Sensörler

SENSÖR NEDİR?

Robotik ve otomasyonun en önemli kısmı algılamadır. Sensörler de bu amaçla kullanılan algılayıcılardır. Bir robot ya da bir otomasyon sistemi çevresindeki bazı değişkenleri algılamak , yorumlamak ve ona göre karar döngülerini yürütmek zorundadır. Algılanması gereken farklı değişkenler farklı tiplerde sensörler gerektirir. Robotlarınızda ve diğer projelerinizde kullanabileceğiniz sensör çeşitlerimizi incelemek için tıklayınız. Sensörler ile algılanan değişkenler: 1. Mekanik : Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork (moment), basınç, hız, ivme, pozisyon, ses dalgaboyu ve yoğunluğu 2. Termal : Sıcaklık, ısı akışı 3. Elektriksel : Voltaj, akım, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı ve frekans 4. Manyetik : Alan yoğunluğu, akı yoğunlugu, manyetik moment, geçirgenlik 5. Işıma : Yoğunluk, dalgaboyu, polarizasyon, faz, yansıtma, gönderme 6. Kimyasal : Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH miktarı Bazı durumlarda bir değişkenin farklı sensörler ile algılanması mümkündür. Bu gibi durumlarda kullanılması muhtemel sensörlerin özelliklerine ve kullanım bilgilerine sahip olmak işimizi çok kolaylaştırır. Digital sensörler Digital sensörler ayrık sinyaller üretirler. Digital sensörden alacağımız bilgiler belli adımlarla yükselen değerlere sahiptir. Örneğin; bir digital pusula 0 ile 359 derece aralığını kapsayan 9 bit'lik sinyal gönderebilir. Analog sensörler Analog sensörler, devre 0 V - 5 V arasında ya da 4 mA - 20 mA arasındaki değerleri algılayacak şekilde bağlanabilir ve bu durumda bu iki değer arasındaki tüm değerler okunabilir. Yani analog sinyal belli iki değer arasında her hangi bir değerdir. Analog sensörler kullanıldığında bunları mikrodenetleyicilere yönlendir

Programlama Nedir, Ne İşe Yarar ve Programlama Dillleri Nelerdir?

 PIC serisi entegreler, Assembly, Basic veya C dili ile programlanabilir. Kolaylık ve arayüz bakımından C dili tercih edilse de, Assembly profesyonel anlamda daha çok kullanım alanına sahiptir. Üretici firmanın MicroLab isimli, Assembler dili ile programlamaya olanak sağlayan bir yazılımı mevcuttur.[kaynak belirtilmeli]

PIC'lerin Ortaya Çıkışı;

 Harvard mimarisindeki ilk mikrodenetleyici ünitesi, General Instruments firması tarafından 1970'lerin ortalarında üretilen Signetics 8X300 modeliydi.Bu 16 bitlik CP1600 MPU için programlanabilen giriş/çıkış portu olmak üzere Peripheral Interface Controller (Çevrebirim arayüz denetleyicisi - PIC) olarak tasarlandı.

 General Instruments firması mikroelektronik bölümünü sattı ve bu bölüm 1988 yılında Arizona Microchip Technology adıyla yeni bir firmaya dönüştü. Microchip'in ana ürünü, bugün de hala öyle olan, PIC serisi mikrokontrollörlerdir. 1989'da ilk piyasaya sürülen aile PIC16C5X serisiydi. Bu Harvard mikrontrollörler 33 komutluydu. Bütün komutlar 12-bit word olarak kodlanıyordu. Azaltılmış Komut Kümesi (Reduced Instruction Set Computer - RISC) temelli olan komut seti hızlı, etkili ve ucuz işlemci üretimini sağladı. PIC16C5XX 12-bit çekirdekli ailede 512 ve 2048 komutluk tek sefer programlanabilen (One Time Programmable (OTP)) EEPROM Program belleği, 25-73 byte veri belleği,18- ve 28-pinli paketlerde 12 veya 20 giriş/çıkış pini ve 8-bit zamanlayıcı gibi özellikler bulunmaktaydı. PIC12CXXX ailesi bunların 8-pinlik eşdeğerleridir.

