Untitled - Gazi Üniversitesi Açık Arşiv
advertisement
ELEKTRİK MAKİNALARI DENEY SETLERİNE EŞZAMANLI ERİŞİM SAĞLAYABİLEN BİR E-LABORATUVAR TASARIMI Ayberk CALPBİNİCİ YÜKSEK LİSANS ELEKTRİK EĞİTİMİ ANABİLİM DALI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAZİRAN 2014 Ayberk CALPBİNİCİ tarafından hazırlanan “Elektrik Makinaları Deney Setlerine Eşzamanlı Erişim Sağlayabilen Bir E-Laboratuvar Tasarımı” adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Elektrik Eğitimi Anabilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Doç. Dr. Erdal IRMAK Elektrik-Elektronik Mühendisliği (TF), Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ...………………… Başkan: Prof. Dr. Ramazan BAYINDIR Elektrik-Elektronik Mühendisliği (TF), Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. …………………... Üye :Doç. Dr. Nurettin TOPALOĞLU Bilgisayar Mühendisliği (TF), Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. …………………... Tez Savunma Tarihi: 18 / 06 / 2014 Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Yüksek Lisans Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum. …………………….……. Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü ETİK BEYAN Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında; Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi, Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu, bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim. Ayberk CALPBİNİCİ 18/06/2014 iv ELEKTRİK MAKİNALARI DENEY SETLERİNE EŞZAMANLI ERİŞİM SAĞLAYABİLEN BİR E-LABORATUVAR TASARIMI (Yüksek Lisans Tezi) Ayberk CALPBİNİCİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Haziran 2014 ÖZET Mühendislik ve teknik eğitim alanında verilen teorik bilgiler uygulamalar ile desteklendiğinde daha öğretici olmakta ve aynı zamanda öğrencilerin mesleki tecrübe kazanmalarına yardımcı olmaktadır. Fakat laboratuvardaki malzeme eksiklikleri, deney düzeneklerinin hazırlanmasındaki tecrübeli öğretici eksikliği, zaman yetersizliği, kalabalık sınıflar ve uygulama anında meydana gelecek iş kazalarından dolayı uygulama öğretimleri çoğu zaman gerçekleştirilememektedir. Ayrıca gelişen internet teknolojisi sonucunda yaygınlaşan uzaktan öğretim beraberinde uygulamalı dersler için gerekli laboratuvar ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Bu tür ihtiyaçlardan dolayı web üzerinden uzaktan deney yapma imkânı sağlayan e-laboratuvar düzenekleri geliştirilmiştir. Fakat uygulama yapmak için tasarlanan internet laboratuvarları tek bir kişinin sisteme bağlanıp deney yapmasına imkân vermesinden dolayı yaygın bir şekilde kullanıma sunulamamaktadır. Literatürdeki bu soruna çözüm geliştirmek amacıyla bu tez çalışmasında tek bir sunucu üzerinden temel elektrik makinaları deneylerinin gerçek zamanlı olarak aynı anda yapılabilmesini sağlayan bir e-laboratuvar geliştirilmiştir. Sistemde deneylerin eş zamanlı yürütülebilmesi için paralel işlem yapabilme özelliği olan FPGA kullanılmış, böylece tek bir arayüz üzerinden tek bir kontrol elemanı ile deneyler gerçekleştirilmiştir. Sunulan e-laboratuvar uygulamasında örnek çalışma olarak DA motorun PI temelli hız kontrol deneyi, adım motorunun açı kontrol deneyi ve RC servo motorun pozisyon kontrol deneyi ele alınmıştır. Çalışmada kullanılan FPGA’in hassas ve paralel işlem yapmasından dolayı deneysel verilerin herhangi kayıp olmadan web ortamına grafiksel ve sayısal olarak aktarıldığı tespit edilmiştir. Sistem, kolay bir şekilde yeni deney düzeneklerinin eklenebilmesinden dolayı rahatlıkla geliştirilebilecek bir altyapıya sahiptir. Böylece e-laboratuvar uygulamalarına olan talebin artması ve bu alandaki çalışmaların yaygınlaşması beklenmektedir. Bilim Kodu : 703.3.012 Anahtar Kelimeler : Web tabanlı elektrik makinaları laboratuvarı, DA motor, Step motor, RC servo motor, FPGA Sayfa Adedi : 65 Danışman : Doç. Dr. Erdal IRMAK v DESIGN OF AN E-LABORATORY ALLOWING SIMULTANEOUS ACCESS TO ELECTRICAL MACHINES EXPERIMENTAL SETS (M. Sc. Thesis) Ayberk CALPBİNİCİ GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES June 2014 ABSTRACT If the theoretical knowledge in engineering and technical education is supported with practical studies, it can be more instructive and helps students to gain professional experience as well. However, practical laboratory applications cannot be realized usually because of insufficient experimental materials, insufficient professional stuff in laboratories, time restrictions, crowded classes and undesired accidents during real time studies. On the other hand, widespread usage of e-learning technologies makes it necessary to use remote laboratories especially for engineering e-courses. For this aim, e-laboratory applications have been developed which allow to perform real experimental studies over the web. However, most of them could not be a good solution for remote laboratory experiences because of allowing the only one user connection to the experiments at the same time. In order to improve a solution for this issue, an e-laboratory system has been developed in this thesis which allows to perform basic electrical machines experiments simultaneously in real time by using the same server, the same user interface and the same controller. For the simultaneous control operation of experimental sets, a FPGA has been used in the system that has parallel processing capability. In the presented e-laboratory application, PI based speed control of DC motor, angel control of step motor and position control of RC servo motor experiments have been introduced as the case study. Since the FPGA used in the system has sensitive measurement and parallel operation features, it has been observed that experimental data in graphical and numerical format was transferred to web environment without any loss. The system can be updated easily by adding new experimental sets. As a result, it is expected to increase of demand for e-laboratories and the spread of studies in this area. Science Code Key Words Page Number Supervisor : 703.3.012 : Web-based electrical machinery laboratory, DC motor, Step motor, RC servo motor, FPGA : 65 : Assoc. Prof. Dr. Erdal IRMAK vi TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren danışman hocam Sayın Doç. Dr. Erdal IRMAK’a, tez hazırlama ve uygulama sürecinde desteğini esirgemeyen kıymetli hocalarım Sayın Prof. Dr. İlhami ÇOLAK’a ve Sayın Doç. Dr. Ersan KABALCI’ya, sunulan bu tez çalışmasının nihai şeklini almasında kıymetli fikir ve önerileriyle beni yönlendiren hocalarım Sayın Prof. Dr. Ramazan BAYINDIR’a ve Sayın Doç. Dr. Nurettin TOPALOĞLU’na, kıymetli tecrübelerinden faydalandığım doktora ve yüksek lisans programındaki arkadaşlarıma ve manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnız bırakmayan aileme teşekkürü bir borç bilirim. vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET .............................................................................................................................. iv ABSTRACT.................................................................................................................... v TEŞEKKÜR .................................................................................................................... vi İÇİNDEKİLER ............................................................................................................... vii ÇİZELGELERİNLİSTESİ.............................................................................................. ix ŞEKİLLERİN LİSTESİ .................................................................................................. x RESİMLERİNLİSTESİ .................................................................................................. xi SİMGELER VE KISALTMALAR................................................................................. xii 1. GİRİŞ .......................................................................................................................... 1 2. ELEKTRİK MOTORLARI ........................................................................................ 9 2.1. DA Motorları ....................................................................................................... 9 2.1.1. DA motorun genel parçaları ...................................................................... 10 2.1.2. DA motorun hız ve yön kontrolü .............................................................. 11 2.1.3. DA motorun PI hız kontrolü ..................................................................... 11 2.2. Step (Adım) Motor .............................................................................................. 13 2.2.1. Step motorun çalışma prensibi .................................................................. 15 2.2.2. Step motorların uyartım yöntemleri .......................................................... 15 2.3. Servo Motor ........................................................................................................ 17 2.3.1. RC servo motor ......................................................................................... 18 3. SİSTEMİN DONANIM VE YAZILIM ALT YAPISI ............................................... 21 3.1. Yazılım Alt Yapısı .............................................................................................. 21 3.1.1. IIS sunucu yazılımı ................................................................................... 21 3.1.2. Net framework .......................................................................................... 23 3.1.3. ASP.NET................................................................................................... 26 viii Sayfa 3.1.4. Windows form uygulaması (C#) ............................................................... 27 3.1.5. Access veritabanı ...................................................................................... 28 3.1.6. VHDL dili ................................................................................................. 29 3.2. Donanım Alt yapısı ............................................................................................. 32 3.2.1. FPGA ........................................................................................................ 32 3.2.2. Motor sürücü kartları................................................................................. 37 3.2.3. Ölçme kartları............................................................................................ 40 3.2.4. Seri Haberleşme ........................................................................................ 45 4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR ..................................................................................... 47 4.1. Deneysel Sonuçlar ............................................................................................... 50 5. SONUÇ ....................................................................................................................... 57 KAYNAKLAR ............................................................................................................... 61 ÖZGEÇMİŞ .................................................................................................................... 64 ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 2. 1. Unipolar tek faz sürme tablosu .................................................................. 16 Çizelge 2. 2. Unipolar iki faz adım sürme tablosu .......................................................... 16 Çizelge 2. 3. Unipolar iki fazlı yarım adım sürme tablosu ............................................. 17 x ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. PID denetleyicisi ............................................................................................. 12 Şekil 2. 2. DA motorun PI hız kontrol devresi ............................................................... 13 Şekil 2.3. Step motorun çalışma prensibi........................................................................ 15 Şekil 2.4. RC Servo motorun kapalı döngü çalışması .................................................... 19 Şekil 2. 5. Servo motora uygulanan sinyale göre aldığı konum ..................................... 19 Şekil 3. 1. Sunucu-istemci mimarisi ............................................................................... 22 Şekil 3. 2. .Net framework mimarisi ............................................................................... 24 Şekil 3.3. VHDL tasarımının akış diyagramı ................................................................. 30 Şekil 3. 4. Fonksiyon bloklarının farklı modeller içerisinde kullanımı .......................... 31 Şekil 3.5. FPGA iç yapısı ................................................................................................ 33 Şekil 3.6. Altera De0 FPGA kiti giriş-çıkış birimleri ................................................... 37 Şekil 3.7. L298n entegresi bacak bağlantıları ................................................................ 39 Şekil 3.8. ULN2003 entegresinin bacak bağlantıları ...................................................... 40 Şekil 3.9. Seri haberleşme devresi bağlantısı ................................................................. 46 Şekil 4.1. Çalışmanın akış diyagramı ............................................................................. 48 Şekil 4.2. DA motor hız değişimi (a)grafik görüntüsü (b) osiloskop görüntüsü ............ 