akıllı şehir, akıllı bina ve akıllı ev otomasyonu
Transkript
akıllı şehir, akıllı bina ve akıllı ev otomasyonu
Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya AKILLI ŞEHİR, AKILLI BİNA VE AKILLI EV OTOMASYONU 61 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Temassız Hareket Algılayıcısı ile Akıllı Ev Otomasyonu Ahmet Ali SÜZEN1, Kubilay TAŞDELEN 2 1 Elektronik- Haberleşme Mühendisliği Bölümü Sülayman Demirel Üniversitesi, Isparta ahmetali.suzen@hotmail.com 2 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Sülayman Demirel Üniversitesi, Isparta kubilaytasdelen@sdu.edu.tr Kinect insan hareketlerini algılayıp, bu hareketlere ait kodları bilgisayar ortamına gönderen bir donanımdır [6]. Kinect Microsoft tarafından geliştirildiği için Microsoft’a ait WPF teknolojisi ile bilgisayarlar tarafından kontrol edilmektedir [7]. Kinect her ne kadar oyunlar için geliştirilen bir teknoloji olsa da otomasyon teknolojilerin temassız hareket işlemlerinde yerini almıştır. Kinect ile insan hareketleri ve belirli nesnelere uzaklıkları algılanabilmektedir [8]. Kinect üzerindeki kameralar sayesinde insan parmakları da algılanabilmektedir [9]. Gerçekleştirilen çalışma temassız hareket algılayıcı olarak bilinen Kinect teknoloji ise akıllı ev otomasyonudur. Çalışma kullanıcıların ev içerisinde hareketleri ile ev sistemlerini kontrol edebilmeleri amaçlamaktadır. Çalışmanın gerçekleştirimi iki kısımdan oluşmaktadır. Kinect’ten alınan hareketleri algılanan ve tanımlayan bir yazılım ile işlemleri ev sistemlerine aktaran RF röle kontrol kartından oluşmaktadır. Yazılım, Visual Studio 2010 üzerinde WPF teknoloji ile geliştirimiştir. RF röle kontrol kartı ise, üzerinde bir PIC (Peripheral Interface Controller) mikro denetleyicisi bulundurmaktadır. RF alıcı ve verici devresi sayesinde aldığı komutları PIC, röleleri kontrol ederek cevaplamaktadır. Bu sayede ev sistemleri kontrol edilebilmektedir. Gerçekleştirilen akıllı ev otomasyonu, kullanıcıların ev içerisindeki konforlarını artırması, aynı zamanda güvenli ve pratik olması kullanıcıların zamandan tasarruf etmesi için avantaj sağlaması amaçlanmaktadır. Ev içerisinde sistemin otomatik gerçekleştirilmesi insanların sosyal ilişkilerini zayıflattığı ve tembelleştirdiği görülmektedir. Bu durumda akıllı ev otomasyonlarının dezavantajları arasında yer almaktadır [10]. Özetçe Geçmişten günümüze doğru bakıldığında insanlar hep daha güvenli, verimli ve rahat yerlerde hayatlarını sürdürmek istemişlerdir. Günlük yaşantıda yapılan rutin işlemlerin ev içerisindeki sistemler ile otomatik yapılması akıllı ev tanımını oluşturmaktadır. Kullanıcıların evde kaldıkları sürece, günlük hayatlarını daha güvenli ve pratik hale getirecek bir ev otomasyonu amaçlanmaktadır. Bu sayede konfor, bütünü ile kullanıcı merkezli bir durumda olacaktır. Konfor sağlanmasında temel amaç, kişiye gereksiz zaman kaybettiren işlemlerin otomasyon sistemi tarafından yerine getirilmesi ve kullanıcı tarafından gerçekleştirilemeyecek işlemlerin yerine getirilmesidir. Bu çalışma, kullanıcının algılanan hareketleri ile ev içerisindeki sistemleri kontrol edebilmekte ve bu sayede konforlu, güvenli, pratik bir ev ortamı sağlanmaktır. Hareket algılama işlemi için insan hareketlerini algılayabilen ve tanımlayabilen Kinect donanımı kullanılmıştır. Kinect’in sadece insanı algılayabilmesi yapılan uygulamaya bir artı değer katmaktadır. WPF (Windows Presentation Foundation) teknolojisi ile Kinect donanımını kullanan yazılım geliştirilmiştir. Ev sistemlerini kontrol edebilmek için RF (Radio Frequency) alıcı-verici devresi içeren bir röle kontrol kartı kullanılmıştır. 1. Giriş Günlük yaşantıda yapılan rutin işlemlerin ev içerisindeki sistemler ile otomatik yapılması akıllı ev tanımını oluşturmaktadır [1]. Akıllı ev otomasyonları, insanların özgün yaşam biçimlerini göz önünde bulundurularak hayatı kolaylaştırmak, enerji tasarrufu sağlamak, güvenliği sağlamak gibi getirilerle geliştirilmektedir. Kendi kendine açılıp kapanan kapılar, yanıp sönen ışıklar, daha birçok hayal bile edemediğimiz teknolojik ürünler örnek olarak gösterilebilir [2]. Akıllı ev otomasyonlarında amaç, ev sistemlerinin kontrol edilebilmesidir. Bunu için birçok teknoloji kullanılmaktadır. Akıllı ev teknolojilerinin ilk yıllarında CAN (Controller Area Network) üzerinden ev içerisindeki gaz ve yangın detektörleri kontrol sağlandı [3]. Daha sonra akıllı cep telefonları ile ev sistemleri kontrol edilmekteydi [4]. Teknolojinin hızlı gelişimi ile ev sistemleri kameralar aracılı ile kontrol edilmektedir [5]. 2. Akıllı Evler ve Teknolojileri “Akıllı Ev” fikrinin temelleri ilk olarak 1980 yılların başında ortaya çıktı. Amerika ise akıllı ev modellerine uygun ilk uygulama 1984 yılında fiziksel engeli olmayan insanların ev konforu üzerine geliştirilmiştir [11]. Akıllı ev tanımı ise, Şekil 1’de görüldüğü üzere bütün bu teknolojiler sayesinde ev sakinlerinin ihtiyaçlarına cevap verebilen, onların hayatlarını kolaylaştıran ve onlara daha güvenli daha konforlu ve daha tasarruflu bir yaşam sunan evler için kullanılmaktadır [1]. 62 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Ethernet: ISO (International Organization for Standardization) tarafından belirlenen ve farklı sistemlerin birbiriyle haberleşebilmesini sağlayan OSI (Open Systems Interconnection) katmanlarından, kablo standartları ile fiziksel katmanda ve farklı haberleşme ortamlarının tek adres yapısı ile veri bağı katmanında çalışır [3]. Modem: Sisteme eklenebilecek modem, internete bağlanabilmeyi ve dolayısıyla ev dışından sisteme müdahale edilebilmesini sağlar [3]. 3.Kinect Teknolojisi Gün geçtikçe ilerleyen teknolojinin gereksinimlerinden yola çıkarak üretilen Kinect, temassız hareket kontrolü ile algılama yapabilen bir donanımdır. Microsoft tarafından 2010 yılından satışa sunulmuştur. Microsoft’un, Kinect teknolojisi ilk olarak oyun sektöründe tanıtıldı. Yine Microsoft’un başka bir ürünü olan X-Box oyun konsolu ile çalışabilen Kinect, Şekil 2’de görüldüğü üzere oyunlarda kontrolür görevi görmekteydi [16]. Fakat son yıllarda endüstrinin artan ihtiyacını karşılamak için Kinect kullanılmaya başlamıştır. Şekil 1: Örnek bir ev otomasyon modeli 2.1. Akıllı Ev Otomasyonları Otomasyon; bir sistemin hazırlanan belirli bir senaryoya göre herhangi bir operatöre gerek duymadan istenilen işlemleri gerçekleştirmesi olarak tanımlanabilir. Otomasyonda üç ilke vardır. Birincisi ekonomik çalışmaların bir süreç bütünü oluşudur. Tüm ekonomik çalışma bir bütün olarak uyum içinde olmalıdır. İkincisi otomasyon sürecinin altında bir görüntü, düzen ve biçim vardır. Üçüncü ilke ise otomasyonun kendini düzenleyici ve düzeltici denetimi vardır. Bu ilkelerin gerçekleşmesi otomatik makinalar, elektronik kontroller ve bilgisayarlar, mekanik beyinler aracılığıyla olmaktadır [12]. Gerçek anlamda akıllı evin ne olduğunu anlamak için öncelikle evlerin sınıflandırılması gerekmektedir [13]. Akıllı evler gelişmişlik sırasına göre üç ana başlık altında toplanabilmektedir. Bunlar; Kontrol edilebilir evler Programlanabilir evler Yapay zekaya sahip evlerdir. Şekil 2: Kinect donanımı ve x-Box 360 oyun konsolu [17] 3.1. Kinect Teknolojisinin Temel Özellikleri ve Bileşenleri Kinect, üzerinde ile tümleşik Şekil 3 ‘de görüldüğü üzere 2 tane derinlik kamerası, 1 tane RGB (Red Green Blue) kamera, 2 tane mikrofon bulunmaktadır [18]. Ayrıca Kinect’in alt bölümünde 1 tane Tilt motoru bulunmaktadır. Kinect’in teknik özellikleri aşağıdaki gibi listelenmektedir; RGB kameranın özellikleri; 1.3 megapixel renkli kamera. Micron MT9M001 . IR (Infrared) geçiren filtre ile donatılmış. 640 x 480 pixel resim çözünürlüğüne sahiptir. Görüş Alanı; Yatay görüş alanı: 57 derece. Dikey görüş alanı: 43 derece. Fiziksel Tilt alanı: 27 derece. Derinlik sensörü alanı: 1.2m - 3.5m. Data Akışı; 320x240 16- bit derinlik - 30 frame/sn. 640x480 32-bit renk - 30 frame/sn. 16-bit audio - 16 kHz. 2.2. Akıllı Ev Otomasyonlarında İletişim Ev otomasyonlarında kullanılan altyapı ve protokoller şunlardır: Cihaz elektronik kartı: Herhangi bir elektronik cihazın izlenebilmesi ve kontrolü için temel unsur cihazla haberleşebilmektir. Buna imkân tanıyan aracı ise cihazda bulunan elektronik devre kartlarıdır [14]. Seri haberleşme: Seri haberleşme genelde asenkron bir haberleşme kullanılması anlamına gelir. Çoğu seri haberleşme şekli çift yönlüdür: her iki uç veri gönderip alabilir [15]. Tablo 1’de görüldüğü gibi seri haberleşme kanalı gömülü sistemler arası ya da elektronik birimler arası birçok haberleşme biçimi için çok uygundur. Ayrıca, aynı sistemi kullanmayan birimler arası seri bağlantı noktası için yine uygun bir seçimdir. Tablo1: En çok kullanılan arayüzler arası karşılaştırma Arayüz Uzaklık RS–232 Cihaz Sayısı 2 15–30 Hız (bps) 20k Ethernet 1024 500 10G USB 127 5 1.5M480M Genel Kullanımı Basit haberleşme PC ağ haberleşmesi PC çevre birimleri Şekil 3: Kinect’in yapısal özellikleri 63 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya 3.2. Kinect teknolojisinin iskelet algılama ve izleme sistemi (C#) if (data != null) { SetEllipsePosition(leftHand, data.Joints[JointID.HandLeft]); SetEllipsePosition(rightHand, data.Joints[JointID.HandRight]); } İnsanın hareketleri algılanıp uygulamaya aktarıldıktan sonra hareketlerinin anlık görülebilmesi için temsili dairelere konumları aktarılmaktadır. (C#) private void KonumAta(Ellipse daire, Joint joint) { Microsoft.Research.Kinect.Nui.Vector vector = new Microsoft.Research.Kinect.Nui.Vector(); vector.X = ScaleVector(640, joint.Position.X); vector.Y = ScaleVector(480, -joint.Position.Y); vector.Z = joint.Position.Z; Joint updatedJoint = new Joint(); updatedJoint.ID = joint.ID; updatedJoint.TrackingState = JointTrackingState.Tracked; updatedJoint.Position = vector; Canvas.SetLeft(daire, updatedJoint.Position.X); Canvas.SetTop(daire, updatedJoint.Position.Y);} Kinect üzerinde bulunan kızılötesi kamera sayesinde insanın hareketli eklemleri algılanabilmekte ve izlenebilmektedir. İnsan anatomisine bakıldığında 20 farklı hareket noktası görülmektedir. Kinect insanda bulunan bu 20 farklı noktayı algılayabilme özelliğine sahiptir. Kinect kameraları aynı anda 2 farklı kişinin 20 farklı bölgesini aktif olarak algılayıp izleyebilmektedir. Kinect’in algıladığı 20 farklı bölge Tablo 2’de verilmiştir [19]. Tablo 2: Kinect’in algıladığı bölgeler Baş Algılanan Bölgeler Sağ diz Sol omuz Sağ omuz Sol ayak Sol ayak bilek Sol dirsek Sağ ayak bilek Sol bilek Boyun Sağ bilek Sağ el Sağ ayak Sol kalça Sol el Sağ kalça Sol diz Orta kalça Sağ dirsek Göğüs 4. WPF ile Kinect’in Kontrolü 5. Otomasyonun Yapısı Microsoft gelişen yazılım teknolojisine, kullanıcı etkileşimli uygulamalar konusunda çok önemli bir teknoloji sunarak destek olmuştur. WPF teknolojisine baktığımızda ilk olarak tasarım ve kod alanlarının birbirinden ayrıldığı göze çarpmaktadır. Bu yenilik sayesinde hem tasarımcı hem de geliştirici kendi alanlarında daha verimli olabileceklerdir. WPF, teknolojinin karmaşık ama umut verici bir parçasıdır [20]. İlk olarak uygulamanın Kinect donanımını kullanabilmesi ve insan yapısı izlemesi için ortak tanımlamaların yapılması gerekmektedir. (C#) runtime.Initialize(Microsoft.Research.Kinect.Nui.RuntimeOpti ons.UseColor | RuntimeOptions.UseSkeletalTracking); runtime.VideoStream.Open(ImageStreamType.Video, 2, ImageResolution.Resolution640x480, ImageType.Color); Kinect’in uygulamanın çalıştığı zaman bilgisayara USB arabirimi ile takılı olması gerekmektedir. Kinect insan hareketlerini algıladığı zaman, tanımlı sınıfı aracılığı ile parametreleri aktarmaktadır. WPF uygulaması içerisinde SkeletonFrame isimli sınıf Kinect cihazından gelen eklem hareketlerini saklamaktadır. Aşağıdaki örnek kod ile eklem hareketleri alınabilmektedir. Gerçekleştirilen çalışmanın blok yapısı Şekil 4’de görülmektedir. Kullanıcı uygulamayı ilk kullanmaya başladığı zaman ev sistemlerini hangi