GÖRÜNTÜ, KONUM VE VERİ TRANSFERİNE SAHİP BİR AKILLI NESNE TASARIMI VE ...

137 Pages·2014·3.54 MB·Turkish

GÖRÜNTÜ, KONUM VE VERİ TRANSFERİNE
SAHİP BİR AKILLI NESNE
TASARIMI VE GELİŞTİRMESİ

Naser Rouzeh SHAHRAK

Yüksek Lisans Tezi
Bilgisayar Mühendisliği Anabilim Dalı
Doç. Dr. Abdulsamet HAŞILOĞLU
2014
Her hakkı saklıdır
ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

GÖRÜNTÜ, KONUM VE VERİ TRANSFERİNE SAHİP BİR
AKILLI NESNE TASARIMI VE GELİŞTİRMESİ

Naser Rouzeh SHAHRAK

BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

ERZURUM
2014

Her hakkı saklıdır
T.C.
ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

TEZ ONAY FORMU

GÖRÜNTÜ , KONUM VE VERİ TRANSFERİNE SAHİP BİR AKILLI NESNE
TASARIMI VE GELİŞTİRMESİ

Doç. Dr. Abdulsamet HAŞILOĞLU danışmanlığında, Naser Rouzeh SHAHRAK
tarafından hazırlanan bu çalışma ........./......../........ tarihinde aşağıdaki jüri tarafından
Bilgisayar Mühendisliği Anabilim Dalı - Bilim Dalı’nda Yüksek Lisans tezi olarak
oybirliği/oy çokluğu (…/…) ile kabul edilmiştir.

Başkan : ........................... İmza :

Üye : .......................... İmza :

Üye : .......................... İmza :

Üye : .......................... İmza :

Üye : .......................... İmza :

Yukarıdaki sonuç;

Enstitü Yönetim Kurulu ........./......../…….. tarih ve . . . . . ./ . . . . . . . . . . . . . . nolu
kararı ile onaylanmıştır.

Prof. Dr. İhsan EFEOĞLU
Enstitü Müdürü

Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaklardan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak
olarak kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.
ÖZET
Yüksek Lisans Tezi

GÖRÜNTÜ, KONUM VE VERİ TRANSFERİNE SAHİP BİR AKILLI NESNE
TASARIMI VE GELİŞTİRMESİ

Atatürk Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Bilgisayar Mühendisliği Anabilim Dalı

Danışman: Doç. Dr. Abdulsamet HAŞILOĞLU

Gelişen teknoloji ile birlikte robotların hem endüstride hem de günlük hayattaki
kullanım alanları gittikçe artmaktadır. Bu tezde “Robotik”, “Mikroişlemciler/
Mikrodenetleyiciler”, “Sayısal Elektronik” gibi dersler için örnek ders materyali
oluşturmak amacıyla bir robot prototipi tasarlandı ve gerçekleştirildi. Akıllı bir nesneyi
oluşturan mekanik, elektronik ve yazılım parçaları birbirine bütünleştirilerek başarılı
olarak test edildi. Akıllı nesne dört farklı özelliklere sahip olup, bunlardan iki tanesi
robotun kendi hareketleri diğer ikisi ise robotun üzerinde bulunan kamera ve
mikrodenetleyicidir. Akıllı nesnenin üzerinde bulunan kamera, aldığı video sinyallerini
yine kablosuz olarak kontrol bilgisayarına aktarmaktadır. Ayrıca kullandığımız GPS
yardımıyla konum ve yön bilgileri alınmaktadır ve bu bilgiler yardımıyla akıllı nesnenin
istenen yönde hareketi sağlanmaktadır. Akıllı nesnenin engel tanımlaması, entegre
edilen ultrasonik sensörler yardımıyla yapılıp, GPS den ve sensörlerden gelen verileri
bilgisayara aktarır. Bu yüzden akıllı nesne GPS den ve sensörlerden gelen veriler
yardımıyla doğru yönde hareket etmektedir. Akıllı nesneler, üzerinde yapılacak ek
düzenlemeler ile çok değişik amaçlar için kulllanılabilecek şekilde tasarlanmıştır.
Kablosuz görüntü aktarımı sayesinde, her türlü uzaktan izlemede insanların girmesinde
hayati tehlike bulunan bölgelerde keşif amaciyla, kızılay ve depremde kullanılabilecek
durumdadır.
2014, 155 Sayfa
Anahtar Kelimeler: Robot, Quadrotor, Video transfer, GPS, insansız hava aracı, robot
prototipi

