akıllı röle sistemi

38 Pages·2014·2.43 MB·Turkish

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

AKILLI RÖLE SİSTEMİ

228441 Abdullah SUNGUR
228579 Halil İbrahim YAZICI

Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR

Haziran 2014

TRABZON
LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU

Abdullah SUNGUR ve Halil İbrahim YAZICI tarafından Öğr. Gör. Oğuzhan
ÇAKIR yönetiminde hazırlanan “Akıllı Röle Sistemi” başlıklı lisans bitirme projesi
tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak
kabul edilmiştir.

Danışman : Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR ………………………………

Jüri Üyesi 1 : Yrd. Doç. Dr. Salim KAHVECİ ………………………………

Jüri Üyesi 2 : Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM ………………………………

Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İsmail Hakkı ALTAŞ ………………………………

I
ÖNSÖZ

Akıllı röleler, endüstri alanında kullanılmak üzere tasarlanmış, dijital prensiplere
göre yazılan fonksiyonu gerçekleyen, bir sistemi ya da sistem gruplarını, giriş çıkışları
ile denetleyen, içinde barındırdığı zamanlama, sayma, saklama ve aritmetik işlem
fonksiyonları ile genel kontrol sağlayan elektronik bir cihazdır. Bu projede akıllı röle
sisteminin tasarımı, üretimi ve testi gerçekleştirilmiştir. Sistemin kontrolü PIC16F887
denetleyicisi ile yapılmıştır. Devre şemaları Eagle programı ile hazırlanmış ve
uygulama yazılımları MPLAB editöründe geliştirilmiştir.
Çalışmalarımız boyunca bize değerli zamanını ayıran ve verdiği fikirler ile bizi
yönlendiren hocamız Sayın Öğr. Gör. Oğuzhan ÇAKIR’a teşekkür ederiz. Ayrıca bu
çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğü’ne Mühendislik
Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığına içten
teşekkürlerimi sunarım.
Hayatımız boyunca her türlü maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman
esirgemeyen ailelerimize şükranlarımızı sunarız.

Abdullah SUNGUR
Halil İbrahim YAZICI
Haziran 2014

II
İÇİNDEKİLER

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU …………………………... II
ÖNSÖZ …………………………... III
İÇİNDEKİLER …………………………... IV
ÖZET …………………………... V
SEMBOLLER VE KISALTMALAR …………………………... VI
1. GİRİŞ …………………………... 1
2. TEORİK ALTYAPI …………………………... 2
2.1. Mikrodenetleyiciler …………………………... 2
2.1.1. Mikrodenetleyici Çeşitleri …………………………... 2
2.1.2. PIC Mikrodenetleyiciler …………………………... 2
2.1.3. PIC 16F887 Mikrodenetleyicisi …………………………... 3
2.2. EAGLE Şematik-Baskı Devre Çizim Editörü …………………………... 4
2.3. Hi-Tech C Derleyicisi …………………………... 5
2.4. PICKIT2 Programlayıcı ve Yazılımı …………………………... 5
2.5. MPLAB IDE Program …………………………... 6
2.6. Alfanümerik LCD Ekran …………………………... 6
3. TASARIM …………………………... 10
3.1. Yöntem …………………………... 10
3.1.1. Kontrol Kartı …………………………... 11
3.1.2. Röle Arayüzü …………………………... 11
3.1.3. Tuş Takımı …………………………... 11
3.1.4. LCD Ekran …………………………... 12
3.1.5. Sistemin Çalışması …………………………... 12
3.1.6. Uygulama Yazılımı …………………………... 12
3.2. Çalışmalar …………………………... 12
3.3. Başarı Kıstasları …………………………... 13
3.4. Araştırma Olanakları …………………………... 13
4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR …………………………... 14
5. SONUÇLAR …………………………... 22
6. YORUMLAR ve DEĞERLENDİRME …………………………... 23
III
KAYNAKLAR …………………………... 24
EK-1. EK‐1. IEEE ETIK KURALLARI 34 …………………………... 25
EK‐2. DİSİPLİNLERARASI ÇALIŞMA …………………………... 28
EK-3. STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU …………………………... 30
ÖZGEÇMİŞ …………………………... 31