uzuvu ile kullanacağını açılış ekranında seçmesi gerekmektedir. Seçimi yaptıktan sonra seçtiği uzuvu ile kontrol işlemi gerçekleşecektir. Kullanıcı, Kinect teknolojisi kullanılarak ayak, el ve kafa hareketleri ile ev içerisinde bulunan sistemleri kontrol edebilmektedir. Engellinin kontrol edebileceği örnek sistemler aşağıdaki gibi verilmiştir. Lamba açma / kapatma. Televizyon açma / kapatma. Alarm açma/ kapatma. Klima açma/ kapatma. Kapı açma / kapatma. Müzikçalar açma / kapatma. Panjur açma / kapatma. Perde açma / kapatma. (C#) SkeletonFrame skeletonSet = e.SkeletonFrame; SkeletonData data = (from s in skeletonSet.Skeletons where s.TrackingState == SkeletonTrackingState.Tracked select s).FirstOrDefault(); Kinect üzerinden gelen insan hareketlerinin hepsi bazen kullanılmamaktadır. Bu uygulamada daha önceden seçili hareketler ile komut verilebilmektedir. Bu yüzden SkeletonFrame isimli sınıftan gelen el hareketlerini süzmek gerekmektedir. Ufak bir sorgulama ile bu işlem gerçekleştirilmiştir. Şekil 4: Gerçekleştirilen otomasyonun blok diyagramı 64 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya 6. RF Röle Kontrol Kartı 7. Sistemin Çalışması Çalışmada kullanılan röle kontrol kartı, yazılım ile iletişimini RF alıcı verici devresi ile gerçekleştirmektedir. Bu kablosuz alıcı devresi Şekil 5’da görüldüğü gibi röle kontrol kartı üzerinde bulunmaktadır. Verici devresi ile yazılımın çalıştığı sistem üzerine USB arabirimi ile takılmıştır. Kinect teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilecek otomasyon kullanıcı tarafından ilk kez kullanıma başladığı zaman Şekil 7’de görüldüğü gibi bir açılış ekranı ile karşılaşmaktadır. Kullanıcı ev içerisindeki sistemleri hangi uzuvu ile kontrol edeceğini ellerini kullarak ekrandan seçmesi gerekmektedir. Seçim yapıldıktan sonra kayıtlı uzuvları kullanmaya başlayacaktır. Şekil 5: RF alıcı ve röle kontrol kartı Röle kontrol devresi üzerinden bulunan alıcı devresine, RF olarak sistemden veri aktaran verici devresi de Şekil 6‘de görülmektedir. Şekil 7: Kullanıcı uzuv seçim ekranı Kullanıcı başlangıçta seçtiği uzuvları ile kendisi karşılayan ekrandan görevleri seçebilmektedir. Örnek olarak ellerini kullanmak için seçen kullanıcı, Şekil 8 ‘de görüldüğü gibi müzikçaların açılması için sol eli ile görevin üzerinde 3 saniye beklemektedir. Süre sonunda “Görev” kutucuğu aktif olarak röle devresine görevi yollamaktadır. Röle devresi görevi yaptıktan sonra cevap komutu yollarak “Durum” kutucuğunu aktif hale getirecektir. Bu durumda görev sistem tarafından gerçekleştirilmiştir. Şekil 9 ‘da görevi alan röle kontrol kartının istenin röleyi aktif duruma getirdiği görülmektedir. Şekil 6: USB RF verici kartı Röle kontrol kartı üzerinde bulunan 8 adet röleyi aynı anda kontrol edebilen, durumlarını saklayabilen bir PIC devresi kart üzerinde bulunmaktadır. Bu PIC devresi üzerinde PIC16F877A entegresi kullanılmıştır. Bu entegre yazılımdan gelen komutlara göre hangi rölenin açılıp kapatılacağını belirlemektedir. Aynı zamanda rölelerin durumu hakkında yazılıma bilgi göndermektedir. Uygulama yazılımı tasarından kullanıcı hareketleri ile görevlerin biri seçerse, seçili görevin kodu aşağıdaki kodlar sayesinde verici devresi üzerinden PIC’e aktarılmaktadır. PIC ile gelen komuta göre röleyi aktif veya pasif yapabilmektedir. (C#) public bool Gonder(string islem) { Byte[] cikis = new Byte[9]; cikis [0] = 0; cikis [1] = 14; cikis [2] = Convert.ToByte(islem); int bufferPointer; for (bufferPointer = 3; bufferPointer < 9; bufferPointer++) { outputBuffer[bufferPointer] = 255; } bool basarili; success = writeRawReportToDevice(cikis); return basarili; } Şekil 8: Kullanıcının yazılıma komut verme işlemi 65 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Teşekkür 3234-YL1-12 No’lu proje ile bu çalışmayı destekleyen Süleyman Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Yönetim Birimi Başkanlığı’na teşekkür ederim. Kaynakça [1] İ.Göktaş, Akıllı Ev Teknolojisi, Gazi Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, 91s, 2006. [2] H.B. Stauffer, “Smart Enabling System for Home Automaiton Systems ”, IEEE Trans. on Consumer Electronics, Cilt: 37, No:2, s:29-35, 1991. [3] K. Lee and H. Lee, “Network-based Fire-Detection System via Controller Area Network for Smart Home Automation”, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Cilt: 04, s:1093-1100, 2004. [4] B. Bittins, “Supervision and regulation of home automation systems with smartphones”, Computer Modeling and Simulation UKSim Symposium, s:444448, Germany, 2010. [5] E. Dandan, “Ev Ortamında Çocuk Güvenliği Amaçlı Akıllı Gözetleme Sistemi”, Yıldız Teknik Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, s:69, 2010. [6] J.Stowers and M. Hayes, “Quadrotor Helicopter Flight Control Using Hough Transform and Depth Map from a Microsoft Kinect Sensor,” IAPR Conference on Machine Vision Applications, Nara, JAPAN., s:9-31, 2011. [7] M. Sergey, D. Berdnikov ,” Temporal Filtering For Depth Maps Generated by Kinect Depth Camera”, Moscow State University, s:35-42, 2011. [8] L. Xia, C.K. Aggarwal,” Human Detection Using Depth Information by Kinect”, Department of Electrical and Computer Engineering, The University of Texas at Austin, 2010. [9] E. Santos, A.Cordosa, “Interaction in Augmented Reality Environments Using Kinect”,Symposium on Virtual Reality, Cilt:8/11 s:112-120, 2011. [10] M. T. Gençoğlu, “Akıllı Evler”, Fırat Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, s:1-10, 2011. [11] V. Ricquebourg, V.Menga, D.Durand, D. Marhic,B. Delahoche, C.Logé, “The Smart Home Concept : our immediate future”,2006. [12] G., Demiris,K. Brian, M.Skubic, M.Rantz, ,”Senior residents perceived need of and preferences for “smart home” sensor technologies”. International Journal of Technology Assessmentin HealthCare, Cilt: 24, S:120124, USA, 2008. [13] C. Douligeris, “Intelligent Home Systems”, IEEE, 2005. [14] B. Cincirop, “GSM Kontrollü Akıllı Ev Otomasyonu”, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, S:68, Sakarya, 2009. [15] K.İnal, M.A. Akçayol, ”GSM Tabanlı Akıllı Ev Uygulaması”, Gazi Üniversite Bilişim Teknolojileri Dergisi, Cilt:2, S:39-45, Ankara, 2009. [16] H. Hua, L. Bin, C.Yi, , “Interaction System of Treadmill Games based on Depth Maps and CAM-Shif”, Huazhong University of science and technology, China, 2011. [17] Kinect, İnternet Sitesi. http://www.xbox.com/enGB/kinect. Erişim Tarihi: 31.03.2012. [18] A. Padilla, M. Hayashibe, P. Poignet, ,”Joint Angle Estimation in Rehabilitation with Inertial Sensors and its Şekil 9: Röle kontrol kartının çalışması 8. Sonuçlar Son yıllarda endüstrinin artan gereksinimlerini karşılamak üzere görüntü işleme tekniklerine olan ilgi ve firmaların bu konulara ait yatırımları gün geçtikçe artmaktadır. Özelikle insan vücudu hareketlerinin dijital ortamlara taşıyan teknolojilerde hızlı gelişmeler yaşanmaktadır. Bu teknolojilerin geneli literatürde, hareket temelli işlemler olarak adlandırılmaktadır. Bunun en kullanışlı ürünü Kinect’tir. İnsan hayatını kolaylaştıran, gereksiz zaman kaybı gibi görülen birtakım işleri hızlı ve kolay bir şekil yapan böyle sistemler aynı zamanda kullanıcının güvenliğini de yüksek oranda sağlamakta, insanın kendine daha fazla zaman ayırmasına neden olmaktadır. Gerçekleştirilen otomasyon uygulaması, kullanıcıların ev içerisindeki sistemleri temassız kontrol etmeleri amaçlanmaktadır. Akıllı ev otomasyonlarına bakıldığında aynı amaçla yapılmış sistemler görülmektedir. Bu sistemlerde kullanıcının hareketleri kameraler ile görüntü işleme tekniği kullanılarak yapılmıştır. Görüntü işleme tekniklerinin dezavantajı, kontrolün insan hareketi yerine bir nesne ile de yapılmasıdır. Bu sebeple kullanıcı yanlışlıkla istemediği bir işlemi yapabilmektedir. Ayrıca görüntü işleme tekniği, Kinect teknolojisine göre daha yavaş çalışmaktadır. Sadece temassız hareketin dışında kontrol kartı, kumanda, telefon vb. gibi araçlarla ev sistemleri kontrol edilmektedir. Bunları birçoğu kullanıcıyı sabit noktalarda çalışabilmekte ya da kullanıcın konforuna yönelik değildir. Hareket temelli işlemler elektronik cihazların vücut hareketleriyle kontrol edilebilmesi olarak tanımlanmaktadır. Bu teknoloji mühendislik, sanat, oyun ve eğitim gibi birçok alanda etkili bir şekilde kullanılabilir. Bu uygulamayı gerçekleştirmek için kullandığımız Kinect cihazı yakın bir süreçte mobil cihazlar, bilgisayarlar vb. gibi teknolojilerle birleşerek tamamen temassız bir iletişim ortamı sağlanması ön görülmektedir. Bu çalışma ile gelecek süreçte yapılacak uygulamalara referans olması planlanmaktadır. Konutta akıllılığın gerektirdiği bazı olumsuz durumlarında ortaya çıktığı görülmektedir. Bu olumsuzluklardan bir çoğu, sistemin entegre bir yapıya sahip olmamasından kaynaklanan sorunlardır. Ayrıca sistemlerdeki teknik yetersizlikler, bakım ve tamirin uzman gerektirmesi, herhangi bir problemin hangi üreticinin sorunu olduğunun anlaşılmaması vb. olumsuzluklar da yaşanmaktadır. 66 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Integration with Kinect”, Annual International Conference of the IEEE EMBS, Cilt: 8/11, S:3479-3483. [19] M.Sidik, M.Sunar,I, Ismail, M. Mokhtar, “ A Study on Natural Interaction for Human Body Motion using Depth Image Data”, Workshop on Digital. Media and Digital Content Management, UTM ViCubeLab, Department of Computer Graphics and Multimedia Faculty of Computer Science and Information System, Universiti Teknologi Malaysia, Cilt: 26, S:97-102, Malaysia, 2011. [20] A.A. Süzen, “WPF ile Programlama”. Kodlab Yayın Evi, 13206, 400s., İstanbul, 2011. 67 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya EVLER VE SOĞUK HAVA DEPOLARI İÇİN SMS VE MİKRODENETLEYİCİ TABANLI BUZDOLABI - SOĞUTUCU ARIZA UYARI SİSTEMİ M.Serhat CAN1, Bülent TURAN2, Y.Selim ARI3, Ali AĞCA4 1 Elektronik ve Otomasyon Bölümü, Mekatronik Programı Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Zile Meslek Yüksekokulu mehmetserhat.can@gop.edu.tr 2 Elektronik ve Otomasyon Bölümü, Mekatronik Programı Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Zile Meslek Yüksekokulu bulent.turan@gop.edu.tr 3 Elektronik ve Otomasyon Bölümü, Mekatronik Programı Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Zile Meslek Yüksekokulu yavuzselim.ari@gop.edu.tr 4 Elektronik ve Otomasyon Bölümü, Mekatronik Programı Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Zile Meslek Yüksekokulu [1],[2]. Buna karşın buzdolabı arızasının bulunmayışı bir eksiklik olarak görülmüştür. Özetçe bildiriminin Bu çalışmada, buzdolabı arızaları (elektrik kesilmesi, kart bozulması, soğutucu arızası) ve dolayısıyla sonrasındaki istenmeyen sonuçlarının giderilmesi için, olası arıza durumlarında SMS ( Short Message Service = Kısa Mesaj Servisi ) yolu ile belirtilen numaraya arıza bilgisini iletecek bir sistemin oluşturulması amaçlanmıştır. Çalışma aynı zamanda, sadece ev uygulamaları ile sınırlı kalmayıp, soğuk hava depoları içinde çözüm sağlayabilecektir. Ayrıca, bu çalışmanın buzdolabı ve soğutucu üreten firmalar için yeni bir ürün modeli fikri getireceği düşünülmektedir. Akıllı ev otomasyon sistemleri incelendiğinde, gaz kacağı alarmı, yangın alarmı, hırsız alarmı, aydınlatma, havalandırma ve ısıtma sistem kontrolleri vb. çözümler bulunmaktadır. Evlerde düşünülmesi gereken başka bir konu, ev sakinlerinin evde bulunmadıkları dönemlerde (kısa/uzun süreli tatiller v.b.), elektrikli cihazların çeşitli sebeplerle bozulması ve sonrasında istenmeyen sonuçların ortaya çıkmasıdır. Çalışma ile evlerdeki buzdolapları için ve soğuk hava depolarındaki soğutucular için olası arıza durumlarında SMS ile bilgi verecek bir ürün geliştirilmiştir. Ürün, ev tipi bir buzdolabı üzerinde test edilmiş ve başarı elde edilmiştir. Buzdolabı ( veya soğutucu ) için olası üç arıza üzerinde durulmuştur. Bunlar; 1. Giriş Teknolojideki gelişmelerle birlikte insanların gereksinimleri ve beklentileri de değişmektedir. Yine bu gelişmeler doğrultusunda, haberleşme sistemlerinin ve ürünlerinin gelişmesi bu beklentileri çeşitlendirmekte ve beklentilere ivme kazandırmaktadır. Özellikle mobil iletişimin hızlı gelişip yaygınlaşması, evlerde, ofislerde, alış veriş merkezlerinde, kurumsal yapılarda güvenlik ve uyarı sistemlerinin etkinliği artırmıştır. Mobil iletişim sayesinde ev dışındaki başka bir yerden sadece bir SMS ile kombi ayarlanabilmekte, havalandırma çalıştırılabilmekte, çiçekler sulanabilmekte hatta ev içi görüntülenebilmektedir. 