 1992 yılında 14-bitlik çekirdeğe sahip PIC16CXXX ailesi daha fazla program alanının ve kesme işlemleri yanında A/D çeviriciler,16 bit sayıcılar gibi çevre birimlerinin kullanımına olanak sağladı. Bu ailedeki RISC komut seti de 12-bit çekirdektekilerle hemen hemen aynıydı ve 35 komuttan oluşuyordu.1997'de çarpma yapabilen bir ALU'e ve ileri arabirim yeteneklerine sahip 16-bit PIC17CXXX ailesi piyasaya sunuldu.Ardından 1999 yılında da genişletilmiş 16-bit çekirdekli PIC18CXXX ailesi sunuldu. Bu ailedeki işlemcilerde komut sayısı 77 idi ve bu yüksek-seviye dillerin derleyicilerin ihtiyaçlarını daha fazla karşılıyordu.

 Bu 3 aile arasında, 14-bit çekirdekli olan aile hem kullanım kolaylığı hem de maliyet olarak en uygunudur.Burada ve birçok kaynakta hakkında bilgiler bulabileceğiniz PIC16F84 ,orta seviye ailesinin bir üyesidir. Yazılım açısından baktığımızda bügün birçok cihazlar aynı çekirdeğe sahiptirler. Ancak donanım açısından birçok ortak noktaları olmakla birlikte farklı giriş/çıkış birimlerinin karışımıdırlar. Örneğin 16C74'de 8 kanal analog giriş portu, PIC16C66'da senkronize seri port ve PIC16F84'de de kalıcı veri belleği.

Amatör Olarak Nerden Başlanmalıdır;

 Bu işe yeni başlıyorsanız ve bir amatörseniz, ilk aşamadan harika devreler hazırlamanız mümkün değil, bunun için öncelikle bir lambayı yakıp söndürebilme kabiliyetini kazanmanız lazım. Bunun denemek için yine oturup devre hazırlamanız gerekmez, bu işi sizin yerinize yapan similatör programlar mevcuttur, örneğin ISIS 7 Professional bu similatörlerden en çok kullanılanıdır. Burada bir devreyi hazırlayıp çalıştır komutuyla test edebilirsiniz. Bunun en büyük avantajı para ve zaman kaybınız olmaz. 

Pic Programlama Nasıl Yapılıyor;

 bir adet entegre (PIC) alıyorsunuz ......( 16F84 4-5 $ civarında )
yapmak istediğiniz devre için Bilgisayarda kodları yazıyorsunuz
bu Entegre devreye yazdığınız programı yüklüyorsunuz.
tasarladığınız devreyi devreyi bağlıyıp çalıştırıyorsunuz ve hayal gücünüz gerçeğe dönüşüyor. (1 mikrosaniye bile zaman sapması olmadan) bu kadar.

Zormu:

 Aslında hayır zor değil. İlk başlarda biraz zaman harcıyorsunuz vesabırlı
olmanız gerekiyor. (ben bir arkadaşla 1 adet LED yakmak için 1 hafta uğraşmıştım. Ama bize yol gösterecek bir kişi yoktu ve o zaman elimizde yeterli bilgi de yoktu. benim amacım size bu zorlukları yaşatmamak. başlayınca göreceksiniz devamı gelir. çünkü bir Led´i yakıp Söndürebilirseniz gerisi geliyor.)

PIC:

 Pripheral Interface Controller kelimelerinin baş harflerinden oluşuyor ve Çevre birimlerini kontrol eden ünite - demek. bir çok pic çeşidi var ama içlerinde en popüleri Microchip firmasının ürettiği picler.

