PIC16F84 Renk Algılayan Robot Kol Projesi Jal ile

DC Servo Motorunun Özellikleri

Servo’nun yapısı step motorla DC motorun birleştirilmesiyle oluşmuştur. Üç ana dış bobin yapısıyla, step motorun parçalama teorisine, döndürme prensibiyle de DC motoru çağrıştırmaktadır. Ekstra olarak konum algılama sensörleri ve gelişmiş sargı teknikleri yer almaktadır. Servo motorlar, yapısal olarak DC’ye benzemesi ve kullanım açısından step’i çağrıştırmasına rağmen step gibi kullanım kolaylığı olan bir motor türü değildir.

Bir servo motor yapı olarak dört kısımdan oluşmaktadır.

• DC elektrik motoru,
• Planetar dişli sistemi,
• Geri besleme potansiyometresi,
• DC motor pozisyon kumanda elektroniği.

DC motor herhangi bir DC oyuncak motorundan farklı olmayan çift mıknatıslı bir statora ve fırçalı bobin rotora sahiptir. Motor mili 1:200 ile 1:300 arası dönme oranına sahip bir dişli sistemine bağlanır, bu sayede oldukça yüksek bir tork değerine ulaşılır. Dişli sisteminin çıkışında bir 5k’lık potansiyometre, il konumunu elektronik kumanda devresine iletir. Elektronik devrenin görevi mil konumunu, gelen veri konumuna gelinceye kadar motoru iletimde tutup tam yerinde durdurmaktadır.

Elektronik devre bu konumu algılamak için PWM (pals width modulation) darbe genişlik modülasyonu tekniğinden yararlanmaktadır. Kumanda devresi el kumandalı robotlarda kumanda çubuğunun konumuyla doğru orantılı olarak, PC kumandalı robotlarda programın istediği konumla doğru orantılı olarak 0 ile 2.5 milisaniye arasında dalga genişliği değişen giriş sinyali her 20 milisaniyede bir servoya gönderir.

0-1.52 ms lik pals hareket etmemeyi, 0-0,8 lik pals 90 derece sola hareketi, 0-2,5 ms lik bir pals ise 90 derece sağa hareketi ifade eder. Buradaki rakamlar ve ifade ettikleri hareketler üretici firmaya göre değişir. Servo içindeki elektronik devre ilk önce gelen darbelerin darbe genişliğini ölçer, daha sonra potansiyometre konumuna bakar ve kendi darbe osilatörünün darbe genişliği gelen darbelerle eşitlenene kadar motoru hareket ettirir. Bunu yapabilmesi için bizim de kontrol devresinin de kullanıldığı dalga boyları ve ifade ettiği açı miktarları eşit olmalıdır.

Servo motora uygulanan güç, motorun hareket edeceği mesafe ile orantılıdır. Yani eğer motor az bir derece gidecekse yavaşça döner, eğer büyük bir derece gidecekse tam hız hareket eder. yani motor proportional kontrol edilmektedir.

Doğru Akım Motorlarının Sürücü Devresi

Servo motorlar yapısal olarak DC’ye benzemesi ve kullanım açısından step’i çağrıştırmasına rağmen step gibi kullanım kolaylığı olan bir motor türü değildir. Motor zamansal olarak verilen palslere yeniden ateşlenerek döndürülmesi devam ettirilmektedir palsler ne kadar sık olursa o kadar hızlı, palsler ne kadar güçlü olursa da o kadar güçlü hareketler sağlamaktadır. DC motorlardaki kalkış problemi yaşanmamakla birlikte yüksek gerilimde kullanılmak zorundadırlar.

Doğru Akım Motorlarının Sürücü Devresi

Devrede NE555 entegresi tipik osilatör kaynağını oluşturarak temel üç uçlu bir servo DC motoru tetikleyerek döndürmektedir.

Mikro Denetleyiciler

Bir bilgisayar içerisinde bulunması gereken temel bileşenlerden RAM, I/O ünitesinin tek bir çip içerisinde üretilmiş biçimine mikro denetleyici (mikrocontroller) denir. Bilgisayar teknolojisi gerektiren uygulamalarda kullanılmak üzere tasarlanmış olan mikro denetleyiciler, mikroişlemcilere göre çok daha basit ve ucuzdur. Günümüz mikro denetleyicileri otomobillerde, kameralarda, cep telefonlarında, faks-modem cihazlarında, fotokopi, radyo, TV, bazı oyuncaklar gibi sayılamayacak kadar pek çok alanda kullanılmaktadır.