1. Elektrik Yok ( Elektrik kesintisi, sigorta düşmesi v.b. sebeplere bağlı olarak ) 2. Kart Arızası ( Gerilim dalgalanması, sıcaklık v.b. sebeplere bağlı olarak ) 3. Soğutucu Arızası ( Gaz kaçağı, dolap motoru arızası v.b. sebeplere bağlı olarak ) Elektrik kesintisi arızası diğer iki arıza kaynağına göre daha sık karşılaşılacak arızadır. Gün içerisinde gerçekleşme sayısı ve süresi de çok değişkendir. Bu arıza, şehir elektrik şebeke kesintisine, buzdolabı linye hattı koruma sigortasının atmasına bağlı olarak ortaya çıkabilmektedir. Sistem, elektrik kesintisi durumunda belli bir süre beklemekte ve bu süre sonunda elektrik gelmediyse, ilave bir süre bekledikten sonra SMS göndermektedir. Hali hazırdaki ev otomasyon sistemlerinde, gaz kacağı alarmı, yangın alarmı, hırsız alarmı, aydınlatma, havalandırma ve ısıtma sistem kontrolleri vb. çözümler bulunmaktadır 68 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Göz önüne alınan ikinci arıza, buzdolabı elektronik kart arızasıdır. Elektrik dalgalanmaları, gerilim uzun süreli yükselmesi veya düşük seyretmesi, rutubet, toz ve sıcaklık gibi genel kart arıza kaynaklarına bağlı olarak oluşabilmektedir. Buzdolabının elektrik besleme hattında 220 Volt AC şebeke gerilimi olsa bile, kartın bozulması durumunda buzdolabı doğru çalışmayacaktır. Bu durumda buzdolabı motoru devreye ya hiç girmeyecektir, ya da sürekli devrede kalacaktır. Bu durumda sistem bir kart arızasını tespit etmekte, kart arızasını gösterir bir SMS göndermektedir. 2x16 karakterlik LCD ekran PIC16F877‟nin D portuna bağlanmıştır. Üçüncü arıza ise buzdolabı soğutucu sistemi arızasıdır. Bu arıza, yukarıda bahsedilen kart arızasına, buzdolabı motoru arızasına ve soğutucu gaz sisteminden kaynaklanan sebeplere bağlı olarak ortaya çıkabilmektedir. Bu arıza, buzdolabı kabinine yerleştirilen LM35 sıcaklık sensörü ile tespit edilmeye çalışılmıştır. LM35 ile ölçülen sıcaklık değeri normal değerler dışında ise sistem soğutucu arızasını görüp bir SMS göndermektedir. SMS gönderimi için Siemens C55 cep telefonu kullanılmıştır. Cep telefonunun seri bağlantı uçları, PIC16F877 RX ve TX uçları olan RC7 ve RC6 numaralı uçlarına bağlanmıştır. Mikrodenetleyici ile cep telefonu arasındaki haberleşme gerilim seviyelerinin uygunlaştırılması için aşağıdaki ara devre parçası kullanılmıştır. Dolabın ne kadar süre ile devre dışı ( uyku ) kaldığını tespit etmek için DS1302 gerçek zaman entegresi, mikrodenetleyicinin B portuna bağlanmıştır. Buzdolabı beslemesinde elektrik varlığını tespit etmek için 220 Volt röle kullanılmıştır. Rölenin kapalı kontağı üzerinden 5 Voltluk gerilim 10 K direnç ile mikrodenetleyicinin C portunun 4. ucuna uygulanmıştır. Yukarıdaki üç farklı arıza durumundan birinin/birkaçının oluştuğu durumlarda, sistemin belirtilen numaraya ilgili arıza mesajını göndermektedir. Diğer akıllı ev sistemlerinde olduğu gibi, sistemin çok karmaşık olmaması, I/O ( giriş-çıkış) sayısının çok olmaması, sistem maliyetinin düşük tutulmak istenmesi gibi sebeplerden ötürü çalışmada kontrol işlemleri için mikrodenetleyici kullanılmıştır. Kullanım alanının geniş olması, program geliştirme araçlarının kolay erişilebilir olması gibi sebeplerden ötürü, mikrodenetleyici olarak Microchip firmasına ait PIC16F877 kullanılmıştır. Şekil 1: PIC ile Siemens C55 seri haberleşme ara yüzü Elektrik kesintileri durumunda sistemin çalışmasını sürdürebilmesi için, cep telefonu ve akü şarj ünitesi sisteme dahil edilmiştir. Sistemin donanım şeması aşağıda verilmiştir. Kontrol kartı ile iletişimi sağlamak amacıyla, kablolu iletişim ağları, kablosuz iletişim ağları veya optik ( kızılötesi ) iletişim ağları kullanılabilir [3]. Kablolu iletişimin kullanıldığı bazı çalışmalarda DTMF ( Dual Tone Multi Frequency ) iletişim sistemi kullanılırken [2],[4],[5] kimi uygulamalarda TCP/IP iletişim sistemi kullanılmıştır [6]. Uygulamanın gereksinimlerine göre DTMF‟nin ve TCP/IP‟nin birlikte kullanıldığı çalışmalar da mevcuttur[7]. Çalışmada, kablosuz mobil iletişim ortamlarından GSM (Global System for Mobile Communications ) sistemi tercih edilmiştir. Sistem arıza bilgilerinin GSM ortamında SMS yolu ile iletilebilmesi için, SMS yapılarından olan PDU formatı kullanılmıştır. Mobil iletişim aracı olarak, PDU formatını desteklemesi ve [1] numaralı referans çalışmada tecrübe edilmiş olması sebebiyle Siemens C55 cep telefonu kullanılmıştır. 2. Sistem Donanımı Sistemde, tüm hesap ve kontrol işlemlerini gerçekleştirmek amacıyla PIC16F877 mikrodenetleyicisi, 4 Mhz kristal osilatörlü kullanılmıştır. PIC16F877‟nin A portunda bulunan analog kanallardan birincisine LM35 sıcaklık sensörü, ikinci analog kanala akım sensörü bağlanmıştır. LM35 sıcaklık sensörü buzdolabı sıcaklık bilgisini sağlarken, akım sensörü buzdolabının zaman zaman devreye girip girmediğini ( buzdolabı elektronik kartı veya motor arızası ) tespit etmek amacıyla kullanılmıştır. Şekil 2: Sistemin donanım bileşenleri Arıza kodlarının görüntülenebilmesi ve gerek duyulduğunda dolap sıcaklık bilgisine ulaşılabilmesi amacıyla 69 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya 3.1. SMS ve PDU formatı 3. Sistem yazılımı SMS ( Short Message Service = Kısa Mesaj Servisi ), ETSI ( European Telecommunications Standards Institute ) tarafından standartlaştırılmıştır (GSM 03.40 and 03.38 ). Bu standarda göre SMS en fazla 160 karakter içerebilir. Bir SMS göndermenin iki yolu vardır. Bunlar PDU ( Protocol Discription Unit ) ve Tekst modu. [8] Mikrodenetleyici programlama ara yüzü olarak CCS C programı kullanılmıştır. Çalışmada olası üç arıza durumu sonrasında yapılacaklar, aşağıdaki algoritma ile sağlanmıştır. Algoritmada, öncelikle elektrik şebekesinde elektrik olup olmadığına bakılır. Eğer sistemde elektrik yoksa, belirlenen süre kadar beklenir ( bu dolap/soğutucu ebat ve kapasitesine göre değişir) ve süre sonunda elektrik yoksa, “Elektrik Kesildi” mesajı alıcıya gönderilir. Eğer elektrik tekrar gelecek olursa, alıcıya “Elektrik Geldi. Dolap Son … Saat…..Dakika Çalışmadı. Dolap Sıcaklığı….” mesajı gönderilir. Bu çalışmada, SMS modu olarak PDU kullanılmıştır. PDU‟nun bir kodlama yapısı vardır. Bu yapının anlaşılması için aşağıda bir örnek verilmiştir. 079109558900080011000C910945568856640000AA104576 794D97A7D7A065799E6693D3 Elektrik kesintisi yoksa, ikinci adım olarak dolabın belirlenen süre içerisinde devreye girip girmediğine, dolayısıyla dolabın çalışıp çalışmadığına ( motorun akım çekip çekmemesi akım sensöründen ) bakılır. Eğer dolap son belirlenen süre içerisinde ( 7-10 saat) devreye girmişse dolap çalışıyordur ve üçüncü adıma geçilir, şayet son belirlenen kadarlık süre içinde dolap devreye girmemişse ilave bir bekleme süresi kadar beklenir ve hala soğutucu devreye girmemişse, “Kart Arızası” mesajı alıcıya gönderilir. Bu örnek kodda, SMSC numarası +905598008000 ( Avea ) [9] Alıcı numarası +905465886546 SMS mesajı Elektrik Kesildi SMS Mesaj uzunluğu 16 Yukarıdaki PDU kodu, [8] numaralı referansta bulunan PDU çevirici ile otomatik olarak elde edilmiştir. PDU format yapısının daha iyi anlaşılması için [1] numaralı referans incelenmelidir. Üçüncü adım olarak dolap sıcaklığı kontrol edilir. Eğer dolap yüksek değerlerde ise ( t>4-5 ˚C ) belirli bir bekleme süresinden sonra, “Soğutucu Arızası” mesajı alıcıya gönderilir. PDU formatında, mobil iletişim hizmeti veren firmaya ait SMSC ( short message service center = kısa mesaj servis merkezi ) numarası bulunmalıdır. Yukarıdaki örnekteki SMSC numarası [9] numaralı referanstan elde edilmiştir. Sistemin algoritması aşağıdaki gibidir. Yukarıdaki PDU kodunun PIC16F877 üzerinden Siemens C55 cep telefonuna gönderilmesi için, CCS C „de aşağıdaki örnek C kodu yazılmalıdır. } delay_ms(5000); fprintf(gsm,"AT+CMGS=28"); //Toplam iletilecek mesaj uzunluğu =28 delay_ms(3000); fputc(0X0d,gsm); delay_ms(3000); fprintf(gsm,"079109558900080011000C9109455688566 40000AA104576794D97A7D7A065799E6693D3"); delay_ms(3000); fputc(0X1A,gsm); delay_ms(3000); } 4. Sonuçlar Bu çalışmada, daha önce yapılan benzer çalışmalardan farklı olarak, evlerde ve soğuk hava depolarında kullanılan buzdolabı/soğutucular için oluşabilecek elektrik kesintisi, kart arızası ve soğutucu sistemi arızaları için PIC ( peripheral interface controller ) ve SMS tabanlı bir uyarı sistemi tasarlanmıştır. Çalışmada bahsedilen olası üç arıza durumu, bir ev tipi buzdolabı üzerinde test edilmiştir. Testler sonucunda, her üç Şekil 3: Sistem algoritması 70 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya arıza durumu da SMS yolu ile sağlıklı bir biçimde alıcıya iletilmiştir. Çalışmada SMS gönderimi için bir Siemens marka cep telefonu kullanılmıştır. Günümüzde mobil GSM modülleri çok cazip fiyatlarda kolayca temin edilebilmektedir, dolayısıyla cep telefonu kullanmak yerine bir GSM modülü de kullanılabilir. Oluşturulan sistem, bir ev tipi buzdolabı üzerinde test edilmiş olup, ek bir maliyet getirmeden, soğuk hava depolarına rahatlıkla uygulanabilir. Çalışmada oluşturulan sistem, buzdolabı ve soğutucu üreten firmalar için yeni bir ürün modelinin geliştirilmesine de katkı sağlayabilir. Kaynakça [1] B. Cincirop, F. Vatansever, “GSM Kontrollü Akıllı Ev Otomasyonu”, 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), s: 129-133, Elazığ, Turkey, 16-18 May 2011. [2] G. N. Güğül, M. Sarıtaş, “Akıllı Ev Sistemleri Ve Uygulması,” Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Sayı: 25, s:49-60, Ağustos 2011. [3] A. Keçebaş, Ġ. Yabanova, Y. Oğuz, S.V. Neşe, M. Yumurtacı, “Akıllı Evlerde Güvenlik Sistemleri ve Eğitsel Bir Uygulama”, 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), s: 264-268, Elazığ, Turkey, 16-18 May 2011. [4] C-S. Leong, B-M Goi, “Smart Home Microcontroller: Telephone Interfacing”, International Conference on Computational Science and its Applications (ICCSA 2006), s: 424-431. [5] G. N. GÜĞÜL, “Akıllı Ev Tasarımı Ve Uygulaması”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Ankara, Ocak 2008. [6] O. Tosunoğlu, M. Göktürk, “Akıllı Ev Sistemlerinde Ethernet Üzerinden Cihaz Kontrolü Ve Ġzlenmesi”, Elektrik - Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu ( ELECO 2008) ,Bursa, 26-30 Kasım 2008. [7] T. Wang, Y. Li, H. Gao, “The Smart Home System Based On TCP/IP And DTMF Technology”, 7th World Congress Intelligent Control and Automation, ( WCICA 2008 ), p: 7686 – 7691, 25-27 June 2008. [8] http://www.smartposition.nl/resources/sms_pdu.html#PD U [9] http://smsclist.com/downloads/default.txt 71 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya İnternet Üzerinden Akıllı Ev Otomasyon Sistemi Ahmet Şenpınar 1, Emin Aydın Eroğlu 2 1 Fırat Üniversitesi, Teknik Bilimler MYO, Elazığ, Türkiye, asenpinar@firat.edu.tr 2 Fırat Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, Elazığ, Türkiye, eaeroglu@firat.edu.tr GSM teknolojisi ile akıllı ev sistemi tasarlanmıştır. Bu sistemin yer ve zamandan bağımsız olarak kullanım avantajı sağladığı görülmüştür [3]. Bazı araştırmacılarda akıllı ev otomasyonu sisteminin bilgisayar ile kontrolü üzerine çalışmalar yapmıştır. Bu çalışmalarının sonucunda bu sistemlerin hayatı kolaylaştırma noktasında büyük avantaj sağladığı görülmüştür [4]. Bunların dışında akıllı ev otomasyon sistemi üzerine farklı çalışmalar mevcuttur. Bu çalışmaların çoğunda mikro denetleyiciler ile tasarım yapılmıştır [5-8]. Bazı