IV
ÖZET

Günümüzde günlük hayatın hızlanması nedeniyle insanlar kullandıkları cihazların
programlanabilir özelliklerde olmasını talep etmektedir. Örneğin sabah uyanmada
birkaç saat önce ve işten eve dönmelerinden önce ısıtıcıların açılmasını ve geldiklerinde
evlerinin sıcak olmasını istemektedirler. Benzer şekilde bahçe sulama sistemlerinin
istekleri zaman devreye girmesi ve devreden çıkmasını talep etmektedirler. Akıllı
röleler insanların bu ihtiyaçları göz önüne alınarak geliştirilmiş ve hizmete sunulmuştur.
Akıllı röleler tuş takımı, LCD ekran, mikrodenetleyici, gerçek zamanlı saat ve röle
birimi olmak üzere beş temel bileşenden oluşmaktadır. Kullanıcı tuş takımı ve LCD
ekran ile istediği rölenin aktif ve pasif olma zamanlarını ayarlayarak sistemi
programlamaktadır. Mikrodenetleyici gerçek zamanlı saatten aldığı zaman bilgisi ile
programlanan zamanları karşılaştırmakta ve sistemi devreye alıp devreden
çıkartmaktadır. Röle birimi ise şebekeden alınan gücün kontrol edilmek istenen cihaza
aktarıldığı kısımdır.
Bu çalışmada Microchip firmasının PIC16F887 mikrodenetleyicisi kullanılarak,
iki satır 16 sütunlu alfa nümerik LCD ekrana sahip, dört röleli bir akıllı röle sisteminin
tasarımı, üretimi ve testi yapılmıştır. Gerekli olan devre şemaları ve baskı devre
çizimleri Eagle editörü ile yapılmıştır. Son olarak sistim kontrol edecek olan uygulama
yazılımı MPLAB IDE yazılımı kullanılarak HiTech C derleyicisi ile geliştirilmiştir.

V
SEMBOLLER VE KISALTMALAR

A : Amper
CPU : Merkezi işlem birimi
I/O : Giriş çıkış
LCD : Sıvı kristal ekran
LED : Işık yayan diyot
mA : mili Amper
PIC : Çevresel arayüz denetleyici
RAM : Rastgele erişilebilir bellek
V : Volt
 : Ohm

V I
1. GİRİŞ

Bu çalışmada akıllı bir röle sistemi tasarlanıp, üretilecek ve testi
gerçekleştirilecektir. Bu amaç doğrultusunda şunlar hedeflenmektedir:
 Sistemin genel tasarımının yapılması
 Şematik çizimlerinin hazırlanması
 Baskı devre çizimlerinin oluşturulması
 Baskı devre kartlarının üretimi ve malzeme montajı
 Donanım testi ve arızaların tespiti
 Uygulama yazılımının geliştirilmesi ve test edilmesi
 Sistemin test edilmesi ve tespit edilen arızaların giderilmesi
Projenin gerçekleştirilmesi sonucunda sınırlı düzeyde akademik katkı
yapılacaktır. Hedeflenen sistemle alınan eğitimin pratik bir uygulaması yapılacağı
için mühendislik eğitimine katkı sağlanacaktır. Ayrıca proje sonunda geliştirilebilir
ve ticari değeri olan bir prototip elde edilecektir.
Çalışma takvimi tüm döneme yayılmıştır. Projenin Haziran ayına kadar
tamamen sonuçlanması hedeflenmiştir. Çizelge 1’de verilmiştir.

Çizelge 1. Çalışma takvimi

İş Ekim Kasım Aralık Ocak Şubat Mart Nisan Mayıs
Gerekli malzemelerin tespiti ve temini
Baskı devre şemasının çizimi
Baskı devre üretimi
Montaj ve test
Sistem yazılımının hazırlanması
Sistemin test edilmesi
Bitirme tezinin yazımı

1
2. TEORİK ALTYAPI

Bu kısımda hedeflenen sistemin gerçekleştirilmesinde kullanılacak yazılımlardan
ve donanımlardan kısaca bahsedilecektir.