Günümüz mikro denetleyicileri birçok çip üreticisi tarafından üretilmektedir. Her firma ürettiği çip’e farklı isimler vermektedir. Örneğin Mikroçip firması ürettiklerine PIC adını verirken, Intel’in ürettiği ve 1980’lerin başında piyasaya sürdüğü 8051, bazen MCS–51 olarak da adlandırılır.

Mikroişlemci ile kontrol edilecek bir sistemi kurmak için şu üniteler bulunmalıdır; CPU, RAM, I/O ve bu üniteler arasındaki veri alışverişini kurmak için DATA BUS (data hatları) gerekmektedir. Elbette bu üniteleri yerleştirmek için baskılı devre dizaynı ve montajının da yapılması gerekmektedir.

Mikro denetleyici ile kontrol edilecek sistemde ise yukarıda sayılan ünitelerin yerine geçecek tek bir çip (mikro denetleyici) ve bir de devre kartı kullanmak yeterli olmaktadır. Tek çip kullanarak elektronik çözümler üretmenin maliyetinin daha düşük olacağı kesindir. Ayrıca kullanım ve programlama kolaylığı da ikinci bir avantajdır. İşte bu nedenlerden dolayı son zamanlarda bilgisayar kontrolü gerektiren elektronik uygulamalarda mikro denetleyici kullanımı artmıştır.

Neredeyse her mikroişlemci (CPU) üreticisinin ürettiği birkaç mikro denetleyicisi bulunmaktadır. Bu denetleyicilerin mimarileri arasında çok küçük farklar olmasına rağmen aşağı yukarı aynı işlemleri yapabilmektedirler. Her firma ürettiği çip’e bir isim, özelliklerini birbirinden ayırmak içinde bir parça numarası vermektedir.

Örneğin Microchip firması ürettiklerine PIC adını, parça numarası olarak da 12C508, 16C84, 16F84, 16C711 gibi kodlamalar vermektedir. Intel ise ürettiği mikro denetleyicilere MCS_51 ailesi adını vermektedir. Genel olarak bu adla anılan mikro denetleyici ailesinde farklı özellikleri bulunan ürünleri birbirinden ayırt etmek için parça numarası olarak da 8031AH, 8051AH, 8751AHP, 8052AH, 80C51FA gibi kodlamalar kullanılmaktadır.

PIC Mikro Denetleyiciler

Bir uygulamaya başlamadan önce hangi firmanın ürünü kullanılacağına, daha sonra da hangi numaralı denetleyicinin kullanılacağına karar vermek gerekir. Bunun için mikro denetleyici gerektiren uygulamada hangi özelliklerin olması gerektiğinin önceden bilinmesi gereklidir. Aşağıda bu özellikler sıralanmıştır:

• Programlanabilir dijital paralel giriş/çıkış
• Programlanabilir analog giriş/çıkış
• Seri giriş/çıkış (senkron, asenkron ve cihaz denetimi gibi)
• Motor veya servo kontrol için pals sinyali çıkışı
• Harici giriş vasıtasıyla kesme
• Harici bellek arabirimi
• Harici bus arabirimi (PC ISA gibi)
• Dahili bellek tipi seçenekleri (ROM, EPROM, PROM ve EEPROM)
• Dahili RAM seçeneği
• Kayan nokta hesaplaması

Bilgisayar denetimi gerektiren bir uygulamayı geliştirirken seçilecek mikro denetleyicinin ilk olarak tüm istekleri yerine getirip getiremeyeceğine, daha sonrada maliyetinin düşüklüğüne bakılmalıdır. Ayrıca, yapılacak uygulamanın devresini kurmadan önce seçilen mikro denetleyicinin desteklediği bir yazılım üzerinde simülasyonunun yapılıp yapılamayacağı da dikkate alınmalıdır.