52 Şekil 4.3. Servo motor kontrol sinyali (a) grafik görüntüsü (b) osiloskop görüntüsü .... 54 xi RESİMLERİNLİSTESİ Resim Sayfa Resim 2.1. Doğru akım motorunun parçaları.................................................................. 9 Resim 2.2. Servo motor içyapısı ..................................................................................... 18 Resim 3.1. Altera De0 FPGA kiti ................................................................................... 36 Resim 3.2. DA motor sürücü devresi .............................................................................. 38 Resim 3.3. Step motor sürücü devresi ............................................................................ 40 Resim 3.4. Analog değer okuma kartı ............................................................................ 41 Resim 3.5. Akım okuma kartı ......................................................................................... 42 Resim 3.6. Step motor açı takip devresinin iç yapısı ...................................................... 43 Resim 3.7. Step motor açı takip devresi ......................................................................... 44 Resim 3.8. Servo motor konum pozisyon algılama devresi............................................ 45 Resim 4. 1. Elektrik makinaları laboratuvar düzeneği .................................................... 49 Resim 4.2. Laboratuvar giriş sayfası............................................................................... 50 Resim 4.3. Deney giriş sayfası ........................................................................................ 51 Resim 4.4. DA motor bilgi sayfası.................................................................................. 51 Resim 4.5. DA motor deney sayfası ............................................................................... 52 Resim 4.6. Servo motor bilgi sayfası .............................................................................. 53 Resim 4.7. Servo motor deney sayfası ............................................................................ 54 Resim 4.8. Step motor bilgi sayfası ................................................................................ 55 Resim 4.9. Step motor deney sayfası .............................................................................. 56 xii SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklamalar Wg Motor hızı Wr Rotor hızı e(t) Hata u(t) PI denetleyici çıkışı Kp Oransal etki kazancı Ki İntegral etki kazancı d/d Devir/dakika ms Milisaniye Kısaltmalar Açıklamalar AA Alternatif akım CLR Ortak dil özellikleri (Common language specification) DA Doğru akım DAQ Veri toplama (Data acquisition) DGM Darbe genişlik modülasyonu FCL Framework sınıf kütüphanesi (Framework class library) FPGA Alanda programlanabilir kapı dizileri (Field programmable gate array) HDL Donanım tanımlama dili (Hardware description language) IIS İnternet bilgi servisi (Internet information service) IP İnternet protokolü (Internet protocol) PIC Çevresel kontrol arabirimi (Peripheral interface controller) xiii Kısaltmalar Açıklamalar PID Oransal-integral-türev (Proportional integral derivative) PLC Programlanabilir mantık denetleyicisi (Programmable logic controller) VHDL Çok yüksek hızlı entegre devre donanım tanımlama dili (Very high speed integrated circuit hardware description language) XML Genişletilebilir işaretleme dili (Extensible markup language) 1 1. GİRİŞ Son çeyrek yüzyılda teknoloji alanında meydana gelen büyük gelişmeler, insanların yaşam şekillerini büyük ölçüde değiştirmiştir. Özellikle bilişim teknolojisinde yaşanan büyük gelişmeler sonucunda insanlar ev ve ofislerinden çıkmadan fatura ödeyebilir, alışveriş yapabilir, banka işlemlerini gerçekleştirebilir, sosyal aktivitelerde bulunabilir ve hatta üniversite bile bitirebilir hale gelmişlerdir. Durum böyle olunca insanlar için bilişim teknolojileri bir gereksinim haline dönüşmüştür. Bilişim teknolojisinin yaygın bir şekilde herkes tarafından kullanılması ve artan nüfus sonucunda öğretimde meydana gelen eksiklikler bilişim üzerinden öğretimin gerçekleştirilmesi çalışmalarını başlatmıştır. İlk başlarda bilişim teknolojisi ile tek taraflı verilen öğretim uzaktan öğretim merkezlerinin kurulması ile karşılıklı bir hal almıştır. Böylece bilişim teknolojisi üzerinden insanlar öğretim ihtiyaçlarını karşılayabilir hale gelmişlerdir. 1728 yılında posta ile başlayan uzaktan öğretim daha sonraları telgraf, radyo ve televizyon ile geliştirilerek devam etmiştir. Fakat bu yöntemlerde bilgi akışı bir yönde olmakta ve geri bildirim alınamamaktadır. Yaygınlaşan internet ağı ile uzaktan öğretim başka bir boyuta taşınmıştır. Artık bilgi akışı alıcı ile bilgi kaynağı arasında eş zamansız ya da eş zamanlı olarak karşılıklı bir şekilde yapılabilmektedir. Ayrıca yapılan görüntülü ve sesli konuşmalar ile bilgi verimi ve anında geri dönüş alımı bilginin doğru bir şekilde öğretildiğinin anlaşılmasını sağlamaktadır [1]. Ülkelerin gelişmesinde en büyük faktörlerden birisi de o ülkelerin üretim gücüne sahip olmasıdır. Üretimin sürekliliğinin ve kalitesinin sağlanması ise o alanda yetişmiş nitelikli insanların varlığı ile gerçekleşir. Ülkemizde üretim alanında çalışacak elemanların yetiştirilmesi mühendislik ve teknoloji fakülteleri ile sağlanmaktadır. Bu alandaki öğretimlerde teorik bilginin yanı sıra uygulama öğretimi de büyük önem taşımaktadır [2]. Fakat laboratuvar ve malzeme eksiklikleri, laboratuvar çalışmasını gerçekleştirecek eğitici eksikliği, çalışmalar sırasında meydana gelebilecek kaza korkuları gibi durumlardan dolayı laboratuvar çalışmaları çoğu zamanlar uygulanamamaktadır. Bu durum verilen öğretimde eksiklikler oluşturmaktadır. Aynı zamanda oluşturulan e-öğrenme ortamlarındaki uygulamalı derslerin laboratuvar sıkıntıları, artan e-öğrenme merkezleriyle beraber her geçen gün artmaktadır. 2 Gelişen bilişim teknolojisi ile uzaktan görüntülü ve sesli olarak yapılan öğretimin yanı sıra deney düzeneklerine ve laboratuvarlara bağlanarak uygulama öğretimini gerçekleştirmekte mümkün olmaktadır. Oluşturulan bu laboratuvarlar ve deney düzenekleri ile uygulama öğretimlerinde büyük sorunlar oluşturan eksiklikler ve kaza riskleri ortadan kaldırılmakta, öğrencilerin bilişim teknolojisi kullanma yetenekleri artırılmakta ve aynı zamanda yapılan çalışmalar saklanarak öğrencilerde bilgilerinin kalıcı olması sağlanmaktadır. Literatürde uzaktan laboratuvar ve deney düzeneği üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Bu çalışmaların bazıları oluşturulan simülasyonlar ile sanal olarak gerçekleştirilirken bazıları gerçek zamanlı olarak gerçekleştirilmektedir. Çolak ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada, seri ve paralel RLC devrelerinin internet üzerinden analizine olanak sağlayan, elektrik öğretimine yönelik bir öğretim aracı geliştirilmiştir. Bu amaçla, kullanıcıların karşılıklı etkileşim içerisinde bulunacağı internet sayfaları hazırlanmış ve devrelere ilişkin modellerin benzetimi MATLAB programında gerçekleştirilmiştir. Tasarımı gerçekleştirilen internet tabanlı benzetim modeli sayesinde, kullanıcılar internet üzerinden diledikleri bir elektrik devresinin benzetim modeline erişebilmekte, modelde bulunan parametreleri deneysel bir yaklaşım içerisinde değiştirerek, devrenin geçici ve kararlı durum tepkilerini, yine internet üzerinden grafiksel olarak analiz edebilmektedirler [3]. Yazidi ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada, Alternatif Akım (AA) makinalarının arıza tespiti ve durum izlemesi için LabVIEW programı kullanılarak web tabanlı sanal bir platform geliştirilmiştir. Bu sanal platformda kırılmış rotor çubuğu, sargı kısa devresi, rulman hasar ve statik/dinamik tuhaflıklar gibi AA elektrik makinalarında meydana gelen elektriksel ve mekaniksel arıza durumlarının izlenebilmesi ve tanınabilmesi için sisteme çeşitli teknikler eklenmiştir. Ayrıca platformda bir veritabanı oluşturulmuş ve yapılan bütün deneyler bu veritabanında saklanmıştır [4]. Pastor ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada, Java yazılımı kullanılarak servo motorun açısal pozisyon ve hız kontrolünün yapıldığı web tabanlı bir simülasyon laboratuvarı oluşturulmuştur. Kullanılan programın kolay ve görsel olmasının sanal laboratuvar oluşturulmada kolaylık sağladığı üzerinde durulmuştur [5]. 3 Bekiroğlu ve Bayrak yaptıkları çalışmada, senkron jeneratör deneyleri için bilgisayar ortamında sanal bir elektrik makinaları laboratuvar aracı geliştirmişlerdir. Geliştirilen bu araç ile senkron jeneratörlere ait boş çalışma, kısa devre, yüklü çalışma ve paralel bağlama deneyleri yapılmaktadır. Her deney için ayrı bir deney sayfası açılarak, deneyin yapılışı, bağlantı şeması, tablo ve grafikler gösterilmektedir. C#.NET platformu kullanılarak geliştirilen sanal laboratuvar aracı kullanıcı dostu olarak tasarlanmıştır. Benzetim çalışmaları için jeneratörün modeli ve pratik deneylerden yararlanılmıştır. Oluşturulan sanal laboratuvar aracı, konu ile ilgili öğretim alan öğrencilerin senkron jeneratörleri daha iyi kavramasına yardımcı olmakta, gerekli laboratuvar donanımlarının kurulmadığı birimlerde öğrencilere bilgisayar ortamında deneyleri yapma olanağı sağlamaktadır [6]. Veiga ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada, web tabanlı olarak indüksiyon motorun açık döngü hız ve mekanik yük varyasyonları referans alınarak kapalı döngü çalışma simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Kapalı döngü kontrollerde Proportional, Integral, Derivative (PID) kontrol yöntemi kullanılmış, deney sonuçları çizdirilen grafikler ile gösterilmiştir [7]. Tekin ve Ata tarafından yapılan çalışmada asenkron motorun PI denetleyici ile hız kontrolü için Matlab/Simulink ortamında benzetim modelleri hazırlanmıştır. Matlab Web Sunucu ortamı kullanılarak hazırlanan benzetim modellerine internet üzerinden erişim sağlanmıştır. Tasarlanan etkileşimli web sayfaları sayesinde, kullanıcılar benzetim modelindeki parametre değişikliklerini yapabilmekte ve bu değişim sonucunda sistemin tepkisini anında izleyebilmektedirler [8]. Elektrik makinaları ve güç sistemleri alanında eğitici amaçlı kullanılan sanal laboratuvarların yanı sıra, deneysel çalışmaları gerçekleştirebilmek için uzaktan erişimli gerçek laboratuvarlarda kurulmuştur. Hashemian ve Riddley tarafından yapılan çalışmada, uzak masaüstü bağlantısı kullanılarak uzaktan erişimli deney düzeneği kurulmuştur. Deney sırasında geri dönüşüm bilgileri veri okuma kartı tarafından okunarak bilgisayara gönderilmektedir. LabVIEW GUI programı ile alınan geri dönüşüm bilgileri bilgisayar ekranında gösterilmekte ve web kamerası ile sistemin gerçek zamanlı görüntüsü izlenmektedir [9]. 4 Ağ üzerinden deney düzeneklerine bağlanılarak uzaktan deneyler gerçekleştirildiği gibi web sayfası üzerinden de deneyler gerçekleştirilmeye başlanmıştır. Bu da sistemin birçok kullanıcıya ulaşmasını sağlamıştır. Chandra ve Vnugopal yaptıkları çalışmada, doğru akım (DA) motorunun sanal ve gerçek olarak deneylerinin yapıldığı, LabVIEW programından yararlanarak web arayüzlerinin düzenlendiği, internet tabanlı bir laboratuvar hazırlanmasında yeni tasarım teknikleri oluşturmuşlardır. Kullanılan veri toplama kartı ile gerçek zamanlı deneylerin gerekli kontrolleri sağlanmıştır. Ayrıca yapılan sanal ve gerçek zamanlı deneyler karşılaştırılarak yapılan deneylerin güvenilirliği test edilmiştir [10]. Dumanay ve arkadaşlarının yaptıkları çalışmada, internet üzerinden uzaktan erişimli bir DA motoru deney düzeneği geliştirilmiştir. Yazılım ortamı olarak LabVIEW programı ve içindeki PID aracı kullanılmıştır. Deney düzeneği laboratuvar ortamında bir sunucu bilgisayara bağlanmıştır. Kullanıcılar internet bağlantısı olan herhangi bir bilgisayardan deney düzeneğine bağlanabilmekte ve gerçek zamanlı olarak deneyleri gerçekleştirebilmektedir. Kullanıcılar motorun referans hız değerini ve PID katsayılarını değiştirerek hızın değişimini görebilmekte ve hız değişimin verilerini kendi bilgisayarına kaydedebilmektedirler [11]. Choudhary ve arkadaşlarının yaptıkları çalışmada, LabVIEWTM10 programı kullanılarak elektrik makinaları için uzaktan erişimli gerçek bir DA motor laboratuvarı kurulmuştur. Oluşturulan sunucu bilgisayar ve veri okuma kartı ile sistemin kontrolü sağlanmaktadır. Ward-Leonard yöntemi kullanılarak DA motorun hız kontrolü gerçekleştirilmiştir. Ayrıca hazırlanan çeşitli arayüzler ile deneyin anlaşılırlığı ve kullanışlılığı artırılmıştır [12]. DA motoru üzerine yapılan başka bir çalışma ise Demirbaş tarafından sunulmuştur. Demirbaş’ın yaptığı çalışmada, DA motorunun kapalı döngü hız kontrolü PI kontrol yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneyde internet üzerinden motorun referans hız değerleri ve PI katsayıları değiştirilerek motor tepkisi ölçülmüştür. Kullanıcılar ölçülen değerleri bilgisayar ekranında görebildiği gibi, deney düzeneğine bağlı bir kamera yardımıyla osiloskop ekranında da görebilmektedirler [13]. 