i
ABSTRACT
Master Thesis
GÖRÜNTÜ, KONUM VE VERİ TRANSFERİNE SAHİP BİR AKILLI NESNE
TASARIMI VE GELİŞTİRMESİ

Naser Rouzeh Shahrak

Atatürk University
Institute of Applied Sciences
Department of computer Engineering
Departmen of

Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Abdulsamet HAŞILOĞLU

With the advances in technology, the number of fields where robots are utilized
continuously grows both in industry and in daily life. These fields require fulfillment of
a wide variety of tasks from search and rescue mission to first aid and from mass
production to patient care. In this research work, a robot prototype was designed and
implemented for the purpose of preparing sample course material for undergraduate
level classes such as “Robotic”, “Microprocessor/microcontroller”, “Digital
Electronics” etc. Robot was come to life by designing, implementing, and integrating
together the mechanic, electronic and software components of the robot. Robot has for
different movement abilities. Two of these are for the robots self movements and the
others are the movements of a video camera and microcontroller can move around two
axes and transmits the video signals wirelessly to the back to the control computer.
Robot was designed to be extendable. With some additional components Robot can be
utilized in several different tasks such as the discovery of people entering areas with
potentially life threatening injuries, the Red Crescent and Lifesaving and the post office
is able to be used easily.
2014, 155 pages
Keywords: Robot, Quadrotor, Video transfer, GPS, unmanned aerial vehicle, robot
prototipi
ii
TEŞEKKÜR
Yüksek Lisans tezimin belirlenmesi ve tamamlanması aşamalarında, öncelikle tezimi
değerlendirerek, değerli görüş ve eleştirileriyle her türlü ilgi ve yardımı esirgemeyen tez
danışmanım Sayın Doç. Dr. Abdulsamet HAŞILOĞLU’na en içten teşekkürlerimi
sunarım.
Tez çalışmam esnasında bana destek olan ve bilgi alışverişinde bulunduğum arkadaşım
Sayın Saeid SHOKOFEYE’ya, tez çalışmamın her aşamasında bana verdiği destekle
çalışma azmi kazandıran aileme en derin sevgi ve saygılarımı sunarım.
Naser Rouzeh SHAHRAK
Ekim, 2014

