Su Depolarının Otomatik Olarak Doldurulması

Projenin detaylarında Oldukca faydalı bilgiler bulunuyor Emeği geçen Kişilere Teşekkürler.. Projenin Amacı : Projenin amacı endüstriyel alanda çok kullanılan su depolarının otomatik olarak doldurulması işlemidir. Bunun için istenilen şart ise; kullanılan 3 deponun sırayla kontrol edilip, boş olanın doldurulduktan sonra, kontrol işleminin devam etmesi gerekmektedir.

Projede Kullanılan Elemanlar

• LM 324 op-amp
• R-S Flip-Flop
• 7490 10`luk sayıcı
• 555 Osilatör
• 7404 NOT Gate
• 7408 AND Gate
• 7432 OR Gate
• Çeşitli dirençler
• Kondansatör

1 – LM 324 op-amp

LM 324 Entegresi, genel maksatlı, tek beslemeli ve içerisinde 4 adet op-amp bulunduran bir entegredir. Genellikle karşılaştırıcı olarak kullanılır.

Karşılaştırıcı devresi, giriş olarak doğrusal gerilimi alır ve bir girişin diğerinden daha küçük veya daha büyük olduğunu gösteren sayısal çıkış verir.

Üstteki şekil, bir girişi referans gerilimine diğer giriş sinyal gerilimine bağlanmış tipik bağlantıyı göstermektedir.

“Vgiriş” gerilimi “Vref” geriliminden düşük olduğunda çıkış alçak gerilim düzeyinde, “Vgiriş” gerilimi, “Vref” geriliminden yüksek olduğu sürece ise çıkış yüksek gerilim düzeyinde olacaktır.

2- R-S Tipi Flip-Flop
Temel flip-flop devreleri asenkron ardışık devrelerdir. R-S flip-flop, S(set), ve R(reset) olmak üzere 2 giriş, Q ve olmak üzere 2 çıkıştan ibarettir.

3- 7490 Onluk Sayıcı

7490 Entegresi 2 bağımsız sayıcı ihtiva eder. Biri 2 ile bölme, diğeri 5 ile bölme işlemi yapar. Bunlar ayrı ayrı veya ard arda bağlanıp,10`a bölücü sayıcı yapılabilir.

7490 Entegresi BCD “0000” ile “1001” arasında yani decimal 0-9 sayıcı entegresidir. Entegrenin BCD sayıcı olarak kullanılabilmesi için devreye uygulanacak CLK girişinin “CLK A” dan uygulanması ve QA çıkışının da “CLK B” ye irtibatlanması şarttır.

4- 555 Osilatör

555 Entegresi periyodu çeşitli direnç ve kondansatörlerle ayarlanabilen bir kare dalga üretecidir.

Yukarıdaki bağlantı şemasına göre üretilen kare dalganın frekansı yandaki formül yardımıyla hesaplanabilir

Devre Şeması

Çalışma Prensibi : Karşılaştırıcı devresi doğrusal bir giriş gerilimini alır ve referans gerilimi ile karşılaştırdıktan sonra, giriş geriliminin referans geriliminden büyük veya küçük olmasına göre bir çıkış verir. Aşağıda bu devreler görülmektedir.

Şekil A

Yukarıdaki şekilde 2 eşit direnç(20k) kullanılarak “Vref” gerilimi;

Vref=Vcc(20/(20+20))=Vcc/2=5/2=2,5V

Vref=2,5V Olarak hesaplanmıştır.

Op-amp çıkışında Vi geriliminin Vr geriliminden küçük veya büyük olmasına göre bir çıkış verecektir.
Biz bu durumda çıkış geriliminin, suyun olduğu durumda bir lojik seviye,suyun olmadığı durumda ise farklı bir lojik seviye olmasını istiyoruz.

Şekil A İçin : Suyun olmadığı(yani anahtarın açık olduğu) durumda; “Vi” gerilimi 5V, “Vr” gerilimi ise 2,5V olacaktır. Böylece çıkış gerilimimiz alçak seviye (Lojik”0″) olacaktır. Suyun olduğu (yani anahtarın kapalı olduğu) durumda ise; çıkış geriliminin farklı (lojik”1″) olması için, “Vi” geriliminin “Vr”geriliminden küçük olması gerekir. Bu nedenle “Ri” direnç değeri aşağıdaki gibi hesaplanır;

*Suyun direnci (Rsu) yapılan ölçümlerden 35k olarak ölçülmüştür.

