MANYETİK ALAN ÖLÇÜMÜ DENEY SETİ - eee.ktu.edu.tr · PDF...
29
T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik – Elektronik Mühendisliği Bölümü MANYETİK ALAN ÖLÇÜMÜ DENEY SETİ Hazırlayanlar: Mustafa AYDEMİR Aykut KELEŞ Tez Danışmanı: Yrd. Doç. Dr. Haydar KAYA Mayıs 2013 TRABZON
Transcript of MANYETİK ALAN ÖLÇÜMÜ DENEY SETİ - eee.ktu.edu.tr · PDF...
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
Mühendislik Fakültesi
Elektrik – Elektronik Mühendisliği Bölümü
MANYETİK ALAN ÖLÇÜMÜ DENEY
SETİ
Hazırlayanlar:
Mustafa AYDEMİR
Aykut KELEŞ
Tez Danışmanı: Yrd. Doç. Dr. Haydar KAYA
Mayıs 2013
TRABZON
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
Mühendislik Fakültesi
Elektrik – Elektronik Mühendisliği Bölümü
MANYETİK ALAN ÖLÇÜMÜ DENEY
SETİ
Hazırlayanlar:
Mustafa AYDEMİR
Aykut KELEŞ
Tez Danışmanı: Yrd. Doç. Dr. Haydar KAYA
Mayıs 2013
TRABZON
ii
LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU
Mustafa AYDEMİR ve Aykut KELEŞ tarafından Yrd. Doç. Dr. Haydar KAYA
yönetiminde hazırlanan “Manyetik Alan Ölçümü Deney Seti” başlıklı lisans bitirme projesi
tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul
edilmiştir.
Danışman : Yrd. Doç. Dr. Haydar KAYA
……………………………..
Jüri Üyesi 1 : Prof. Dr. İsmail Hakkı ÇAVDAR ………………………………
Jüri Üyesi 2 : Yrd. Doç Dr. Adnan CORA ………………………………
Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ ………………………………
iii
ÖNSÖZ
Bu kılavuzun ilk taslaklarının hazırlanmasında emeği geçenlere, kılavuzun son halini
almasında yol gösterici olan kıymetli hocamız Sayın Yrd. Doç. Dr. Haydar KAYA ‘ya
şükranlarımızı sunmak istiyoruz. Ayrıca bu çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik
Üniversitesi Rektörlüğü’ne Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik
Mühendisliği Bölüm Başkanlığına içten teşekkürlerimizi sunarız.
Hayatımız boyunca her türlü maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen
ailelerimize şükranlarımızı sunarız.
Mayıs 2013
Aykut KELEŞ
Mustafa AYDEMİR
iv
İÇİNDEKİLER
Lisans Bitirme Projesi Onay Formu ...................................................................................... İİ
Önsöz ...................................................................................................................................... İİİ
Özet .......................................................................................................................................... Vİ
Semboller Ve Kısaltmalar ................................................................................................... Vİİ
Şekiller Dizini ....................................................................................................................... Vİİİ
1. Giriş .................................................................................................................................... 1
2. Teorik Çalışmalar ............................................................................................................. 2
2.1. Manyetik Alan Tanımı ...................................................................................................... 2
2.1.1. Bobinin Tanımı Ve DC-AC Analizi .............................................................................. 2
2.1.2. Bobinde Oluşan Manyetik Alan Ve Hesaplanması ..................................................... 3
2.2. Gaussmetre İle Manyetik Alan Ölçülmesi ...................................................................... 5
3. Pratik Çalışmalar .............................................................................................................. 6
3.1. DC Güç Kaynağı ................................................................................................................ 6
3.1.1. Gerilim Regülatörleri ..................................................................................................... 6
3.1.1.1. LM7805 Entegresi ....................................................................................................... 7
3.1.1.2. LM338 Entegresi ......................................................................................................... 7
3.2. AC Güç Kaynağı ................................................................................................................ 8
4. Step Motor Sürücü Devresi ................................................................................................. 9
4.1. PIC Mikrodenetleyiciler ................................................................................................... 9
4.1.1. PIC 16f877 ..................................................................................................................... 10
4.2. Step Motorlar ................................................................................................................... 11
4.3. ULN 2003a ....................................................................................................................... 11
4.4. Devrenin Bilgisayar Ortamında İncelenmesi ............................................................... 11
4.5. Mikro Denetleyicinin Programlanması ......................................................................... 13
v
5. Elde Edilen Deney Sonuçları ............................................................................................. 16
6. Sonuçlar Ve Öneriler ......................................................................................................... 17
Kaynaklar ............................................................................................................................... 18
Özgeçmiş ................................................................................................................................. 19
vi
ÖZET
Bu çalışmada bobin ekseninde oluşacak manyetik alanın incelenmesi üzerinde
durulmuştur. Deney setini oluşturan unsurlar ve deney setinin yapımı sırasında
karşılaşılabilecek sorunlara çözüm getirmesi üzerinde durulmuştur.
