPN tipi transistör İki N tipi yalıtkan maddenin arasına P tipi yalıtkan madde konulmasıyla oluşan transistör tipidir. Beyz P tipi yarı iletken maddesinden oluşmaktadır. Beyz elektron geçişini kontrol eder. Küçük akımları büyütebilir veya büyük akımları küçültebilir. Daha iyi anlamak için şekli inceleyebilirsiniz. (Bkz: Resim - 7 NPN tipi transistör) Resim - 10 (NPN tipi transistör) 2-)PNP tipi transistör Yapısı NPN transistörle tek fark dışında aynıdır. PNP transistörde aradaki yarı iletken madde N tipi maddeden, etrafındaki yarı iletken maddeler de P tipi maddeden oluşmuştur. Daha iyi anlamak için şekli inceleyebilirsiniz. (Bkz: Resim - 8 PNP tipi transistör) 10 Resim - 11 (PNP tipi transistör)

11 2 tane BC327 PNP ve 2 tane BC337 NPN olmak üzere 4 tane transistör kullanıldır. (Bkz: Resim 12 Devrede kullandığımız transistörler) Resim 12 (Soldan sağa BC327 PNP, BC337 NPN) DC Motor Üzerinden geçen elektirik akımıyla mili dairesel biçimde dönen parçadır. Elektirik akımının yönü değiştirildiğinde milin dönüş yönü de tersine döner. DC motor denmesinin sebebi doğru akımla çalışmasıdır. (DC = Direct Current) Motorun içinde dönen rotor ve sabit strator kısımları vardır. Bu kısımlarda elektirik akımını ileten, manyetik akıyı ileten ve konstrüksiyon parçaları olmak üzere tekrar kısımlara ayrılır. Devrede kullandığımız motor 3 volt DC motordur. (Bkz: Resim 13 Devrede kullandığımız motor) 11

12 Resim 13 (Devrede kullandığımız motor) LDR (Forodirenç) Işığın artmasıyla direnci düşen devre elemanı, dirençle parçanın üstüne düşen ışık ters orantılıdır. Işık miktarı arttığında direnç azalır, akım artar; ışık miktarı azaldığında direnç artar, akım azalır. Devrede 2 tane LDR kullanıldı. (Bkz: Resim 14 Devrede kullandığımız LDR ler) Resim 14 (Devrede kullandığımız LDR ler) 12

13 Entegre Entegre yarı iletken bir parçanın içine yerleştirilmiş, küçültülmüş bir elektronik devredir. Biz devrede LM358 (LM358N) kullandık. (Bkz: Resim 15 LM358) LM358 içinde iki adet Op-Amp (Operational Amplifier) vardır. Op-Amp nedir önce onu açıklayalım. Op-Amp için yüksek kazançlı bir DC Resim 15 (LM358) yükselteç diyebiliriz. Devreye dışarıdan bağlanan elemanalr ve bu elemanların sağladığı geri besleme ile Op-Amp ın çeşitli özellikleri kontrol altına alınabilir. Devredeki entegremiz LM358 in özelliklerini inceleyelim. LM358 8 pinli içinde iki tane Op- Amp bulunduran bir entegredir. (Bkz: Resim 16 LM358 in iç yapısı) Resim 16 (LM358 in iç yapısı) 13

14 H Bridge Akımın akış yönünü dijital olarak kontrol edebileceğimiz yapıdır. H Bridgenin mantığını daha iyi anlatabilmek için sizle bir örnek paylaşacağım. Şekildeki devre 4 giriş ile kontrol ediliyor. (Bkz: Resim 17 Devre) Resim 17 (Devre) A=1 B=0 C=1 D=0 olduğu zaman motor sağa döner. (Bkz: Resim 18) Resim 18 14

15 A=0 B=1 C=0 D=1 olduğu zaman motor sola döner. (Bkz: Resim 19) Resim 19 A=1 B=0 C=0 D=1 olduğu zaman motor sabit kalır. (Bkz: Resim 20) Resim 20 15

16 A=1 B=1 C=0 D=0 veya A=0 B=0 C=1 D=1 olduğu zaman kısa devre olur. (Bkz: Resim 21) Resim 21 16

17 Devre elemanlarının açıklamasının sonuna geldim şimdi devre için gerekli parçaları tekrar edip listeleyip devre mantığını açıklamaya çalışacağım. Direnç : 15K, 22K direnç ve 10K potansiyometre Diyot : 4 adet 4001 diyot Kondansatör : 100n mercimek ve 100µF 16v kondansatör Transistör : 2 adet BC327 pnp ve 2 adet BC337npn DC Motor : 3 Volt DC Motor LDR : 2 adet LDR Entegre : LM358 Pil veya adaptör : 9V pil veya adaptör (Bkz: Resim 22) Breadboard (Bkz: Resim 23) ya da pilaket (Bkz: Resim 24) Resim 22 17