bilim adamları da çalışmalarında akıllı ev otomasyonu sistemlerinin genel yapılarını incelemişlerdir [9]. Akıllı ev otomasyon sistemleri ile insanların yaşam mekânlarındaki aydınlatma, sıcaklık, güvenlik, televizyon, ses sistemi, sulama sistemi, perde kontrolü, bahçe/garaj kapı kontrolü…vb. elektronik cihaz ve sistemler kontrol edilebilir. Bu sistemler, özellikle engelli ve yaşlı insanların hayatında büyük ölçüde kolaylıklar sağlar. İnsanlar evlerinden uzak olduğu zamanlarda, akıllı ev otomasyonu sistemi üzerinden evindeki bazı durumları merak eder ve bunları kontrol etmek isterler. Örneğin, yazın tatile giden bir aile, evinin güvenlik sistemini veya bahçeli bir evi varsa bahçesindeki sulama sistemini gittiği yerden kontrol etmek isteyebilir. Benzer şekilde misafirliğe giden bir aile eve dönmeden önce evinin sıcaklığını web sayfası üzerinden görebilir ve bu değere göre klima sistemini kontrol ederek evinin istediği sıcaklıkta olmasını sağlayabilir. Bu çalışmanın amacı, evden uzakta bulunduğumuz zamanlarda herhangi bir konumda iken tasarlanan akıllı ev otomasyon sistemi ile internet üzerinden bilgisayar yardımıyla evimizdeki farklı elektronik sistemlerin kontrolünü sağlamaktır. Bilgisayar tarafından kontrol edilen bu sistemler; iki odanın aydınlatmaları, bir odanın sıcaklık kontrolü, güvenlik sistemi kontrolü, sulama sistemi kontrolü ve bir odanın priz hattına bağlı elektronik cihazların kontrolüdür. Özetçe Gelişen teknoloji ile birlikte insanların yaşam standartları yükselmektedir. Zamanla yükselen bu standartlar lüks olmaktan çıkarak, akıllı ev otomasyonu sistemleriyle birlikte hemen hemen her evde kullanılabilecek hale gelmiştir. İnternet teknolojisinin gelişimiyle birlikte, insanlar ev ve iş yerlerinin internet üzerinden kontrol edilmesini istemektedir. Bu çalışmada, bilgisayar yardımıyla internet üzerinden bir evin akıllı ev otomasyon sistemine ait altı farklı sistemi kontrol edilmektedir. Bu sistemler; farklı iki odanın aydınlatılması, bir odanın sıcaklık kontrolü, bahçe sulama sisteminin kontrolü, güvenlik sisteminin kontrolü ve herhangi bir odanın priz hattına bağlı elektronik cihazların kontrolüdür. Hazırlanan yazılım programı yardımıyla bütün bu sistemler web sayfası üzerinden online olarak izlenmektedir. Tasarlanan akıllı ev otomasyonu sistemiyle bu kontroller örnek model ev üzerinde deneysel olarak başarıyla tamamlanmıştır. Anahtar Kelimeler: Akıllı Ev Otomasyonu, İnternet Erişimi, Uzaktan Kontrol. 1.Giriş İnsanoğlunun ihtiyaçları, teknolojiyle birlikte gün geçtikçe değişmektedir. Bu değişim zamana bağlı olarak artmaktadır. Milyonlarca mühendis ve bilim adamı teknolojiyi ileriye taşımak için çalışmaktadır. Son zamanlardaki artan insan ihtiyaçları, zamanımızı en çok geçirdiğimiz ev ve iş yerlerimizdeki hayatımızı kolaylaştırmaya yönelmiştir. Bu alandaki çalışmalar genel olarak “Akıllı Ev Otomasyon Sistemi” olarak isimlendirilir. Bu kavramın temel amacı ise; daha güvenli, kolay, konforlu ve ekonomik bir hayat imkânı sağlamaktır. Akıllı ev otomasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılan yöntemler şunlardır: Telefon ile kontrol, İnternet üzerinden kontrol, PLC ile kontrol, Bilgisayardan kontrol, X-10 teknolojisi. M.Yumurtacı ve arkadaşı çalışmalarında, akıllı ev sistemlerini ve bu sistemlerde genel olarak kullanılan teknolojileri incelemişlerdir [1]. Farklı bir çalışmada ise akıllı ev sisteminde X-10 teknolojisi kullanılmış ve sistemin orta gelirli ailelerinde hizmetine sunulabileceği sonucuna varılmıştır [2]. İncelenen bir başka çalışmada ise 2. Sistem Tasarımı Tasarlanan akıllı ev otomasyonu sistemi, internet erişimiyle sağlanmaktadır. Sistem, temel olarak bilgisayar programı üzerinden çalışır. Web sayfası üzerinden sistem durum bilgileri veri tabanına yazılır. Bilgisayar programı, düzenli olarak veri tabanından verileri okuyarak kontrol devresine aktarır. Sistemde bilgisayar çıkışına bağlanan altı adet çıkış vardır. Bu çıkışlar, istenilen bir veya iki odanın aydınlatılması, bir odanın klimasının çalıştırılması/ 72 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya işleminin yapıldığı kısımdır. Ayrıca bu bölüm güvenlik sistemi devredeyken oluşan bir alarm durumunda web sayfası üzerinden görüntülü olarak haberdar olmamızı sağlar. Üçüncü bölüm ise sistemi kurduğumuz evin önceden belirlenen bir odasının sıcaklık değerinin ekranda görüldüğü kısımdır. Bu gördüğümüz değer doğrultusunda klima sistemi kontrol edilebilir. Şekil 3 web sayfasını göstermektedir. durdurulması, bahçe sulama sisteminin açılıp/kapanması, güvenlik sisteminin aktifleştirilmesi/ pasifleştirilmesi ve istenilen herhangi bir odanın priz hattına bağlı elektronik cihazın açılıp kapanmasıdır. İsteğe bağlı olarak, bu priz hattı üzerindeki herhangi bir ütü, televizyon, elektrikli fırın gibi değişik cihazların kontrolünü sağlanabilir. Tasarlanan sistemde 18 adet çıkış vardır ve bunların 6 tanesi aktif olarak kullanılmaktadır. Ayrıca bu sistemle evin istenilen herhangi bir odasının sıcaklığı kontrol edilebilir. Sistem üzerinde mevcut olan diğer bir özellik ise güvenlik sisteminin web sayfası üzerinden takip edilmesidir. Şekil-1, tasarlanan sistemin blok diyagramını göstermektedir. Şekil-2, tasarlanan akıllı ev otomasyon sisteminin kurulabileceği örnek model evi gösterir. Sistem elektrik enerjisinin kesilmesine karşı bir UPS tarafından desteklenebilir. Şekil 3: Web sayfası 2.2. Bilgisayar Yazılım Programı Bilgisayar yazılım programı tasarladığımız sistemi kontrol eden bir masaüstü uygulamasıdır. Bu uygulama ile tanımladığımız internet sitesi ve kontrol devresi arasında bağlantı kurulur. Uygulamanın ilk çalıştığı zamanki ekran görünümü aşağıdaki gibidir (Şekil 4): Şekil 1: Tasarlanan sistemin blok diyagramı Şekil 2: Model ev görünümü Şekil 4: Bilgisayar uygulaması ekran görüntüsü Tasarlanan sistem; internet erişimi, bilgisayar yazılım programı, kontrol devresi ve sürücü devresi olmak üzere dört bölümden oluşur. Bu uygulamamız dört bölümden oluşur. Birinci bölüm, uygulamanın tasarlanmış olan kontrol devresi ile yapacağı bağlantı ayarlarını içerir. Buradan bağlanılacak COM portu ve kullanılacak haberleşme hızı seçilerek bağlantı kurulur. İkinci bölüm ise sisteme bağlı olan cihazların kontrolünün gerçekleştirildiği kısımdır. Bu kısım 5 adet cihazı kontrol etmek için tasarlanmıştır. Bu yüzden açma/kapama işlemi için 10 adet buton içermektedir. Üst sıradaki butonlar, cihazları devreye almak için, alt sıradakiler ise devreden çıkarma işlemi için kullanılır. İstenildiği takdirde bu tasarımla 18 adet farklı çıkış kontrol edilebilir. Üçüncü bölüm ise kontrol devresine bağlı olan sıcaklık algılayıcısının ölçtüğü oda sıcaklığının ekranda görüldüğü kısımdır. Son bölüm ise evimizde 2.1. İnternet Erişimi İnternet erişimi, tasarlanan sistemin uzaktan erişim özelliğinin sağlandığı kısımdır. Bu kısımda insanlar daha önceden tanımlanmış bir web sitesi üzerinden evlerine kurulmuş olan sistemi kontrol edebilirler. Web sitesinin tasarımı 3 bölümden oluşmaktadır. İlk bölüm, genel olarak kontrol edilmesi düşünülen cihaz ya da sistemlerin devreye alınıp/devreden çıkarılma işleminin gerçekleştirildiği kısımdır. Buradaki butonlar sırasıyla açma/kapama işlemi için kullanılır. İkinci bölüm, eve kurulmuş olan güvenlik sisteminin devreye alınıp/çıkarılma 73 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Şekil 7, kontrol devresinin tamamlanmış halini gösterir. kurulmuş olan güvenlik sisteminin aktifleştirilip/ pasifleştirildiği bölümdür. Ayrıca bu bölüm güvenlik sistemi aktifken herhangi bir alarm oluştuğu zaman, bu durum için ekranda uyarı verir. Bilgisayar uygulaması üzerinde yapılan tüm kontroller eş zamanlı olarak tasarlanan web sitesi üzerinde görülmektedir. Yani, tasarlanan akıllı ev otomasyon sistemi istenirse hem web sayfası hem de bilgisayar üzerinden kontrol edilebilir. Şekil 5 ’de bilgisayar yazılım programı görülmektedir. Şekil 7: Kontrol devresinin tamamlanmış hali 2.4. Sürücü Devresi Sürücü devresi, kontrol devresinden gelen lojik-1 (+5V) ve lojik-0 (GND) durumlarına göre yük olarak bağlanmış cihazları devreye alma ve devreden çıkarma işlemi için kullanılır. Üzerinde bir adet röle ve transistör bulunur. Bu röle sayesinde küçük akımlarla yüksek gerilim ve akımların kontrolü sağlanır. Transistör, gelen lojik bilgiye göre yükseltme işlemi yaparak röle için gerekli enerjiyi sağlar. Devreye bağladığımız led sayesinde ilgili sürücünün aktif mi yoksa pasif mi olduğunu anlayabiliriz. Bu devre sadece bir çıkışı kontrol etmek için tasarlanmıştır. Diğer her bir çıkış için bu devreler benzer şekilde çoğaltılabilir. Aşağıdaki şekillerde herhangi bir cihaz kontrolü için sürücü devresinin şeması ve tamamlanmış hali gösterilmektedir (Şekil 8-9). Şekil 5: Bilgisayar yazılım programının 2.3. Kontrol Devresi Kontrol devresi bilgisayar ile giriş/çıkış işlemlerinin yapıldığı birimdir. Bu devre bilgisayar çıkışına bağlanarak, gelen komutlara göre sürücü devresini kontrol eder. Aynı zamanda güvenlik sisteminden gelen bilgiyi ve ısı algılayıcısından okuduğu değeri bilgisayara gönderir. Devrede ısı algılayıcısı olarak Dallas firmasının ürettiği DS18B20 entegresi kullanılmıştır. Bu algılayıcının tercih edilmesinin sebebi hassasiyeti istediğimiz değerler ölçüsünde olması, kolay temin edilebilir ve ekonomik olmasıdır. Mikroişlemci olarak Microchip firmasının üretmiş olduğu PIC ailesinden 16F877A kullanılmıştır. Bu mikroişlemci, sistemin ihtiyaç duyduğu bilgisayar ile haberleşmede kullanılan RS-232 seri iletişim protokolünü sağlar. Mikroişlemci istediğimiz kontrolleri yapacak yeterli sayıda giriş/çıkış portlarına sahiptir. Kontrol devresi üzerinde Maxim firmasının MAX232 entegresi vardır. Bu entegre, mikroişlemcimiz ile bilgisayar arasındaki iletişim anında gelen ve giden verilerin, parazit sinyallerinden filtre edilmesi ve veri bitlerinin terslenmesini sağlamaktadır. Bu sayede iletişim hattında veri kayıpları minimuma düşmektedir. Kontrol devresinin şeması Şekil 6’ da gösterilmektedir. Şekil 8: Her bir sürücü için devre şeması Şekil 9: Sürücü devresinin tamamlanmış hali Şekil 6: Kontrol devresinin şeması 74 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya 3.Sistemin Deneysel Uygulanması Tasarlanan akıllı ev otomasyon sistemi kullanıcının isteğine göre hem web sayfasından hem de evdeki bilgisayar üzerinden kontrol edilmektedir. Bu sistem uygulamaya geçirilirken bir dizüstü bilgisayar kullanılmıştır. İlk olarak dizüstü bilgisayara tasarlanan masaüstü uygulaması yüklenir. Sonra kontrol ve sürücü devrelerinin bilgisayar bağlantısı kurulur. Son olarak sürücü devresine kontrol etmeyi planladığımız yükler bağlanarak sistem çalışmaya hazır hale getirilir. Çıkışlara yük olarak ise, oda aydınlatmalarını temsilen bir adet lamba, enerji hattı üzerine bağlı cihazı temsilen flaşör ve klimayı temsilen bir fan bağlanmıştır. Deneysel sistemin genel görünümü Şekil 10 ’da görülmektedir. Şekil 12: Alarm durumunun değişimi Sonra bilgisayarımızdan kişisel web (www.eaeroglu.com) sayfasına bağlanarak devremizdeki güvenlik sistemine bağlı olan alarm durumunun değişimi gözlemlenmiştir. Normal çalışma sırasında alarm göstergesi yeşil iken, alarm durumu aktifleşir ise göstergenin kırmızı hale geçtiği görülmüştür (Şekil 12). Şekil 10: Deneysel sistemin genel görünümü Şekil 13: İnternet sitesinde sıcaklık değişimi Farklı zaman dilimlerine ait oda içerisindeki sıcaklık değişimleri internet sayfası üzerinden görülür (Şekil 13). Şekil 11: Masaüstü uygulaması çalışır hali Akıllı ev otomasyonu sistemimizi çalıştırmak için önce masaüstü uygulaması çalıştırılarak kontrol devresinden gelen sıcaklık bilgisi ve alarm durumu ekrandan gözlenmiştir (Şekil 11). Şekil 14: Tek çıkış aktif Web sayfası üzerinden priz hattının bağlı olduğu çıkış aktif edilerek flaşörün çalışmaya başladığı gözlemlenmiştir (Şekil 14). 