Yukarıda sayılan tüm bu özellikler göz önüne alındığında Microchip’in ürettiği PIC’leri kullanmak akılcı bir yol olmaktadır. Bu çalışmada PIC mikro denetleyicisinin kullanılmasının nedenleri şöyle sıralanabilir:

• Yazılan programın simüle edilebilmesini sağlayan yazılımın Microchip’ten veya internetten parasız olarak elde edilebilmesi. • Çok geniş bir kullanıcı kitlesinin bulunması. • PIC’lerin çok kolaylıkla ve ucuz olarak elde edilebilmesi. • Elektronikle hobi olarak uğraşanların bile kullanabildikleri basit elemanları kullanarak yapılan donanımla programlanabilmesi. • Çok basit reset, clock sinyali ve güç devreleri gerektirmeleri.

PIC’leri diğer mikro denetleyicilerden üstün kılan bazı özellikleri vardır. Bu özellikler aşağıda verilmiştir:

Kod verimliliği: PIC Harvard mimarisi temelli 8 bit’lik bir mikro denetleyicidir. Bu, bellek ve veri için ayrı yerleşik data yollarının bulunduğu anlamına gelir. Böylelikle akış miktarı veriye ve program belleğine simultane erişim sayesinde arttırılmış olur. Geleneksel mikro denetleyicilerde veri ve program taşıyan bir tek yerleşik data yolu (bus) bulunur. Bu, PIC’le karşılaştırıldığında işlem hızını en az iki kat yavaşlatır.

Güvenirlik: Tüm komutlar 12 veya 14 bitlik bir program bellek sözcüğüne sığar. Yazılımın, programın veri kısmına atlamaya ve veri’yi komut gibi çalıştırmasına gerek yoktur. Bu 8 bit’lik data yolu (bus) kullanan ve Harvard mimarisi temelli olmayan mikro denetleyicilerde gerçekleşmektedir.

Komut Seti: 16C5x ailesinde yazılım yaratmak için 33 komut kullanılır. 16Cxx ailesi için bu sayı 35’e çıkar. PIC tarafından kullanılan komutların hepsi yazmaç (register) temellidir ve 16C5x ailesinde 12 bit, 16Cxx ailesinde ise 14 bit uzunluğundadır. CALL, GOTO ve bit test eden BTFSS, INCFSZ gibi komutlar dışında, her bir komut, tek bir çevrimde çalışır.

Hız: PIC, osilatör ve yerleşik saat yolu (clock bus) arasına bağlı yerleşik bir (divide by 4) 4’lü bölünme’ye sahiptir. Bu, özellikle 4 MHz’lik kristal kullanıldığında komut sürelerinin hesaplanmasında kolaylık sağlar. Her bir komut döngüsü 1?sn’dir. PIC oldukça hızlı bir mikro denetleyicidir. Örneğin 5 milyon komutluk bir programın 20MHz’lik bir kristal ile adımlanması yalnızca 1 sn sürer. Bu süre 386SX-33 hızının neredeyse iki katıdır.

Statik İşlem: PIC tamamıyla statik bir mikroişlemcidir. Başka bir deyişle saati durdurduğunuzda tüm yazmaç içeriği korunur. Pratikte bunu tam olarak gerçekleştirmek mümkün değildir. PIC uyuma moduna getirildiğinde saat durur ve PIC’e uyutma işleminden önce hangi durumda olduğunu hatırlatacak çeşitli bayraklar kurar. PIC uyuma modunda yalnızca 1?A’dan küçük bir değere sahip bekleme (stand by) akımı çeker.

Sürücü Kapasitesi: PIC yüksek bir sürücü çıktı kapasitesine sahiptir.

Seçenekler: PIC ailesinde her tür ihtiyacınızı karşılayacak çeşitli hız, sıcaklık, kılıf, I/O hatları, zamanlama (timer) fonksiyonları, seri iletişim portları, A/D ve bellek kapasite seçenekleri bulunur.

Çok Yönlülük: PIC çok yönlü bir mikrodur ve ürünün içinde, yer darlığı durumunda birkaç mantık kapısının (logic gate) yerini değiştirmek için düşük maliyetli bir çözüm bulunur.

