PIC16F84A ile Nem Sensörü ve Otomatik Aspiratör

Hazırlayanlar : Mehmet Süleyman YILDIRIM , Esin Şahan Günümüz dünyasında evimizdeki elektrikli cihazların çoğu son derece otomatikleşmiştir. Ancak her eve girmiş olan aspiratörler bu teknolojiye yetişememiştir. Bu çalışma aspiratörleri tam otomatik hale getirmek amacıyla tasarlanmıştır ve gerçekleştirilmiştir. Ayrıca uygulanabilir olması için en düşük maliyet hedeflenmiştir.

Bu çalışmada ortamdaki nemi “nem sensörü” tarafından alınarak mikro denetleyiciye aktarılmakta ve mikro denetleyicideki algoritmaya göre aspiratör motorunun hız kademe kontrolü yapılabilmekte veya çalışma/durma gerçekleştirmektedir.

Bu çalışmada, aspiratörler tam otomatik hale getirilmiştir. Tam otomatikden anlatılmak istenilen; şimdiki aspiratörlerin elle kontrolünü kaldırmak ve ortamdaki buhar değişimine göre aspiratör motorunun hızlanıp, yavaşlamasını veya durmasını kontrol etmek kastedilmiştir.

Nem sensörleri havadaki nem oranlarına göre değişik birimlerde çıkış verebilen elektronik devre elemanlarıdır. Birçok çeşitleri olmasına karşın kapasite özelliği taşıyan tipin bu uygulamaya daha uygun olduğu görülmüştür. Mikrodenetleyici ile nem sensöründen gelen bilgi yorumlanarak hız kontrol katına emir verilmiştir.

Nem Sensörü

Nem sensörlerinin de diğer tüm sensörler gibi çeşitli türleri bulunmaktadır. Kapasitif, endüktif tipleri daha yoğun kullanılmaktadır. Uygulamada kullanılan sensör; Şekil 1’de görülen RHK1AN sensörü kapasitif çalışan bir nem sensörüdür. Havayı dielektrik madde kabul etmekte ve üzerindeki nem yoğunluğu değiştikçe kapasite değeri ve dolayısıyla direnç değeri değişmektedir. Girişine pozitif (+) gerilim uygulanarak üzerindeki gerilim değişimi gözlenebilmektedir. Uygun devre ile akım değişimi de takip edilebilir.

Sensörün (RHK1AN) Önden Görünümü

Opamp

Transistörlerden oluşan yükselteçlere işlemsel kuvvetlendirici (Op-Amp) denir. Yükselteç, karşılaştırıcı, osilatör, filtre vb. Elektronikte çok sık kullanılan önemli bir elemandır. Şekil 2‘de görüldüğü üzere negatif ve pozitif olarak iki girişi ve bir çıkışı bulunmaktadır. İki girişi arasında gerilim farkı olursa bu farka göre çıkış gerilimini değiştirir. Uygulamamızda opampı karşılaştırıcı olarak kullandık. V1 ile V2 nin durumlarına göre V0 değişmektedir. Eğer V1>V2 ise V0 +V giriş değerini verir, V2>V1 ise V0 sıfır (0) verir.

OPAMP’ın Karşılaştırıcı Şekilde Kullanılması

Nem Kontrollü Aspiratör

Gerçekleştirilen sistemin blok şeması Şekil 3’de verilmiştir. Blok şemada görülen nem algılayıcı kısım havadaki nem oranına göre analog bir çıkış vermektedir. Analog dijital dönüştürücü gelen analog bilgiyi dijitale dönüştürür ve mikrodenetleyiciye iletir. Mikrodenetleyici gelen bilgiye göre hız kontrol katını yönetir.

Tasarlanan Sistem Blok Şeması

Şekil 4’de görülen devrede yukarıda anlatılan Analog Dijital Dönüştürücü ve Microdenetleyici bölümleri yer almaktadır.