75 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Şekil 15: İki çıkış aktif Şekil 18: İki çıkış aktifken Led durumu Farklı bir durumda ise bilgisayardaki masaüstü uygulamasından diğer bir çıkış daha aktif edilerek bağlanan lambanın yandığı ve aynı zamanda web sayfası üzerinden de basılan butonun konum değiştirdiği gözlemlenmiştir (Şekil 15). Bu durumda bilgisayara bağlı iki çıkış aktif haldedir. Şekil 19: Üç çıkış aktifken Led durumu Şekil 16: Üç çıkış aktif Yine web sayfası üzerinden klima çıkışını aktifleştirerek çıkışa bağladığımız fanında çalışmaya başladığı görülmüştür (Şekil 16). Bu durumda tasarlanan akıllı ev otomasyonu sistemine ait olan temsili tüm çıkışlar (3 tane) aktiftir. Bunların haricinde istenirse bilgisayar çıkışına bağlı diğer iki röle tarafından güvenlik sistemi ile bahçe sulama sistemi de web sayfası veya bilgisayar üzerinden kontrol edilebilir. Şekil 20: Beş çıkış aktifken Led durumu Şekil 17-20 arasındaki resimler, sürücü devresi üzerindeki ledlerin durumu göstermektedir. Çıkışa bağlı yük aktifken, o çıkışa bağlı led ışık yayar. Bunun sonucunda çıkışın aktif mi pasif mi olduğunu gözlemlenir. Yukardaki gibi tüm çıkışlar aktif olduğunda (Şekil 20), akıllı ev otomasyon sistemine ait olan; 2 odanın aydınlatılması, 1 odanın sıcaklık kontrolü (klima kontrolü), sulama sisteminin kontrolü, 1 odanın prizindeki yüklerin enerji kontrolü ve evin güvenlik sisteminin kontrolü olmak üzere toplam 6 farklı sistemin kontrolünün sağlanabildiği görülmektedir. Şekil 17: Tek çıkış aktifken Led durumu 76 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya 4.Sonuç Yapılan bu çalışmada, internet üzerinden bir bilgisayar aracılığıyla bir evin aydınlatma sistemi, sıcaklık sistemi, sulama sistemi, güvenlik sistemi ve priz hattına bağlı elektronik cihaz sisteminin kontrolü gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan bu akıllı ev otomasyon sisteminin hem web üzerinden hem de bilgisayar üzerinden kontrolü sistemin avantajlı olduğunu gösterir. Bu otomasyon sisteminin ekonomik olması ver her eve uygulanabilmesi sistemin bir diğer avantajıdır. Bu sistem, insan yaşamına çok büyük kolaylıklar sağlar. Gelecek çalışmalarda ise, elektrik enerji kesintilerine karşı sistemin enerjisi, evin çatısına yerleştirilecek güneş panelleri ile sağlanacak şekilde tasarlanabilir. Ayrıca sisteme mobil cihaz yazılımı ve RF kumanda gibi donanımlar eklenerek daha kullanışlı hale getirilebilir. Kaynaklar [1] M.Yumurtacı ve A.Keçebaş, “Akıllı Ev Teknolejileri ve Otomasyonu Sistemleri”, 5. (IATS’09), 13-15, Karabük, Türkiye, Mayıs 2009. [2] M.Yıldız ve N. Karaboğa, “Genişletilebilir Ev Güvenliği ve Otomasyonu”, Elektrik-Elektronik-Bilgisayar Mühen- disliği 11. Ulusal Kongresi ve Fuarı. [3] İ.Çayıroğlu ve S. Görgünoğlu, “Mobil Telefon ve Pic Mikrodenetleyici Kullanarak Uzaktan Esnek Kontrol Sağlanması”,Int.J.Eng.Research&Development,Vol.2,No.1, January 2010. [4] L.Birgül ve G. Cansever, “Mikrokontrollör ile Akıllı Ev Otomasyonu ve Bilgisayar Arayüzü”, ELECO`2008 , Elektrik-Elektronik-Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu ve Fuarı. [5] K. İnan ve M. Ali Akçayol, “GSM Tabanlı Akıllı Ev Uygulaması”, Bilişim Teknolojileri Dergisi, Cilt: 2, Sayı: 2, Mayıs 2009. [6]H.Korkmaz,“Akıllı Ev Otomasyonunun Mikrodenetleyici ile Gerçekleştirilmesi”, Yıldız Teknik Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Yüksek Lisans Tezi, 2007. [7] G. Arslanoğlu, “Rf Ev Otomasyonu”, Gazi Üniversite Elektrik-Elektronik Mühendisliği Yüksek Lisans Tezi, 2009. [8] B. Cincirop, “Gsm Kontrollü Akıllı Ev Otomasyonu”, Sakarya Üniversitesi Elektronik ve Bilgisayar Eğitimi Yüksek Lisans Tezi, 2009. [9] F. Cem Uzun, “Akıllı Binalarda Otomasyon”, Makine Mühendisliği Yüksek Lisans Tezi, 2009. 77 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Akıllı Kavşak Kontrol Sistemi Tasarımı Zeki Güler 1, Mehmet Demirer2, Kemal Leblebicioğlu3 1 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Hacettepe Üniversitesi, Ankara zeki.guler@ortana.com 2 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Hacettepe Üniversitesi, Ankara mehmet@hacettepe.edu.tr 3 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ortadoğu Teknik Üniversitesi, Ankara kleb@metu.edu.tr Her kavşağın kendi sinyal sürelerini doğru olarak belirleyebilmesi, kavşakta bekleme sürelerini azaltacak ve kavşatan ayrılan araç miktarını en yüksek seviye çıkartacaktır. Bu çalışmada önerilen çözüm, her kavşak için daha önceden belirlenmiş kurallar ve o kuralın vereceği en uygun kararların olduğu bir kural bloğunun yaratılması ve elde edilen kararlara göre her bir fazdaki ışık sürelerini yeniden ayarlayan bir kontrol algoritmasının geliştirilmesidir. Bir kavşağın her bir yönündeki araç kuyruğu uzunluğu ve kuyruk uzunluğunun artış hızı biliniyorsa bir sonraki döngüde ortalama araç yoğunluğunu en aza indirecek şekilde ışık süreleri ayarlanabilir. Özetçe Bu çalışmada ulaşım ağlarındaki trafik sıkışıklığını önlemek amacıyla, sıkışıklığa neden olan kavşakların uyarlamalı kontrolünü sağlayan ve kural tabanlı çalışan bir algoritma önerilmiştir. Kavşakta bulunan araçların miktarını (her bir yöndeki kuyruk uzunluğunu) ve bu miktardaki artışı gözlemleyen algoritma en iyi ışık sürelerini bir sonraki döngüde kullanacak şekilde ayarlamaktadır. Böylelikle her kavşağın kendi sinyal sürelerini belirleyebilmesi, kavşakta bekleme sürelerini azaltmakta ve kavşağın en iyi performansta çalışmasını sağlamaktadır. Kural tabanlı çalışan kavşak modeli oluşturulurken gerçek trafik verilerine benzer veriler kullanılmış ve bu veriler ile eğitilen kural blokları standart bir kavşağa göre %20-%30 daha fazla araçın kavşaktan ayrılmasına olanak sağlayan bir algoritma meydana getirilmiştir. 2. Metodoloji Işık sürelerinin ayarlanabilmesi için çok katmanlı bir kural tabanı geliştirilmiştir. Her bir kural kavşakta olası bir durumu temsil etmekte (her bir yöndeki araç yoğunluğu, araç kuyruk uzunluğu, trafik yoğunluğundaki artış hızı vb.) ve bu durumda kavşağın ışık sürelerinin nasıl olması gerektiğine karar vermektedir. Bir araya gelen kuralların verdikleri kararlar bulanık mantık [2] (fuzzy logic) yapısında ele alınmış ve çıktı olarak tek bir karar elde edilmiştir. Ortaya çıkan bu karar o katmanın oluşturduğu son karardır. Kuralların vereceği kararlar kavşağın performansının belirlenmesinde kilit rol oynamaktadır. Çıkan kararlara göre kavşağın ışık süreleri artırılır, azaltılır, ya da hiç değişmeden bir sonraki döngüde aynen kullanılır. Kavşakta araç miktarı ve yoğunluğu ile ilgili oluşabilecek her bir duruma karşı verilecek en uygun kararı bulmak zor ve zahmetli bir iştir. Bunun yerine olası tüm durumlara en uygun kararları veren bir kural seti oluşturulur. Testler göstermiştir ki bir çok durum için verilen kararlar benzer olmaktadır. Aynı kararı veren kuralların kural setinde ikinci kez bulunmasına gerek yoktur. En uygun kuralların seçilebilmesi için karmaşık, çok boyutlu arama uzayında en iyinin hayatta kalması ilkesine 1. Giriş Uyarlamalı trafik kontrol yöntemi, bir başka deyişle akıllı trafik kontrol sistemi son yirmi yıldır gelişen teknoloji ile birlikte uygulama alanı bulabilmiştir[1]. Tek bir kavşakta bekleme sürelerini en aza indirmeye çalışan bu tür sistemler, kavşağın yönlerinde araç olup olmamasına bakarak daha önceden belirlenen en az veya en fazla ışık sürelerini uygulamaktadır. Böylelikle kavşağın araç olan yönüne geçiş hakkı tanıyarak trafik sıkışıklığını önlemeye çalışmaktadır. Bu tür sistemler kavşağın tüm yönlerinde araç varsa her bir yöne en az veya en fazla ışık süresini atayarak sabit zamanlı bir kavşak gibi çalışmaktadır. Bu durum günümüz şehirlerinde her zaman karşılaşılan bir durum olduğu için trafik sıkışıklığına bir çözüm getirmemektedir. Bir kentin tümünde veya belli bir bölgesinde trafik ışıklarının yanma sürelerine ve birbirlerine göre fazlarına karar verebilmek için öncelikle her kavşağın kendi başına verdiği kararın her şart altında doğru olması gerekir. 78 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Şekil-1’de kural katmanlarının oluşturulması ve birbirlerine nasıl birleştirildiklerinin gösterildiği bir akış şeması gözükmektedir. Her bir katmanda alınan kararın bir sonraki katman ile birleştirilmesi için bir kaynaştırma işleminden geçirilmesi gerekmektedir. Kaynaştırma işlemi yapılırken kural tabanlı kavşağın sıradan bir kavşağa göre başarımı ele alınmış ve bir performans değeri elde edilmiştir. Performansın kötü olduğu yerlerde bir önceki katmanın verdiği karar, iyi olduğu yerlerde ise yeni katmanın verdiği karar daha baskın olacak şekilde optimizasyonun parametreleri ayarlanmıştır. göre bütünsel çözümü arayan optimizasyon tekniklerinden Genetik Algoritma kullanılmıştır [3] [4]. Belli bir adette bir araya gelen kuralların oluşturduğu kural katmanı veya kümesi, eğitim verileri (training data) ile eğitilmiş ve performans en iyi olana kadar kümenin içinde bulunan kurallar ve verdiği kararlar değiştirilmiştir. Birinci Katman Kararı Data KURAL BLOĞU Optimizasyon 3. Trafik Sinyal Kontrolünde Kullanılan Temel Parametreler Cost 3.1. Sinyal Döngüsü BIRINCI KATMAN Kavşakta bulunan sinyallerin kendini tekrar ederek yanmaya başlamadan önceki durumuna sinyal döngüsü denir. Her kavşak bünyesinde bulundurduğu sinyalleri belli bir zaman sonunda tekrar yakar. Böylelikle kavşakta tanımlanmış olan her bir yöne geçiş hakkı verilmiş olunur. Calculate Performans 3.2. Sinyal Döngü Zamanı (c) Kavşaktaki sinyallerin bir döngüyü tamamlaması için geçen süreye sinyal döngü zamanı denir. Bir sinyal döngü zamanında kavşakta bulunan tüm yönlere geçiş hakkı en az bir kere verilir. Standart kavşakta bu süre sabit iken uyarlamalı kavşakta bu değer, kavşakta bulunan araç sayısına, kavşağın doygunluk miktarına, diğer kavşakların durumuna ve merkezi bir birimden alınan bilgilere göre değişebilir. FIZYON Karar KURAL BLOĞU Optimizasyon Cost İkinci Katman Kararı 3.3. Trafik Akış Yoğunluğu (q) İKİNCİ KATMAN Birim zamanda her bir yönden kavşağa gelen araç miktarına trafik akış yoğunluğu denir. Daha detaylı analizler yapabilmek için trafik akış yoğunluğunun değişimi ele alınarak sistemin performansı artırılabilir. Calculate Performans 3.4. Sinyal Fazı Karar Bir sinyal döngüsü zamanı boyunca aynı renkte yanan sinyallere sinyal fazı denir Şekil 2 de iki fazlı bir kavşakta araçların kavşağı kullanış biçimleri gösterilmektedir. Birinci fazda araçların 1 ve 2 yönlerine geçişlerine izin veriliyorken, ikinci fazda araçların 3 ve 4 yönlerine geçişlerine izin verilmektedir. FIZYON KURAL BLOĞU Optimizasyon Cost N’ninci Katman Kararı 3.5. Doygunluk Debisi (s) Bir kavşaktan belli bir yöne birim zamanda çıkabilecek maksimum araç sayısına doygunluk debisi denir. Bu değer kavşağın fiziki yapısına (kaç şeritli olduğuna) bağlıdır ve her bir kavşak için farklı olabilir. Eğer kavşağa birim zamanda doygunluk debisinden daha fazla miktarda araç geliyorsa kavşakta kuyruk oluşmaya başlayacaktır. Bu durumdaki kavşağa aşırı yüklenilmiş kavşak denilmektedir. Kavşağa gelen araç miktarı doygunluk debisinden az ise, kavşaktaki kuyruk miktarı azalacak ve kavşaktan ayrılan araç sayısı birim zamanda gelen araç sayısına eşitlenerek bir dengeye ulaşacaktır. Bu durumdaki kavşağa ise az yüklenilmiş kavşak denilmektedir. N’inci KATMAN Şekil-1: Kural katmanlarının oluşturulaması ve diğer katmanlar ile birleştirilmesi Daha sonraki aşamada tek bir kural katmanından oluşan kavşağın performansının artırılması için başka diğer kural katmanları olşturulmuş, eğitim verileri ile eğitilmiş ve bir önceki kural katmanına birleştirilmiştir. Böylelikle tek bir kural katmanının yeterli sonuç alamadığı yerlerde diğer kural katmanları çalıştırılarak performans artırılmıştır [5]. 