PIC Çeşitleri:

 16F84,16F628,16F876,16F876 ..... (buradaki 16F ne anlama geliyor bende bilmiyorum.)

 Burada pic16F84 hakkında bilgi vereceğiz.

 PIC16F84 Programlama için gerekli olanlar nelerdir?

 Seri COM Portu aktif olan 1 adet Bilgisayar.
(üzerinde windows yüklü olması yeterli. 486 bile olabilir. Windows2000 de problem yaşadım. 98 ve XP de sorun yok. bu konuda paralel portu kullanan programlar da mevcut, seri port ile sınırlı değiliz)
16f84 için programlama devresi.
(çok basit bir devre. gözünüz korkmasın)
MPLAB MPASM Assembler derleyici Programı.
Bu zaten ücretsiz, programlar bölümünde bulabilirsiniz.

PIC programlayıcısı.
Derlediğiniz programı entegre devreye yazan program.


 Buda kolayca bulunabilen küçük bir program.
yine bunu da programlar bölümünde bulabilirsiniz.
Pıc programlamak için yapacağımız basamaklar aşağıdaki gibi özetlenebilir.
aslında bsamaklar bu kadar değil gözünüz korkmasın.

Aslem basamaklar şöyle; 
yazmak,derlemek,yükelemek ve çalıştırmak...

Otomasyon Sektörünün Geleceği HMI Sistemler

 Otomasyon ile uzaktan yakından ilgisi olan herkes için önemli bir konu: HMI Sistemleri. Açılımı "Human- Machine Interface, İnsan-Makine Arayüzü" olan HMI, bilinen diğer ismiyle operatör panelleri, otomasyon alanında büyük bir yere sahip. İnsan ve makine kavramlarını bir araya getirmeyi sağlayan en yenilikçi platform. Günümüzde oldukça revaçta olan bu sistemleri gelin yazımızda daha yakından tanıyalım.

HMI Sistemler Nedir?

 Teknolojinin ilerlemesi ile otomasyon sektörü daha çok değer kazanmakta ve teknolojiye yetişmek adına daha fazla yenilik üretmeye çalışmaktadır. HMI Sistemler de bu üretim aşamalarının temelidir. Açılımı “Human-Machine Interface” olarak bilinen HMI terimi, “İnsan-Makine Arayüzü” anlamına gelen, “dokunmatik panel”, “touch panel”, “operatör panel” gibi isimler ile "Endüstriyel Otomasyon" sektörünün gözdesi olmuştur. Sektörde en çok, PLC (Programmable Logic controller, Programlanabilir Kontrol Cihazı) sistemler kullanılarak gerçekleştirilmiş otomasyon sistemi ile kullanıcı arasında etkileşim sağlayan ünite olarak bilinmektedir. Kısaca sektörün geleceği, HMI teknolojisinin elinde diyebiliriz.

 HMI, kullanıcının makine ve üretim tesisleri ile iletişim kurmasına olanak sağlayan bir cihaz veya yazılım bütünü olarak da adlandırılabilir. Peki bunları nasıl yapıyor? Erişilebilir bir bilgi içerisinde karmaşık olan verileri çevirerek, operatör üretim sürecini kontrol etmektedir. Temel görevini daha açık bir şekilde ifade edecek olursak; operatörden aldığı emirleri otomasyon sistemine iletir, otomasyon sisteminden aldığı proses verilerini de ekranında görüntüler. Otomasyon sisteminin ölçeğine göre veriler birkaç sayfada gösterilebileceği gibi, onlarca ana ve alt sayfadan oluşan karmaşık bir yapı da görülebilir. HMI, bütün bu olayları gerçekleştirebilecek donanıma sahiptir.