Sistemde bobine farklı akım ve gerilim değerleri uygulanarak, oluşacak manyetik alan
değişiminin görsel olarak incelenmesi hedeflenmektedir. Bu uygulamada amaç öğrencilerin
daha kalıcı bilgi edinmesini sağlamaktır.
Projemizde manyetik alan ölçümünü gaussmetre yardımıyla yaptık. Stabil bir ölçüm
yapabilmek amacıyla gaussmetrenin ölçüm probunu, step motor ve PIC ile kurduğumuz
sürücü devreye yerleştirdik. Step motor probu adım adım bobinin içinde sürerken bu esnada
gaussmetrenin yaptığı ölçümleri bilgisayar ortamına aktardık. Son olarak bilgisayara gelen
verileri analiz ettik.
vii
SEMBOLLER VE KISALTMALAR
A: Amper
V: Volt
DC: Doğru Akım
AC: Alternatif Akım
B: Manyetik Alan
T: Tesla
R: Direnç
L: Endüktans
C: Kapasitans
f: Frekans
n: Bobin Sarım Sayısı
F: Farad
H: Henri
µ: Mikro
Ω: Ohm
PIC: Peripheral Interface Controller
viii
ŞEKİLLER DİZİNİ
ŞEKİL 1. BOBİN ÇEVRESİNDE OLUŞAN MANYETİK ALAN ........................................... 3
ŞEKİL 2. LM338’Lİ GERİLİM REGÜLATÖR DEVRESİ ....................................................... 7
ŞEKİL 3. LM338 GERİLİM REGÜLATÖR DEVRESİNİN BASKI DEVRESİ ...................... 8
ŞEKİL 4. STEP MOTOR SÜRÜCÜ DEVRESİNİN PROTEUS’ DA İNCELENMESİ .......... 12
ŞEKİL 5. STEP MOTOR SÜRÜCÜ DEVRESİ BASKI DEVRESİ ........................................ 12
ŞEKIL 6 . SÜRÜCÜ DÜZENEĞIN GERÇEKLENMESI ....................................................... 15
1. GİRİŞ
Öğrencilerin birçoğunun manyetik alanlar konusunda yeterli somut gözlem yapma
şansına sahip olmadıkları bilinmektedir. Kaliteli ve kalıcı bir öğrenme ve ezberci eğitimden
kurtulmak için öğrencilerin teorik olarak gördükleri kavramları deneyler yardımıyla
gözlemlemesi gerekir.
Bir bobinin (hava nüveli) üzerinden akım geçtiği zaman çeşitli değişkenlere bağlı olarak
eksen üzerinde değişen bir manyetik alan oluşur. Yaptığımız düzenekte ayarlanabilir akım ve
gerilim kaynağı yardımıyla farklı akım ve gerilim değerlerinde manyetik alanın nasıl
değiştiğini görsel olarak incelenme imkanı sunduk.
Projemizde manyetik alan ölçümünü gaussmetre yardımıyla yaptık. Stabil bir ölçüm
yapabilmek amacıyla gaussmetrenin ölçüm probunu, step motor ve PIC ile kurduğumuz
sürücü devreye yerleştirdik. Step motor probu adım adım bobinin içinde sürerken bu esnada
gaussmetrenin yaptığı ölçümleri bilgisayar ortamına aktardık. Son olarak bilgisayara gelen
verileri analiz ettik.
Böylelikle farklı akım ve gerilim değerleri altında manyetik alanın nasıl değiştiğini
öğrencilere gözlemleme ve hesaplama olanağı sağladık. Bu set sayesinde öğrenciler
derslerinde gördükleri konuların bir bölümünü uygulama imkanı bulacak ve kalıcı bir
öğrenme gerçekleşecektir.