18 Resim 23 Resim 24 (Devrenin pilakete dökülmüş hali) Not: Devreyi pilakette yapmak daha zor olduğundan başlangıç olarak breadboarda yapmanızı tavsiye ederiz. 18

19 Devre şeması (Resim 25) aşağıda verilmiştir. Devre şemasına göre elemanalrın breadboarda yerleştirilmesi vasıtasıyla devre tamamlanmıştır. Resim 25 Yapılan projede motor tek yöne döndüğü için diğer projeler üzerinden düşünülüp diğer projelerin mantığı aşağıda yazılmıştır: 1. LDR nin aydınlıkta motoru sağa döndürdüğü görülmüştür. Bunun sebebi ise 1. LDR nin karanlıkta direnci maksimum olup üzerinden akım geçmesine izin vermesiyle sağlanır. Işığa göre iç direnci değişen 1. LDR nin adydınlıkta direncinin minimuma düşmesiyle motoru sağ yöne doğru döndürür. 2. LDR ise 1 LDR nin tam tersi olup karanlikta direnci düşüp üzerinden akım 19

20 geçirmesine izin verir ve motorun yönünü sola cevirir. R1, P ve R2 dirençleri Op-Amp ın giriş uçlarındaki 9v luk gerilimi düşürüp motorun hızlı yavaş çalışmasını sağlar. Op-Amp a gelen giriş voltajlari çıkış ucu olan 1 ve 7 No lu uçlara ileterek transistörlere yeterli çıkış voltaji sağlamış olur. Op-Amp ın 1. uç çıkışı Q1 ve Q3 transistörlerini iletime sokarak kollektor emiter arası akım geçmesini sağlar. Bu işlem için transistörlerin beyzine tetikleme voltaji olan 0.7v geldiginde transistor iletime geçer. Yeterli beyz voltaji saglandığında Q1 ve Q3 iletime geçecektir. Q1 ve Q3 transistorleri gerilimi diyot üzerinde doğrultarak motorun sağa dönmesini saglar. Op-Amp ın 7. bacağından çıkan voltaj ise Q2 ve Q4 transistorlerini iletime sokmuş olur ve diyot üzerinden motorun sola dönmesini sağlar devrenin çalışması tamamlanmış olur. Resim 27- Kafa düzeneğinin SolidWorks te çizilmiş hali 20

21 Resim 26 Devre Resim 27- Kafa düzeneği 21

22 3. SONUÇLAR ve DEĞERLENDİRME Çalışmaların sonucunda LDR lerle ışık arasındaki ilişkiyi anlatmak gerekirse; (LDR leri LDR-1 ve LDR-2 diye adlandıralım.) LDR-1 ışık aldığında motor dönüyor, LDR-2 ışık aldığında motor duruyor; LDR-1 için karanlık ortam oluşturduğunda motor duruyor, LDR-2 için karanlık ortam oluşturulduğunda motor dönüyor. LDR ler birbirine zıt çalıştığı için motor yapılan kafaya takıldığı zaman raylı sistem gibi bir LDR nin ışığı takip etmesi gerekirdi. Ama sürtünmeden dolayı motorun istediği kadar dönmesini sağlamak amacıyla yapılan parça işlevsiz kaldı. Sistem mekanik anlamda yapılan aksaklıklar nedeniyle teorikte tamamlansa da pratik de eksik kaldı. Projede öğrendiğim devre elemanları ve diğer elemanlar: Transistör Entegre Pilaket Breadboard Havşa Projeden öğrendiğim uygulamalar: Lehim yapma Breadboard kullanımı Devre şemasını breadboarda geçirme Projeyi tam olarak yapabilseydim kafasını tamamlardım raylı sistem mantığını tamamladıktan sonra kablo olmadan istediği kadar dönebilen bir kafa yapardım. Projeyi başka türlü yapabildeysim oluşturulan sistemi tekerleklere bağlayıp ışığı takip eden araba oluşturabilirdim. Projenin devresini değiştirip basit bir devreden ışığı takip eden araba yapmak isterdim. Çünkü ışığı takip eden arabayı nasıl yapacağımı mekanik ve 22

23 elektriksel olarak biliyorum. Ayrıca bu projenin bir kafa yerine bir araba olması daha ilgi çekici ve sonuçları daha net. 4. REFERANSLAR Robotik Sistem, , H Bridge, , 23