Güvenlik: PIC endüstride en üstünler arasında yer alan bir kod koruma özelliğine sahiptir. Koruma bit’inin programlanmasından itibaren, program belleğinin içeriği, program kodunun yeniden yapılandırılmasına olanak verecek şekilde okunamaz.

Geliştirme: PIC, geliştirme amacıyla yeniden programlanabilen (EPROM) ve seri üretim amacıyla OTP (one time programmable – bir kere programlanabilir) için pencereli formda bulunabilir. Geliştirme araçlarının temini mümkündür ve fiyatları bir ev kullanıcısı için bile satın alınabilir düzeydedir.

PIC’in İç Yapısı

CPU bölgesinin kalbi ALU’dur (Aritmetic Logic Unit – Aritmetik mantık birimi) ve W (Working-Çalışan) adında bir yazmaç içerir. PIC, diğer mikroişlemcilerden, aritmetik ve mantık işlemleri için bir tek ana yazmaca sahip oluşuyla farklılaşır. W yazmacı 8 bit genişliğindedir ve CPU’daki herhangi bir veriyi transfer etmek üzere kullanılır. CPU alanında ayrıca iki kategoriye ayrılabilen veri yazmaç dosyaları (Data Register Files) bulunur. Bu veri yazmaç dosyalarından bazıları I/O ve kontrol işlemlerinde çalıştırılırken, diğerleri tamamen RAM olarak çalışırlar.

PIC’lerde Harward Mimarisi kullanılır. Harward mimarisi temelli mikro denetleyicilerde, veri akış miktarını hızlandırmak ve yazılım güvenliğini arttırmak amacıyla ayrı data yolları kullanılır. Ayrı data yollarının kullanımıyla, veri ve program belleğine hızlı bir şekilde simultane erişim sağlanır. Aşağıdaki şekilde bu özellikleri barındıran PIC’lerin temel blok diyagramı görülmektedir.

16F84’ün İç Yapısının Blok Diyagramı

PIC16F84 Hakkında Detaylı bilgi için Buraya Buraya Bakınız

Neden PIC16F84?

Yapılan çalışmada 16F84 mikro denetleyicileri kullanılmıştır. Bu tasarımda kullanılan ve programlanan PIC’in 16F8xx serisi olmasının en önemli nedeni, PIC16F8xx (veya PIC16F84) mikro denetleyicisinin program belleğinin Flash teknolojisi ile üretilmiş olmasıdır.

Flash memory teknolojisi ile üretilen bir belleğe yüklenen program, çip’e uygulanan enerji kesilse bile silinmez. Yine bu tip bir belleğe istenirse yeniden yazılabilir. Flash bellekler bu özellikleri ile EEPROM bellekler ile aynı görünmektedirler. Gerçekten de Flash ile EEPROM bellekler aynı şeylerdir. Ancak bazı üreticiler tarafından EEPROM belleğe Flash ROM da denilmektedir.

Flash belleğe sahip olan PIC16F84’ü programlayıp deneylerde kullandıktan sonra, silip yeniden program yazmak PIC ile yeni çalışmaya başlayanlar için büyük kolaylıktır. Böylece işe yeni başlayanlar yaptıkları programlama hataları nedeniyle çip’i atmak zorunda kalmayacaklardır. Gerçi EPROM program belleği olan çip’lere de yeniden yazmak mümkündür ama, bu durumda bir EPROM Silici cihazına ihtiyaç vardır. Bir silici cihaz bulunsa bile programı bellekten silmek için en azından 10-15 dakika beklemek zorunda kalınacaktır. İşte PIC16F84’ün bu özelliği mikro denetleyici kullanmaya yeni başlayanlar için ideal bir seçenektir.

PIC16F84’ün seçilmesinin ikinci nedeni de, programlama donanımının çok ucuz ve kullanışlı olması ve hatta çoğu kullanıcı tarafından bile kolaylıkla üretilebilmesidir. Ayrıca üretici firmanın ürettiği programlayıcı donanımı ve yazılımının bu firmadan ödemeli olarak istenebilmesi Türkiye’deki kullanıcılar için çok büyük bir avantajdır.

PIC16F84’ü programlamak için öğrenilen her şeyin diğer PIC 16/17 mikro denetleyicilerinin uygulamalarında da kullanılabilmesi, yapılan seçimin doğruluğunu göstermektedir.