iii
İÇİNDEKİLER
ÖZET.................................................................................................................................. i
ABSTRACT ...................................................................................................................... ii
TEŞEKKÜR ..................................................................................................................... iii
ŞEKİLLER DİZİNİ ......................................................................................................... vii
ÇİZELGELER DİZİNİ ..................................................................................................... x
1. GİRİŞ ....................................................................................................................... 1
1.1. Literatür Özeti ....................................................................................................... 2
1.2. Amaç ................................................................................................................... 19
1.3. Kapsam ................................................................................................................ 20
2. KURAMSAL TEMELLER ................................................................................. 21
2.1. Mekanik Kısmı .................................................................................................... 21
2.1.1. SolidWorks programı ....................................................................................... 21
2.1.2. Makina kısmında kullanılan parçalar ............................................................... 22
2.1.2.a. Ana gövde ...................................................................................................... 22
2.1.2.b. Orta şasi ......................................................................................................... 23
2.1.2.c Rotor şaftı ....................................................................................................... 24
2.1.2.d. Ray (Rail) ...................................................................................................... 25
2.1.2.e. Bağlantı miller ............................................................................................... 25
2.1.2.f. Ana motorun bağlantıları ............................................................................... 26
2.1.2.g. Ana rotor (Main Rotor) ................................................................................. 26
2.1.2.h. Rotor kafası (Rotor Head) ............................................................................ 27
2.1.2.ı. Döner yıldız (Rotating Star) ........................................................................... 28
2.1.2.i. Kanat (blade) .................................................................................................. 28
2.1.2.j. Dişli (Gear) ..................................................................................................... 29
2.2. Donanım Kısmı ................................................................................................... 32
2.2.1. Kablosuz iletişim ünitesi (RF Modül) ............................................................. 32
2.2.1.a. RF modül ....................................................................................................... 33
2.2.1.b. RF haberleşme ............................................................................................... 33
2.2.1.c. RF özellikleri ................................................................................................. 34
iv
2.2.2. GPS ................................................................................................................... 35
2.2.2.a. Uzay bölümü .................................................................................................. 37
2.2.2.b. Uyduların konumunun önemi ........................................................................ 38
2.2.2.c. GPS modül çıktılarının yorumlanması .......................................................... 41
2.2.2.d. MCU Üzerindeki İşlemler ............................................................................. 43
2.2.2.e. UART chars avail (UART1_BASE) ............................................................. 45
2.2.3. Ultrasonic sensör .............................................................................................. 46
2.2.3.a. Niçin mayser ultrasonic sensörler? ................................................................ 47
2.2.3.b. Mayser ultrasonik sensörlerin sunduğu avantajlar ........................................ 47
2.2.3.c. Ultrasonik sensör çalışma prensibi ................................................................ 50
2.2.3.d. Teknik ve fiziksel bilgiler .............................................................................. 53
2.2.3.e. Ultrasonik uzaklık sensörünün kullanım avantajları ..................................... 53
2.2.4. ESC'ler (Electronic Speed Controller) ............................................................. 54
2.2.4.a. ESC'ler motorun devrini nasıl kontrol eder? ................................................. 55
2.2.4.b. Pwm sinyali ................................................................................................... 56
2.2.4.c. ESC'lerin voltaj değeri ................................................................................... 59
2.2.4.d. BEC-Battery eliminator circuit ..................................................................... 60
2.2.4.e. Programlanabilir ESC'ler ............................................................................... 60
2.2.5. Fırçasız Dc Motor (Brushless Motor) ............................................................. 61
2.2.5.a. Fırçasız DC motor ve kontrol devresi ............................................................ 62
2.2.5.b. Fırçasız DC motorların avantajları ................................................................ 62
2.2.5.c. Fırçasız DC motorların dezavantajları ........................................................... 63
2.2.5.d. Fırçasız DC motorun yapısı ve özellikleri ..................................................... 64
2.2.5.e. Fırçasız motorların robotikte kullanım alanları ............................................. 65
2.2.6. ATmega 64 microişlemci (AT mega 64 Microprocessor) ............................... 68
2.2.6.a. Merkezi işlem birimi çekirdeği ..................................................................... 70
2.2.7. ATmega 16 Microişlemci (AT mega 16 Microprocessor) ............................. 72
2.2.7.a. ATmega16 genel özellikleri .......................................................................... 74
2.2.7.b. Özel mikro denetleyici özellikleri ................................................................. 76
2.2.7.c. ATmega16 genel veri çeşidi açıklama ........................................................... 78
2.2.8. Lityum batarya (Lityum İyon Pil) .................................................................... 79
2.2.8.a. Lityum iyon pil çalışma prensibi ................................................................... 80
v
2.2.8.b. Avantajlar ...................................................................................................... 81
2.2.8.c. Dezavantajlar ................................................................................................. 81
2.2.8.d. Deşarj derinliği .............................................................................................. 82
2.2.9. Görüntü alıcısı (Video Capture Cards) ............................................................. 84
2.2.9.a. Görüntü yakalama kartları ne işe yarar .......................................................... 84
2.2.10. Görüntü transferi ve uzaktan izleme (video transfer camera) ........................ 85
2.2.11. Ana kontrol ünitesi ......................................................................................... 86
2.3. Yazılım Kısmı ..................................................................................................... 87
2.3.1. Merkezi kontrol yazılımı .................................................................................. 87
2.3.2. Mikroişlemcilerin yazılımı ............................................................................... 89
3. MATERYAL ve YÖNTEM ................................................................................. 90
3.1. Makina Kısmı ...................................................................................................... 90
3.2. Donanım Kısmı ................................................................................................... 97
3.3. Yazılım (Arayüz yazılımı) ................................................................................... 99
4. ARAŞTIRMA BULGULARI ve TARTIŞMA ................................................. 104
4.1. Benzer Quadrotorlar .......................................................................................... 104
4.1.1. Dört motorlu quadrotor .................................................................................. 104
4.1.2. Kurtarma quadrotor ........................................................................................ 105
4.1.3. Özerk bir quad-rotor ....................................................................................... 105
4.1.4. Ticari quadrotor .............................................................................................. 106
4.1.5. Cornell Üniversitesinde yapilan quadrotor .................................................... 107
4.1.6. Draganflyer quadrotor helikopter ................................................................... 108
5. SONUÇ ................................................................................................................ 112
KAYNAKLAR ............................................................................................................. 117
EKLER .......................................................................................................................... 124
EK 1. ......................................................................................................................... 124
ÖZGEÇMİŞ .................................................................................................................. 156