5 Brindha ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada, Quanter servo motorun gerçek zamanlı olarak deneyi yapılmıştır. DA motor, dişli takımı, potansiyometre ve enkoder kullanılarak oluşturulan Quanter servo motor düzeneğinin pozisyon ve hız kontrolü, frekans tepkisi metodu ve bumptest metodu kullanılarak yapılmıştır. Deney sonuçları oluşturulan deney arayüzünde anlık olarak izlenmiştir [14]. Koike tarafından yapılan çalışmada, mantık dersinde kullanılmak üzere Field Programmable Gate Array (FPGA) tabanlı siber laboratuvar oluşturulmuştur. Çalışma sonucunda siber laboratuvarın gerçek laboratuvar ve uzak laboratuvara göre daha kullanışlı ve verimli olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca her FPGA kiti için bir sunucu bilgisayar kullanılarak deneyi gerçekleştiren kişi sayısı artırılmıştır [15]. Aydoğmuş ve arkadaşı tarafından yapılan çalışmada programlanabilir lojik kontrolör (PLC) kullanılarak bir asenkron motora web tabanlı uzaktan erişim sağlayan laboratuvar hazırlanmıştır. Bu sistemle kullanıcılar ASP.NET ile hazırlanan web sayfaları üzerinden 3 fazlı asenkron motorun PID kontrollü hız deneyi gerçekleştirebilmektedirler. Deney esnasındaki ölçülen hız, gerilim, akım ve frekans bilgileri grafikler ile gösterilmektedir [16]. Irmak ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada, web tabanlı olarak step motorun ileri, geri, tam adım, yarım adım ve hız kontrol deneylerinin yapıldığı bir gerçek laboratuvar hazırlanmıştır. Çalışmada sunucu istemci mimarisi kullanılmış ve ASP.NET programı kullanılarak web sayfaları hazırlanmıştır. Kontrol elemanı olarak PIC16F877 ve DAQ kart kullanılmıştır [17]. Apse-Apsitis ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada, elektrik mühendislerinin ve teknikerlerinin elektrik makinaları dersi için kullanacakları uzaktan öğretim platformu geliştirilmiştir. Kullanıcılar, Atmega 328 mikrodenetleyicisi üzerinden servo motorun pozisyon kontrolünü, DA motorun akım, gerilim ve hız kontrolünü ve step motorun açı kontrolünü gerçekleştirebilmektedirler [18]. Vicente ve arkadaşları ise farklı marka PLC’leri öğretmek için uzaktan erişimli otomasyon laboratuvarı tasarlamışlardır. Kullanıcılar farklı marka PLC’lerin çalışmasını, sensörlerden bilgi okumasını ve endüstriyel haberleşme ağlarındaki davranışlarını 6 gözleyebilmektedirler. Moodle-sunucu mimarisi kullanılan çalışmada web sayfaları PHP programı tarafından oluşturulmuştur. Oluşturulan bağımlı bilgisayarlara 4 PLC düzeneği bağlanmıştır. Bu mimari sayesinde deney düzeneklerinin sayısı kolay bir şekilde artırılabilmiştir [19]. Brekken ve Mohan tarafından yapılan çalışmada öğrencilerin laboratuvar ortamında güç elektroniği dönüştürücülerini kolayca uygulayabilecekleri bir set geliştirilmiştir. Bu set ile öğrenciler, DA-DA, DA-AA ve DA-3 faz AA dönüşümlerini gerçekleştirebilmektedirler. Kontrol elemanı olarak FPGA kiti kullanılmıştır. Ayrıca sisteme DA ve 3 faz AA motorlar bağlanarak motorların tork ve hız kontrolü yapılabilmektedir [20]. Aktoğan ve Okumuş tarafından yapılan çalışmada uzaktan öğretimin önemi üzerine durulmuştur. Ayrıca çalışmada Matlab ve LabVIEW gibi programlar kullanılmayarak düşük maliyetli deney düzeneklerinin kurulmasını sağlama yöntemleri gösterilmiştir. Küçük bir uygulama ile bu deney düzeneğinin nasıl geliştirildiği açıklanmıştır. Sistemde DA motorun hız kontrolü yapılmakta ve akım, gerilim ve hız bilgileri sürekli okunmaktadır [21]. Mühendislik ve teknoloji fakülteleri alanında önemli bir yere sahip olan uygulama derslerinin çeşitli nedenlerden dolayı gerçekleştirilmemesi bu alanda yetişen öğrencilerin uygulama konusunda yetersiz kalmasına neden olmaktadır. Uygulama konusunda yetersiz kalan öğrenciler iş hayatına girdiklerinde karşılaştıkları uygulama sorunlarında yetersiz kalmaktadırlar. Bu sorunu ortadan kaldırmak için yetersiz yapılan veya yapılamayan uygulama eğitimlerinin yerini alması için uzaktan laboratuvar çalışmaları yapılmaya başlanmıştır. Böylece kullanıcılar laboratuvara girmeden internet üzerinden gerekli olan uygulama eğitimlerini karşılayabilir hale gelmektedirler. Günümüzde birçok alanda kullanılan ve elektrik-elektronik mühendisliğinde önemli bir yere sahip olan elektrik makinaları dersinin önemli konularından olan DA motoru, step motor ve servo motorun deneyleri bu çalışmada gerçekleştirilmektedir. Çalışmada kullanılan motorlardan DA motorun hızı PI kontrol algoritması kullanılarak kontrol edilmektedir. Gerçekleşen kontrol esnasında akım, gerilim ve hız bilgileri izlenebilmektedir. Çalışmada ikinci olarak genellikle pozisyon kontrolünün önemli olduğu robotik çalışmalarda kullanılan RC servo motorun pozisyon kontrolü sağlanmıştır. Üçüncü 7 ve son örnek deneysel çalışma olarak ise devir sayısının ve açının önemli olduğu hassas kontrol işlerinde kullanılan step motorun yön ve açı kontrolü gerçekleştirilmiştir. Literatürde sunulan benzer uzaktan laboratuvar çalışmalarında bir deney setinin bulunması veya tek deneyin çalışmasına izin verilmesi, deney setlerine bağlanan kullanıcıların deney setinin dolu olması halinde beklemesine neden olmaktadır. Bu çalışmada ise kullanıcılar boşta bulunan deney setlerinden birine bağlanarak diğer kullanıcılar ile eş zamanlı deneyler gerçekleştirebilmektedir. Eş zamanlı çalışmanın gerçekleştirilmesi için paralel işlem yapabilme özelliği bulunan FPGA’den faydalanılmıştır. Böylece bir sunucu ve bir kontrol elemanı üzerinden eş zamanlı olarak 3 motor çalışabilmektedir. Bu sayede başka bir sunucu ve kontrol elamanına ihtiyaç duyulmadan deney düzeneklerinin istenildiğinde arttırılması mümkün olmuştur. 8 9 2. ELEKTRİK MOTORLARI Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren cihazlara elektrik motoru denir. Genel olarak dairesel hareket oluşturacak şekilde üretilirler. Fakat ihtiyaca göre dikey ve yatay olarak çalışabilen lineer motorlarda üretilebilmektedir. Elektrik motorları stator ve rotor olmak üzere iki ana kısımdan oluşmaktadır. Stator genelde sabit iken, rotor ise hareketli kısımdır. Elektrik motorları farklı stator, rotor yapıları, dişli düzenekleri ve kontrol sistemleri ile günlük hayatta birçok alanda kullanılmaktadır. 2.1. DA Motorları Doğru akım elektrik enerjisini, mekanik enerjiye çeviren elektrik makinesine doğru akım motoru denir. DA motorları “bir iletkenden geçen doğru akım, iletken üzerinde sabit bir manyetik alan oluşturur” prensibine göre çalışmaktadırlar. Oluşan sabit manyetik alan sonucunda N ve S kutupları meydana gelmektedir. Bu motorlar, endüktörde oluşturulan sabit manyetik alanın endüvide oluşturulan sabit manyetik alanı itmesi ve çekmesi prensibine göre çalışırlar. Ayrıca, “sabit bir manyetik alan içerisindeki iletken hareket ettirilirse iletken üzerinde gerilim endüklenir” prensibi ile DA motorun mili döndürüldüğünde generatör gibi davranarak bir DA gerilimi üretir. Böylece DA motorları aynı zamanda DA generatörü olarak ta kullanılabilmektedir [22]. Resim 2.1. Doğru akım motorun parçaları Resim 2.1’de görüldüğü gibi DA motorları genel olarak Endüktör, Endüvi, Kollektör, Fırçalar, Yataklar ve Kapaklardan oluşmaktadır. 10 2.1.1. DA motorun genel parçaları Endüktör Endüktör motorun dış kısmında bulunan duran kısımdır. DA motorları, endüktörün yapısına bağlı olarak elektromıknatıslı ve sabit mıknatıslı olmak üzere iki şekilde imal edilir. Bu ikisi arasında endüktör haricinde yapı bakımından farklı bir özellik yoktur. Sabit mıknatıslı Klasik Döner bobinli Alan sargılı (Elektromıknatıslı) Seri Şönt Kompunt DA motorlarında genel olarak elektromıknatıslı kutuplar kullanılmaktadır. Fakat küçük motorlarda daha çok sabit mıknatıs tercih edilmektedir. Endüktördeki kutup sayısı makinenin devir sayısına ve gücüne göre değişim gösterir. Makinenin büyüklüğüne, çapına ve devir sayısına göre DA makineleri; 2, 4, 6, 8 ya da çok kutuplu olabilir. Endüvi DA motorlarının dönen kısmına endüvi denir. Endüvi, bobinlerden meydana gelir ve gerilimin indüklendiği kısımdır. Böylece endüktörün oluşturduğu manyetik alan, endüvide bir tork meydana getirir. İstenen mekanik enerji yani dönme hareketi bu şekilde sağlanmış olur. Kollektör ve fırçalar Kollektör, endüvinin uç kısmında bulunan bir parçadır. Bakır dilimlerin endüvi mili etrafında bir araya getirilmesiyle oluşur ve endüvideki bobinler bu alana bağlanır. Böylece motora uygulanan gerilim kollektör yardımı ile endüvideki bobinlere ulaşmaktadır. Bu da endüvide oluşan torkun devamlılığını sağlamaktadır. 11 Fırçalar, motora uygulanan gerilimin alındığı ilk yerdir. Alınan gerilimi kollektöre iletir ve bobinlerdeki sabit manyetik alanı oluşturur. Yataklar ve kapaklar Yataklar, motorun az bir kayıp ile bir eksen etrafında rahat dönmesini sağlayan kısımdır. DA motorlarında bilezikli ve rulmanlı yataklar kullanılır. Kapaklar ise motorun dış yüzeyindeki parçalardır. Motorun üzerindeki malzemelerin taşıma ve koruma işlemini gerçekleştirirler. DA motorları, AA motorları ile kıyaslandığında kontrolleri daha kolay ve performansları daha yüksektir. Ayrıca boyut, şekil ve güç bakımından çok çeşitli olmaları da DA motorların uygulamalarda daha sık kullanılmasını sağlamaktadır. Ancak DA motorlarının, içyapısında bulunan kollektör ve fırçalardan kaynaklanan mekanik arızalara oldukça sık rastlanmaktadır. Bu yüzden düzenli olarak bakımlarının yapılmasına gerek duyulmaktadır. 2.1.2. DA motorun hız ve yön kontrolü DA motorlarının hızları ve dönüş yönleri kolay bir şekilde kontrol edilebilmektedir. Endüviden geçen akımın yönü değiştirilerek motorun dönüş yönü değiştirilmekte, motora uygulanan gerilim ile doğru orantılı olarak ta motorun hızı değiştirilmektedir. Fakat DA motorlarının hızı, motora yüklenen güç ile ters orantılı olarak ta değişim göstermektedir. Durum böyle olunca DA motorun hız kontrolü büyük önem taşımaktadır. Bu yüzden DA motorunun hız kontrolü için birçok yöntem ve algoritma kullanılmaktadır. DA motorlarının uygulamalarda sık kullanılması, elektrik makinaları içerisinde DA motorlarını önemli bir konuma getirmektedir. Hazırlanan elektrik makinaları deney setinde DA motorunun hız kontrolü PI algoritması ile yapılmıştır. 2.1.3. DA motorun PI hız kontrolü İlk başlarda elle kontrol edilen sistemler gelişen teknoloji sonucunda otomatik olarak kontrol edilmeye başlanmıştır. Günümüzde kullanılan birçok kontrol sistemi ile pek çok alanda otomatik kontrol sağlanmaktadır. Bu kontrol sistemleri açık çevrim oldukları gibi kapalı çevrim olarak ta çalışabilmektedirler. Kapalı çevrim kontrol sistemlerinde alınan 12 geri bildirime göre sistemin hızlı bir şekilde tepki vermesi istenmektedir. Bu yüzden bu tepki süresini hızlandırmak için çeşitli kontrol yöntemleri kullanılmaktadır. PID geri beslemeli kontrol sistemlerinde yaygın kullanılan yöntemlerden biridir. Genellikle endüstriyel alandaki kontrol sistemlerinde geribildirim mekanizması olarak kullanılmaktadırlar. Şekil 2.1’de akış diyagramı gösterilen PID denetleyiciler, çıkış değeri ile referans değeri karşılaştırarak bir hata değeri hesaplarlar ve bu hatayı en aza indirecek çıkış değerini ayarlarlar [11]. e(t) u(t) PID Denetleyici Şekil 2.1. PID denetleyicisi [11] “Eş 2.1” gösterilen PID algoritması oransal (P), integral (I) ve türev (D) olmak üzere üç ayrı parametreyi içermektedir. Bu parametrelerden P mevcut hatayı I geçmiş hataların toplamını ve D gelecekteki hataların bir tahminini içermektedir [13]. 𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡) + 𝐾𝑖 ∫ 𝑒(𝑡) + 𝐾𝑑 𝑑𝑒(𝑡) (2.1) 𝑑𝑡 Bazı uygulamalarda, sistem kontrolünü daha uygun bir hale getirmek için bu parametrelerden sadece bir veya ikisini kullanmak gerekebilir. Bu durumda kullanılmak istenmeyen parametreye sıfır değeri verilmektedir. Böylece PID, denetimi PI, PD, P veya I denetimlerine dönüşmektedir. Türevsel eylemin daha çok ölçüm gürültülerine etki etmesinden dolayı PI kontrol, oldukça yaygındır. Bu yüzden gerçekleştirilen DA motorun hız kontrol çalışmasında PI kontrol tercih edilmiştir. DA motorunda yapılan hız kontrolünün amacı motorun hızını (Wg) istenen değerde sabitlemektir. Bu yüzden motorun hızının sürekli olarak okunması gerekmektedir. DA motorunun miline bağlanan takogeneratör yardımı ile motorun hızı okunmaktadır. Okunan motor hızı, referans hız (Wr) ile karşılaştırılarak bir hata sinyali üretilmektedir. Hata sinyali PI denetleyici yardımı ile Darbe Genişlik Modülasyonu (DGM) sinyaline dönüştürülmektedir. Üretilen DGM sinyali anahtarlama elemanlarını belli sürelerde 13 iletimde tutarak motorun endüvi uçlarına 0 ile +VDA gerilim yollamaktadır. Böylece motorun hızı istenen oranda ayarlanmaktadır [13]. We Wr + - PI Denetleyici PWM Sürücü Devre Motor Tako Generatör Wg Şekil 2. 2. DA motorun PI hız kontrol devresi Şekil 2.2’de görüldüğü gibi DA motorun PI kontrol devre şeması kurulmuştur. Çalışmada kullanılan PI denetleyicinin görevi verilen referans hız ile motordan alınan gerçek hız arasındaki hatayı en aza indirmektir. Referans hız ve gerçek hızın karşılaştırılması sonucu oluşan hata sinyali PI denetleyiciye girildiğinde oransal kazanç (Kp) ve hata sinyalinin integrali alınarak integral etki kazancı (Ki) ile çarpılmaktadır. Böylece PI denetleyici çıkışı “Eş 2.2”’deki gibi ifade edilir [13]. 𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡) + 𝐾𝑖 ∫ 𝑒(𝑡) (2.2) Burada; u(t): PI denetleyici çıkışı Kp: Oransal etki kazancı e(t): Hata Ki: İntegral etki kazancı olarak verilmiştir. Kullanılan PI kontrolün; kalıcı durum hatasına neden olmaması, kolay uygulanabilirliği ve katsayıları doğru seçildiğinde hızlı tepki vermesinden dolayı sistemlerde tercih edilmektedir. 2.2. Step (Adım) Motor Dönme işlemini adımlar hâlinde gerçekleştiren motorlara step (adım) motorlar denir. Bu adımlar, motorun sargılarına uygun sinyaller gönderilerek kontrol edilir. Adım açısı, motorun yapısına bağlı olarak 90°; 45°; 18°; 7,5°; 1,8° veya daha değişik açılarda olabilir. 