Geçmişten Geleceğe HMI Sistemleri

 
 HMI Sistemleri insanlık ile nasıl buluştu sorusunun cevabı için çok uzaklara gitmemize gerek yok. 2000 li yılların popüler teknolojisi haline gelen bu sistem, bir buton ile geliştirildi. Kendisine ışık eklendi ve hemen ardından ışıklı butonlar geldi. Elektronik paneller içeren kablolu cihazların ortaya çıkması ile daha da gelişti. Kişisel bilgisayarların ve yazılım programlarının da çıkış zamanı gelince bir kaç yıl içerisinde, İnsan-Makine Arayüzleri dünyasında büyük bir çığır açıldı. Bu sistemler sınırsız bir potansiyele sahiptir. Peki bu sınırsız potansiyel ile neler yapılabilir?

SCADA NEDİR?

 En önemli iki aşamasından biri olan yazılım. Daha önceden opsiyon varsayılan araçların (dokunmatik ekran veya renkli ekran vb.), bugün ileri seviyede standartlaştırmaya dahil edildiğine şahit olmaktayız. Şirketler yazılım ve SCADA açısından rekabet etme durumuna gelmişlerdir. Yeni fiziksel teknolojiler ile yapılan üretimler, teknolojik cihazlar ile ortak kullanım eğilimini ortaya çıkarmaktadır. Bu son nesil HMI’ların gözdesi haline gelmiştir. Bu sayede, HMI ürünlerinin, insanların akıllı telefonlar ve tabletleri ile benzer platformlar üzerinde kolay kullanımlı ve kullanıcı dostu olmasını sağlanmaktadır.

HMI Paneller

 
HMI Sistemleri'ni genel bir kavram olarak ele aldık. Sistemi oluşturan temel araçlar ise HMI Paneller. Bu paneller içeriğinde neleri barındırıyor? Temelde, HMI cihazı görselleştirme ve uygulama kontrolünü sağlar. Böylece I/O, SoftPLC CoDeSys’deki veya EtherCAT ve (embedded “gömülü” sistemler daha tercih edilir). HMI Paneller üzerinde bir işletim sistemi çalıştıran mikrobilgisayarlar olarak geliştirilmiştir. Genel olarak işletim sistemleri kullanıcıya kapalıdır ve kendilerine özel editörler yardımı ile programlanırlar. Bununla birlikte endüstriyel bilgisayar olarak da anılan Windows, Linux vb. işletim sistemine sahip güçlü sistemler de kullanılabilmektedir. Panel ve PLC arasındaki haberleşme için RS232, RS485 veya Ethernet bağlantısı kullanılabilmektedir. Her marka kendi ürünlerinde bir veya daha fazla sayıda bağlantı türünü desteklemektedir. Genellikle HMI paneller farklı markalara ait PLC’ler ile de haberleşebilirler. Bu işlem için cihaz üretici tarafından belirtildiği şekilde konfigüre edilmelidir.

MİKROİŞLEMCİLER

 Mikroişlemciler, bilgisayar sisteminin kalbidir. Bilgisayar operasyonlarını kontrol ederek veri işlemeişlevlerini yerine getirir. Kısaca işlemci veya CPU, kullanıcı ya da programcı tarafından yazılan programları meydana getiren komutları veya bilgileri yorumlamak ve yerine gelirmek için getekli olan tüm mantıksal devreleri kapsar.

İlk mikroişlemci 1971 yılında hesap makinası amacıyla üretilen Intel firmasının 4004 adlı ürünüdür.Bir defada işleyebileceği verinin 4‐bit olmasından dolayı 4‐bitlik işlemci denilmekteydi.

 Bir anda ele alabildiği bit sayısına bakılarak güçlü olup olmadığı anlaşılan işlemcilere daha sonra kısa bir süreç için sınırlı sayıda işlem yapabilen 8‐bitlik 8008 işlemcisi eklenmiştir. 1974 yılında Intel 8080 adlı işlemcisini, hemen ardından önceki işlemci ile pek farkı olamayan Motorola 6800 adlı işlemcisini piyasaya sürmüşlerdir. Birbirleri arasında küçük farklılıklar olan iki işlemci daha piyasaya sürülmüştür.
Bunlar, MOS Technology firması tarafından üretilen 6502 ve Zilog firması tarafından üretilen Z‐80 işlemcileridir.