Bu projemizde hedeflenen sistemin gerçekleştirilmesinde kullanılan elemanlardan ve
yöntemlerden kısaca bahsedilecektir. Manyetik alan, bobin, ayarlanabilir akım gerilim
kaynağı, PIC mikrodenetliyici ve step motor hakkında özet bilgiler sunulmaktadır.
2
2. TEORİK ÇALIŞMALAR
2.1. Manyetik Alan Tanımı
Manyetik alan, elektrik yüklerinin hareketi sonucunda veya iletkenlerden akım
geçtiğinde çevrelerinde oluşan bir etkidir. Manyetik alan mıknatısın itme ya da çekme
etkisinin olduğu bölge olarak da tanımlanabilir. Bu alanın kaynağı elektrik akımıdır.
Elektrik yüklerinin hareketleri ortamda değişiklik meydana gelmesine neden olur. Akım
taşıyan bir bobinin ya da mıknatısın olduğu yerde manyetik kuvvet olarak ortaya çıkan bu
değişiklik, manyetik alandır. Mıknatısların birbirlerine uyguladıkları kuvvet, manyetik
kuvvettir. Bir ortamdaki manyetik alan, kuvvet çizgileri ile gösterilir [1].
Manyetik alan hem yönüyle hem de şiddeti ile belirlenen bir büyüklüktür. Birimi Tesla
(T ) dır ve ‘ B ’ ile gösterilir.
2.1.1. Bobinin Tanımı ve DC-AC Analizi
Bobinler, makara, karkas gibi yalıtkanlar üzerine düz veya silindir şekilde sarılı
tellerden oluşan devre elemanıdır. Diğer bir adı Self’dir.
Bobinler uygulamada halka şeklinde bir nüve (genellikle demir) üzerine veya silindir
şeklinde bir karkas üzerine sarılan yalıtkan malzemeli bakır telden elde edilir. Eğer sarım
içinde herhangi bir nüve kullanılmazsa buna havalı boşluklu bobin denir. Hava boşluklu
bobin yüksek frekanslarda genellikle FM - AM alıcı ve vericilerde ve filtre devrelerinde
kullanılır. Bazı bobinler havalı olmakla birlikte nüvelide (çekirdekli) olabilir. Nüve olarak
demir veya ferrit gibi çeşitli maddeler kullanılır. Bu nedenle bobinler, nüveli olarak da
üretilir. Bobinin sabit değeri endüktans olarak bilinir ve L harfi ile gösterilir. Birimi Henry
(H)’ dir. Bir bobinin değeri; sargı uzunluğuna, kullanılan tel kalınlığına, sarım sayısına ve
çapına bağlıdır.
Bobinler doğru akımda, mıknatıs olarak kullanılırlar. Bir bobine DC gerilim
uygulandığında üzerinde sabit bir manyetik alan meydana gelir. Bu durumda bobin direnç gibi
davranır. Bu nedenle DC gerilimde ilk anda yalıtkan daha sonra iletkendir.
Bobinler, güç kaynakları, TV ve radyo devrelerinde de kullanılırlar. Ayrıca DC’de
elektromıknatıs olarak kullanılırlar.
3
AC gerilimde bobinler üzerinde değişken akım değerine göre değişken manyetik alan
oluşur. Bobin üzerinden akan akımın değeri sürekli değiştiği için bir direnç etkisi vardır. Yani
alternatif akıma direnç gösterir ve frekansla doğru orantılı artar veya azalır. Mekanik enerjiyi
elektrik enerjisine çeviren jeneratörlerde, AC /AC konverter devrelerinde ve kontaktörlerde
kullanılır.
2.1.2. Bobinde Oluşan Manyetik Alan ve Hesaplanması
Bir bobine gerilim uygulandığında telden geçen akım bir manyetik alan oluşturur.
Uzunluğu L olan n sarımlı bir bobinin çevresinde oluşan manyetik alan Şekil 1’de
verilmektedir.
Şekil 1. Bobin çevresinde oluşan manyetik alan
Orjinden belirli bir uzaklıktaki bobin kesitinde oluşan manyetik alan (1) denkleminde
verilmektedir.
dB(x) =
µo I R
2
[ ) ] ).
da (1)
da : da kalınlıklı bobin kesiti içindeki sarım sayısıdır.
Buradan (1) denkleminde her iki tarafın integrali alınarak manyetik alan,
B(x) =
∫
[ ) ]
(2)
X
Sargı uzunluğu (L)
L/2 L/2
Kesit
uzunluğu
(da)
Yarıçap (R)
I I
4
B(x) =
[
√ (
)
√ (
) ] (T) bulunur (3)
: 4π (Manyetik Geçirgenlik) ve x: eksen üzerinde herhangi bir noktadır
Bobinin merkezindeki manyetik alan (4) denklemi ile elde edilir.