Algılama Nedir

Fiziksel dünyadan mikro denetleyicilerin dünyasına bilgi dönüşümüdür. Bu işlemi yani algılamayı yapan aletlere de sensör denir. Sensörler bir şeyleri ölçerler ve ölçümlerini kontrol aygıtına iletirler.

Neyin ya da nelerin algılanacağı sensörlerin çeşitlerinin seçimine bağlıdır. Sensör seçimi robotun görevine uygun olarak yapılır. Örneğin araç izleyen robot yapımında mesafe ölçen bir sensörün olması şarttır. Bir robot kendisinin sensör dünyası ve sensörlerinden gelmesi muhtemel tüm durumlar içinde vardır.

Sensörler

Sensörlerin kısaca çeşitleri ve kullanım amaçları incelenirse; kullanıcıyla iletişim için bump, switchler, mesafe ölçümleri için ultrasound sensörler, radarlar, ışık seviyesi algılama için fotoseller ve kameralar, ses algılaması için mikrofonlar, ısı algılaması için termal ve kızıl ötesi ışınları kullanan sensörler, devir sayımı için encoderlar, magnetizma ölçümleri için dijital pusula vs. gibi geniş bir kullanım alanı olduğu görülür.

Aynı ya da benzer özellikler birden fazla sensör tarafından ölçülebilir. Bu nedenle sensör kullanımında mümkün olan her alternatif incelenmelidir.

Sensörler sisteme ham bilgi sağlarlar. Durum ya da sembol algılamazlar, sadece sinyal algılarlar. Bu sinyalin sistem için kullanışlı bir hale, yorumlanabilecek bir duruma çevrilmesi gerekir. Bu işler elektroniğin ve yazılımın konularıdır. Örneğin bir anahtarın açık ya da kapalı olduğunu anlamak için devredeki gerilimin ölçülmesi gereklidir. Eğer bir sesin tanınması gerekiyorsa bir sinyal işleme yazılımının çalışması gereklidir.

Eğer bir kameradan alınan resimdeki nesne tanınacaksa bir görüntü işleme yazılımının çalışması gereklidir. İşte bu tip programların çalışabilmesi için de sistemin bir hafızaya, sabit diske vs. sahip olması gerekmektedir. Bu yüzden sistemin kullanım amacına göre gereksinimler iyi bilinmelidir.

Fiziksel dünyanın mikro denetleyiciler dünyasına çevrimi mikro denetleyicilerin kullanacağı çıkış dizileri şeklinde yapılır. Yani sensör algılar mikro denetleyicilere iletir. İşte mikro denetleyicilerin işleyeceği bu işaretler iki ana gruba ayrılır: dijital ve analog işaretler. Çalıştıkları sinyallere göre doğal olarak iki tür sensör vardır.

Dijital Sensörler: Diskrit sinyaller üretirler. Bu değerlerin sınırlı sayıda olması anlamındadır. Değerler kesiklidir. Örneğin bir anahtar dijital sensördür ve iki değer üretir: açık ya da kapalı. Tüm dijital sensörler sadece iki değer üretmezler. Mesela dijital pusulalar 360 farklı değer üretirler.

Anolog Sensörler: Sürekli sinyal üretirler, yani sinyaller arası aralık yoktur. İşaret fonksiyonunun grafiği süreklilik gösterir. Çevirmeli radyolarımızda kullandığımız radyo kanalının ayarlama düğmesi analog sensörlere örnektir. Bu analog sinyaller eğer mikro denetleyiciler tarafından işlenecekse mikro denetleyicilerden doğası gereği dijital sinyallere çevrilerek kullanılırlar. Bu yüzden analogtan dijitale çeviren çeviricilere ihtiyaç vardır. Bu çevirme işlemi genelde scaling (bölümleme) şeklinde yapılır. Aşağıda buna bir örnek verilmiştir: 0-1 volt analog sinyalin 0-4 arası sayılara dönüşümü yapılmaktadır.