79 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Şekil 2: Iki fazlı bir kavşak Şekil 3: Girdi için kullanılan üyelik fonksiyonun grafiği Bir kavşağın her hangi bir yönündeki araç kuyruk uzunluğu ve trafik akış yoğunluğu AZ, ORTA ve ÇOK olacak şekilde sınıflandırıldıktan sonra her bir girdi için bir kural oluşturulur . Rasgele seçilmiş kuralların oluşturduğu kural tabanı aşağıdaki gibidir: 3.6. Kayıp Zaman (L) Bir sinyal döngüsü zamanında etkin olarak kullanılmayan zamana kayıp zaman denir. Örneğin bir yöne yeşil yandığında araçlar hemen harekete geçemedikleri için bir miktar zaman kaybı oluşacaktır. 3.7. Fazladan Geçiş Süresi (y) IF( (3) Kırmızı ışık yandığında araçlar bir anda duramayacakları için bir miktar araç belirli bir süre daha kavşağı terk edecektir. Bu süre fazladan geçiş süresi olarak ele alınır. Kavşaklarda bu durum sarı sinyalin bir miktarı olarak düşünülebilir. ) THEN ( 3.8. Ettkin Yeşil Süresi (ge) Bir sinyal döngüsü boyunca etkili olan yeşil süresine etkin yeşil süresi denir. Kayıp zamanı, sinyalin yeşil süresi ve fazladan geçiş süresi dikkate alınarak aşağıdaki şekilde hesaplanır [5]: gei = gi + yi – L (1) i: faz endeksi. 4. Model ve Çözüm Metodu 4.1. Üyelik Fonksiyonlarının Seçimi ve Durulaştırma (Defuzzification) İşlemi Bu çalışma kullanılan kavşak modeli şekil 2 de gösterilen iki fazlı kavşak modelidir. İkiden daha çok fazlı modellere de geliştirilen çözüm metodu kolayca uygulanabilir. Kavşakta bir döngü zamanı sonunda oluşacak kuyruk miktarı aşağıdaki şekilde hesaplanır [6], ̅( ) ( ) ̅( ) (2) burada, k döngü zamanı endeksi, [ ) Burada 9 adet değişken bulunmaktadır. , , , , , , , öncül değişkenler, ise karar değişkenidir. Öncül değişkenler her bir yön ile alakalı değişkenler olup, karar değişkeni sadece ikinci fazın yeşil süresindeki değişimini göstermektedir. Birinci fazdaki değişim, eğer döngü zamanı sabit ise kolaylıkla bulunur. Üyelik fonksiyonu seçilirken iki tip fonksiyon tercih edilmiştir: Üçgensel fonksiyon (triangular) ve eşkenar yamuk fonksiyon (trapezoidal). Her bir fonksiyonun altında kalan alan birbirine eşit olacak şekilde ayarlanmıştır [7]. Şekil 3 de öncü değişkenleri için kullanılan üyelik fonksiyonun bir örneği bulunmaktadır. Durulaştırma işlemi yapılırken etkin yeşil süresindeki değişimin ne kadar olacağı aşağıdaki formül ile hesaplanmıştır. ] ∑ ∑ [ ( ) (4) ( ) Buradan ikinci fazda kullanılacak olan bir sonraki etkin yeşil süresi aşağıdaki şekilde bulunur. ] ( A birim matrisi, s her bir yöndeki doygunluk debisi, q her bir yöndeki trafik akış yoğunluğudur. Kavşaktaki kuyruk miktarı bir döngü içerisindeki trafik yoğunluğuna, kuyrukta bekleyen araç miktarına ve döngü boyunca belirlenmiş etkin yeşil süresine bağlıdır. Etkin yeşil süreleri değiştirilerek kavşaktaki kuyruk miktarı ve araçların kavşaktaki bekleme süreleri değiştirilebilir. Olası her duruma karşı etkin yeşil süresindeki değişim miktarı bulunabilirse kavşağın en iyi perfermonsta çalışması sağlanacaktır. ) (5) veya (6) 80 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Tablo 1: Durulaştırma işlemi sonucu ikinci fazdaki etkin yeşil süresindeki değişim örneği Durulaştırma sonucu bulunan değer PID PI 0 değişiklik yapma değişiklik yapma -0.25 Bir önceki etkin yeşil süresini %25 azalt Bir önceki etkin yeşil süresini belirli bir değerin %25'i kadar azalt 0.75 Bir önceki etkin yeşil süresini %75 artır Bir önceki etkin yeşil süresini belirli bir değerin %75'i kadar artır Bir önceki etkin yeşil süresini %100 artır Bir önceki etkin yeşil süresini %100 azalt Bir önceki etkin yeşil süresini belirli bir değer kadar artır. Bir önceki etkin yeşil süresini belirli bir değerin kadar azalt 1 -1 işlenmesi için evrensel bir çözüm metodu olan GA kullanılmıştır. Sistemin girdisi olan araç yoğunluğu ve kuyruk uzunlukları (AZ, ORTA, ÇOK) ve sistemin çıktısı olan etkin yeşil süresindeki değişim miktarı (AZALT, DEĞİŞTİRME, ARTIR) “iki ikil (bit)” ile temsil edilmiştir. Bu durumda GA’nın bir kromozomu 9 parçadan (Genden) oluşmakta ve her bir parça iki ikil ile temsil edilmektedir. 4.3. Karmaşık Çok Boyutlu Arama Uzayı Kuralların oluşturduğu havuz, problemin uygun çözümlerinin uzayını meydana getirir. Bu havuzdaki her bir kromozom uygun birer çözümdür. Her bir “uygun çözüm” için bir uygunluk (fitness) hesabı yapılır ve ilgili kromozom bu uygunluk değeri ile işaretlenir. GA’nın burada yerine getirdiği görev iyi sonucu veren kromozomları tutmak ve bunların oluşturacağı yeni nesli bir sonraki döngüde kullanarak en iyi çözümü bulmaktır. Uygunluk hesabı yapılırken kötü sonuç veren kromozomlar arama uzayından atılır. Geliştirilen algoritmada önerilen çözüm, birden fazla kuralın en iyi sonucu verecek şekilde seçilmesi ve karar kısımlarının ayarlanması olduğu için kromozom tek bir kuralı değil birden fazla kuraldan meydana gelen bir kural bloğunu temsil etmektedir. 4.3.1. Uygunluk Hesabı Uygunluk hesabı yapılırken kavşağın N adet sinyal döngüsü zamanı sonundaki toplam kuyruklanma miktarı ele alınmıştır. Bir başka deyişle, her döngü sonunda biriken araç miktarı toplanarak bir gider fonksiyon değeri (Cost) elde edilmiştir. N adet döngü sonucu oluşan gider fonksiyon değeri sistemin uygunluk değerinin bulunmasında kullanılmıştır. Durulaştırma işlemi sonunda -1 ile +1 arasında bir sonuç elde edilmektedir. Çıkan bu sonuca göre etkin yeşil süresindeki değişimin ne olacağı belirlenir. PID kontrolcu kullanılacaksa bu değişim (5) nolu denklemde gösterildiği gibi kullanılırken; PI kontrolcu için (6) nolu denklem kullanılır. Durulaştırma sonucuna karşılık gelen etkin yeşil süresindeki örnek değişimler tablo 1 de gösterilmiştir. (7) Gider fonksiyonu değeri ne kadar küçük olursa uygunluk değeri o kadar büyük olacaktır. Bu da kavşakta her bir döngü zamanı sonunda beklemelerin az, kuyruklanmanın kısa ve kavşağın performansının iyi olacağı anlamına gelmektedir. Toplam gider değerini hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılmıştır: 4.2. Kuralların ve Karar Kısımlarının Belirlenmesi Gerçek bir çözüm için tüm koşulların ele alınması ve kuralların karar kısımlarının en uygun şekilde belirlenmesi gerekir. Tasarlanmış olan sistem sadece 8 adet girdiden ve bir adet çıktıdan oluşturulmuş bir sistemdir. Her bir girdi için en az üç farklı (AZ, ORTA, ÇOK) kombinasyon bulunmaktadır. Bu şekilde düşünülmüş bir yapıda farklı durum oluşmaktadır. Eğer sistemin çözünürlüğü artırılmak istenirse olası durum miktarı katlanarak çoğalacaktır. Her bir olası durum içinde en mantıklı kararların belirlenmesi gerekecektir. Başlangıçta işe yarar belirli bir sayıda kuralı bir araya getirerek bir kural seti oluşturulmuştur. Her bir kuralın vereceği karar kısmı kullanıcı tarafından önerilerek çözüm kümesine en yakın bir başlangıç noktası seçilmiştir. Başlangıçta seçilen ve işe yarar kuralların oluşturduğu bloğa daha sonra rastgele oluşturulmuş kurallar kaynaştırılmıştır. Kaynaştırılmadan önce genetik algoritma yardımı ile kavşağın ortalama kuyruk miktarı, bir başka değişle gider fonksiyonu değeri, en az olacak şekilde ve performans değeri gözetilerek optimize edilmiştir. (8) Şekil 4 de bir kavşağın toplam kuyruk miktarının artışı gösterilmektedir. 4.3. Çözüm Uzayı Daha öncede belirtildiği gibi adet kural kümesi için uygun kararların üretilmesi zahmetli bir iştir. Bu tür verilerin Şekil 4: Her bir döngü zamanında kuyruk miktarındaki artışın toplam gösterimi 81 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya erformans de erini göstermektedir Tablo 2: Kromozomlar arası genetik materyalin aktarımı 4.3.4. Kaynaştırma İşlemi İkil Gösterimi Performans değeri elde edildikten sonra en iyi sonucu vermiş olan kural bloğunun kararı, bir önceki kural bloğunun kararı ile birleştirilmelidir. Birleştirme işi her bir döngü sonunda kavşağın bir önceki kural bloğunun performansına bakılarak yapılır. Eğer performans bir önceki blokta iyi ise o bloğun vermiş olduğu karar; değilse yeni kural bloğunun verdiği karar daha ağırlıklı olacaktır. İki kural bloğunun vermiş olduğu karar aşağıdaki şekilde birleştirme işleminden geçirilmektedir. Çocuk1 1 1 0 1 || 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 || 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 || 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 || 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 || 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 || 1 0 1 0 Çocuk2 kromozom2 kromozom1 1 1 0 1 || 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 || 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 || 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 || 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 || 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 || 1 1 1 1 1 1 0 1 || 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 01 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 || 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 || 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 || 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 || 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 || 1 0 1 0 1 1 0 1 || 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 || 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 || 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 || 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 || 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 || 1 1 1 1 ( ) ( ) ( ) ( ( ) ( )) ( ( )) ( ) (10) Her yöndeki kuyruk yoğunluğu, Kural bloğu, Durulaştırma fonksiyonu ya da karar fonksiyonu, Karar, etkin yeşil süresindeki değişim oranı, Bir önceki bloğun c döngüsü zamanındaki performansı, Bir önceki bloğun c döngüsü zamanındaki asıl kararı, Asıl karar, uygulanacak asıl değişim oranı. 4.3.2. Kormozomlar Arası Genetik Değişim (Çaprazlama, Crossover) İki kromozom çaprazalama işleminden geçirilirken Tablo 2’ de gösterildiği gibi bir yöntem izlenmiştir. Çaprazlama işlemi gerçekleştirildikten sonra çocuklar bir miktar mutasyona maruz bırakılmıştır. Böylelikle optimizasyon yerel bir çözüme takılırsa bu noktadan dışarı çıkıp evrensel bir çözüm bulabilme şansı artırılmıştır. 4.3.3. Performans Değerinin Bulunması Şekil 5: Kural tabanlı çalışan kavşak ile sıradan çalışan kavşağın ilk kural ataması sonundaki gider fonksiyon değeri karşılaştırması Her bir kural bloğunu bir önceki kural bloğu ile entegre edebilmek için bir performans parametresine ihtiyaç vardır. Bu parametre ancak bir referans noktasına göre belirlenebilir. Bu çalışmada referans noktası olarak standart bir kavşak seçilmiştir. Her bir döngü zamanı sonunda standart kavşak ile kural tabanının çalıştığı kavşaktan ayrılan toplam araç sayısı sayılmış, ihtiyaç duyulan performans değerinin hesaplanmasında kullanılmıştır. Performans değeri hesaplanırken aşağıdaki formül kullanılmıştır: ( ) ( ) ( ) (9) Burada, Kural tabanlı çalışan kavşaktan ayrılan araç sayısı ile standart kavşaktan ayrılan araç sayısı arasındaki fark, Kural tabanlı kavşaktan c döngü zamanı sonucunda ayrılan toplam araç miktarı, Standart kavşaktan c döngü zamanı sonunda ayrılan toplam araç miktarı, enge de eri , Şekil 6: Kural tabanlı çalışan kavşak ile sıradan çalışan kavşağın beşinci kaynaştırma işlemi sonundaki gider fonksiyon değeri karşılaştırması 82 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya önlemesi, bir başka değişle, her bir fazın etkin yeşil sürelerinin değişen trafiğe göre en iyi şekilde anlık olarak ayarlanması gerekmektedir. Trafik sıkışıklığını yerel olarak çözümleyen bir kavşak daha sonra evrensel bir çözüm sağlayıcısının otonom çalışan birer parçası olacaktır. Sabit olan döngü zamanları merkezi bir denetçi tarafından artırılarak veya azaltılarak evrensel bir çözümleyici elde edilebilir. Bu durumda sadece tek bir kavşağın değil, tüm şehrin, hatta bölgelerin birbirleri ile olan trafik akışı denetlenerek optimal bir çözüm bulunabilir. Bu çalışmada kullanılan perfermons parametresi sıradan bir kavşağa göre oluşturulmuştur. Sıradan bir kavşak ile kural tabanlı çalışan kavşağın aynı şartlar altında performansları gözlenerek bulunan bu değer, sistemin can alıcı noktasını oluşturmaktadır. Bu değer hesaplanırken sıradan bir kavşak yerine hali hazırda çalışan başka bir uyarlamalı kavşak modeli seçilebilir. Bu durumda hesaplanan performans değeri sıradan bir kavşak modeli yerine uyarlamalı çalışan kavşak ile karşılaştırılarak bulunacak ve bu kavşaktan daha iyi çalışan bir kavşak modeli ortaya çıkacaktır. Algoritmanın temelinde performans değeri hesaplanırken daha iyi bir kavşak oluşturma çabası olduğu için bu beklenen bir sonuçtur. Şekil 7-a :Birinci faz ve ikinci faz boyunca gelen araç yoğunluğu grafiği (arac/saniye). Teşekkür Maddi, manevi her tür desteği sağlayan ORTANA Şirket Müdürü Umut AYDIN’a, ArGe müdürü İbrahim DEMİR’e ve diğer tüm ORTANA ailesine yapmış olduğu yardım ve desteklerinden dolayı teşekkür ederiz. Kaynakça Şekil 7-b:Ortalama Kuyruk miktarındaki toplam artış (gider_değeri / döngü_numarası) [1] Hunt, P.B., Robertson, D.L., Bretherton, R.D., Royle, M.C.,1982. The SCOOT on-line traffic signal optimisation technique. Traffic Engineering & Control 23, 190–199 [2] Novák, V., Perfilieva, I. and Močkoř, J. (1999) Mathematical principles of fuzzy logic Dodrecht: Kluwer Academic. ISBN 0-7923-8595-0 [3] Beasley, d., Bull, d.r., and Bartın, r.r., 1993a. An Overview of Genetic Algorithms: Part 1, Fundamentals. University Computing, Vol.15(2), pp. 58–69, UK [4] Jain, L.C. and Martin, N.M., Fusion of Neural Networks, Fuzzy Sets, and Genetic Algorithms: Industrial Applications, 1st Edn., CRC Press, FL, USAISBN: 0849398045, (1998). [5] Beldek, U., Leblebicioğlu, M.,K. A new systematic and flexible method for developing hierarchical decisionmaking models. 