14 Motorun hızı motora uygulanan sinyallerin frekansı değiştirilerek değişmektedir. Motor çok yavaş bir şekilde döndürüleceği gibi 4000 d/d hız ile de dönebilmektedir. Sinyallerin sırası değiştirilerek ise motor dönüş yönü değiştirilmektedir. Step motorların sargılarına sıralı olarak uygulanan sinyaller ile döndürülmesi ve sinyallerin frekansı ile hız kontrolünün yapılması step motorların doğrudan çalıştırılmadığını göstermektedir. Bu yüzden step motorların kontrolü mikrodenetleyici veya bilgisayar ile sağlanmaktadır. Ayrıca verilen sinyale göre hareket etmesinden dolayı step motorların hızı, dönüş yönü ve konumu her zaman bilinmektedir. Bu yüzden step motorlar çok hassas konum kontrolü istenen yerlerde kullanılır [23]. Step motorlar bir turda gerçekleştirdiği adım sayısı ile anılırlar. 200 adımlık bir step motor bir tur gerçekleştirmesi için 200 adım atması gerekmektedir. Bir turdaki adım sayısı bilinen motorun bir adımında gerçekleştirdiği açı değeri “Eş 2.3” teki gibi bulunur. 360 Bir adımın açı değeri = 200 = 1,8 (2.3) Bulunan değer, step motorun hassasiyetinin bir göstergesidir. Bir devirdeki adım sayısı yükseldikçe step motor hassasiyeti ve dolayısı ile maliyeti artar. Step motorlar, yarım adım modunda çalıştıklarında hassasiyetleri daha da artar [17]. Bir turda 200 adım atan bir motor 400 adım atmaya başlar. Fakat bu durum tork kayıplarına neden olur. Böylece torkun önemli olduğu yerlerde uygulanmaz. Step motorların avantajları: Açık döngülü olarak kontrol edildiklerinden geri beslemeye ihtiyaç duymazlar. Pals şeklinde sargılara sinyal gönderildiğinden motorun hareketlerinde konum hatası yoktur. Bilgisayar veya mikrodenetleyici gibi elemanlarla kontrol edilebilirler. Mekanik yapısı basit olduğundan bakım gerektirmezler. Herhangi bir hasara yol açmadan defalarca çalıştırılabilirler. Step motorların dezavantajları Adım açıları sabit olduğundan hareketleri sürekli değil darbelidir. 15 Sürtünme kaynaklı yükler, açık döngülü kontrolde konum hatası meydana getirirler. Elde edilebilecek güç ve moment sınırlıdır. 2.2.1. Step motorun çalışma prensibi Step motorun statorunda bulunan bobinlere sıra ile elektrik akımı verilerek step motor döndürülmektedir. Şekil2.3'te görüldüğü gibi birinci anahtar kapatıldığında motorun rotoru, enerjisi olan sargının karşısına gelip bekleyecektir. Birinci anahtar açılıp ikinci anahtar kapatıldığında rotor ikinci sargının karşına gelip duracaktır. Bu şekilde anahtarlar açılıp kapandığında motor saat yönünde dönme işlemin gerçekleştirmektedir. Anahtarların kapanma sırası değiştirildiğinde motor ters yönde dönecektir. Anahtarların açma kapama süresini değiştirerek motorun hızı değiştirilmiş olur. Bir anahtar kapalı tutulduğunda rotor orada kilitlenip kalır. Bu yüzden step motor yüksek devirlerde bile dönerken istenen konumda kolay bir şekilde durdurulabilir [24]. Anahtar 5 Anahtar 4 Anahtar 3 3 Anahtar 2 2 4 Anahtar 1 Besleme 1 5 Şekil 2.3. Step motorun çalışma prensibi 2.2.2. Step motorların uyartım yöntemleri Tek-faz uyartımı Çizelge 2.1'de görüldüğü gibi tek-faz uyartımda motor sargılarının sadece bir tanesi uyartılmaktadır. Bu uyartım metodunda rotor, her bir uyartım sinyali için tam adımlık bir hareket yapmaktadır. Uyartım dönüş yönüne göre, rotor dönmektedir [24]. 16 Çizelge 2. 1. Unipolar tek faz sürme tablosu [24] Unipolar Tek Faz Sürme Tablosu Adım A1 B1 A2 B2 1 1 0 0 0 2 0 1 0 0 3 0 0 1 0 4 0 0 0 1 İki-faz uyartım Çizelge 2.2’de görüldüğü gibi iki faz uyartımda motor sargılarının ikisi sıra ile aynı anda uyartılmaktadır. İki faz uyartımlıda rotorun geçici durum tepkisi tek-faz uyartımlıya göre daha hızlıdır. Fakat aynı anda iki bobinde enerji olduğundan dolayı kaynaktan çekilen güç iki katına çıkmaktadır [24]. Çizelge 2. 2. Unipolar iki faz adım sürme tablosu [24] Unipolar İki Fazlı Tam Adım Sürme Tablosu Adım A1 B1 A2 B2 1 1 0 0 1 2 1 1 0 0 3 0 1 1 0 4 0 0 1 1 Karma uyartım(yarım adım sürme) Çizelge 2.3’te görüldüğü gibi tek-faz uyartımı ile iki-faz uyartımın sıra ile uygulanması yöntemine karma uyartım veya yarım adım sürme denilmektedir. Burada rotor, her bir uyartım sinyali için yarım adımlık bir hareket yapmaktadır. Bu uyartım metodunda, adım açısı yarıya düştüğünden adım sayısı iki katına çıkmaktadır [24]. 17 Çizelge 2. 3. Unipolar iki fazlı yarım adım sürme tablosu [24] Unipolar İki Fazlı Yarım Adım Sürme Tablosu Adım A1 B1 A2 B2 1 1 0 0 0 2 1 1 0 0 3 0 1 0 0 4 0 1 1 0 5 0 0 1 0 6 0 0 1 1 7 0 0 0 1 8 1 0 0 1 2.3. Servo Motor Servo motorlar, elektrik motorlarının çıkış hareketlerinin geri bildirim sistemleri kullanılarak kontrol edilmesi için tasarlanmış halidir. Genellikle motorların hız ve pozisyon kontrolünün gerektiği uygulamalarda, hız ve pozisyon bilgisi geri besleme ile alınarak motorun davranışı belirlenir. Pozisyon-hız kontrolü yapan ve içerisinde step motor kullanılmayan kapalı devre sistemlere de servo sistem denilmektedir [25]. Genellikle güç sağlayan motorlar belirli bir hızda dönmeye göre tasarlanırken servo motorlar çok geniş bir hız komutunu yerine getirecek şekilde tasarlanır. Ayrıca servo motorlar sadece pozisyon veya hız komutlarını yerine getirecek şekilde oluşturulduğu gibi hız ve pozisyonun birleşimi komutları yerine getirecek şekilde de oluşturulabilirler. Servo motor şu karakteristiklere sahip olmalıdır: Kararlı olarak geniş hız aralıklarında çalışabilmelidir. Hızlı ve düzgün bir şekilde devir sayısı istenilen oranda değiştirilebilmelidir. Küçük boyuttan büyük moment elde edilebilmelidir. Servo motorların AA ve DA’da çalışan modelleri vardır. Servo motorların AA ile çalışan modelleri fırçasız, DA ile çalışan modelleri ise fırçalıdır. Bu motorların kontrolünde mikrodenetleyiciler ile oluşturulmuş kontrol devreleri bulunmaktadır. Servo motorların genel olarak şu özelliklere sahiptirler: Yüksek döndürme momentlerine sahiptirler. Kısa süreli olarak döndürme momentlerinin iki katına kadar yüklenebilirler. 18 1-10000 d/d arasındaki devir sayılarına kolayca ayarlanabildiği gibi 1 d/d hız bölgelerinin altında bile kararlı çalışabilirler. Sürekli olarak yapılan dur-kalk hareketlerinde ısınma meydana gelmeden uzun süre çalışabilirler. Küçük atalet (kalkış) momentlerine sahip olmalarından dolayı komutlara hızlı tepki verirler. Rolantide çalışırken yükü belirli bir pozisyonda tutmaya yeterli torku üretebilir [26]. 2.3.1. RC servo motor RC Servo motorlar, gönderilen sinyaller ile açısal konum kontrolü yapılan motorlardır. Hassas konum kontrolü yapılması, yüksek torka sahip olması, kolay bir şekilde kontrol edilmesi, küçük gerilim değerinde çalışması ve ekonomik oluşundan dolayı birçok uygulamada tercih edilmektedir. Resim 2.2. Servo motor içyapısı Resim2.2’de görülen RC servo motor, DA elektrik motoru, planetar dişli sistemi, geri besleme potansiyometresi ve elektronik pozisyon kumanda devresi olmak üzere dört kısımdan oluşmaktadır. Düzenek içerisindeki DA motoru çift mıknatıslı bir statora ve sargılı bir rotora sahiptir. Motorun mili dişli sistemine bağlanarak yüksek bir tork değerine ulaşılır. Dişli sisteminin çıkışında bulunan potansiyometre, ile milin konumu belirlenmektedir. Milin konumuna göre üretilen sinyal kontrol devresine yollanır. Şekil 2.4’te görüldüğü gibi kontrol devresi milden gelen sinyal ile giriş sinyalini karşılaştırır ve böylece istenen 19 konuma gelip gelmediğini kontrol eder. İstenen konumda değil ise istenen konuma gelinceye kadar mili hareket ettirir. Mil istenen konuma geldikten sonra sinyal devam ediyorsa mili o konumda sabit tutar. İstenen Pozisyon Darbe Kodu Dekoder +_ Kompensatör Motor Şanzıman Potansiyometre Şekil 2.4. RC Servo motorun kapalı döngü çalışması RC Servo motorların kontrolü 3 girişten sağlanmaktadır. Bu girişlerden birisi +4.8V/+6 V arası besleme, biri şase biri ise pozisyonun belirlendiği kontrol ucudur. Bu kontrol ucuna gönderilen DGM sinyali ile motorun konumu belirlenmektedir. Şekil 2.5'te görüldüğü gibi motorun kontrol ucuna her 20 ms’de 1 ile 2 ms arasında dalga genişliği değişen bir sinyal gönderilir. 1 ms tam sol, 2 ms tam sağ pozisyonu ifade eder [27]. 1 ms 0 Derece 20 ms 1.5 ms 20 ms 90 Derece 2 ms 180 Derece 20 ms Şekil 2. 5. Servo motora uygulanan sinyale göre aldığı konum Servo içindeki kumanda devresi kontrol ucundan gelen DGM sinyali ile potansiyometreden gelen konum bilgisini karşılaştırır ve kendi darbe osilatörünün darbe genişliği gelen darbelerle eşitlenene kadar motoru hareket ettirir. Eşitlendiği konumda motoru sabit pozisyonda tutar. 20 21 3. SİSTEMİN DONANIM VE YAZILIM ALT YAPISI Oluşturulan web tabanlı elektrik makinaları laboratuvarı için birçok yazılım ve donanım elemanından faydalanılmıştır. Sunucu bilgisayarın oluşturulması, web sayfalarının tasarlanması, veri alış-verişinin sağlanması ve verilerin saklanması yazılımlar tarafından gerçekleştirilmiştir. Deneylerin yapılmasında kullanılan ölçüm ve motor sürücü kartları ise sistemde kullanılan donanımları oluşturmuştur. Bu bölümde, çalışmada kullanılan yazılım ve donanım birimleri hakkında temel bilgiler verilmektedir. 3.1. Yazılım Alt Yapısı İnternet tabanlı olarak çalışmaların gerçekleştirilmesi için ilk olarak bir sunucu yazılımına ihtiyaç duyulmuştur. Internet Information Service (IIS) 7 yazılımı kullanılarak gerekli olan sunucu oluşturulmuştur. Deneylerin yapılması için gerekli olan web sayfaları ASP.NET programı tarafından tasarlanırken, yapılan deneylerin sonuçları Access veritabanı programı kullanılarak saklanmaktadır. Ayrıca oluşturulan windows form uygulaması ile sunucu bilgisayar ile FPGA arasında veri alış-verişi sağlanmaktadır. 3.1.1. IIS sunucu yazılımı İnternet ağı üzerinde sunucu ve istemci özelliğine sahip birçok bilgisayar bulunmaktadır. Ağ üzerindeki sunucu bilgisayarlar bir programı veya bir bilgiyi farklı kullanıcılara veya sistemlere paylaştırmakla görevliyken, istemci bilgisayarlar ise sunucu bilgisayarlardaki bilgilere ulaşmakta kullanılmaktadır (Şekil3.1). Bu kullanılan yapıya Sunucu-İstemci Mimarisi denilmektedir. 22 istek yanıt Şekil 3. 1. Sunucu-istemci mimarisi İstemci bilgisayarların web tarayıcı programı ve ağa bağlı olması yeterliyken sunucu bilgisayarların ağa bağlı olmasının yanında sunucu programının da yüklü olması gerekmektedir. Ayrıca görüntülenecek olan web sayfalarının içerikleri de sunucu bilgisayarlarda bulunmalıdır. Sunucu-istemci mimarisinde istemci bilgisayar web tarayıcı programı aracılığıyla, sunucu bilgisayardan bir istekte bulunur. İstek doğrultusunda sunucu programı tarafından istenen bilgiler toplanır ve bir web sitesi şekline getirilerek web tarayıcısına geri yollanır. Böylelikle istemci bilgisayar ekranında web sitesi görüntülenir. İnternet ağı üzerindeki sunucu ve istemci bilgisayar arasındaki farklar şu şekilde ifade edebilir[28]. Sunucu pasif iken istemci aktiftir. Sunucu istekleri bekler, istemci ise istekleri gönderir. Sunucu istek geldiğinde bilgiyi sunar, istemci ise cevap dönene kadar bekler. Yapılan çalışmada sunucu-istemci mimarisinden faydalanılmıştır. Böylece kullanıcılar ek bir programa ihtiyaç duymadan deney düzeneklerine ulaşabilecekler ve deneyleri gerçekleştirebileceklerdir. Bu da oluşturulan laboratuvarın kullanışlılığını arttırmaktadır. Sunucu tarafında ise, web tabanlı olarak laboratuvar uygulamalarının gerçekleştirilmesi için deney setlerinin bağlandığı ve web sayfalarının bulunduğu bir sunucu bilgisayara ihtiyaç duyulmaktadır. Sunucu bilgisayarın oluşturulmasında ilk olarak sunucu yazılımına 23 ihtiyaç vardır. Asp ve aspx desteğine sahip olması, Windows ile uyumlu çalışmasından dolayı bu çalışmada IIS 7.0 sunucu programı kullanılmıştır. Ayrıca IIS 7.0 web sitelerinin ve uygulamaların güvenli biçimde barındırmakta, yönetimi kolay, modüler ve genişletilebilir bir platform sunmaktadır. Sunucu bilgisayar üzerinde kapladığı alan oldukça azdır. Otomatik uygulama yalıtımı sayesinde, web güvenliği maksimuma çıkarılmaktadır. ASP.NET, PHP, Umbraco, WordPress ve Drupal gibi dünyanın en popüler web uygulamaları için güçlü ve esnek bir Web sunucusu sağlamaktadır. Aynı sunucu üzerinde hem ASP.NET hem de PHP web uygulamalarını kolayca çalıştırabilmektedir. ASP.NET’i barındırma, talep işleme kanalı, yapılandırma sistemi ve yönetim konsolu içerisindeki doğrudan entegrasyonuyla daha da basit ve güçlü olarak desteklemektedir. Sadece ihtiyaç duyulanı kullanma imkânı sağlar. Yerleşik dinamik önbellek ve geliştirilmiş sıkıştırma sayesinde Web sitenin hızını arttırır. 3.1.2. Net framework Windows tarafından geliştirilen .Net platformunun en önemli elemanı .Net Framework’tür. .Net Framework uygulamaların çalıştırılması, derlenmesi ve dağıtılması gibi işlemlerin bir çatı altında yapılması için geliştirilmiş alt yapı sistemidir. Framework’ün .Net platformunu tamamlayan bir yanının olmasıyla beraber, içerdiği kütüphaneler ile bir programlama modelini de ortaya koymaktadır. Böylece bir uygulama programından bir web tabanlı uygulama oluşturmaya kadar birçok yazılım bu Framework platformu içinde desteklenmektedir. Oluşturulan bu platform ile uygulamaların kendi aralarında veya dünyadaki her hangi bir uygulama ile kolayca iletişimi sağlayan web servislerinin oluşturulmasına imkân verilmektedir [29]. 24 C++ Visual Studio.N ET VB C# JScript … Common Language Specification ADO.NET NET XML Security Threading IO Diagnostics … Visual Studio.NET Windows Form . Net Framework Base Classes ASP.NET Common Language Runtime Operating System Şekil 3. 