Vi < Vr ; [ Vi=Rsu*Vcc/(Rsu+Ri) ]

35×5/(35+Ri) < 2,5V

35K < Ri Ri`yi 100k seçebiliriz. Böylece "Vi" gerilimi;

Ri=100k ise Vi=35×5/(100+35)=1,3V Vi=1.3V olur.

Yani seçilen 100k direnç sayesinde, su olduğunda “Vi < Vr" olur ve çıkış yüksek seviye (lojik"1") olur. Şekil B

Şekil B İçin : Referans giriş gerilimi tersleyen girişe bağlı olduğundan “Vi” girişi, “Vr” referans geriliminden daha pozitif olduğu zaman (suyun olmadığı durumda), çıkış yüksek seviye (lojik”1″) olur.
suyun olduğu durumda ise; Vi=1,3 < Vr=2,5 olduğu için çıkış düşük seviye (lojik"0") olur. Yani şekil-a- nın tam tersi bir durum gerçekleşir. * Bu iki farklı bağlantı ise şu şekilde kullanılır;

Depolara yukarıdaki şekilde bağlanan op-ampların çıkışları suyun olup olmama durumlarına göre şöyledir;

• Su 1. seviyenin altına düştüğünde

1.op-amp ın çıkışı: Vi>Vr olduğundan lojik”0″ ( 2.op-amp ta “Vref” tersleyen girişe
2.op-amp ın çıkışı: Vi

• Su 2. seviyenin altına düştüğünde

1.op-amp ın çıkışı: Vi>Vr olduğundan lojik”0″
2.op-amp ın çıkışı: Vi>Vr olduğundan lojik”1″ dır.

İşte bu durumda yani suyun 2. seviyenin altına düştüğünde pompa ile depoya suyun pompalanması isteniyor. Suyun pompalanması durumunda, su ilk önce 2. seviyenin üzerine çıkar daha sonra 1. seviyenin üzerine çıkar. Suyun 1. seviyeye geldiğinde pompalama işleminin kesilmesi gerekiyor.

• Su 2. seviyeye doldurulduğunda

1.op-amp ın çıkışı: Vi>Vr olduğundan lojik”0″
2.op-amp ın çıkışı: Vi

• Su 1. seviyeye doldurulduğunda

1.op-amp ın çıkışı: Vi
2.op-amp ın çıkışı: Vi

Bu analizlere göre devrede iki adet lojik”1″ durumu vardır. Bunlar;

Pompanın çalışması gerektiği zaman, 2. op-amp ın çıkışı lojik”1″ oluyor.
Pompanın kapanması gerektiği zaman ise, 1. op-amp ın çıkışı lojik”1″ oluyor.

Bu iki uç bir flip-flop verilerek, su basılacağı zaman, bir uç F-F`u SET etsin. Pompa kapatılacağı zaman ise diğer uç F-F`u RESET lesin istiyoruz.

Böylece bir periyot boyunca op-amp çıkışlarına göre F-F`un Q çıkışı aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Böylece flip-flop un Q çıkışının lojik”1″ olduğu durumlarda pompa depoya su basacak, Q çıkışının lojik”0″ olduğu durumlarda ise basmayacaktır.

Devrenin Kontrol bölümü : Kontrol devresinin, sırayla 3 depoyu kontrol etmesi gerekiyor. Boş olan bir depo tespit edilince kontrol işleminin durup,depo doldurulduktan sonra tekrar kaldığı yerden depoları kontrol etmesi gerekiyor. Bunun için kontrol devresi aşağıdaki gibi bir 7490 sayıcı entegresi ile gerçekleştirilebilir.

Kontrol bölümünün çalışması ise şöyledir; 7490 sayıcı entegresi 0-9 arasında sayan bir entegredir. 3 adet depo kontrol edileceği için 3 farklı sayı değerine ihtiyacımız var. Bu nedenle 7490 aşağıdaki şekilde bağlanarak 2`ye kadar saydırıp resetlenir. Sayıcının Q çıkışları ise şu değerleri alır;(00 , 01 , 10)

Aşağıdaki bağlantı yapılarak sayıcının her saymasında aktif hale gelen 3 uç elde edilir.(f1,f2,f3)

Bu sırayla aktif hale gelen f uçlarını depoların F-F çıkışları ile AND lersek depoları sırayla kontrol etmiş oluruz.