8 bitlik popüler mikroişlemciler teknik özellikleri

 8‐bitlik 8080 ve Z‐80 mikroişlemcilerinde hesaplama yapmak maksadıyla bol miktarda kaydedici vardır. Bundan dolayı bu işlemcilere kaydediciye dayalı işlemciler denilmekledir.  Diğer 8 bitlik işlemciler 6800 ve 6502, anlaşılır komutlar ve daha fazla adresleme modu kullanmaları, kaydedicilerinin fazla olmamasından dolayı veri manevrasında sık sık belleği kullanmalarından dolayı belleğe dayalı işlemciler olarak anılırlar. Bu gruplar birbirlerinin bellek ve G/Ç yongalarını kullanabilmektedirler.

Mikroişlemci Esasları

 Bilgisayar terimi, daha önce sözü edildiği gibi, içerisinde bir mikraişlemci, bellek, G Ç birimi ve bunları birbirine bağlayan iletişim yollarının dahil olduğu bir sistemin tanımlanmasında kullanılmaktadır. Böylece bilgisayar, içerisinde büyük kapasiteli bellek ve disk bulunan geniş boyutlu çok‐kullanıcılı ve çok‐görevli sistemlerden (Mainframe) otomatik çamaşır makinaları gibi ev aletlerinin denetlenmesinde kullanılan tek‐yongalı işlemcilere kadar herşey olabilir.

 Bir bilgisayar sistemi fiziksel açıdan büyük ebatlı olduklarından sabit disk, CD‐ROM vb. hariç tutulursa; işlemci, bellek ve G/Ç birimleri ayrı ayrı yonga gruplarından meydana gelmektedir. Bu elemanların kapasite ve büyüklükleri kullanıldıkları sistemlere göre artış göstermektedir. Mikroişlemci sistemler genelde çok‐yongalı sistemler olarak anılırlar.

Çok‐yongalı sistemlere örnek bir bilgisayar sistemi

 Ev, işyeri, fabrika gibi çevre denetiminde ve bunlara benzer aletlerin işlevlerinin denetlenmesi söz konusu olursa, bir bilgisayarın bu işler için kullanılması kapasite ve maliyet yönünden uygun olmayacaktır. Bunun yerine yeterli miktarda bellek, kaç eleman denetlenecek ise ona göre G/Ç birimi ve hızı‐performansı yeterli bir işlemci bu aletlerin denetiminde yeterli olacaktır.  

 İşlemci, bellek, G/Ç ve bazı gerekli ek elemanlarında bulunduğu ve tek bir yonga içerisine yerleştirilmiş özel amaçlı yapıya tek‐yongalı mikroişlemciler denilmektedir.

Tek yongalı mikroişlemci sistemi ve yapısı

 Mikroişlemcinin çeşitli fonksiyonel birimlerinin tek bir birimde toplanmasıyla daha fazla performans artışı sağlanmak istenmiştir. Sistemin merkezinden verilerin alınıp getirilmesi ve tekrar dışarı gönderilmesi sırasında mikroişlemcili sistemlerde olduğu gibi hız düşmesi olur. İç iletişim yolları dış iletişim yollarına nazaran daha hızlıdır.  

Mikrodenetleyicilerin tarihi birbirine paralel iki aşamalı gelişimi izlenmektedir.Bunlardan birisi Intel diğeri Texas Instruments firmalarındandır. Intel 4004 ile başlayan denemesini 4040, 4048 ve daha sonra popüler 8051 mikrodenetleyici ile sürdürürken, aslında ilk mikrodenetleyici TMS1000 ile Texas

tarafından üretilmiştir.  