2. .Net framework mimarisi Şekil 3.2’de görüldüğü gibi .Net Framework gücünü içerisinde barındırdığı yüzlerce kütüphaneden almaktadır. Sunucu tarafında çalışan bir yapının kurulmasını sağladığı gibi, gelen istekler doğrultusunda çalışan programlama ile uygulamalar daha verimli ve hızlı bir şekilde çalışmaktadır ve bunları bünyesindeki barındırdığı herhangi programlama diliyle gerçekleştirebilmektedir. .Net Framework’ün desteklediği programlama dillerini şu şekilde sıralanabilir: .Net C# Visual Basic Microsoft Visual C++ Microsoft Visual J# .NET Microsoft Jscript .Net Oberon Scheme SmallTalk Caml APL C Oz Perl Pyhton Cobol Haskell Pascal ML Mercury Eiffel Ada 25 .Net Framewok’ün sağladığı çoklu dil desteğinin avantajları ise şu şekilde sıralanabilir: Meydana getirilen kod modülleri farklı diller içinde kullanılabilir. Tüm diller kullandığı ortak bir nesne kütüphanesine sahiptir. Eski uygulamalar farklı programlama dilleri kullanılarak güncellenebilir. .NET Framework içindeki tüm diller performans bakımından birbirlerine eşittirler. Framework farklılık gösteren bilgisayar programlama dillerinin birlikte çalışmasını sağlamasının yanında, Windows platformu için güvenlik ve taşınabilirlik de oluşturmaktadır. Bu yapı içerisinde uygulamalar birçok iletişim standardına (SOAP, XML, HTTP vb.) uygun olarak geliştirilebilmektedir. Internet tabanlı uygulamaların çalışmasında ve yayımlanmasında karşılaşılan zorluklar .NET Framework’ün getirdiği servisler sayesinde kolaylıkla aşılabilmektedir. Net Framework, bünyesinde programcılığa birçok bileşen getirmiştir. Bunlardan en önemli iki tanesi ise Common Language Specification (CLR) ve Framework Class Library (FCL)’ dir [29]. NET Framework içerisinde CLR.Net ile uyumlu programlama dillerinin birlikte çalışmasını sağlayan ortak standartları belirlemektedir. .NET Framework içerisinde FCL adlı bir kütüphane vardır. Uygulama yazarken kullanılan sınıfları içerir. .NET Framework’ün sağladığı faydalar Microsoft.NET Framework, Extensible Markup Language (XML) Web Servisi ve uygulamalarının derlenip çalıştırılması için gerekli olan Microsoft Windows bileşenlerini içerir. Bu bileşen, şu avantajları sağlar [30]: Uygulamaların yüksek verim ile çalışması Standart alt yapıya sahip olması Daha basit uygulama geliştirme imkânı vermesi Çoklu dillerin bulunduğu bir ortam oluşturması Var olan programlama bilgilerinden yararlanabilmesi Uygulamalara ile kolay entegre olabilmesi İnternet uygulamalarında kullanabilmesi 26 .Net Framework çalışmada sunucu bilgisayar oluşturulmasında, ASP.NET ile hazırlanan web sayfalarının derlenmesinde ve arka planda çalışan C# dili ile geliştirilmiş Windows Form uygulamasında kullanılmıştır. 3.1.3. ASP.NET Geçmişte yapılan web sunucu programları, sunucu bilgisayarın sabit diskinde yer alan bilgileri istemcinin web tarayıcı programına göndermekle sınırlı bir yapıya sahiptiler. Günümüzde, sunucunun kullanıcıya statik bilgi vermesinin yanında kullanıcıdan bilgi kabul etmesinin gerekliliği ortaya çıkmış ve web sunucu programları bu doğrultuda geliştirilmiştir. Böylelikle kullanıcılar web sitelerinden sadece bilgiyi okumanın yanında site üzerinde değişiklik yapabilir hale gelmişlerdir. ASP.NET, .Net Framework altında işletim sistemi ile bütünleşik çalışan bir yapıdadır ve kullanıcılara dinamik web sayfaları hazırlanmasında büyük kolaylık sağlamaktadır. Klasik web sayfalarının hazırlanmasında kullanılan nesneleri çalıştırabildiği gibi, .Net teknolojisi ile gelen nesneleri de işleyebilmektedir. Sunucu tarafında derlenerek çalışmaya hazır hale gelmesi çok büyük bir performans artışı sağladığından uygulamaları çok daha hızlı çalıştırmaktadır. Ayrıca ASP.NET nesne yüklerken regsvr32 kullanmak yerine .Net ile gelen dll dosyalarını kullanarak bileşen mimarisine yeni bir boyut getirmiştir. Bu yüzden sisteme bir kayıt yaptırmaya veya sunucuyu yeniden başlatmaya gerek yoktur. Sunucu ve istemci mimarilerini birleştirme konusunda ASP.NET çok iyi bir performans sergilemektedir. İstemcinin kullandığı sistem özelliklerini tespit edip istemciye özgü içeriği sunarak, istemci tarafında yapılan bazı işlemlerin gerçekleştirilmesi hızlandırılır. Bu işlem gerçekleştirilirken yazılım geliştiricinin ayrıca bir işlem yapmasına gerek kalmaz, bu durum otomatik olarak tespit edilir ve uygulanır. ASP.NET ile web sayfası içeriği program kodundan tamamen ayrılmıştır. Web sayfası dizaynı ile uğraşan kişiler sadece dizayn bölümü ile, programlama kısmı ile uğraşan kişilerin de sadece programın yazıldığı bölüm ile çalışmasına olanak tanımaktadır. Tamamen nesneye yönelik olarak tasarlanması, web tasarım kullanıcılarının işlerini oldukça kolaylaştırmaktadır. Arka planda neler olduğunun bilinmesine gerek kalmadan uygulamalarda ön-bellekleme ve performans düzenlenmektedir. Programlama kısmında ise 27 Visual Basic ve C# gibi programlama dillerine yer verilmektedir. Böylelikle bir programlama dili kullanmanın tüm avantajları uygulamalarda kullanılabilmektedir. Bu çalışmada, kullanıcılar istemci bilgisayarlar ile sunucuya bağlanmakta, deneylerin gerçekleştirilmesi için sunucu bilgisayara gerekli komutları göndermekte ve deney sonucunda alınan veriler tekrardan sunucu bilgisayar tarafından istemciye gönderilmektedir. Çalışmadaki bu ihtiyaçları karşılaya bilmesi ve nesne tabanlı olmasından dolayı uygulamada ASP. NET teknolojisi kullanılmaktadır. Ayrıca ASP.NET, veri tabanları ile etkileşimli çalışabilen web uygulamalarına izin vermekte, birçok windows form uygulamasını Web’e taşıyabilmekte ve çok sayıda programlama aracına imkân veren Nesne Merkezli programlar ile çalışabilmektedir. Bu sayede daha fonksiyonel ve hızlı tasarıma imkân vermesinden dolayı çalışmada kullanımı tercih edilmiştir. 3.1.4. Windows form uygulaması (C#) Windows Form Uygulaması, Visual Studio içerisinde nesne tabanlı olarak program yazmak için kullanılan bir uygulamadır. Form üzerindeki kullanılan kısım sürükle bırak yöntemi ile oluşturulmaktadır. Nesne tabanlı olmasından dolayı görsel uygulama hazırlamada büyük talep görmektedir. Ayrıca bu yapı C# ve Visual Basic gibi programlama dilleri ile desteklenmektedir. Bu diller kullanılarak oluşturulan form uygulamalarında Windows kütüphanelerinden yararlanılmaktadır. Oluşturulan Windows Form uygulaması C# dili ile yazılmıştır. C#; güçlü, modern, nesne tabanlı ve aynı zamanda güvenli bir programlama dilidir. Bu programlama dili, C++ dilinin güçlülüğünü ve Visual Basic dilinin ise kolaylığını içerir. Ayrıca programlamaya yeni bir bakış açısı getiren Java'nın da özelliklerinden faydalanarak tasarlanmış bir programlama dilidir. E-laboratuvar çalışmalarında kullanıcıların sunucu bilgisayar üzerinden deney setlerine ulaşmaları gerekmektedir. ASP.NET ile hazırlanan web sayfaları ile kullanıcılar sunucu bilgisayar üzerinde bilgi değişikliği yapabilmektedir. Fakat girilen bilgilerin seri haberleşme aracılığıyla doğrudan web sayfası üzerinden FPGA’ye gönderilmesi veya FPGA’den gelen bilgilerin doğrudan web sayfasına gelmesi sistemi yavaşlatmakta aynı 28 zamanda bilgi kayıplarına neden olmaktadır. Bu yüzden web sayfaları ile FPGA arasında veri alışverişini sağlamak üzere C# programlama dili kullanılarak bir Windows Form uygulaması hazırlanmıştır. Web sayfasına kullanıcı tarafından girilen deney parametreleri bir veritabanına kaydedilmekte ve veri tabanına kaydedilen bu bilgiler Windows Form uygulaması tarafından okunarak FPGA’ye gönderilmektedir. Deneylerin yürütülmesi sırasında ve sonunda elde edilen deney verileri FPGA tarafından okunarak windows form uygulamasına yollanmakta ve bu uygulama tarafından veri tabanına kaydedilmektedir. İstenildiğinde kaydedilen veriler kullanıcı tarafından web sayfasında görüntülenmektedir. Bu çalışmada Windows Form uygulaması web sayfası ile FPGA arasında bir köprü görevi görerek sistemin çalışmasını hızlandırmakta, paralel olarak işlem yapılmasını sağlamakta ve bilgi kayıplarını ortadan kaldırmaktadır. 3.1.5. Access veritabanı Veritabanı, kullanım amacına uygun olarak birbiriyle ilişkisi olan verilerin tutulduğu bilgi depoları olarak tanımlanmaktadır. Bilgi depolamak amacıyla birçok veri yönetim sistemi kullanılmaktadır fakat veritabanları diğer veri yönetim sistemlerine göre bilgiyi verimli ve hızlı bir şekilde yönetip değiştirebilmektedirler. Tablolar şeklinde bulunan veritabanları en küçük parça bilgilere bile kolayca ulaşmayı mümkün kılmaktadırlar. Veritabanı yönetim sistemlerinde ise tablolar satır ve sütunlardan oluşmaktadır. Bu da bilgilerin tablolara sistematik bir şekilde yerleştirilmesiyle mümkündür Her sütun içinde barındırdığı verinin türünü belirleyen bir başlığa sahipken, satırlarda ise verinin kendisi yer alır. Veritabanı terminolojisinde, sütunlar alan ve satırlar kayıt diye adlandırılır. Microsoft Access, bir veritabanı yönetim programıdır. Web ve çeşitli program uygulamalarında verilerin saklanması için gerekli veritabanlarını oluşturmak ve geliştirmek için kullanılmaktadır. Basit yapısı ve sunduğu geniş fonksiyonlar ile orta büyüklükteki firmalar ve ev kullanıcıları tarafından geliştirilen programlarda tercih edilmektedir. Microsoft Access programının en önemli özelliklerinden biri Web bağlantısıdır. Bu sayede veri giriş çıkışı için kullanılan form, rapor ve grafik tasarım fonksiyonları sayesinde herhangi bir kod yazmaya gerek kalmadan doğrudan internet ortamında yayınlanabilirler. Ayrıca hiçbir program kodu kullanmaksızın veritabanı hazırlamak mümkündür. Böylece 29 programcılık bilgisi olmayan kullanıcılar dahi kendi veritabanlarını kolay bir şekilde hazırlayabilirler. Web uygulamalarında veritabanları çok büyük öneme sahiptirler. Özellikle dinamik olarak hazırlanan web sayfalarında kullanıcılardan alınan verilerin düzenli olarak depolanması işlemleri bu veritabanları ile gerçekleştirilmektedir. Gerektiğinde kullanıcılar web sayfaları aracılığıyla veritabanlarındaki bilgilere kolayca ulaşabilmektedirler. Çalışmada oluşturulan veritabanının temel olarak iki görevi vardır. Bu görevlerden biri ASP.NET kullanılarak hazırlanan web sayfası ile Windows form uygulaması arasında köprü görevi görmesidir. ASP.NET üzerinden kullanıcıların deneylerle ilgili girdiği bilgiler veri tabanına yazılmaktadır. Buraya yazılan bilgiler ise Windows uygulaması tarafından okunarak deney gerçekleştirilmektedir. Deneyden alınan sonuçlar Windows uygulaması tarafından veritabanına yazılmakta ve kullanıcılar ASP.NET aracılığı ile bilgilere ulaşabilmektedirler. Diğer bir kullanım amacı ise gerçekleşen deneylerin sonuçlarının ve sisteme kayıt olan kullanıcıların kişisel bilgilerinin saklanmasıdır. 3.1.6. VHDL dili Karmaşık elektronik sistemlerin artması sonucunda yeni tasarım yöntemlerinin geliştirilmesi bir ihtiyaç olarak ortaya çıkmıştır. Bu sebeple, "tanımla ve sentezle" yönteminde önemli bir rolü olan Hardware Description Language (HDL) geliştirilmiştir. HDL bir elektronik sistemin tanımlanmasında, test edilmesinde ve sentezlenmesinde kullanılan bir donanım tanımlama dilidir. Çalışmada Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language (VHDL) donanım tanımlama dili FPGA programlamak için kullanılmıştır. VHDL sayısal devrelerin tasarlanması ve denenmesi amacıyla yaygın olarak kullanılan bir donanım tanımlama dilidir. Türkçeye çevrildiğinde ise “yüksek hızlı tümleşik devreler için donanım tanımlama dili” olarak ifade edilmektedir [31]. Şekil 3.3’te görüldüğü gibi VHDL dili ile tasarım oluşturulurken aşağıdaki adımlar izlenir: Kodlama: Programın yazılma kısmıdır. 30 Simülasyon: VHDL kodu ile yazılan programın doğru çalışıp çalışmadığının test edildiği kısımdır. Programlar FPGA’e yüklenmeden önce bu adımda hatalar düzeltilir. Sentezleme: VHDL kodu donanım diline çevrilerek FPGA’e yüklenir [31]. VHDL Kod Yazımı Grafiksel Tasarım VHDL Kodu Üretimi Simülasyon Hata var mı? Evet Hayır Sentezleme Kısıtlamalar uyuşuyor mu? Hayır Evet Yerleşim Şekil 3.3.VHDL tasarımının akış diyagramı [32] Donanım tanımlama dillerinin büyük avantajlarından biri ise kodu adım adım çalıştırabilmesidir. Donanım tanımlama dilleri ile yazılan programlar uygulamaya geçmeden önce simülasyon olarak takip edilebilmektedirler. Simülasyondaki kodlar adım adım çalıştırılarak modeldeki kodlama hataları ya da sistemdeki kavramsal hatalar bulunabilmektedir. Ayrıca farklı giriş değerlerine göre sistemin verdiği yanıt simülasyonla gözlenmekte ve analiz edilebilmektedir. Böylece uygulamaya geçmeden önce hazırlanan modelin tanımlama ve sentez işlemi gerçekleştirilmektedir. 31 Şekil 3.4’te görüldüğü gibi donanım tanımlama dilleri ile oluşturulan fonksiyonlar birçok proje içerisinde tekrardan kullanılabilmektedirler. Oluşturulan yeni model farklı fonksiyon bloklarının model kütüphanesi altında toplanması ile meydana gelmektedir. Blok Model B Blok Model A Proje 1 Blok Model C Proje 2 Proje 3 Şekil 3.4. Fonksiyon bloklarının farklı modeller içerisinde kullanımı VHDL donanım tanımlama dilleri arasında büyük bir öneme sahip olup temel özellikleri aşağıdaki gibidir. Tasarımlar hiyerarşik bir şekilde bileşenlerine ayrılabilmektedir. Oluşturulan tasarımın arayüzü iyi tanımlanmalı ve hatasız olarak davranışlarını gerçekleştirmelidir. Tasarımın zaman ile uyumluluğu oluşturulan simülasyon ile senkron ve asenkron denetlenebilir. FPGA, VHDL dili ile yazılan komutların hepsini paralel olarak çalıştırmaktadır. Bu da çalışmanın hızlandırılmasını sağlamaktadır. FPGA programlamak için kullanılan VHDL dilinde, her satırdaki komut paralel olarak çalışmaktadır. Bu da bütün komutların aynı anda işlem gördüğü anlamına gelmektedir. Bu işlem bağımsız komutlar için çok büyük bir avantaj sağlarken sıralı işlem gerektiren 32 durumlar için hiçte uygun bir durum değildir. Program içerisinde sıralı işlem gereken yerlerde process kullanılmaktadır. Oluşturulan programlar içerisinde birçok process kullanılabilmektedir. Program içerisindeki processler eş zamanlı olarak çalışmaktadırlar. Böylece aynı program içerisinde birbirinden bağımsız çalışan programlar yazılabilmektedir. 