0-0,1 -> 0 0,1-0,2 -> 1 0,2-0,4 -> 2 0,4-0,8 -> 3 0,8-1 -> 4

Sensör Birleştirmesi: Eğer gereken işlem için bir sensör çeşidi yoksa ya da erişilemiyorsa o zaman eldeki farklı tip sensörler bir biçimde birleştirilir. Sensörlerin farklı çıkışlar üretmeleri ve aralarındakı iletişimin sağlanması gibi zorluklardan ötürü ustalık isteyen bir iştir. Bu duruma en iyi örnek insan beyni olarak verilebilir. Beyine birçok sensörden (göz, kulak, burun, dil, deri) bilgi gelmekte; hepsi ayrı ayrı yerlerde işlenerek karar verme mekanizmasına kaynak olarak sunulmaktadır.

Sensör Çeşitleri

Sensörler iki sınıfa ayrılarak incelenmektedir.

Pasif : Sadece çevresinden gelen fiziksel özellikleri ölçen sensörlerdir.
Aktif : Kendi üzerinde ölçüm yapan sensörlerdir.

a) Switch Sensörleri: Anahtarlar en basit sensörlerdir. Herhangi bir işlem olmadan elektronik bir devrenin üzerinde çalışırlar. Eğer anahtar açıksa devreden akım geçmez, tersinde geçer. Anahtar sensörlerin çeşitleri ve farklı kullanım alanları vardır.

Kontakt sensörleri: Sensörün başka bir nesneye değip değmediğini algılar. Örneğin bir robotun duvara çarptığını anlamasında kullanılırlar. Bu sayede robot geri dönüp yoluna devam eder.

Limit sensörleri: Bir mekanizmanın maksimum ya da minimum değere ulaştığını algılar. Robot kollarda bir nesneyi gerekenden fazla ya da az sıkmamayı sağlayan sensörlerdir. Yaylı bir tuş dibe değdiğinde devre tamamlanır.

Anahtar sensörlere günlük hayattan örnekler vermek gerekirse fare ve klavye tuşları, telefon tuşları akla gelmektedir. Anahtar sensörler basit yapılarına karşın oldukça etkili ve kullanışlı aygıtlardır.

b) Işık sensörleri (fotocell): Direnç mantığıyla çalışan sensörlerdir. Işığın değişimi sensörün direncini değiştirir ve bu değişiklik mikro denetleyicilere değişik bir sinyal olarak yansır. Fotoselin direnci parlak ışıkta düşük, karanlıkta yüksektir. Fotoseller ışık yoğunluğunun değişimiyle ölçüm yaparlar.

c) Direnç sensörleri: Işık sensörleri gibi direnç özellikleriyle algılarlar. Bükülmeyi algılayan sensörler bu gruba girer. Genelde video oyunları için üretilen parçalarda kullanılırlar. Nintendo’nun powerglove’su buna örnek gösterilebilir.

d) Potansiyometreler: Bu aygıtlar genelde sesin ve tonun elle ayarlandığı durumlarda kullanılırlar. Potansiyometrenin bağlı bulunduğu düğmenin çevrilmesiyle direnç değişir. Ayarlı lambalar, radyo düğmeleri, müzik setlerindeki ses düğmeleri potansiyometrelere örnektir. Genelde robot sistemlerinin kontrol mekanizmasında, dönüş miktarının iletiminde kullanılırlar.

e) Piezoelectrik Film Sensörleri: Piezoelectrik film çok kullanışlı ve ucuz bir sensör materyalidir. Bu tip sensörler titreşim, uygulanan güç, sıcaklık, radyasyon değişimlerini algılamada kullanılırlar. Bu sensörler algılamaları istenilen değişkenin durumuna göre bir voltaj üretirler ve kontrol mekanizmasına bilgi sağlarlar.

Aktif Sensörler

Bu tip sensörler bir emitter (yollayıcı) ve bir dedektör (alıcı)’den oluşurlar. Bu iki elemanın birbiriyle ilişkisine bağlı olarak iki farklı türü vardır:

a) Reflektans Sensörleri : Emitter ve dedektör birbirlerinden bir bariyer ile ayrılmıştır. Objeler emitterden çıkan ışığı dedektöre yansıtınca algılanırlar. Break-Beam Sensörleri: Emitter ve dedektör birbirlerine yüzyüze bulunurlar. Objeler emitterden dedektöre yollanan ışığı kestiklerinde algılanırlar. Filmlerde elmasları korumak için kullanılan sensörler bunlara örnektir.