Bmerkez=
√
)
(4)
Bobinin uçlarında manyetik alan (3) ifadesinde x=L/2 alınarak bulunabilir.
Buç=
√ . (5)
Uygulama: Uzunluğu 8 cm ve sarım sayısı 30 olan bir bobinden 0,5 A akım geçtiğinde
merkezinde ve ucunda oluşacak manyetik alanı hesaplayalım. ( bobinin yarıçapı 2 cm)
B(x) =
[
√ (
)
√ (
) ] (T) formülünden bobinin
merkezindeki manyetik alan x = 0 alınarak hesaplanır. Buradan manyetik alan,
Bmerkez=
√
)
= 4π. , n = 30 I = 0,5 A
R = 2 cm , L = 8 cm
Bmerkez=
√ =
= 188,5 µT bulunur.
x =
alınarak bobinin ucundaki manyetik alan,
Buç=
√ =
√ =
= 114,2 µT bulunur
5
2.2. Gaussmetre ile Manyetik Alan Ölçülmesi
Gaussmetre, manyetik alanın büyüklüğünü ölçmede kullanılır. Trafoların, iletim
hatlarının, dağıtım alanlarının ve bobin çevresinde oluşan manyetik alanın ölçümünde
kullanılabilir. Bu projede, bobinin çevresinde oluşan manyetik alanın ölçümünde
kullanılmıştır.
Gaussmetrenin yapısında ince telden bir sargı bulunmaktadır. Gaussmetre probunu
manyetik alana yerleştirdiğimizde bu sargıda iletilen akım, manyetik alanın değerini verir.
Gaussmetreler, karmaşık veya basit yapılı olarak üretilir. Basit yapılılar karmışık
yapılılara göre daha ucuzdur. Karmaşık yapılı üç eksenli, basit yapılı olan ise tek eksenli
olarak yapılmıştır.
Tek eksenli gaussmetrede manyetik alan içinde, her bir eksen için ayrı ayrı ölçüm
yapılarak datalar kaydedilir. Kaydedilen datalar kullanılarak manyetik alan değeri hesaplanır.
Üç eksenli gaussmetrede ise daha hızlı ölçüm yapılabilmesi için üç bölümden
oluşturulmuştur. Ölçümlerde bulunan sonuçlara göre manyetik alan hesaplanır [2].
Uygulamada manyetik alanı ölçmek için bobinden geçen akım, bobinin uzunluğu,
yarıçapı ve sarım sayısını farlı değerler vererek uygun sonuçlar elde ettik.
6
3. PRATİK ÇALIŞMALAR
3.1. DC Güç Kaynağı
DC güç kaynağı, AC bir işareti (220V,50Hz) doğrultularak DC bir işarete
dönüştürülmesinde kullanılmaktadır. DC gerilimler sayısal işaret işleyiciler (bilgisayarlar,
mikro denetleyiciler), ve dc motorlarda kullanılmaktadır.
3.1.1. Gerilim Regülatörleri
Regülatörler frekans, güç, gerilim, akım gibi fiziksel büyüklüklerin değişimlerini
sabitleyebilen sistemlerdir. Çıkış gerilimi sabit tutma işlemine regülasyon, bunun için
tasarlanan devrelere de regülatör devreleri denir. Voltaj seviyesini korumak için sabit olarak
tasarlanmıştır. Bir regülatör, pozitif veya negatif geri besleme kontrol döngüleri içerebilir. Bu
mekanizma elektronik veya elektromekanik bileşenlerde kullanılabilir. Tasarıma göre bir veya
birden fazla DC veya AC voltajı regüle etmek için kullanılabilir.
Gerilim regülatörleri üç bacaklı üretilir. Bu bacaklar giriş ucu, çıkış ucu ve toprak
ucudur. Maksimum gerilim regülasyonu için toprak ve çıkış bacakları arasına paralel olarak
bir kondansatör eklenmesi gerekebilir. 78xx ve 79xx aileleri kolay kullanımı ve düşük
maliyetli düzenli bir güç kaynağı gerektiren devrelerde kullanılır. 78 sayısı pozitif ve 79 sayısı
ise negatifi voltajı temsil eder.