PIC’li Kontrol Devresi Açık Şeması

Nem Algılayıcı Devre; Bu devrede havadaki nemi analog gerilim bilgisini dönüştürüp ADC bloğuna gönderme işlemi yapılmaktadır. Bu işlemi nem sensörü yapmaktadır. Kullandığımız Sensor (RHK1AN) kapasitif olduğu için üzerinde gerilim/direnç değişimi olmaktadır. Bu sebeple Şekil 5’de ki gibi devreye bağlanmıştır.

Nem Algılayıcı Devre

Sensörün havadaki nem değişimine göre üzerindeki direnci değişmektedir. Şekilden de anlaşıldığı gibi nem yoğunluğuyla (%RH) ile direnç değeri ters orantılıdır.[1] Bundan dolayı V0 diğer 5K’lık direnç üzerindeki gerilim değişimi alınmıştır. V0 bilgisi buradan Analog Dijital Çevirici (ADC) ye gönderilmiştir.

Analog Dijital Dönüştürücü; Analog Dijital Çevirici (ADC) nem algılayıcısından gelen gerilim bilgisine (V0) göre kademelerin artışını veya azalışını sağlayan bloktur.[2] Şekil 3.4’de açık devre şeması gösterilmiştir.

Analog Dijital Dönüştürücü Devre Açık Şeması

Analogdan dijital dönüştürme işlemi; V0’daki analog bilginin R1, R2, R3, R4 ayar dirençleri üzerindeki gerilim değerleri ile işlemsel kuvvetlendiriciler (OPAMP) tarafından karşılaştırılması şeklinde gerçekleşmektedir.

Analog dijital dönüştürücüdeki R1, R2, R3, R4 ayar dirençlerinin değerleri sistemin hassasiyetini belirlemektedir. Bizim seçtiğimiz değerler sistemin %55 RH ve %70 RH aralığındaki nem yoğunluğunda çalışmasını sağlamaktadır. Bu aralık aspiratörlerin uygulama sahasında gereken nem yoğunluğu miktarını karşılamaktadır. Eğer istenirse ölçüm ayarı değiştirilebilir.

Burada kullanılan işlemsel kuvvetlendiriciler LM358’dir. Bu işlemsel kuvvetlendiricinin kullanılmasının sebebi çıkışında sızmanın olmaması ya da sistemi etkilememesidir. Çalışmalarımız sırasında denediğimiz bir başka opamp LM741 çıkışında sistemin kararlılığını etkileyecek kadar sızdırma yaptırdığı için kullanılmamıştır.

LM358’lerin tamamının pozitif (+) girişine V0 bilgisi, negatif (-) girişine R1, R2, R3, R4 ayar dirençlerinden gelen kat bilgisi bağlanmıştır. Karşılaştırma işlemi sonucunda uygun çıkışlardan mikrodenetleyicinin RA0, RA1, RA2 girişlerinden uygun olanına logic “1” (+5V) gönderilmektedir.

Mikrodenetleyici (PIC16F84); Projede mikrodenetleyici olarak 16F84 entegresi kullanılmıştır. Bu entegrenin seçilmesinin amacı genel amacımız doğrultusunda maliyetidir. RA0, RA1, RA2 girişlerine gelen logic “1” (+5V) değerlerine göre RB0-RB2 portlarına Hız Kontrol Ünitesi devresinin gereksinim duyduğu tetikleme bilgilerini göndermektedir. Bunun yanında RB4-RB7 portları gösterge panosuna bilgi göndermek için kullanılmıştır.