Eğer kontrol işlemi sırasında herhangi bir depo boşaldığı zaman F-F çıkışı lojik”1″ olur. Ve depo kontrol edildiğinde (yani f ile AND lenince) , pompaya depoya su basması için lojik”1″ sinyali gider, deponun ventili açılır ve kontrol işleminin durdurulması için 555 osilatöre reset sinyali gönderilir.

Depo dolduğunda ise , deponun F-F çıkışı lojik”0″ olur. f ile AND lenincede çıkış lojik”0″ olacağından depo su basmayı durdurur, ventil kapanır ve 555 entegresi tekrar çalışarak 7490 entegresini saydırır yani kontrol işlemi kaldığı yerden devam eder.

Güç Kaynağı

220V besleme gerilimini, istenilen regüle edilmiş DC gerilimine dönüştürmek için kullanılır. Devrede transformatör, giriş gerilimini istenen AC gerilim düzeyine çekmek için kullanılır. Köprü diyot, AC sinyali tam dalga doğrultmak için kullanılır. Kondansatör, gerilim regülasyonunu sağlamak amacıyla filtre olarak kullanılır. 7805 ise belli bir yük akımı aralığında pozitif regülasyonlu sabit bir gerilim veren 3 uçlu bir gerilim regülatörüdür.

• 7805’in regülasyonlu pozitif gerilimi ; +5V
• 7805’in minimum Vgiriş gerilimi ; +7,3V

Hesaplamalar:

Devre 130mA akım çekiyor ve 5V’luk regüleli gerilim için ;

• 7805 gerilim regülatörü
• 2200 uF kondansatör
• 220 nF kondansatör
• 220V / 7,5V transformatör
• Köprü diyot

Kullanılarak şekildeki güç kaynağının hesaplamaları aşağıda verilmiştir:

• Transformatör üzerindeki tepe gerilimi

• Tepe dalgacık gerilimi

• 2200uF lık kondansatör üzerindeki gerilimin DC düzeyi

• 130 mA lik yük çalışırken filtre kondansatörün dalgalılık faktörü

• C filteleme kondansatörünün üzerindeki geriliminin dalgalılığı %1.65 kadardır ve aşağıdaki minimum gerilim düzeyine düşer

Bu değer 7.3 anma değerinin üzerinde kaldığı için çıkış regülasyonlu +5V düzeyinde kalacaktır.

• Regülasyonun sağlanması için max yük akımı

Sonuç : Ülkemizin bir tarım ülkesi olduğu göz önüne alınırsa tarımsal alanlarda yeni sulama tekniklerine ihtiyaç vardır. Ayrıca bir çok fabrikada boya,su v.b sıvıların depolandığı havuzların doldurulması işlemini kolaylaştırmak için kontrol sisteminin daha ekonomik ve daha estetik bir görünüme sahip olması gerekmektedir.

Bu amaçla bitirme tezimde, su depolarının otomatik olarak kontrolü ve doldurulması işlemini gerçekleştiren bir elektronik devre tasarladım. Burada amacım 3 adet su deposunun kontrol işlemini bir sayıcı entegresi kullanarak gerçekleştiriyoruz. Daha fazla su deposunun kontrol edilmesi gerektiğinde sayıcının kullanılan depo sayısına kadar saydırılıp resetlenmesi gerekiyor. Sayıcının çıkışına bağlayacağımız decoder ile de kontrol işlemi gerçekleştirilmiş olur.

Böylece her depo için ayrı bir pompa kullanmak yerine bir adet pompa kullanılarak 3 farklı deponun doldurulması işlemi gerçekleştirilmiş oldu. Bu çalışmayı değişik ihtiyaçlar ve sistemler için geliştirmek mümkündür.

Bu çalışmayı yaparken ilgi duyduğum endüstriyel elektronik üzerine piyasanın ihtiyaç duyduğu elektronik kart dizaynı ve devre tasarımı alanında çalışmak istediğimden bu çalışmanın bana ileriki hayatımda fayda sağlayacağı bir gerçektir. Bu alanda çalışmak isteyen arkadaşlar için çalışmamın güzel bir örnek olacağı görüşündeyim.