Tablo 1‘de gerilim regülatörü entegreleri ve çıkış gerilimleri bulunmaktadır.
Tablo 1. IC tipleri ve çıkış gerilimleri
IC Tipi Vout Çıkış Akımı
IC Tipi Vout Çıkış Akımı
7805 + 5 V 1 7905 - 5 V 1
7808 + 8 V 1 7908 - 8 V 1
7812 + 12 V 1 7912 - 12 V 1
7815 + 15 V 1 7915 - 15 V 1
7824 + 24 V 1 7924 - 24 V 1
78xx ve 79xx entegreler pozitif veya negatif besleme gerilimi sağlamak için
kombinasyon halinde de kullanılabilir.
7
3.1.1.1. LM7805 Entegresi
LM7805 LM78XX ailesinin çıkış gerilimi 5 volt olan üyesidir. Bu entegre en fazla 1A
akım akıtma yeteneğine sahiptir.
Genel olarak, giriş gerilimi çıkış voltajı üzerinde 2-3 volt ile sınırlı olmalıdır. Regülatör
girişi 36 V a kadar tutabilir. Giriş ve çıkış arasındaki güç farkı ısı olarak görünür.
LM7812 Entegresi ise LM78XX ailesinin çıkış gerilimi 12 volt olan üyesidir.
3.1.1.2. LM338 Entegresi
LM338 entegresi ayarlanabilir pozitif gerilim regülatör entegresidir. Maksimum çıkış
akımı 5 A’dir. Batarya şarj devrelerinde yüksek akım kullanılır. Şekil 2’de LM338’li 1,2-24
volt arasında çıkış gerilimi verebilen gerilim regülatörü bulunmaktadır.
Şekil 2. LM338’li gerilim regülatör devresi
Bu entegrenin çıkış gerilimi;
Vo =1,25 x (
) + Iadj x R2 (6)
formülü ile hesaplanır. R2 direnci küçük seçilirse çıkış gerilimindeki dalgalanma da küçük
olur. Böylece formül
Vo ≈ 1,25 x (
) (7)
şeklinde yazılabilir [3].
8
Şekil 3’de LM338 gerilim regülatör devresinin baskı devresi görülmektedir.
Şekil 3. LM338 gerilim regülatör devresinin baskı devresi
3.2. AC Güç Kaynağı
AC güç kaynağı, sabit bir AC bir kaynaktan (220V,50Hz) değişken bir AC gerilim elde
etmek için kullanılır. AC güç kaynağı olarak ayarlanabilir oto transformatörleri (varyak)
kullanılmıştır.
Varyaklar; AC kaynaktan değişken AC gerilim kaynağı oluşturmak için kullanılır.
Tasarımımızda kullanmış olduğumuz varyak, farklı gerilim ve akım değerlerinde bobin
etrafında manyetik alan oluşturmak amaçlı kullanılmıştır.
9
4. STEP MOTOR SÜRÜCÜ DEVRESİ
Manyetik alan deney seti projesinde gaussmetrenin ölçüm probunu bobin ekseni
üzerinde adım adım hareket ettirmek için bu devreden yararlanılmıştır. Bir mikrodenetleyiciye
gönderilen komutlar ile step motor verilen komuta göre saat yönünde ya da saat yönünün tersi
yönde dönüş hareketi gerçekleştirir. Bu sayede ölçüm probu eksen üzerinde ileri ve geri
hareket yapar.
4.1. PIC Mikrodenetleyiciler
Mikro denetleyiciler çeşitli arabirimlerden oluşan programlanabilir devrelerdir. Bu
arabirimler, CPU (merkezi işlem birimi), RAM bellek, ROM bellek, giriş-çıkışlar, kristal
osilatör, zamanlayıcılar gibi bileşenlerden oluşur.
Mikro denetleyiciler sahip oldukları bu donanımlar sayesinde ve hafızalarına depolanan
program doğrultusunda diğer elektronik cihazlarla haberleşip istenilen fonksiyonları yerine
getirebilirler. Ufak ve düşük maliyetli olmaları yaygın olarak kullanılmalarına sebep
olmaktadır.
Bu projede step motor sürücü devresi için PIC 16F877 mikro denetleyicisinden
yararlanılır. Giriş portlarına bağlanan 2 adet buton anahtar ile CPU’ya veri gönderilir ve gelen
veriye göre çıkışa istenilen değerler aktarılır. Birinci butona basıldığında step motor saat
yönünde eksenin başından sonuna kadar probu ilerletir. İkinci butona basıldığında saat
yönünün tersi yönde dönerek probu sondan başa doğru geri sürer. Bu şekilde adım adım
ölçme işlemi yapılır. PIC Mikro denetleyicisinin çokça tercih edilmesinin diğer sebeplerini
şöyle sıralayabiliriz.