3.2. Donanım Alt yapısı Elektrik makinalarının uzaktan öğretim laboratuvarı için yazılım birimleri kadar donanım birimleri de büyük öneme sahiptirler. Sunucu bilgisayardan gelen komutlar doğrultusunda motorları çalıştırması ve deneyler sonucunda motorlardan ölçülen değerleri işleyerek sunucu bilgisayara gönderme işlemi için FPGA kullanılmıştır. Ayrıca motorların sürülmesinde sürücü kartı ve deney sonucunda değerlerin ölçülmesinde ise ölçüm kartları kullanılmıştır. 3.2.1. FPGA FPGA programlanabilen bir entegredir. Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri olarak ta Türkçe’ye çevirebilir. Şekil 3.5’te görüldüğü gibi içerisinde bulunan mantık blokları ve bu bloklar arasındaki ara bağlantılar program vasıtasıyla değiştirilebilmektedirler. Böylece tasarımcılar ihtiyaçlar doğrultusunda mantık bloklarının işlevlerini düzenleyebilmekte ve ara bağlantı birimleri ile bu mantık bloklarını birbirlerine bağlayabilmektedirler. Buda temel mantık kapılarının veya yapısı daha karmaşık olan devre elemanlarının işlevselliğinin, FPGA ile oluşturulmasını sağlamaktadır. 33 Programlanır Mantık Blokları Programlanır Ara Bağlantı Birimleri Giriş-Çıkış Birimleri Şekil 3.5.FPGA iç yapısı FPGA'lerin içerisindeki mantık blokları, (Flip-flop, VE, VEYA kapıları vb.) birbirinden bağımsız olarak bulunmaktadırlar. Bu devre elemanları VHDL veya Verilog gibi donanım tanımlama dilleri kullanılarak veya şematik tasarımlar yapılarak birbirlerine bağlanırlar. Giriş birimlerinden alınan dijital sinyaller bu oluşturan mantık bloklarında işlendikten sonra çıkış birimlerine aktarılmaktadır. Giriş-çıkış birimleri ile mantık blokları arasındaki bağlantı ara bağlantı birimleri ile sağlanmaktadır. FPGA içerisindeki mantık bloklarının ve ara bağlantı birimlerinin program ile değiştirilmesinden dolayı basit bir VE kapısı uygulamasından karmaşık bir sayısal devreye kadar birçok devre sadece bir FPGA entegresi kullanarak oluşturabilmektedir. FPGA'lerin tekrar programlanabilir özelliğine sahip olması, yeni entegre geliştirme çalışmalarında kullanılmasını sağlamaktadır. Entegre üretici firmalar bu özelliğinden dolayı tasarımlarını, üretecekleri entegreleri FPGA’de tasarlamaktadırlar. Böylece üründe 34 bir hata tespit edildiğinde düzeltilerek ürünün çalışır hale getirilmesi kolay bir şekilde gerçekleştirilir. FPGA’lerin en önemli özelliklerinden biri de paralel işlem yapabilme yeteneğidir. Paralel işlem yapabilmesi aynı anda birden fazla işlemi gerçekleştirmesi demektir. Sıradan entegreler ya hiç paralel işlem yapamazlar ya da sınırlı sayıda paralel işlem yapabilmektedirler. FPGA’de ise uygulamaya ve kapasiteye göre, birbirine paralel binlerce işlem aynı anda gerçekleştirebilir. Bu da paralel işlem gerektiren uygulamalarda FPGA’leri eşsiz kılmaktadır. Geliştirilen çalışmada aynı sunucu bilgisayara bağlı 3 farklı deney setine eş zamanlı olarak 3 farklı kullanıcının bağlanarak, deneyler yapması amaçlanmıştır. Geleneksel sistemlerde eş zamanlı olarak birden fazla kullanıcı ile aynı sunucudaki deneylerin gerçekleştirilmesi için kullanıcı sayısı kadar mikrodenetleyici veya PLC gerekmektedir. Çünkü mikrodenetleyiciler ve PLC’ler paralel işlem yapabilme kapasitesine sahip olmadıkları için aynı anda verilen iki komutu gerçekleştirilmez. Bu da her deney seti için ayrı bir mikrodenetleyici veya PLC’nin kullanılması anlamına gelmektedir. Her deney seti için farklı mikrodenetleyici veya PLC kullanılması deney setlerini büyütmekte aynı zamanda maliyeti de artırmaktadır. FPGA’ler verilen komutları aynı anda işleyebilmesinden dolayı bu çalışmada tercih edilmiştir. FPGA’in bu özelliğinden dolayı kullanıcılar farklı deney düzeneklerine aynı FPGA üzerinden bağlanabilmekte ve deneyleri birbirinden bağımsız olarak gerçekleştirebilmektedirler. Bu da her deney seti için farklı kontrol elemanının kullanılması gerekliliğini ortadan kaldırmaktadır. FPGA yongasına yerleştirilmiş 1000 veya daha fazla pin bulunabilmektedir. Bu pinlerden oluşan giriş/çıkış birimleri, tasarıma, kullanılan aygıtlara, veri iletim standardına ve çevresel birimlere göre değişmektedir. FPGA’deki giriş-çıkış birimleri ile herhangi bir standarttaki veri alınabilmekte veya gönderilebilmektedir. Ayrıca FPGA’deki giriş-çıkış birimlerinin, kümelere ayrılmış olması tüm standartların desteklenmesini sağlamaktadır. 35 FPGA yongası içerisinde bulunan pinler; ayrılmış pinler ve kullanıcı pinleri olmak üzere iki kısma ayrılmaktadır: 1. Ayrılmış pinler: FPGA yongası içerisinde bulunan pinlerin %20 ile %30’unu oluşturmaktadır. Bu pinler, FPGA'in içerisindeki görevlerine göre sınıflandırılmıştır. a) Güç Pinleri: FPGA’in çalışması için gerekli güç ve toprak bağlantısını sağlayan pinlerdir. b) Konfigürasyon Pinleri: FPGA’in programlanması için kullanılan pinlerdir. c) ClockPinleri: FPGA’in çalışması için gerekli clock sinyalinin üretildiği pinlerdir. 2. Kullanıcı Pinleri: Kullanıcı tarafından kullanılan giriş-çıkış pinleridir. FPGA’lerin kullanıcı pinleri ihtiyaca göre yönetilebilmektedir. Her pinden analog değer okunabilmekte, DGM üretilebilmekte veya seri haberleşme iletişimi sağlanabilmektedir. İhtiyaca göre pinleri yönetebilmek çalışmanın geliştirilmesinde büyük imkânlar sunmaktadır. Mikrodenetleyicilerde ve PLC’lerde her pinin sabit olması kullanıcıları sınırlamaktadır. Örneğin PLC’ler ve mikrodenetleyiciler sahip oldukları analog pin sayısı kadar analog değer okuyabilmektedirler. Okunacak farklı analog değerlerin artması, mikrodenetleyicilerin değişmesi, PLC’lere yeni analog modüllerin eklenmesi demektir. Fakat FPGA’in boştaki pinleri analog değer okuma, DGM gibi başka özelliklerde rahatlıkla kullanılabilmektedir. Böylece boşta kalan pinlerin kullanılması ile sunucu bilgisayara bağlanan deney seti sayısı kolaylıkla artırılabilmektedir. Programlama dili olarak VHDL dilinin kullanılması da yeni deney düzeneklerinin sisteme eklenmesini kolaylaştırmaktadır. 36 Resim 3.1.Altera De0 FPGA kiti [33] Bu çalışmada Resim 3.1'de görülen Altera DE0 FPGA Bordu kullanılmıştır. FPGA’nin board şeklinde olması, sisteme yeni elemanların eklenmesini ve başka çalışmalara uyarlanmasını kolaylaştırmaktadır. Altera De0 FPGA bordu üzerinde Altera Cyclone III 3C16 FPGA’i kullanılmıştır. Bu FPGA 56 M9K Gömülü bellek bloğuna, 504K bit RAM’e, 56 gömülü çarpana, 4 PLL’e ve 346 giriş/çıkış pinine sahiptir. Ayrıca Board üzerinde 8Mbyte SDRAM, 4-Mbyte Flash bellek, SD kart soketi, 3 buton, 10 anahtar, 10 yeşil led, 50 MHz kristal, VGA çıkışı, RS-232 alıcı-vericisi, PS/2 mouse/klavye konnektörü ve 2 tane 40 pinlik genişleme yuvası bulunmaktadır (Şekil 3.6) [33]. 37 Şekil 3.6.Altera De0 FPGA kiti giriş-çıkış birimleri [33] Çalışmada ALTERA DE0 bordundaki pinler; Dijital giriş ve çıkış Seri haberleşme protokolü kullanarak veri alış-verişi Motorların çalıştırılması için DGM üretimi ADC0831 entegresinden analog değerler okumak için seri iletişim protokolüne göre programlanmıştır. 3.2.2. Motor sürücü kartları FPGA çıkışları ile elektrik motorlarını doğrudan kontrol etmek mümkün olmadığından, kontrolü sağlamak için motor sürücü devreleri kullanılmaktadır. Çalışmada kullanılan motor sürücü devreleri ile FPGA çıkışlarındaki sinyaller yükseltilerek motorların kontrolü sağlanmaktadır. Genellikle transistör veya diğer yarı iletken anahtarlama elemanları kullanılarak motor sürücü devreleri oluşturulmaktadır. Fakat kolaylık sağladığından dolayı motor sürücü entegreleri ile motor kontrol devrelerinin yapımı daha çok tercih edilmektedir. 38 DA motor sürücü kartı Resim 3.2’de görüldüğü gibi DA motor kontrolü için çalışmada L298 motor sürücü entegresi kullanılmıştır. L298 entegresi içerisinde iki adet bağımsız H köprüsü bulunmaktadır. DA motor kontrolünde kullanılan H köprüsü ile DA motorun yön ve hız kontrolü kolay bir şekilde yapılmaktadır. H köprüsü4 adet tristör, triyak veya transistör gibi yarı iletken anahtarlama elemanlarından oluşmaktadır. Motorun çektiği akımın büyüklüğüne göre H köprüsünde kullanılan anahtarlama elemanları değişmektedir. DA motorun hızı üzerine düşen gerilim ile doğru orantılı olarak değişmektedir. H köprüsü yönteminde motora uygulanan gerilim değeri yarı iletken malzemelerin iletim ve kesim sürelerini değiştirerek elde edilmektedir. DGM sinyalinin doluluk oranı artıkça motorun hızı artmakta, azaldıkça motorun hızı da azalmaktadır. Resim 3.2. DA motor sürücü devresi L298N entegresi maksimum 46 Volt gerilim ve 2 Amper akım seviyesinde çalışmaktadır. Çalışmada kullanılan DA motorun gerilim ve akım değeri bu değerler arasında olduğundan L298N entegresi uygulamada tercih edilmiştir. Şekil 3.7'de görülen L298N entegresi 15 bacaktan oluşmaktadır. Entegrenin 9 numaralı bacağına entegrenin çalışması için gerekli +5 V verilir iken 8 Numaralı bacak toprağa bağlanır. 4 numaralı bacağa ise motora uygulanacak gerilim değeri verilmektedir. Entegre içerisindeki H köprülerine A ve B köprüleri denilirse, A köprüsünün girişleri 5 ve 7 39 numaralı bacaklar, çıkışları ise 2 ve 3 bacaklardır. B köprüsünün girişleri 10 ve 12 iken, çıkışları 13 ve 14 tür. Entegre içerisindeki H köprülerini etkinleştirmek için 6 ve 11 numaralı bacaklara DGM sinyali gönderilirken, 1 ve 15 numaralı bacaklar toprağa bağlanmalıdır [34]. Şekil 3.7. L298n entegresi bacak bağlantıları [34] Step motor sürücü devresi Step motorların çalışması için sürücü devrelere ihtiyaç vardır. Sürücü devreleri lojik kapılar ile oluşturulabileceği gibi Peripheral Interface Controller (PIC), PLC gibi kontrol entegreleri kullanılarak ta oluşturulabilir. Fakat mikrodenetleyicilerin bacaklarından çıkan sinyaller ile step motorları sürmek yeterli olmadığından anahtarlama elemanları ile sinyaller güçlendirilir. Çalışmada FPGA çıkışları transistörlerle yükseltilerek step motor kontrolü sağlanmıştır. Resim 3.3’te görüldüğü gibi içerisinde 7 adet NPN transistör ve dâhili diyot barındıran ULN2003 entegresi kullanılarak bu işlem gerçekleştirilmektedir. ULN2003 entegresinin iç yapısı Şekil 3.8' de gösterilmiştir. ULN2003 entegresi 16 tane bacağa sahiptir. Entegrenin çalışması için 9 numaralı bacağa +12 V, 8 numaralı bacağa toprak uygulanmaktadır. ULN2003 entegresi içerisindeki transistörlerden 4 tanesi kullanılarak 3,3 V gerilim seviyesindeki sinyaller 12 V’a çıkarılmıştır [35]. 40 Resim 3.3. Adım motor sürücü devresi Şekil 3.8. ULN2003 entegresinin bacak bağlantıları 3.2.3. Ölçme kartları Oluşturulan uzaktan erişimli elektrik makinaları laboratuvarında deneyler gerçekleştirildikten sonra sonuçlarının kullanıcılara aktarılması gerekmektedir. Bu yüzden deney sırasında ve sonucunda deneyle ilgili verilerin algılanması gerekmektedir. Bu verilerin alınma işlemi çeşitli sensörler kullanılarak oluşturulan ölçüm kartları tarafından yapılmaktadır. 41 DA motor deney ölçme kartları DA motorun PI kontrollü olarak yapılan hız kontrol deneyinde, motorun çalışması boyunca motora uygulanan gerilim değişimi, motorun çektiği akım değişimi ve motorun hız değişimi verilerinin izlenmesi amaçlanmıştır. Deney esnasında bu değişimleri gözleyebilmek için analog ölçüm işleminin gerçekleştirilmesi gerekmektedir. FPGA’ler dijital işlem yapan elemanlar olduklarından dolayı doğrudan analog değerleri okuyamamaktadırlar. FPGA’lerin analog değerleri okuyabilmeleri için analog-dijital dönüştürücü entegrelerden faydalanılmaktadır. Resim 3.4’te görüldüğü gibi çalışmada 8 bitlik analog-dijital dönüşüm yapabilen ADC0831 entegresi kullanılmıştır. ADC0831 entegresi 0-5 V arası okuduğu analog değerleri 8 bit’lik dijital sinyale dönüştürerek FPGA’ye yollamaktadır. Resim 3.4. Analog değer okuma kartı ADC0831 entegresi ile okunan bilginin dijital sinyale çevrildikten sonra tek bir pin ile seri olarak yollanması FPGA’in analog okumalar için birçok bacak ayırmasını engellemektedir. Ayrıca her analog değer için bir Analog-Dijital dönüştürücü entegresinin kullanılması değerlerin paralel olarak okunmasını sağlamaktadır. Motorun gerilim değeri ve takogeneratörden gelen hız değerinin 0-5 V aralığından fazla olmasından dolayı analog değerler doğrudan ADC0831 entegresi ile okunamamaktadır. Bu 42 yüzden bu değerleri okunabilecek alan içine çekmek için analog-dijital dönüştürme entegresinden önce gerilim bölücü yapılmıştır. DA motorun hız kontrolü motorun miline bağlanan takogeneratör ile yapılmaktadır. Motor döndükçe motorun miline bağlı takogeneratörde dönecek ve takogeneratör uçlarında bir gerilim üretilecektir. Üretilen gerilim değeri ölçülerek motorun hızı hesaplanabilmektedir. Akım ölçüm kartı Akımın doğrudan analog kanallar ile ölçülememesinden dolayı, akım ölçümlerinde akım sensörü kullanılmaktadır. Akım sensörleri, okunan akımlara karşılık gelen bir gerilim değeri üretmektedir. Üretilen bu gerilim değeri analog-dijital dönüştürme kartına yollanarak FPGA tarafından ölçülen akımın algılanması sağlanmaktadır. Resim 3.5’te görüldüğü gibi çalışmada LEM - HAS 50-S akım sensörü kullanılarak akım ölçme devresi oluşturulmuştur. Bu akım sensörü 15 V simetrik gerilim ile beslenmektedir ve çıkışında akım değerine karşılık 0-5 V gerilim değeri vermektedir. Resim 3.5.Akım okuma kartı Step motor açı kontrol devresi Gerçekleştirilen step motor deney setinde motorun pozisyon kontrol deneyleri yapılmaktadır. Deney setinde girilen değerler oranında ve seçilen yönde step motorun dönmesi istenmektedir. Deney gerçekleştikten sonra deneyin doğru bir şekilde gerçekleşip 43 gerçekleşmediğini anlamak için geri bildirimin alınması gerekmektedir. Oluşturulan step motor açı kontrol devresi ile motorun pozisyon kontrolü gerçekleştirilmektedir. Resim 3.6’da görüldüğü gibi step motor açı kontrol devresi manyetik anahtarlar kullanılarak yapılmıştır. Tasarlanan açı kontrol devresinde manyetik anahtarlar 30’ar derece ara ile yerleştirilmiştir. Resim 3.7’de görüldüğü gibi motorun miline ise mıknatıs özelliği olan bir ibre monte edilmiştir. İbre hangi manyetik anahtara giderse o anahtardan FPGA devresine bir dijital sinyal gönderilmiştir. Böylece step motorun hangi açı değerinde olduğu kolaylıkla tespit edilebilmektedir. Resim 3.6. Step motor açı takip devresinin iç yapısı 44 Resim 3.7. Step motor açı takip devresi Servo motor pozisyon kontrol devresi RC servo motor 0-180 derece arasında dönem işlemi gerçekleştirdiği için hassas pozisyon kontrolünün gerekli olduğu alanlarda kullanılmaktadır. Motorun istenen pozisyona gitmesi için uygun sinyalin gönderilmesi gerekmektedir. Bu uygulamada motorun pozisyon kontrolünün daha iyi anlaşılmasını sağlamak üzerine bir deney seti düzeneği oluşturulmuştur. Bu düzenek ile gönderilen sinyal ile RC servo motorun pozisyon değişimi gösterilmektedir. Gönderilen sinyal sonucu motorun gitmesi istenen açı değerine gidip gitmediğini kontrol etmek için servo motordan geri bildirim alınması gerekmektedir. Bu yüzden Resim 3.8’de görüldüğü gibi servo motorun ucuna bir potansiyometre yerleştirilmiştir. Motorun açı değişimi ile potansiyometre üstünde düşen gerilim değeri değişmektedir. Bu gerilim değişimi analog-dijital dönüştürücü devresi ile ölçülerek servo motorun pozisyon geri bildirimi alınmaktadır. Alınan bu gerilim değerleri FPGA tarafından yorumlanarak servo motorun bulunduğu açı değeri hesaplanmaktadır. 