2.1. Mikrodenetleyiciler

Mikrodenetleyici, programlanabilen ve aynı zamanda bu programı depolayarak
daha sonra tekrar çalıştırabilen tek bir çipten meydana gelmiş bütünleşmiş bilgisayardır.
Basit ve ucuz oldukları için dünya çapında geniş bir kullanıcı ağı vardır.

2.1.1. Mikrodenetleyici Çeşitleri

Temelde azaltılmış komut seti (RISC) ve karmaşık komut seti (CISC) olmak
üzere iki ana kısımdan oluşur. Aşağıda bazı firmalara ait mikrodenetleyiciler verilmiştir.
Intel firmasının ürettiği 8051 serisi (CISC), Motorola tarafından üretilen 68HC11
serisi ve Mikrochip firması tarafından üretilen ve PIC olarak bilinen 16X/18X serileri
RISC’dir.

2.1.2. PIC Mikrodenetleyiciler

PIC isim itibariyle Peripheral Interface Controller’in baş harflerinden oluşur. Bu
ise çevresel üniteleri denetleyici arayüz olarak çevrilebilir. Temel olarak RISC
mimarisine sahiptir. PIC mikrodenetleyicisinin bazı özellikleri aşağıdaki gibidir:
 Ücretsiz bir yazılımı Microchip firmasından elde edilebilir,
 Her yerde yaygın olarak kullanılır,
 Maliyeti çok ucuzdur,
 Programlanmasının basit bir devre üzerinden gerçekleştirir,
 Yüksek frekanslarda çalışabilir,
 Çok basit clock sinyali, reset ve besleme elemanı gerektirir,
 PIC mikrodenetleyicimiz toplam olarak 150 mA’lik bir akım çeker,
2
 Program yazıp silinebilme özelliği sayesinde tekrar tekrar programlanabilir.

2.1.3. PIC 16F887 Mikrodenetleyicisi

PIC16F887 mikrodenetleyicisinin temel özellikleri şunlardır:
Hassas iç osilatör:
 Fabrika kalibrasyonu ±1%,
 Yazılımla seçilebilen frekans aralığı 8MHz -32 kHz,
 Ayarlanabilir yazılım,
 İki hızlı çalıştırma modu,
 Kritik uygulamalar için arıza-emniyet saati izleme,
 Düşük güçlü uygulamalar için saat modu anahtarlama.
 Güç koruma uyku modu,
 Güç-açık sıfırlama (Power on reset POR),
 Seçilebilir besleme gerilimi çalışma gerilim seviyesinin altına düştüğünde
sıfırlama yapan (reset) devre (Brown-out),
 Güvenilir uygulamalar için RC osilatörlü genişletilmiş Watchdog Timer,
 İki pin üzerinden ICSP (In-circuit Serial Programming),
 İki pin üzerinden ICD (In-Circuit Debug),
Yüksek dayanıklı Flash/EEPROM pil:
 100,000 silme/yazma çevrimli gelişmiş Flash program belleği,
 Data EEPROM koruması (40 yıldan fazla),
 1,000,000 silme/yazma çevrim data EEPROM belleği.
 Yazılım kontrolü altında kendinden yeniden programlanabilme,
 Programlanabilir kod koruması,
Cihazın çevresel özellikleri:
 1 giriş tek pin,
 36 giriş/çıkış (I/O),
 Sink/source akımı 25mA (sink akımı: işlemcinin portu çıkış durumunda ve
lojik 0 ise işlemci bu porttan içeriye en çok 25 mA geçireceği,source akımı ise
işlemcinin portu çıkış fakat lojik 1 ise işlemci en çok bu port üzerinden 25 mA
akım vereceği anlamlarına gelir),
3