Uyku moduna ( standby ) sahip olması; bu modda çok küçük değerlerde akım
çeker.
Silinip tekrar yazılabilen hafızaya sahiptirler böylece tekrar tekrar
kullanılabilirler.
Bir bilgisayar ve programlayıcı devre yardımıyla kolayca programlanabilmesi.
Çalışırken devreden sökülmeden programlanabilir.
14 bitlik komut işlem hafızasına sahiptir.
Bir döngü (cycle) yaklaşık olarak 1 mikrosaniye gibi çok kısa bir süredir.
10
4.1.1. PIC 16F877
Bu mikro denetleyicinin üretici firma tarafından verilen özelliklerine baktığımızda;
RISC mimarisine sahiptir.
İşlem frekansı DC-20 MHz’dir.
8 Kword Flash ROM programlama belleği (EEPROM özellikli program belleği), 368
Byte kullanıcı RAM belleği ve 256 Byte EEPROM belleği olmak üzere üç adet bellek
bloğu vardır.
Statik RAM üzerinde 32 adet özel işlem kaydedicisi (SFR - Special Function Register)
vardır [4].
Sadece 5 V giriş ile devre içi seri programlanabilir.
2 V ile 5 V arasında geniş işletim aralığına sahiptir.
Çeşitli sıcaklık değerlerinde düşük güç ile çalışabilirler.
40 adet pine sahiptir.
8 bitlik veri yoluna sahiptir.
PIC 16F877 denetleyicinin pin diyagramı Tablo 2’de verilmiştir.
Tablo 2. PIC 16F877 pin diyagramı
1 MCLR/Vpp/THV 11 VDD 21 RD2/PSP2 31 VSS
2 RA0/AN0 12 VSS 22 RD3/PSP3 32 VDD
3 RA1/AN1 13 OSC1/CLKIN 23 RC4/SDI/SDA 33 RB0/INT
4 RA2/AN2/Vref(-) 14 OSC2/CLKOUT 24 RC5/SDO 34 RB1
5 RA3/AN3/Vref(+) 15 RC0/T1OSO/T1CKI 25 RC6/TX/CK 35 RB2
6 RA4/TDCKI 16 RC1/T1OSI/CCP2 26 RC7/RX/DT 36 RB3/PGM
7 RA5/AN4/SS 17 RC2/CCP1 27 RD4/PSP4 37 RB4
8 RE0/RD/AN5 18 RC3/SCK/SCL 28 RD5/PSP5 38 RB5
9 RE1/WR/AN6 19 RD0/PSP0 29 RD6/PSP6 39 RB6/PGC
10 RE2/CS/AN7 20 RD1/PSP1 30 RD7/PSP7 40 RB7/PGD
11
4.2. Step Motorlar
Girişine uygulanan dijital verilere göre adım adım dönme hareketi yapan motorlardır.
Dijital verilere göre dönmesinden dolayı bilgisayar destekli uygulamalar ve robot
uygulamalarında sıkça kullanılır. Hareketli kısmı olan rotor sabit mıknatıstan oluşur, sabit
kısmı olan stator ise bobinlerden oluşur. Sargılara uygulanan gerilimlerden dolayı geçen
akımın yönüne göre N ve ya S kutupları oluşur. Bu şekilde motor adım adım döner.
Step motorlar çeşitli adım açılarına sahiptir. Adım açısı bir pals uygulandığında
motorun döneceği açı miktarıdır. Bir step motorun adım açısı ne kadar küçükse o kadar hassas
olarak kullanılabilir. Örneğin ameliyatlarda kullanılan tıbbi cihazlarda bu motorlar tercih
edilir.
Step motorlar 2 farklı biçimde sürülebilirler. Bunlar “tam adım” ve “ yarım adım”
yöntemleridir. Örneğin dönme açısı 1,8° olan motor yarım açı yöntemiyle sürüldüğünde
0,9°’lik açıyla döner.
PIC Mikro denetleyiciler en fazla 25mA çıkış verirler bu miktar motor sürmek için
yeterli değildir bu yüzden ULN2003A entegresi kullanılır.