Optosensörler: Emitör genelde bir light-emitting diode (LED)’tur. Dedektör ise fotodiyot ya da fototransistördür. Fototransistörler fotoresistörlerden daha fazla duyarlılık sağlarlar. Fotodiyotlar oldukça geniş bir ışık yelpazesi için lineer sinyaller üretirler ve en ufak bir değişimi bile anında iletirler.

Optosensörler, resistif fotosellerle aynı teknolojiyi kullanmazlar. Resistif fotoseller basittir fakat yavaştırlar. Fotodiyotlar ve fototransistörler çok daha hızlıdırlar. Fototransistörlerin ve fotodiyotların kullanım yerlerine örnek olarak nesne varlığı algılama, nesne uzaklığı algılama, yüzey tipi algılama, sınır izleme, dönüş sayısı belirleme ve barkod teknolojileri sayılabilir.

Işık yansımasi renge bağımlıdır. Parlak bir yüzey ışığı karanlık bir yüzeyden daha iyi yansıtır. Siyah bir yüzey üzerine gelen bir ışığı çok az yansıtır. Bu yüzden karanlık bir objeyi belirlemek parlak bir objeyi belirlemekten çok daha zordur. Objelerin mesafelerini ölçmede bu özellikten dolayı parlak objeler daha uzakta olsalar bile karanlık objelerden daha yakında algılanacaklardır. Bu olay bize kullanışlı araçlar kullanıldığında bile fiziksel dünyanın sadece bir parçasının algılanabileceğini göstermektedir.

Algılamadaki bir başka problem kaynağı da çevredeki ışıktır. Yani algılanmak istenen nesne hariç çevresinden yansıyan ışıktır. Bu problemi çözmenin en iyi yolu sensörün okuduğu değerden çevreden gelen ışığı çıkarmaktır. Bu emitör açıkken ve kapalı iken iki farklı okuma yapılıp birbirinden çıkartılarak yapılır. Emitör kapalı iken yapılan okuma çevreden gelen ışığı ölçecektir. Bu işleme sensör kalibresi denmektedir. Çevredeki ışık miktarı sürekli değişebileceğinden bu kalibrasyon işlemi de sürekli tekrarlanmalıdır.

Sensörlerle Dönüş Belirleme Metodu: Dönüş belirleyen sensörlerden olan speedometer bir aracın tekerleklerinin ne kadar hızlı olduğunu ölçer. Odometer ise tekerleklerin kaç kez döndüğünü ölçer.

Dönüşü belirleyebilmek için bir dönebilen parça monte edilir. Bir mil üzerine bir disk monte edilir ve diskin diş kenarlarına küçük çentikler atılır. Bir emitör ve dedektör diskin farklı taraflarına konur. Emitörden ışık sürekli olarak gönderilir. Emitörden çıkan ışık diskin sadece çentikli bölgesinden geçip dedektör tarafından okunur. Okuma sayıları tutularak hız ve çevrim ölçümleri yapılır.

Dönüş belirlemede bir başka yöntem de diski bir siyah, bir parlak boyamaktır. Karanlık bölgeler ışığı yansıtmayacak, parlak olanlar ise yansıtacaktır. Bu yöntemde emitör ve dedektör diskin aynı tarafında yer almaktadırlar.

Dönüş ölçen sensörlerde dedektörün ürettiği şey işin miktarına bağlı olarak değişen bir dalga fonksiyonudur. Dalgaların tepe sayıları sayılarak kaç dönüş yapıldığı ve hız belirlenir.

Hareket Yönü Belirleme Metodu: Sadece hareketin hızının ölçümünün yeterli olmadığı durumlarda vardır (örn: bilgisayar fareleri). Yönü belirlemek içinse birbirine 90 derecelik pozisyonda bulunan iki sensör kullanılır. Yönü belirmede bu iki sensörün detektöründen gelen bilgiler karşılaştırmalı olarak kullanılır. Sadece birinde değişim olmuşsa o yöne gidildiğine karar verilir. İki dedektörde de değişim varsa ikisinin arasında bir yöne dönüş sayısı fazla olana yakın bir yöne gidildiği anlaşılır. Bilgisayar fareleri de bu metotla veri toplamaktadırlar. Bu metot yönün önemli olduğu tüm mekanizmalarda kullanılmaktadır.