10.3906/elk-1302-3, 2013 [6] Motawej F., Bouyekhf R., Abdellah El Moudni, A dissipativity-based approach to traffic signal control for an over-saturated intersection (2011) Journal of the Franklin Institute 348 (2011) 703–717 [7] Defuzzification: criteria and classification, from the journal Fuzzy Sets and Systems, Van Leekwijck and Kerre, Vol. 108 (1999), pp. 159-178 Şekil 7-c : Kural tabanlı kavşak ile standart kavşaktağın etkin yeşil sürelerinin döngü boyunca karşılaştırılması (ikinci_fazdaki_etkin_yeşil_süresi / döngü_numarası) 4.3.4. Kaynaştırma İşlemi Sonuçları Beş adet kaynaştırma işlemi sonunda kural tabanlı çalışan kavşağın standart kavşağa göre performansı Şekil 5 ve Şekil 6 da gösterilmektedir. Şekil 7-a ve 7-b de bulunan grafikler incelendiğinge, kural tabanlı çalışan kavşağın standart bir kavşağa göre Şekil 7-a daki gibi trafik yoğunluğunda daha efektif çalıştığı Şekil 7-b de görülebilir.Bu durumdaki Kural tabanlı kavşağın etkin yeşil ışık süresindeki değişim Şekil 7-c gösterilmiştir. 5. Öneriler ve Tartışma Bir kentin tamamının trafik sıkışıklığını önlemek için öncelikle her bir kavşağın kendi içerisinde trafik sıkışıklığını 83 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Güvenli Bilişsel Hizmet Robotu C O C OA’nın Geliştirilmesi: Tasarım, Modellenme ve Dinamik Benzetim Gökay Çoruhlu Volkan Patoğlu Sabancı Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, İstanbul, Türkiye {gokaycoruhlu,vpatoglu}@sabanciuniv.edu Özetçe garantilenebilen robot sistemlerinin tasarımı ancak robotun mekanik yapısından, güç iletim elemanlarının seçimine, kontrol algoritmalarının belirlenmesinden, bu algoritmaların uygulanmasına kadar sürecinin her aşamasında güvenlik ile ilgili kısıtları göz önünde bulundurarak gerçekleştirilebilir. Günümüzde robot sistemleri, özel olarak yapılandırılmış ve insandan arındırılmış endüstriyel ortamlarda, çevre ile fazla fiziksel etkileşim gerektirmeyen, tekrara dayalı görevleri yerine getirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Robot sistemlerinin bu tür ortamlardan çıkıp, günlük toplumsal hayatta yer alabilmeleri için, bu sistemlerin insanların yoğun olarak mevcut olduğu ve dinamik olarak değişen ortamlarda güvenli olarak çalışabilmeleri ve insanlar ile ortak görevleri de içeren karmaşık vazifeleri yerine getirebilmeleri gereklidir. Robot sistemlerinin insanlar ile aynı ortamda güvenli olarak çalışabilmeleri, bu tür robotların ev/hastane gibi mekânlarda günlük hizmetleri yerine getirmek amacıyla yaygın kullanımının önünü açacaktır. Bu bildiride, insanlar ile aynı ortamda, yan yana çalışabilecek düzeyde güvenli, insanların gerçekleştirdiği günlük hizmet görevlerini gerçekleştirebilecek düzeyde mobil ve hünerli, çift kola sahip, gezgin bir otonom robot sistemi olan C O C OA hizmet robotunun tasarımı, modellenmesi ve dinamik benzetimi ele alınmıştır. C O C OA, özgün hafif kol tasarımı sayesinde, ev/hastane gibi mekanlarda insanlara zarar vermeden günlük manipülasyon görevlerini yerine getirebilecek, holonomik gezgin tabanı ile de tekerlekli sandalye uyumlu binalarda dolaşabilecek nitelikte tasarlanmıştır. C O C OA’nın dinamik modeli oluşturulmuş, ters kinematik, kavrama/tutma ve erişilebilirlik hesapları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca C O C OA’ya ait bir prototip üretilmiş ve sistem dinamik benzetim ortamında test edilmiştir. Robotların güvenliğinin arttırılması yönündeki ilk çalışmalar kuvvet/tork algılayıcıları ile donatılmış yüksek atalete sahip esnemez robot manipülatörlerin yazılım düzeyinde uygulanan güvenlik takip algoritmaları ile denetlenmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Ayrıca bu sistemlerde keskin köşeler yuvarlatılıp ve sıkıştırma noktaları kapatılarak istenmeyen basit yaralanmaların önünde geçilmiştir. Ancak bu yaklaşımlarda, ölümle sonuçlanabilecek derecede tehlikeli olan, robotun hareket halindeyken insan ile çarpışması olasılığı göz önünde bulundurulmamıştır. Nitekim yüksek atalete sahip esnemez robot manipülatörleri düşük hızlarda bile yüksek kinetik enerjilere sahiptirler ve ani çarpışma halinde güvenlik takip ve denetleme algoritmaları devreye giremeden kazaya karışan insana büyük zarar verebilmektedirler. İstenmeyen çarpışmaların insan üzerindeki yaralanma riskini değerlendirmek amacıyla geliştirilen ve otomotiv sektöründeki çarpışma testlerinde yaygın olarak kullanılan kafa yaralanma endeksi (Head Injury Criteria – HIC), 2007 yılında robotların güvenlik düzeyini değerlendirmek amacıyla kullanılmaya başlanmıştır [5]. HIC tıbbı standartlara göre deneysel olarak belirlenmiş olan MAIS yaralanma ölçütü ile ilişkilendirilmiş olduğundan, HIC kullanılarak ciddi yaralanmaların meydana gelme olasılığı tahmin edilebilmektedir [6]. 1. Güvenli Hizmet Robot Tasarımı Son yıllarda hizmet robotlarının yaygınlaşıp günlük hayatta yoğun olarak yer alabilmeleri amacıyla yapılan çalışmaların önemli bir kısmı, bu sistemlerin güvenli olmaları için insan merkezli olarak tasarımı ve kontrolü üzerinde yoğunlaşmıştır. Aşağıda, tasarlanan robot ile ilgili literatürdeki çalışmalar özetlenip, bu çalışma kapsamında tasarlanan robotun dolduracağı boşluklar ortaya konulmuştur. İnsan merkezli ve güvenli robot tasarımı özellikle rehabilitasyon robotları, medikal robotlar ve hizmet robotları gibi insanlar ile robotların yan yana çalıştığı, hatta robotlar ile doğrudan fiziksel etkileşimin mümkün olduğu uygulamaların yaygınlaşması nedeniyle daha da önem kazanmıştır. İnsan merkezli olarak tasarlanan robot sistemlerinde, geleneksel başarım ölçütlerine ek olarak bu sistemlerin güvenliğine ilişkin ölçütler de göz önünde bulundurulmalıdır [1–4]. İnsanla fiziksel etkileşim, hatta istenmeyen çarpışmalar altında, dahi güvenliği Şekil 1: HIC Endeksi 84 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Örneğin yüksek atalete sahip, esnemez endüstriyel bir robot olan PUMA 560’ın, bir robot kol için yavaş sayılabilecek, 1 m/s hızla hareket ederken insanla çarpışması sonucunda hesaplanan HIC 500’ün üzerindedir ve endekse göre bu tür bir çarpışma % 90 olasılıkla ciddi yaralanma ile sonuçlanacaktır. Şekil 1’de HIC ile yaralanma olasılığı arasındaki ilişki robotun ataleti ve esnekliğine bağlı olarak gösterilmiştir. HIC endeks analizleri robotların güvenli mekanik tasarımı ile ilgili önemli bazı tasarım ölçütlerini ortaya çıkartmıştır. Şekil 1’de resmedildiği şekilde çarpışmalar altında yaralanma riskini kabul edilebilir düzeye düşürebilmek için üç yaklaşım mevcuttur: (a) robotun hızını sınırlandırmak, (b) robotu yumuşak malzeme ile kaplamak ve (c) robotun etkin ataletini düşürmek. Endüstriyel robotların güvenli düzeye çekilmesi için robot hızının kabul edilemez derecede düşürülmesi gerektiğinden ilk seçenek uygulanabilir değildir. Bu tür bir robotun HIC endeksinin esnek kaplama kullanılarak 5 kat düşürülebilmesi için bütün yüzeylerde yaklaşık 150 mm kauçuk kullanılması gereklidir ki, kaplamanın sisteme ekleyeceği ekstra kütle de göze alındığında ikinci seçenek de gerçekçi bir çözüm teşkil etmemektedir [7]. Bu nedenle insan merkezli ve güvenli robot tasarımları hızlı hareket eden robot kollarının etkin kütlesinin düşürülmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Bütün hizmet robotlarının tasarımında kollara ait ataleti düşürmek hedeflemekle beraber, literatürde insanlar ile fiziksel etkileşime girebilen güvenli hizmet robotları için dört temel tasarım yaklaşım yer almaktadır. Bu dört farklı tasarım yaklaşımının uygulanması ile hayata geçirilmiş olan ve bu alandaki en önemli çalışmaları temsil eden hizmet robotları Şekil 2’de sunulmuştur. Şekil 2(a)’da gösterilen DLR Justin hizmet robotunun tasarımında karbon fiber eklemler ve özel tasarlanmış olan hafif motor-harmonik dişli grupları ile robot kollarının kütlesi yaklaşık 6 kg’a kadar düşürülmüştür [1, 8]. Ayrıca eklemlerde yer alan harmonik dişli gruplarının esnemeleri sistemin kontrol için kullanılan dinamik modelinde göz önünde bulundurulmuş ve harmonik dişli gruplarına yerleştirilen tork algılayıcıları sayesinde eklem bazında (motor konumu, motor hızı, eklem tork ve eklem torkunun türevinde oluşan) tam durum geribeslemeli tork kontrolü çok yüksek gerçekleme zamanında uygulanmıştır [9–11]. Tork kontrolü sayesinde hissedilen ataleti azaltılıp, aktif geri-sürülebilirliğe kavuşan sistem, kontrol bant genişliğinde yüksek başarıma sahiptir. Ancak, bu sistem ani çarpışma gibi kontrol bant genişliğin üzerinde bir dış etki ile karşılaştığında tork kontrolün empedans üzerindeki düzenleyici etkisi etkinliğini kaybettiğinden, insana sistemin açık döngü ataleti yansımaktadır. Bu nedenle insanlı ortamlarda bu robot kolların hızları HIC endeksine göre sınırlandırılmalıdır. Şekil 2(b)’de sunulan Meka M1 hizmet robotunda güvenlik için seri-elastik eyleyici (SEE) prensibi kullanılmıştır. SEE’lerdeki temel yaklaşım, yüksek güç iletim oranına sahip dişli kutusuyla donatılmış geri-sürülemez motor grubu ile robot eklemi arasına bilinçli olarak esnek bir bağlantı elemanı (yay) yerleştirmektir [12]. Böylece dışarıdan uygulanan kuvvetler altında motor grubu geri-sürülemese bile, eklemin esnemesi garanti altına alınabilir. Ayrıca SEE’lerin tork kontrolü amacıyla, bozucu etkiler altında esnek bağlantı elemanında meydana gelen dönme miktarı standart konum algılayacıları ile ölçülebilir ve Hook yasası kullanılarak eklemdeki anlık tork hesaplanabilir. SEE’ler tork ölçümünü kolaylaştırıp eklem bazında tork kontrolünü klasik konum kontrol problemine dönüştürmeleri nedeniyle avantajlıdır. Ayrıca tork algılayıcılarına oranla 100 ile 1000 kat daha esnek yay katsayıları sayesinde çevre ile etkileşim sırasında kapalı döngü kontrol katsayılarının doğrudan kuvvet kontrolüne göre çok daha yüksek seçilebilmesine imkân tanırlar. Yüksek kontrol katsayıları kontrol bant genişliği içerisinde gürbüz konumlamayı mümkün kıldığından, bu tür sistemlerde güç iletim sisteminin başarımı ön planda değildir ve SEE’ler düşük maliyetli olarak hayata geçirilebilirler [13]. SEE’lerin eklem bazında tork-kontrol yaklaşımından en önemli farkı, SEE’ler için empedansın kontrol bant genişliğinin üzerinde de düşük tutulabilmesidir. Özellikle, bozucu etkiler ve ani çarpışmalar altında sistemde meydana gelecek olan bu esnemeler sistemin fiziksel yapısından kaynaklandığı için