4.3. ULN 2003A
Bu entegre içinde 7 adet NPN tipi darlington transistör çifti ve her transistör çifti
çıkışında zıt EMK’yi önlemek için bir diyot barındırır ULN2003 sayesinde 500mA’lik akım
çıkışı ve 50V’a kadar gerilim çıkışa kadar gerilim çıkışı sağlanabilir [5].
4.4. Devrenin Bilgisayar Ortamında İncelenmesi
Devre PROTEUS programında incelenmiştir. Şemada mikro denetleyicinin beslemesi
ve toprak bağlantıları gösterilmemiştir.
CCS C dilinde yazılmış olan hazır program kullanıldığında, ileri butonuna basılı
tutulduğu sürece motor saat yönünde döner, geri butonuna basılı tutulduğunda ise saat
yönünün tersi yönde döner. Step motor sürücü devresinin şeması ve baskı devresi Şekil 4 ve
şekil 5’de görülmektedir.
12
Şekil 4. Step motor sürücü devresinin PROTEUS’ da incelenmesi
Şekil 5. Step motor sürücü devresi baskı devresi
13
4.5. Mikro denetleyicinin Programlanması
Sistemin programlanması CCS C programıyla yapılmıştır. C dilini kullanmamızın
sebebi ise günümüzde işletim sistemi, derleyiciler editörler gibi sistem programlarının
çoğunun yazım dilini C tabanlı programlar oluşturmasıdır. Devrede kullandığımız program
aşağıda verilmiştir.
#include<16f877.h>
#fusesXT,NOWDT,NOPROTECT,NOBROWNOUT,NOLVP,NOPUT,NOWRT,NODEBUG
,NOCPD
#usedelay (clock=4000000)
inthiz=1;
int1 ileri,geri;
void main ( )
{
setup_psp(PSP_DISABLED);
setup_spi(SPI_SS_DISABLED);
setup_timer_1(T1_DISABLED);
setup_timer_2(T2_DISABLED,0,1);
setup_adc_ports(NO_ANALOGS);
setup_adc(ADC_OFF);
setup_CCP1(CCP_OFF);
setup_CCP2(CCP_OFF);
top:
output_b(0x00);
ileri=input(pin_a0);
14
geri=input(pin_a1);
if((ileri==1) & (geri==0))
{
output_b(0x10);
delay_ms(hiz);
output_b(0x30);
delay_ms(hiz);
output_b(0x20);
delay_ms(hiz);
output_b(0x60);
delay_ms(hiz);
output_b(0x40);
delay_ms(hiz);
output_b(0xc0);
delay_ms(hiz);
output_b(0x80);
delay_ms(hiz);
output_b(0x90);
delay_ms(hiz);
}
if((geri==1) & (ileri==0))
{
output_b(0x90);
delay_ms(hiz);
output_b(0x80);
delay_ms(hiz);
output_b(0xc0);
delay_ms(hiz);
output_b(0x40);
delay_ms(hiz);
15
output_b(0x60);
delay_ms(hiz);
output_b(0x20);
delay_ms(hiz);
output_b(0x30);
delay_ms(hiz);
output_b(0x10);
delay_ms(hiz);
}
goto top;
Sürücü düzeneğin üstten görünümü Şekil 6’da görülmektedir.
Şekil 6 . Sürücü düzeneğin görünümü
16
5. ELDE EDİLEN DENEY SONUÇLARI
Deney düzeneği gerçellendikten sonra laboratuar ortamında ölçümler yapıldı. Uzunluğu
9 cm, yarıçapı 1.5 cm ve sarım sayısı 120 olan hava nüveli bir bobinden 5A akım
geçirildiğinde merkezindeki ve uçlarındaki ölçülen değerler ve teorik değerler Tablo 3’de
verilmiştir.
Tablo 3. Bobinden 5A akım geçirildiğinde merkezindeki ve uçlarındaki ölçülen ve teorik
değerler
Merkezde
Hesaplanan Değer
Merkezde Ölçülen
Değer
Uç Noktada
Hesaplanan Değer
Uç Noktada Ölçülen
Değer
0,07947 mT 0,07 mT 0,04132 mT 0,04 mT
17
6. SONUÇLAR ve ÖNERİLER
Bu çalışmada manyetik alan ölçümü deney setinin tasarımı ve testi yapılmıştır. Proje
sonunda elde edilen sonuçlar şunlardır:
Manyetik alan deney setinin tasarımı yapılmıştır
Sürücü düzenek için gerekli olan yazılım geliştirilmiştir.