 Bu tek yongaya, dahili saat, işlemci, RAM, ROM ve G/Ç dahil edilmiştir. İçerisindeki farklı birimler, kullandığı bit ve çalışım frekansları üreticiden üreticiye değişebilmektedir. Gömülü mikroişlemci de denilen bu denetleyicilerin amacı, belirli bir çevrede ve çoğunlukla özel bir görev için süreci denetlemektir. Ana elemanlarının dışında, zamanlama sayacı, iletişim hatları, analog‐digital

dönüştürücüler ve bazı özelleştirilmiş çıkışlar yerleştirilmiştir. 

 Mikrodenetleyicilerin yüksek entegrasyon yapısı, düşük enerji tüketimi ve özelleşmeyi sağlayabilmesi yerleşik sistem süreçlerinin görevleri kolaylaştırmaktadır. Watchdog zamanlayıcısı ve suspend mod özellikleri artırıldığında güvenirlik ve kesin başarı istenen denenmemiş makinalarda önemli arızaların bulunmasında kullanılabilir.

 Mikrodenetleyiciler, karşılıklı denetleme işlemlerinin avantaj sağladığı robotik uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Tek bir sistemle çok sayıdaki kontrol arasında belirlenecek özel bölümler sağlar.

 Bilgi bitleri mikroişlemcinin tipine göre sekizlik, onaltılık otuzikilik veya günümüzde altmışdörtlük gruplar halinde işlenir. Normal bilgisayarlarda bütün bilgiler sekiz bit (Bayt), onaltı bit (Word) veya otuziki bit (Doubleword) olarak işlenirler.

 Kelime uzunluğu büyük olan işlemcide yapılan aritmetik işlemlerde doğruluk oranları kısa uzunluklu kelimelere nazaran çok yüksektir (4‐bit %6, 8 bit %0.4 ve 16 bit %0.001).

Mikroişlemcinin tek bir komutu işleme hızı

Bir mikroişlemcinin hızı saat frekansıyla doğrudan ilgilidir.Fakat saat frekansı her zaman gerçek çalışma frekansını yansıtmaz. İşlemci hızını belirleyen bir çok yol vardır. Bunlar, çalışma çevriminin uzunluğudur ki , bu ölçüm fazla kullanışlı değildir. Başlıca mikroişlemci hızları mikrosaniye olarak 1, 66, 100 MHz veya MIPS'tir(Saniyede Milyom Adet Komut İşleme).

Bir mikroişlemciyi diğerinden daha hızlı yapan unsurlar şunlardır:

• CPU'nun devre teknolojisi ve planı.

•  İşlemcinin bir defada işleyebileceği kelime uzunluğu. Daha uzun kelime daha hızlı işlem demektir

•  İşlemci komut kümesi. Bir işlemcide bir işlem tek bir komutla yapılırken diğerinde daha çok komutla yapılabilir.

• Genel olarak denetim düzeni.

• Kesme altyordam çeşitleri.

• Bilgisayar belleğine ve G/Ç cihazlarına erişim hızı.

Mikroişlemcinin doğrudan adresleyebileceği bellek büyüklüğü

 Bilgisayar sistemlerindeki ana bellek mikroişlemci tarafından adres yolu vasıtasıyla adreslenir. Adres yolu hattı ne kadar çoksa adresleme kapasitesi de ona göre büyük olur. İşlemci içerisindeki adres işaretçisi kaydedicilerin büyüklüğü, işlemcinin adres çıkışında bir kaydıran kaydedici yardımıyla artırılabilirken ve adres yolu da çoğaltılmış olur.

 XT tipi bilgisayarlarda adres kaydedicisi (MAR) 16‐bitlik olmasına rağmen adres bilgisi dört bit sola kaydırılarak 20‐bitlik hatta verilirken 1 MB'lık bellek adreslenebilmektedir. AT tipi bilgisayarlarda 24 ve 32‐bitlik adres hattı kullanılarak 4 GB'lık bellek adreslenebilmektedir.