45 Resim 3.8.Servo motor konum pozisyon algılama devresi 3.2.4. Seri Haberleşme Bilgisayarların ya da işlemcilerin farklı cihazlar ile veri transferi sağlamasında birçok yöntem kullanılmaktadır. Bu iletişim yöntemlerinden biride seri haberleşmedir. Seri haberleşme ile veriler bir hat üzerinden sıralı bitler şeklinde yollanmaktadır. Gönderilen bitlerin zamanlama yani frekans uyumu çok önemli bir yer almaktadır. Bunun için protokol kavramı oluşturulmuştur. Ayrıca seri iletişimin çift yönlü olması, aynı anda veri gönderip alma işlemini gerçekleştirmesinden dolayı seri iletişim, paralel iletişimin önüne geçerek daha az kablo ile maksimum mesafeye veri ulaştırır hale gelmiştir. Seri haberleşmede veri iletimi sadece iki pin üzerinden gerçekleşmektedir. Pinlerden birisi veri gönderiminde diğeri ise veri alımında kullanılmaktadır. Bu yüzden 8 bitlik veri gönderilirken veya alınırken tek kablo üzerinden verinin belirli zaman aralıkları ile sıralı olarak yollanması gerekmektedir. Yollama işlemi sırasında alıcı ve verici arasındaki veri akışının kontrolü için gerekli sinyallerden biriside saat sinyalidir. Seri haberleşme saat 46 sinyaline uygun olarak veri gönderimi ve alımı yapılmaktadır. Saat sinyali sayesinde göndericiden verinin ne zaman gönderildiği ve alıcı tarafından ne zaman alınacağına karar verilmektedir. Bu iletişimin sağlıklı olarak gerçekleştirilmesini sağlanması için bir seri haberleşme protokolü oluşturulmuştur. Böylece verinin nasıl paketleneceği, bir karakterin bit sayısı, verinin ne zaman başlayıp ne zaman biteceği protokol çerçevesinde gerçekleştirilir. Seri iletişimde veri aktarım hızı, saniyedeki bit sayısı olarak belirtilir. Veri aktarım hızını belirlemede yaygın olarak kullanılan diğer terim ise baud rate’dir. Asenkron iletişim başlama/durması için kullanılan ortak, saniyede bit hızları 75, 110, 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 ve 115200 baud, vs.dir. Bu hızlar elektromekanik hızların katları temel alınarak belirlenmiştir. Bağlantı noktasının ve cihazın hızlarının birbirine uygun olması gerekir. Yoksa veri iletişiminde yanlışlıklar meydana gelmektedir [36]. Seri haberleşme iletişimde bit olarak gönderilen veriler “Lojik 0” ve “Lojik 1” den oluşmaktadır. Seri haberleşme, lojik değerleri +3 V ile + 25 V arasında değişmektedir. Fakat FPGA’in bacaklarından maksimum 3.3V alınmaktadır. Uzun mesafelerde bu değer kablo üzerinde düştüğü için iletimde sıkıntı oluşmaktadır. Bu yüzden Resim 3.9’da görüldüğü gibi FPGA’den çıkan sinyaller board üzerinde bulunan ADM3202 entegresi ile gerekli değere yükseltilmiştir [33]. Şekil 3.9. Seri haberleşme devresi bağlantısı [33] 47 4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Geliştirilen web tabanlı elektrik makinaları laboratuvar düzeneğinde mühendislik ve teknoloji alanında büyük öneme sahip olan DA motor, step motor ve servo motor deney düzenekleri bulunmaktadır. Kullanıcılar motorlar hakkında genel bilgiye sahip olduktan sonra bu laboratuvar ile motorların uygulamalı olarak deneylerini gerçekleştirebileceklerdir. Böylece yapılan gerçek zamanlı uygulamalar ile kullanıcılara motorların çalışması hakkında temel bilgiler verilecektir. Sunucu istemci teknolojisi kullanılarak hazırlanan sistemde kullanıcılar internete bağlı ve web tarayıcı programı olan bir bilgisayar ile sunucu bilgisayara bağlanabilmektedirler. Sunucu istemci mimarisi kullanıldığından dolayı kullanıcıların uygulamaları gerçekleştirmeleri için ek bir program yüklemelerine ihtiyaç yoktur. Şekil 4.1’de görüldüğü gibi sistemin akış diyagramı oluşturulmuştur. Çalışmada kullanılan sunucu bilgisayar IIS programı yüklenerek oluşturulmuştur. Deneylerin yapıldığı web sayfaları ise ASP.NET programı kullanılarak hazırlanmıştır. IIS ve ASP.NET’in çok kullanıcı desteğine sahip olmasından dolayı sunucu üzerinden birçok kişi web sayfasına bağlanabilmektedir. Ayrıca deney düzeneklerinin kontrolünde kullanılan FPGA’in verilen komutları paralel olarak işleyebilmesi ve paralel işlemler gerçekleştirilmesi deney düzeneklerinin eş zamanlı olarak çalışmasını sağlamaktadır. Böylece aynı sunucu üzerindeki deney gerçekleştirilmektedir. düzeneklerine eş zamanlı olarak bağlanılarak deneyler Windows Form Uygulaması Access Veritabanı ASP. NET Web Page İstemci Sunucu İstemci Internet Information Service (IIS) 48 FPGA RS232 İstemci Sürücü Devresi DC Motor RC Servo Motor Step Motor Ölçme Kartı Şekil 4.1. Çalışmanın akış diyagramı Deneyi gerçekleştirmek isteyen kullanıcılar, istemci bilgisayar üzerinden sunucu bilgisayara bağlanmaktadır. Sunucu bilgisayarda kurulu olan IIS sunucu yazılımı istemci bilgisayardan gelen istekler doğrultusunda ASP.NET ile hazırlanmış deney web sayfalarını kullanıcıya yollamaktadır. ASP.NET ile hazırlanan dinamik web sayfalarına ulaşan kullanıcılar bu sayfalar üzerinde değişiklik yapabilmektedirler. Yapılan değişiklikler Access veritabanı programı ile hazırlanan veritabanlarına yazılmaktadır. Veritabanı ile FPGA arasında veri alışverişini sağlamak için oluşturulan Windows form uygulaması sürekli olarak veritabanını ve seri haberleşme kanalını denetlemektedir. Veritabanında meydana gelen değişiklikler oluşturulan masa üzeri uygulaması tarafından algılanarak FPGA’ye yollanmaktadır. Kullanıcılar tarafından gönderilen bilgiler doğrultusunda FPGA sürücü kartı vasıtasıyla gerekli deneyler yapılmaktadır. Deney esnasında ve deney sonunda meydana gelen olaylar ölçüm kartları aracılığıyla ölçülerek FPGA’e geri yollanmaktadır. Ölçüm kartlarından alınan bilgiler FPGA ile anlamlı hale geldikten sonra seri haberleşme üzerinden sunucu bilgisayara yollanmakta ve sunucu bilgisayardaki Windows form 49 uygulaması tarafından tekrardan veritabanına yazılmaktadır. Kullanıcılar deneylerden alınan ve veritabanına yazılan deney bilgilerini ASP.NET ile oluşturulan web sayfaları üzerinden takip edebilmektedirler. Oluşturulan web tabanlı laboratuvar uygulaması bu şekilde kullanıcıların isteklerine yanıt vermektedir. Bu çalışmada tek bir sunucu bilgisayar ve kontrol elemanı üzerinden eş zamanlı olarak farklı deneylerin yapılması amaçlanmıştır. Bu yüzden sistem eş zamanlı işlemler yapılacak şekilde tasarlanmıştır. Özellikle kontrol elemanı olarak FPGA’in kullanılmasıyla deney düzeneklerinin veri kaybına neden olmadan eş zamanlı olarak çalışması sağlanmıştır. Oluşturulan sistemin genel görünümü Resim 4.1’de verilmiştir. Platformlar şeklinde oluşturulan deney düzeneklerinin her biri ayrı birer web kamerası ile takip edilmektedir. Deney düzeneklerinde kullanılan web kameralarının gerçek zamanlı görüntüler vermesi kullanıcılara deney düzeneklerinin gerçekliğini ve yapılan deneylerin başarısını göstermektedir. Bu da kullanıcılarda tasarlanan sisteme olan güvenin artmasını sağlamaktadır. Resim 4. 1. Elektrik makinaları laboratuvar düzeneği 50 4.1. Deneysel Sonuçlar İstemci bilgisayar ile sunucu bilgisayara internet ağı üzerinden bağlanan kullanıcıların karşısına ilk olarak oluşturulan laboratuvar hakkında bilgi bulunan Resim 4.2’de görülen giriş sayfası gelmektedir. Bu sayfayı geçen kullanıcılar siteye “kullanıcı adı” ve “şifre” girilerek giriş yapılan web sayfasına ulaşırlar. Kullanıcılar ilk defa sisteme bağlanıyorlarsa sisteme kayıt yaptırmaları istenmektedir. Daha önce kayıt yaptırmış kullanıcılar oluşturdukları kullanıcı adı ve şifre ile laboratuvara giriş yapabilmektedir. Kullanıcıların kayıtları veritabanında saklanmaktadır. Resim 4.2. Laboratuvar giriş sayfası Giriş yapan kullanıcıların karşısına yapmak istedikleri deneyi seçecekleri Resim 4.3’te görülen web arayüzü gelir. Kullanıcılar bu arayüz ile istedikleri deney setine bağlanabilmektedirler. Ayrıca bu sayfa üzerinden laboratuvardaki deney setlerinin kullanılıp kullanılmadığı takip edilebilmektedir. Eğer birisi tarafından kullanılıyorsa deney düzeneğinin üzerinde DOLU yazmakta ve sayfaya giriş engellenmektedir. Sayfa boşaldıktan sonra diğer kullanıcının deney düzeneğine bağlanmasına sistem izin vermektedir. 51 Resim 4.3. Deney giriş sayfası DA motor deney düzeneğini seçen kullanıcılar Resim 4.4 üzerinde görülen web sayfası ile DA motor ve deneyin yapılışı hakkında temel bilgiyi alarak sayfaya bağlanmaktadır. Ayrıca bu sayfada DA motorun yapısı, çeşitleri ve hız kontrolünün nasıl yapıldığı hakkında teorik bilgi de bulunmaktadır. Kullanıcı bu bilgileri aldıktan sonra deney ekranına geçebilmektedir. Resim 4.4. DA motor bilgi sayfası Resim 4.5'teki deney ekranına bağlanan kullanıcı DA motorun PI kontrollü hız deneylerini yapabilmektedir. PI kontrollü olarak sistemin çalışmasını gerçekleştirmek için PI parametreleri olan Kp, Ki değerleri, motorun döneceği referans hız değeri ve motor çalışma 52 süresi girildikten sonra DA motorun PI kontrollü hız kontrol deneyi gerçekleştirilmektedir. Deney gerçekleştirilirken motora uygulanan gerilim, motorun çektiği akım ve motorun hız verileri alınır. Alınan bu veriler bir veri tabanına kaydedilir. Kullanıcı deney sonucunda istediği grafiği seçerek ekrana çizdirebilir. Ayrıca deneyin gerçekleştirilmesi deney setini gösteren bir Internet Protocol (IP) kamera ile gerçek zamanlı olarak takip edilmektedir. Resim 4.5. DA motor deney sayfası (a) (b) Şekil 4.2.DA motor hız değişimi (a) web sayfası grafik görüntüsü (b) osiloskop görüntüsü FPGA ile gerilim, akım ve hız bilgileri paralel olarak okunabildiğinden veri kaybı en aza indirilmektedir. Böylece çalışma boyunca gerilim, akım ve hızda meydana gelen 53 değişimler gerçeğe yakın bir şekilde elde edilmektedir. DA motorun hız değişim grafiğinin osiloskop görüntüsü ile karşılaştırılması Şekil 4.2'de gösterilmektedir. Kullanıcılar diğer deney düzeneği olan servo motor deney setine bağlandıklarında öncelikle servo motorun çalışması ve deneyin yapılışı hakkında bilgi almaktadırlar (Resim 4.6). Resim 4. 6. Servo motor bilgi sayfası Bu adımdan sonra kullanıcı Resim 4.7’de görülen servo motor deney ekranına geçmektedir. Bu ekranda kullanıcı 0-180 derece arası açı değeri girerek, motoru girdiği konuma getirebilmektedir. Girilen açı değeri seri haberleşme ile FPGA’e yollanmaktadır. FPGA yollanan açı değerine uygun olan DGM sinyalini üreterek motora yollamaktadır. Motor uygulanan DGM sinyalinin değerine göre istenen açı değerinde sabitlenmektedir. Motorun istenen açı değerinde sabitlenip sabitlenmediği miline bağlanan potansiyometre ile ölçülmektedir. Potansiyometreden alınan analog sinyal ile FPGA motorun açısını belirlemektedir. Potansiyometreden okunan konum bilgisi sunucu bilgisayara yollanarak web sayfası üzerinde oluşturulan gösterge ile kullanıcıya gönderilmektedir. Böylece kullanıcı geri bildirimli bir şekilde deneyi gerçekleştirmiş olmaktadır. Ayrıca deney setine bağlı olan kamera vasıtasıyla motorun çalışmasını gerçek zamanlı olarak izleyebilmektedir. 54 Resim 4.7. Servo motor deney sayfası (a) (b) Şekil 4.3. Servo motor kontrol sinyali (a) web sayfası grafik görüntüsü (b) osiloskop görüntüsü 55 Motora gönderilen DGM sinyali web sayfası üzerinde gösterilmektedir. Şekil 4.3’te çizdirilen sinyal ile osiloskop görüntüsü karşılaştırılmakta ve sinyallerin aynı olduğu gösterilmektedir. Hazırlanan çalışmadaki son deney olan step motor deney düzeneğine bağlanan kullanıcı motorun çalışması ve deney hakkında bilgi aldıktan sonra deney ekranına geçmektedir (Resim4.8). Resim 4.8.Step motor bilgi sayfası Resim 4.9'daki step motor deney ekranına geçen kullanıcı motoru döndürmek istediği açı değerini seçtikten sonra motoru saat yönünde ya da saat yönünün tersinde istenen açı değerinde döndürebilmektedir. Kullanıcı kaç derece döndürmek istediğini ve yönünü seçtikten sonra bilgiler FPGA yollanmaktadır. FPGA gelen bilgiler doğrultusunda gerekli sinyalleri üreterek motoru çalıştırmaktadır. Motor istenen açı miktarında döndürüldükten sonra durmaktadır. Motorun ibresinin arkasına yerleştirilen manyetik anahtarlarla motorun hangi açıda olduğunun sinyali FPGA’e yollanmaktadır. FPGA aldığı sinyali anlamlandırdıktan sonra seri haberleşme vasıtasıyla sunucu bilgisayara yollamaktadır. Böylece kullanıcılar web sayfası üzerinden motorun hangi açı konumunda bulunduğunu ibre üzerinden takip edebilmekte ve ayrıca IP kamera vasıtasıyla sistemin çalışması gerçek zamanlı olarak izlenebilmektedir. 