Gerçekleştirilen regületör devresi ile bobine yeterli akım verilmiştir.
Teorik olarak hesaplanan değerler ile ölçülen değerlerin doğruluğu tespit
edilmiştir.
Sistemin daha verimli çalışması için;
Daha yüksek manyetik alan oluşturmak için bobin uzunluğu ve yarı çapı daha
uygun değerlerde seçilebilir.
Daha hassas bir gaussmetre ile daha detaylı ölçümler gerçekleştirilebilir.
Gaussmetrenin ölçüm probunun tam olarak bobinin ekseni üzerinde olması
sağlanabilir.
Ölçümün dış etmenlerden etkilenmesi engellenebilir.
Manyetik alan ölçümü haricinde bobinin endüktans değeri de ölçtürülebilir
18
KAYNAKLAR
[1]. A. R. Erduydun, ‘‘ Ferro akışkanların Yapısının ve Manyetik Alanda Hareketlerinin
İncelenmesi,’’ Özel Ege L, İzmir, 2010.
[2]. A. Demir, ‘‘Elektromanyetik Alanların İnsan Sağlığı Üzerindeki Etkisi,’’ Fırat
Üniversitesi Bitirme Tezi, Elazığ, 2004.
[3]. Texas İnstruments LM138/LM338 5-Amp Adjustable Regulators, USA,2013
[4]. MEGEP, Mikroişlemci ve Mikrodenetleyiciler, 2007.
[5]. MEGEP, Mikrodenetleyiciler 1, 2007.
19
ÖZGEÇMİŞ
Mustafa AYDEMİR, 1990’da Kars’ta doğdu. İlköğrenimini Kars’ta Kazım Karabekir
ilköğretim Okulu’nda, lise öğrenimini Kars’ta Sarıkamış Lisesi’nde yaptı. 2009 yılında
Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği
Bölümü’nde Lisans Programı’na başladı. Yabancı dil olarak İngilizce bilmektedir.
Aykut KELEŞ 1989’da Amasya’da doğdu. İlköğrenimini İzmir’de Tuğsavul ilköğretim
Okulu’nda, orta öğrenimini Ağrı’da Cumhuriyet İlköğretim Okulu’nda lise öğrenimini
Ankara’da Tınaztepe Lisesi’nde tamamladı. 2008 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi,
Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde Lisans Programı’na
başladı. Yabancı dil olarak iyi derecede İngilizce bilmektedir.
KaradenizTeknikÜniversitesi MühendislikFakültesi Elektrik-ElektronikMühendisliğiBölümü
STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU
Bitirme Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları cevaplayınız.
1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız.
Bir manyetik alan görsel olarak bilgisayar ortamında grafiklerle incelenmiştir.Sistem tamamen
proje ekibince tasarlanmıştır.
2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü?
Hayır.
3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?
Manyetik alan hesaplama, elektronik devre analizi ve programlama bilgileri kullanılmıştır.
4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?
Projede manyetik alan ölçümü yapılmıştır, manyetik alan ölçümü standardı temel alındı ve standart
gerektiği gibi uygulanmıştır.
5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?
a) Ekonomi
En düşük maliyetli ürünler kullanılmıştır. Sistemin üretim maliyeti en aza indirgenmiştir.
b) Çevre sorunları:
Devre montajında çevreye zararsız olan kurşunsuz lehim kullanılmıştır.
c) Sürdürülebilirlik:
Sistemin gelişime açık olması hedeflenmektedir.
d) Üretilebilirlik:
Geliştirilecek sistem ülkemizde kolayca üretilebilecektir.
e) Etik:
Sistemin tasarımı tamamen proje ekibi tarafından yapılmıştır ve etik kuralları göz önünde
tutulmuştur.
f) Sağlık:
Manyetik alan insan sağlığını etkileyecek seviyeye çıkarılmamıştır ayrıca düşük akım ve gerilim
değerlerinde çalışılmıştır.
g) Güvenlik:
Sistem herhangi bir güvenlik riski içermemektedir.
h) Sosyal ve politik sorunlar:
Amaçlanan ürün sosyal ve politik sorunlara yol açmayacak niteliktedir.
Projenin Adı Manyetik Alan Ölçümü Deney Seti
Projedeki Öğrencilerin adları Aykut KELEŞ ve Mustafa AYDEMİR
Tarih ve İmzalar 25.05.2013