Mikrodenetleyicinin istenen görevini gerçekleştiren program Picbasicpro da yazılmıştır. Picbasicpro’nun seçilmesinin amacı aynı anda birden fazla işlemi yapabilen kodların rahatlıkla yazılabilmesidir.[3] Bu çalışmanın yazılımı için aynı anda üç girişinde kontrol edilmesi aşağıdaki programla sağlanmıştır.

device=16f84		;pic seçimi
xtal=4			;osilatör frekansı(MHZ)
dim deg as byte		;değişken tanımlama
high porta 				
trisa=%11111	;porta bitlerinin hepsini Çıkış yapma
trisb=%00000000	;portb bitlerinin hepsini Giriş yapma
portb=0		;tüm çıkışları söndür

main:					
deg=0			
deg.0=porta.0	;girişlerin 0. bitini değişkene aktarma
deg.1=porta.1	;girişlerin 1. bitini değişkene aktarma
deg.2=porta.2	;girişlerin 2. bitini değişkene aktarma	
if deg=0 then	;eğer tüm girişler 0 ise 7.çıkısı aktif et  
portb=%00000000			
elseif deg=1 then	;eğer 1. giriş 1 ise 1.çıkısı aktif et
portb=%00010001			
elseif deg=3 then	;eğer 1. ve 2. girişler 1 ise 2.çıkısı aktif et
portb=%00100011			
elseif deg=7 then	;eğer 1. ve 2. ve 3. girişler 1 ise 3.çıkısı aktif et
portb=%00110111			
else	;eğer tüm girişler bunların dışıysa 8.çıkısı aktif et
portb=%10000000			
endif					
goto main	;basa dön
end		;bitti

Sonuç olarak kullanılan mikrodenetleyicinin sisteme kazandırdığı özellikler; kullanıcılar için gösterge panosunun yanında işlevselliktir. Aspiratör modelinin değişmesiyle meydana gelebilecek herhangi bir değişim olduğunda yazılımın yeniden düzenlenmesi ile kolayca uyum sağlayabilme imkânı vermiştir.

Hız Kontrol Ünitesi; Şekil 7’de görülen devre 3 adet röleden oluşmaktadır. Tablo 1’de mikrodenetleyiciden gelen veriler doğrultusunda röleler tetiklenmektedir. Bu tetikler sayesinde motorun spir sayısı değişmekte dolayısıyla hız değişmektedir. Sonuç olarak hız değişim işlemini Hız Kontrol Ünitesi Devresi yapmaktadır.

Hız Kontrol Ünitesi Devresinin Açık Şeması

Çıkış Durum Tablosu

Şekil 7’de görülen Hız Kontrol Ünitesi devresinin açık şemasıdır. B0, B1, B2 uçları Şekil 4’de gösterilen Hız Kontrol Ünitesi bölümündeki problara bağlanmaktadır. Çıkışlarda Aspiratör AC Motorundan gelen kablolara bağlanmaktadır.

Uygulamada amacı doğrultusunda tam otomatik aspiratör tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir.
Sonuçlara bakıldığında; öncelikle nem sensörlerinin kullanımı kolay, maliyeti yerine göre ucuz ve birçok alanda uygulanabilir olduğu görülmüştür. Araştırmalar sırasında karşılaşılan bir noktada nem sensörlerinin ülkemizde üretilmemesidir. Bu sensörlerin üretimin çok düşük maliyetle ülkemizde de yapılabilir olduğu görülmüştür.

Anlaşılmıştır ki; nem sensörleri aspiratör kontrolünde büyük kolaylık sağlamaktadır. Bunun yanında uygulanılan hız kontrol devresi yerine lineer motor kontrolü; frekans kontrol devresi ile ya da başka bir yolla yapılarak sistem lineer hale getirilebilir. Ancak bu seçenekler projenin ana ilkelerinden olan düşük maliyet ilkesine terstir.

Kaynaklar

http://www.nel.com.tr, (Tarih: 02-05-2005)
Sülün, E.E.,Ekmekçibaşı, V.T., (2001), Herkes İçin Elektronik, Haser, İzmir
Altınbaşak, O., (2002), PicBasicPro ile PIC Programlama, Atlaş, İstanbul

Projenin .doc Dosyasına Buradan ulaşabilirsiniz Emeği geçen kişilere Teşekkürler