56 Resim 4.9. Step motor deney sayfası 57 5. SONUÇ Son yıllarda artan uzaktan öğretim çalışmalarının sadece teorik alanda sınırlı kalmamasını sağlamak maksadıyla uygulama öğretimlerinin gerçekleştirilebileceği web tabanlı laboratuvarların kurulması ihtiyacı ortaya çıkmıştır. İlk başlarda kullanılan simülasyon programları ile sanal deneylerin gerçekleştirildiği sanal laboratuvarlar kurularak uygulama öğretimlerinin web üzerinden yapılması ihtiyacı karşılamıştır. Fakat sanal laboratuvarlarda yapılan deneylerin gerçek laboratuvar deneyleri kadar etkili olmamasından dolayı web üzerinden deneylerin gerçekleştirildiği gerçek laboratuvarlar oluşturulmaya başlanmıştır. Böylece uygulama öğretiminin önemli olduğu alanlarda da uzaktan öğretim verilebilir hale gelmiştir. Bu çalışmada, elektrik, elektronik ve mekatronik alanlarında önemli bir yere sahip olan elektrik makinaları dersinin uygulama ihtiyacını karşılayabilecek bir elektrik makinaları deney seti oluşturulmuştur. Elektrik enerjisinin mekanik enerjiye dönüşmesinde kullanılan elektrik makinaları ihtiyaca göre çeşitlenmiştir. Böylece birçok alanda kullanılan birçok farklı makina oluşturulmuştur. Farklı amaçlar için üretilen farklı makinaların çalışmaları ve kontrol sistemleri de farklılık göstermektedir. Yapılan bu çalışma ile elektrik makinaları dersinin önemli konularından olan ve endüstriyel uygulamalarda birçok alanda kullanılan DA motoru, Step motor ve Servo motor için web tabanlı gerçek laboratuvar deney düzenekleri kurulmuştur. Yapılan web tabanlı laboratuvarlar ile uzaktan öğretimdeki uygulama öğretimlerinin karşılanmasının yanında okullardaki laboratuvar eksikliği, malzeme eksikliği veya deneyi gerçekleştirecek öğretici eksikliği gibi durumlardan gerçekleştirilemeyen deney eksiklikleri de giderilebilmektedir. Ayrıca deney esnasında oluşabilecek arızaların ve hataların deneyi uygulayanlara verebileceği zararlar ortadan kaldırılmakta, deney düzeneklerinde kullanılan malzemelerin yanlış kullanımı da engellenmektedir. Oluşturulan web tabanlı laboratuvarın herkes tarafından ulaşılabilir, kullanılabilir ve anlaşılabilir olması laboratuvarın kullanışlılığının en önemli göstergesidir. Bu yüzden kullanıcılar kolay bir şekilde deney düzeneklerine ulaşabilmeli, herhangi bir yardım almadan deneyleri gerçekleştirebilmelidirler. Kullanıcıların deney düzeneklerine bağlanması için harici bir program yüklemeleri veya donanım satın almaları sistemin 58 kullanışlılığını düşürmektedir. Bu durumu ortadan kaldırmak için sunucu-istemci mimarisi kullanılarak sistem tasarlanmıştır. Bu mimari ile istemci tarafında internet bağlantısının ve web tarayıcı programının olması yeterlidir. Deney işlemlerinin hepsi sunucu tarafında gerçekleştirilmekte ve istemci bilgisayara yansıtılmaktadır. Ayrıca oluşturulan web sayfalarının basit, anlaşılır ve görsel olması deneylerin daha akılda kalıcı olmasını sağlamaktadır. Literatürde sunulan web tabanlı laboratuvarlar genelde bir deney düzeneğinden oluşmaktadır. Birden fazla deney düzeneğine sahip olan laboratuvarlar ise aynı anda tek bir deneyin gerçekleştirilmesine izin vermektedirler. Yani tasarlanan sistemlerde tek bir kullanıcının deney yapmasına izin verilmektedir. Bu durum diğer kullanıcıların deney düzeneğinin boşalmasını beklemesine sebep olmaktadır. Bu sistemlerde deney düzeneklerinin çoğaltılması istendiğinde ise yeni bir sunucu ve kontrol elemanı ihtiyacı ortaya çıkmaktadır. Çalışmada gerçekleştirilen sistem ile aynı sunucu ve aynı kontrol elemanı (FPGA) üzerinden 3 farklı deneyin eş zamanlı olarak gerçekleştirilmesi sağlanmıştır. Kurulan sunucunun çoklu kullanıcı desteğine sahip olması ve kullanılan FPGA’nin paralel işlem yapması bu çalışmanın başarılı olmasını sağlamıştır. Tek bir sunucu ve FPGA üzerinden eş zamanlı olarak çoklu deney gerçekleştirmek, isteğe göre az bir ekipman kullanılarak yeni deney düzeneklerinin sisteme eklenmesi demektir. Durum böyle olunca yeni deney düzeneklerinin geliştirilmesi daha kolay bir hal alacaktır. Böylece web tabanlı gerçek laboratuvarların geliştirilmesi ve yaygınlaşması çalışmalarının artacağı düşünülmektedir. Başarılı bir şekilde sonuçlanan bu tez çalışmasında donanımsal ve yazılımsal aşamalarda karşılaşılan zorluklar ve çözüm önerileri bu alanda yapılacak diğer çalışmalara yardımcı olması açısından aşağıda verilmiştir. Çalışmada kullanılan Altera DE0 FPGA kitinin üzerinde analog kanalların bulunmaması ve deneysel sonuçların analog değerler ile okunuyor olması çalışmada analog-dijital ölçüm kartlarının tasarlanmasına neden olmuştur. Yapılan deneysel çalışmada veri kaybının olmaması ve daha fazla veri alınması istenmektedir. Bu yüzden analog değerlerin eş zamanlı olarak okunması gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Böylece her analog kanal için ayrı 59 analog-dijital ölçüm entegreleri kullanılarak FPGA tarafından eş zamanlı veri okunması sağlanmıştır. FPGA programlanmasında kullanılan VHDL dilinin paralel olarak komutları çalıştırması seri işlem gereken yerlerde process oluşturulmasına neden olmaktadır. Programda kullanılan processler kendi içlerinde seri olarak çalışmakta iken kendi aralarında paralel olarak çalışmaktadırlar. Processlerin kendi aralarında paralel çalışması bir processte değer atanan değişkene başka processte değer atanmasını engellenmektedir. Bu yüzden farklı değişkenler oluşturularak processler arasında veri alışverişi sağlanmaktadır. Bu da gereğinden fazla değişken kullanılarak sistemin çalışmasını gerçekleştirecek program yazılmasına neden olmuştur. Çalışmada karşılaşılan diğer bir sorun doğrudan ASP.NET ile hazırlanan web sayfaları üzerinden FPGA’e bağlanıldığında veri kayıplarının meydana gelmesi ve sistemin yavaşlamasıdır. Arada kullanılan veri tabanı ve Windows form uygulaması ile bu sorun ortadan kaldırılmıştır. ASP.NET üzerinden girilen deneysel veriler, veri tabanına yazılmakta ve oradan Windows form uygulaması tarafından okunarak FPGA’e yollanmakta, FPGA’den gelen deney sonuç verileri Windows form uygulaması tarafından veritabanına aktarılmakta ve oradan web sayfalarına ulaşılmaktadır. Böylece web sayfası üzerinden doğrudan FPGA iletişimi ortadan kaldırıldığından sistemdeki veri kayıpları ortadan kaldırılmıştır. 60 61 KAYNAKLAR 1. Irmak, E. (2008). Uzaktan Eğitim Amaçlı İnternet Tabanlı Laboratuvar Uygulaması, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara. 2. Delikanlı, K. (2009). Uzaktan Erişimli Kontrol Laboratuvarı, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta. 3. Çolak, İ, Irmak, E, Sefa, İ, Demirbaş, Ş. ve Bayındır, R. (2006). Temel Elektrik Devrelerinin Analizi İçin İnternet Tabanlı Bir Eğitim Aracı. 6. Uluslararası Eğitim Teknolojileri Konferansı, 446-451. 4. Yazidi, A., Henao, H., Capolino, G.A., Betin, F. and Filippetti, F. (2011, Oct.). A Web-Based Remote Laboratory for Monitoring and Diagnosis of AC Electrical Machines. Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 58(10), 4950-4959, 5. Pastor, R., Sánchez, J. and Dormido, S. (2005). Web-Based Virtual Lab and Remote Experimentation Using Easy Java Simulations. Proceedings of the 16th IFAC World Congress, 289-294. 6. Bekiroğlu, E. ve Bayrak, A. (2010). Sanal Elektrik Makinaları Laboratuvarı: Senkron Jeneratör Deneyleri. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. 25(2), 405-413. 7. Veiga, E., Oliveira, J., Nied, A. and de Oliveira, J. (2012, Oct.). Web-based learning of electrical machines simulation tool - iMotor. e-Learning in Industrial Electronics (ICELIE), 2012 6th IEEE International Conference on, 25-28. 8. Tekin, A. ve Ata, F. (2009). PI Denetleyici İle Asenkron Motorların Hız Denetimi İçin İnternet Tabanlı Sanal Bir Laboratuvar Geliştirme. Fırat Üniv. Mühendislik Bilimleri Dergisi 21(2), 161-172. 9. Hashemian, R. and Riddley, J. (2007). FPGA e-Lab, a Technique to Remote Access a Laboratory to Design and Test. MSE '07 Proceedings of the 2007 IEEE International Conference on Microelectronic Systems Education, 139-140. 10. Chandra, A.P.J. and Venugopal, C.R. (2012, Feb). Novel Design Solutions for Remote Access, Acquireand Control of Laboratory Experiments on DC Machines. Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on, 61(2), 349-357. 11. Dumanay, A.B., İstanbullu, A. ve Demirtas, M. (2009). DC motorun PID ile Hız denetimi için Uzaktan Laboratuvar Uygulaması. Elektrik Elektronik Bilgisayar Biyomedikal Mühendislikleri Eğitimi IV. Ulusal Sempozyumu Bildiri kitabı, 241-244. 12. Choudhary, A., Singh, S.A.; Malik, M.F.; Kumar, A., Pathak, M.K. and Kumar, V. (2012). Virtual lab: Remote Access and speed control of DC motor using WardLeonard system. Technology Enhanced Education (ICTEE),.1-7 13. Demirbaş Ş. (2007). İnternet Tabanlı PI Kontrollü Bir Doğru Akım Motoru Deney Seti. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. 22(2), 401-410. 62 14. Brindha, A., Balamurugan, S. and Venkatesh, P. (2011). Real time experiment to determine transfer function of Quanser servo plant. Recent Advancements in Electrical, Electronics and Control Engineering (ICONRAEeCE), 253-257. 15. Koike, N. (2012). Cyber Laboratory for Hardware Logic Experiments: Realizing Real Life Experiences for Many Students at Remote Sites. Cyberworlds (CW), 2012 International Conference on, 236-240. 16. Aydogmus, Z. ve Aydogmus, O. (2009). A Web-Based Remote Access Laboratory Using SCADA. Education, IEEE Transactionson, 52(1), 126-132. 17. Irmak, E., Colak, I., Kabalci, E. and Kose, A. (2012). Implementation of an interactive remote laboratory platform for stepper motor experiments. Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC). 18. Apse-Apsitis, P., Avotins, A., Krievs, O. and Ribickis, L. (2012). Practically oriented e-learning workshop for knowledge improvement in engineering education computer control of electrical technology. Global Engineering Education Conference (EDUCON),1-5. 19. Gardel Vicente, A., Bravo Munoz, I., Galilea, J.L.L. and del Toro, P.A.R. (2010, Oct.). Remote Automation Laboratory Using a Cluster of Virtual Machines. Industrial Electronics, IEEE Transactionson , 57(10), 3276-3283, 20. Brekken, T.K.A. and Mohan, N. (2006). A Flexible and Inexpensive FPGA-Based Power Electronics and Drives Laboratory, Power Electronics Specialists Conference,.1-4. 21. Aktoğan A. ve Okumuş H. İ. (2011). Uzaktan eğitim amaçlı gerçek zamanlı internet tabanlı bir deney düzeneğinin tasarımı. Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu 2011, 15-20 22. Bal, G. (2008). Doğru Akım Makinaları ve Sürücüleri. Ankara: Seçkin Yayınevi, 6567. 23. Bal, G. (2006). Özel Elektrik Makinaları. Ankara: Seçkin Yayınevi, 99-100. 24. Megep. (2011). Step Motor ve Sürülmesi. Ankara: Milli Eğitim Bakanlığı, 3-5, 23-24. 25. Megep. (2011). Servo Motor ve Sürücüleri. Ankara: Milli Eğitim Bakanlığı, 3-4. 26. Megep. (2007). Step ve Servo Motorlar. Ankara: Milli Eğitim Bakanlığı, 12-13. 27. Tokel, Ç. (2009). Dört Eksenli Rc Servo Motor Tahrikli Bir Robot Manipülatörü Tasarımı Ve Uygulaması, Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir. 28. Çankaya, M. N. (2002). ASP:NET. Ankara: Seçkin Yayıncılık, 27-31. 29. Alga, S. (2008). Her Yönüyle C#. İstanbul: Pusula Yayıncılık, 22-25. 30. Demirkol, Z. (2003). ASP:NET. İstanbul: Pusula Yayıncılık, 24-31. 63 31. Sarıtaş, E. ve Karataş, S. (2013). Her yönüyle FPGA ve VHDL. Ankara: Palme Yayıncılık, 29. 32. Uzun, S., Canal, M. R., and Kaçar, M. C. (2011). VHDL Programlama Dili ve Sayısal Elektronik Devrelerin FPGA Tabanlı Uygulaması. 6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), 105-109. 33. Altera De0 User Manual 34. L298n datasheet 35. ULN2003 datasheet 36. Megep. (2007). Endüstriyel Otomasyon Teknolojileri – Bilgisayarlı Kontrol-6. Ankara: Milli Eğitim Bakanlığı, 1-8. 64 ÖZGEÇMİŞ Kişisel Bilgiler Soyadı, Adı :CALPBİNİCİ, Ayberk Uyruğu :T.C. Doğum tarihi ve yeri :22.01.1987, İzmir Medeni hali :Bekâr Telefon :0(554)773 04 22 Faks : e-mail :a.calpbinici@nevsehir.edu.tr Eğitim Derece Eğitim Birimi Mezuniyet tarihi Yüksek lisans Gazi Üniversitesi/Elektrik Eğitimi Devam Ediyor Lisans Gazi Üniversitesi/Teknik Eğitim Fakültesi 2010 Lise İzmir Atatürk Anadolu Meslek Lisesi 2005 İş Deneyimi Yıl Yer Görev 2013-Halen Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi Öğretim Görevlisi Yabancı Dil İngilizce Yayınlar 1. IRMAK E., CALPBİNİCİ A., GÜLER N. (2012). Orta Ölçekli Bir İşletmenin Enerji İzleme Sisteminin Tasarlanması. Journal of Engineering Science of Pamukkale Üniversity, 18(2), 123-131 2. IRMAK E., ÇOLAK İ., BÜLBÜLH. İ., GÜLERN., CALPBİNİCİ A. (2012). FPGA Based Parallel Connection System of Separate Voltage Sources Using Cuk Converters. International Conference on Renewable Energy Researchand Applications (ICRERA’12). 11-14 Nov. 2012, Nagasaki, Japan. 65 3. Irmak E. ;Bulbul H.I.; Kose A.; Calpbinici A. (2013) A web-based real-time industrial energy monitoring system. Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG), 2013 Fourth International Conference on, pp.1713,1716, 13-17 May 2013 Hobiler Spor, Doğa yürüyüşleri, Fotoğraf çekmek GAZİ GELECEKTİR...