Infra Red (IR) Sensörler: Frekans spektrumunun kızıl tarafında işlem gören bir tür ışık sensörlerdir. Aktif sensörlerdir. Emitörleri ve dedektörleri vardır. Dedektörleri görünmez bölgedeki 880 nanometre dalga boyu civarındaki ışıklara duyarlıdır. Diğer ışık sensörleri gibi break beams veya reflektans prensibine göre çalışırlar.

İnfrared sensörler çevresel ışıktan diğer ışıklara göre çok daha az etkilendiğinden kalibrasyonları çok daha başarılı ve güvenilirdir. Ayrıca IR iletişimi de yapılmaktadır. Modulated infra red bilgileri seri bir hat üzerindeymişçesine haberleşme için kullanılmaktadır.

Yakınlık Ölçen Sensörler: Adından da anlaşılacağı gibi yakında bulunan nesnelerin algılanmasında kullanılırlar. Yakınlık sensörlerinin kullanılabilmesi için aşağıdaki özelliklerden birinin sağlanması gerekmektedir.

• 1 Nesnenin doğası gereği sinyal göndermesi ( Ör: radyoaktif maddeler )
• 2 Nesneye bir verici yerleştirilmesi
• 3 Nesneye bir sinyalin gönderilip nesneden yansıyan sinyalin alınması

Ultrasonic Mesafe Algılama

Ultrasonic seslerle mesafe algılama uçuş zamanı prensibine dayanmaktadır. Emitör bir ses sinyali üretir. Sinyal havada ilerler, bir yere çarpar ve dedektöre geri döner. İşte emitörün üretiminde başlayan zaman ölçer dedektöre girişinde durur ve aradaki zaman farkı ve sesin havadaki hızı bize sinyalin çarptığı nesnenin sensöre uzaklığını verir.

Bu metot doğanın modellenmesidir. Yarasaların görme yerine bu çeşit bir metotla çevrelerini algıladıkları anlaşıldıktan sonra yapay olarak insan tarafından oluşturulmuştur. Yarasaların sistemi insanların kurduğu sistemden çok daha fazla gelişmiştir. Yarasalar çok hızlı bir yaratığı sistemleri sayesinde fark ederler. Ayrıca yüzlerce yarasanın bulunduğu bir ortamda bile ki bu yüzlerce sinyal anlamına gelir her yarasa yönünü bulur ve avını takip eder.

Mesafe algılamadaki bu yöntemde açının büyük önemi vardır. Sinyalin çarptığı yüzeyle olan açısı yansıyan sinyalin dedektöre gidip gidemeyeceğini belirler. Yüzeyle sinyal arasında 90 derecelik bir açı varsa sonuç mükemmeldir. Açının daha küçük olduğu durumlarda ise dedektörün çapı büyütülerek sinyaller alınmaya çalışılır. Gündelik hayatta kullanılan ultrasonic sensörler hırsız alarmlarında, mesafe ölçümlerinde kullanılmaktadırlar.

Robot görmesi (robot vision): Robot görmesinde kameralar sensörler gibi kullanılırlar. Kameralar biyolojik gözün modelleridir ve tabi ki biyolojik olanlardan çok daha basit ve ilkeldirler.

Biyolojik görme sistemlerinde çevreden gelen ışık iristen içeriye girer, retina üzerindeki ışığa duyarlı elemanları uyarır. Bu elemanlar da bağlı bulundukları sinirleri uyarır. Beyne giden birçok görme sinyali beyinde işlenir. Kameralarda ise beyindeki ışığa duyarlı elemanların yerini fotoğraf filmleri veya ccd kameralarda kullanılan silikon devreler almıştır.

Resmin elde edilmesinden sonra sıra resimden bilgi edinilmesindedir. Bu işlemler esnasında görüntü işleme teknikleri (yazılımları) kullanılmaktadır. Hangi tekniklerin kullanılacağı ise sistemin amacına bağlıdır.

YAZININ DİĞER SAYFALARI: 1 2 3