vi
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil 1.1. Akıllı nesne sisteminin genel yapısı ................................................................. 2
Şekil 2.1. SolidWorks programı..................................................................................... 21
Şekil 2.2. Ana gövde (Main Body) ................................................................................. 22
Şekil 2.3. Orta şasi (Middle Chassis) .............................................................................. 23
Şekil 2.4. Rotor şaftı (Rotor Mast).................................................................................. 24
Şekil 2.5. Ray (Rail) ....................................................................................................... 25
Şekil 2.6. Bağlantı Miller ................................................................................................ 25
Şekil 2.7. Ana motorun bağlantıları ................................................................................ 26
Şekil 2.8. Ana rotor ......................................................................................................... 26
Şekil 2.9. Rotor kafası ..................................................................................................... 27
Şekil 2.10. Döner yıldız (Rotating Star) ......................................................................... 28
Şekil 2.11. Kanat ............................................................................................................. 28
Şekil 2.12. Dişli .............................................................................................................. 30
Şekil 2.13. Dişli (Gear) şeması ....................................................................................... 31
Şekil 2.14. Küçük dişli (gear) ......................................................................................... 32
Şekil 2.15. RF modül .................................................................................................... 32
Şekil 2.16. RF genel yapısı ve RF birimleri şeması ........................................................ 35
Şekil 2.17. GPS ............................................................................................................... 35
Şekil 2.18. Uzay bölümü ................................................................................................. 37
Şekil 2.19. GPS’in çalışma prensibi .............................................................................. 38
Şekil 2.20. GPS ile konum belirleme .............................................................................. 39
Şekil 2.21 Kesim noktasının bulunması.......................................................................... 40
Şekil 2.22. Ultrasonik sensör .......................................................................................... 46
Şekil 2.23. Ultrasonik gidiş geliş darbesi........................................................................ 48
Şekil 2.24. Ultrasonik sensör şeması .............................................................................. 49
Şekil 2.25. Ultrasonik sensör çalışma şeması ................................................................. 49
Şekil 2.26. Ultrasonik ses dalgalarının yayılımı ............................................................ 51
Şekil 2.27. Hi-technic sensör tipi ve polaroid sensör tipi .............................................. 51
Şekil 2.28. Ultrasonik sensörün tipik ışıma paterni ........................................................ 52
vii