esneklik/geri-sürülebilirlik her şart altında garanti edilebilir. Meka M1 hizmet robotunu kol ve parmaklarına ait eklemlerinde SEE’lere yer verilmiştir. SEE’lerin yukarıda belirtilen avantajlarına karşı önemli dezavantajları da mevcuttur. Öncelikle sisteme bilinçli olarak eklenen esneklik, sistemin kontrol bant genişliğini önemli ölçüde düşürmekte ve SEE’leri sadece yavaş hareketler için uygun kılmaktadır. Ayrıca bozucu etkiler altındaki esneme miktarı kontrol edilemediği için hassas konumlama görevlerinde SEE’lerin başarımı ve tekrarlanabilirliği düşüktür. Konumlama görevlerini gerçekleştirecek seri-elastik robotların görüntü tabanlı kontrol gibi ekstra algoritmalara ve bu yöntemlerin uygulanabilmesi için sonradan eklenen global algılayıcalara gereksinimi mevcuttur. Son olarak SEE’ler elastik bağlantı elemanlarında önemli miktarda potansiyel enerji depolayabilmeleri nedeniyle istenmeyen durumlarda yüksek hızlara ulaşabilirler ve insanlar için tehlikeli olabilirler [7]. Değişken esnekliğe sahip eyleyiciler (DESE), seri-elastik eyleyici prensibinin genellenmesi olarak ortaya atılmıştır [9, 14]. Bu tip eyleyicilerin altında yatan fikir SEE’lerin esneklik katsayısını yapılacak göreve göre değiştirmektir. Her bir eklem için iki adet tahrik elemanı kullanmayı gerektiren DESE’ler, konumlama görevlerinde düşük esneklik, çevre ile etkileşim ve tork kontrol gerektiren görevlerde ise yüksek esnekliğe sahip olacak şekilde kontrol edilirler. DESE’lerin tasarımı, her eklemde iki tahrik elemanı gerektirmesi nedeniyle karmaşıktır. Farklı esnekliğe sahip olabilmekle beraber, temel çalışma prensibi SEE’ler ile aynı olan DESE yaklaşımı, SEE’ler ile benzer dezavantajlara sahip olmanın yanı sıra, esneklik ayarının sisteme dışarıdan ekstra enerji ekleyebilmesi nedeniyle yüksek hızlara ulaşabilme ve insanlar için tehlikeli olabilme ihtimalleri SEE’lere göre daha yüksektir. Şekil 2(c)’de yer verilen Willow Garage PR2 hizmet robotunun tasarımında makro-mikro tahrik yaklaşımı uygulanmıştır [15]. Makro-mikro tahrik yaklaşımındaki temel fikir, her eklem hareketi için, biri güçlü ve yavaş, diğeri küçük ve hızlı iki eyleyiciden yararlanmaktır [2, 7]. Özellikle, düşük bant genişliğine sahip (yavaş) tork gereksinimleri için tabana sabitlenmiş SEE türü eyleyicilerden yararlanılırken, yüksek bant genişliğine sahip (hızlı) tork gereksinimleri için eklemde yer alan, hafif, doğrudan tahrikli (veya gerdirilmiş kasnak tabanlı güç iletimine sahip) geri-sürülebilir eyleyicilerden yararlanılmaktadır. Makro-mikro tahrik yaklaşımı seri-elastik eyleyicilerin bant genişliği kısıtını aşabildiği için avantajlı olmakla beraber, tasarım olarak daha karmaşıktır. Willow 85 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Şekil 2: (a) DLR Justin, (b) Meka M1, (c) Willow Garage PR2 ve (d) Darpa Arm 2.1. C O C OA’nın Kollarının Tasarımı Garage PR2 robotunun sadece gövdeye yakın olan iki ekleminde makro-mikro tahrike yer verilmiştir. Ayrıntılandırmak gerekirse, bu tasarımda bahsedilen iki eklemde, kolun yer çekimi altında dengede kalabilmesini sağlamak amacıyla yay tabanlı pasif yer çekimi telafi yöntemleri makro eyleyici olarak ele alınmış, hızlı ve aktif hareketler için de bu eklemlere geri-sürülebilir motorlar ile sürülen büyük çaplı gerdirilmiş kasnaklar eklenmiştir. Kolun gövdeden uzakta olan serbestlik derecelerinde, uygulaması zor makro-mikro tahrik yaklaşımına yer verilmeyip, düşük tork gerektiren bu eklemlerde küçük ve hafif motorlara yer verilmiştir. İnsan merkezli güvenli robot kol tasarım amacıyla literatürdeki örneklerin hepsinden önemli ölçüde (en az 2 kat) daha hafif bir robot kol tasarımı yapılmıştır. Literatürdeki hizmet robotlarından farklı olarak, kütleyi düşürmek amacıyla Bowden kablo tahrikli bir tasarım tercih edilmiş ve kolun ilk beş serbestlik derecesine ait bütün motor-redüktör grupları tabana sabitlenmiştir. Böylece kablo dolaşım elemanları en aza indirgenmiş ve redüktör-motor kütlelerinin çarpışma anında insana yansımasının önüne geçilmiştir. Robot eklemlerinde karbon fiber malzeme kullanımı ile her bir kola ait etkin ataletin 2,5 kg düzeyinde tutulabilmesi mümkün olmuştur. Bowden kablolarda tercih edilen, çelikten çok daha hafif ve daha düşük esnekliğe sahip Dyneema polimer malzeme, kablonun kütlesinde kaynaklanan dinamik etkilerini en aza indirgemekle kalmayıp, sistemin bant genişliğinin hizmet robotları için yeteri kadar geniş (hızlı) olmasına imkân tanımıştır. Sistemin bileğe ait son serbestlik derecesinde ise PR2 robotun tasarımına benzer şekilde hafif ve küçük motor grupları tercih edilmiştir. Şekil 2(d)’de sunulan DARPA ARM robotunun kollarında ve benzer şekilde HERB hizmet robotunun kolunda [16] kablo tahrikli Barrett Whole Arm Manipulator (WAM) kullanılmıştır [17]. WAM bütün motorları tabanına sabitlenmiş olması dolayısıyla hafif, çok düşük sürtünmeli gerdirilmiş kasnak tabanlı güç iletim mekanizması nedeniyle de geri sürülebilirdir. WAM robotunun özelliklerinden birisi redüksiyon mekanizmalarına motor tarafında değil de, eklem tarafında yer verilmesidir. Böylece kablo tahrikli sistemin esnekliği azaltılırken, bant genişliği motor tarafında redüksiyona oranla önemli ölçüde arttırılabilmiştir [18]. WAM yüksek gerisürülebilirliği nedeniyle insanlarla fiziksel etkileşim için çok yüksek başarımlı bir robot olmakla beraber, eklemlerde yer alan seramik kasnaklardan oluşan redüktörler nedeniyle ataleti göreceli olarak yüksek bir robot koldur ve HIC endeksine göre hizmet robot senaryolarında ani çarpışmalarda insana zarar vermemesi için bu sistemin de hızının kısıtlanması gereklidir. 2. Güvenli Bilişsel Hizmet Robotu C O C OA’nın Tasarımı Bu çalışma kapsamında, insanların da mevcut olduğu ve dinamik olarak değişen ortamlarda, otonom ve güvenli bir şekilde çalışabilecek, çift kollu gezgin bir hizmet robotu olan C O C OA (C Ollaborative and C Ognitive Assistant) geliştirilmiştir. C O C OA gezgin tabanı ile tekerlekli sandalye uyumlu binalarda dolaşabilen ve çift kolu ile günlük manipülasyon görevlerini yerine getirebilen yenilikçi bir hizmet robot platformu olarak tasarlanmıştır. C O C OA’nın özgün mekanik tasarımı sayesinde, ev/hastane gibi mekanlarda insanlara zarar vermeden çalışması garanti altına alınmıştır. C O C OA’nın mekanik tasarımına ait ayrıntılar aşağıda özetlenmiştir. Şekil 3: C O C OA’ya ait kol, bilek ve esnek tutucu tasarımı 86 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Şekil 4: (a) CoCoA’nın prototipi ve (b) katı cisim modeli Şekil 3’te güvenli robot kollara ait ön tasarım sunulmuştur. Ön tasarıma göre her bir robot kolu 6 serbestlik derecesine (θ1 − θ6 ) sahiptir. Ayrıca her bir kolun iki serbestlik derecesine (ψ1 − ψ2 ) sahip olarak tasarlanan sonlandırıcı, objelerin şeklini alabilen ve kolay değiştirilebilme özelliğine sahip, esnek parmaklarla donatılmıştır. Bileğe ait serbestlik derecesi ve tutucu için küçük ve hafif servo motor gruplarından faydalanılmıştır. Böylece toplamda 3 serbestlik derecesine sahip bilek ve tutucu grubunun toplam ağırlığının 400 g ile sınırlandırılabilmiştir. Robota ait kollar pasif geri-sürülebilirliğe sahiptir. Ancak kolların son serbetlik derecesinde Bowden kablolarındaki sürtünme etkileri hissedilebilir düzeylere ulaşmaktadır. Ayrıca bilekte kullanılan dişli tabanlı redüktörlerde de önemli düzeyde sürtünme mevcuttur. Robotun insanla fiziksel etkileşimi sırasında geri sürülebilirliğini geliştirmek amacıyla her bir bileğe, tutucuya olabildiğince yakın olacak şekilde, altı eksenli kuvvet/tork algılayıcısı yerleştirilmesi planlanmıştır. Böylece bütün eklemler kuvvet kontrolü altında aktif geri sürülebilirliğe sahip olabilecektir. Sistemin kontrolü için, hem motor hem de eklem tarafında konum ve hız ölçümlerinin göz önünde bulundurulması planlanmıştır. İnsanla etkin fiziksel etkileşimin sağlanabilmesi için bileklerdeki kuvvet/tork algılayıcıları kullanılarak pasif hız alanı [19, 20] ve admitans kontrol algoritmaları kullanılarak insan-robot sisteminin toplam kararlılığı (coupled stability) garanti altına alınabilecektir. gin tabanların büyük kısmı holonomik kinematiğe sahiptir. Ayrıca literatürde holonomik hareketin elde edilmesi için uygulanabilecek omni-tekerlek, mecanum tekerlek ve hem yönlendirebilen hem de sürülen tekerlek yaklaşımlarından sonuncusu, yüzey değişikliklerine karşı gürbüz başarımı, eğimli yüzeyleri çıkabilme ve küçük engelleri aşabilme yetisi nedeniyle sıkça tercih edilmiştir. Omni-tekerlekler yeterli yol tutuşunu sağlayamazken, mecanum tekerleklerin halı türü yüzeylerde başarımı önemli ölçüde düşmektedir. Hem omni, hem de mecanum tekerleklerin üzerilerinde yük varken eğim çıkabilme başarımı yetersizdir. Hem yönlendirebilen, hem de sürülen tekerlek yaklaşımı, tekerlek başına iki tahrik elemanı bulunan iki adet tekerlek ve bir adet pasif tekerlek kullanarak uygulanabilir olmasına karşın, motorlardan istenen tork çıktılarının dağılımına imkân vermesi ve enkoder tabanlı konumlama başarımını yükseltmesi nedeniyle (DLR Justin, Meka M1, Willow Garage PR2 dâhil) literatürdeki örneklerde genellikle 4 adet tekerlek kullanılarak hayata geçirilmiştir. C O C OA’nın gezgin tabani için literatürdeki pek çok hizmet robota benzer şekilde, 4 adet hem yönlendirebilen hem de sürülen tekerlek kullanılarak holonomik bir gezgin taban tasarlanmıştır. Holonomik taban üzerindeki enkoderler ve lazer tarayıcı sayesinde eşzamanlı konum belirleme ve haritalama gerçekleştirebilecektir. Gezgin tabanların insanlarla fiziksel etkileşim altında insana uyumlu şekilde hareket edebilmesi ve ortak görevleri yerine getirebilmesi için ortak kararlılığını garantileyen kontrolü gereklidir. Holonomik gezgin tabanın kinematik ve dinamik modeli oluşturulmuş ve pasif hız alanı rota takip kontrol yönetimi [19, 20] ile güvenli fiziksel etkileşimi garanti altına alan kontrolü geliştirilmiştir. 2.2. C O C OA’nın Gezgin Tabanın Tasarımı Hizmet robotlarının tasarımında güvenlik açısında kritik önem taşıyan kolların tasarımına ek olarak gezgin taban tasarımlarına da yer verilmiştir. Gezgin tabanlar yavaş hareket ettikleri ve hızlı lazer tarayıcılar ile donatıldıkları için güvenlik açısından tasarımlarında özel kısıtlar mevcut değildir [15]. Gezgin tabanların tasarımında, dar alanlarda çalışabilmeye imkân sağlayan yüksek manevra kabiliyeti, özellikle de olduğu yerde dönebilme ve yan yan gidebilme yeteneği ön plana çıkmaktadır. Bu nedenle hizmet robotlarında kullanılan gez- 2.3. C O C OA’nın Entegrasyonu Kollar ile gezgin tabanı birbirine bağlayabilmek ve robotun yukarı aşağı haraket etmesini sağlayabilmek amacıyla teleskopik doğrusal bir eyleyiciden yararlanılmıştır. Şekil 4 robotun ön prototipi ve katı cisim modeli sunulmuştur. 87 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya - Seri kinematik yapidaki tüm eklem dizilimlerinin ters kinematiğini milisaniyeler içerisinde çözebilmektedir, - Bir manipulatöre ait ayrık ters kinematik çözümlerin tamamını (max 16 adet) hesaplayabilmektedir, - Çözüm için kullanılan hesaplara dair C++ kodunu otomatik olarak oluşturabilmektedir, - Tekil konumları hesaplayıp mümkünse tekil olmayan alternatif çözümler önerebilmektedir. Nesneleri kavrama/tutma amacıyla yine OpenRave’de tanımlı olan “grasping” modülünden yararlanılmıştır. Bu modül nesnenin ve tutucunun üstüne atadığı rastgele vektörleri kullanarak bir veri tabanı oluşturur. Veri tabanı oluşturulduktan sonra deneme yanılma metodu ile birbiri ile çakışan vektörleri bulup buna göre tutucuyu nesneyi kavrayabileceği bir konum ve oryantasyona getirir. Ters kinematik ve kavrama veri tabanları oluşturulduktan sonra her bir kolun erişebileceği hacim belirlenmiştir. Bu amaçla OpenRave’in “kinematic reachability” modülünden yararlanılmıştır. Bu modül aracılığı ile her bir kola ait erişebilirlik grafiği Şekil 6’de sunulduğu şekilde hesaplanmıştır. Şekil 7’de ters kinematik, kavrama/tutma ve erişilebilirlik algoritmaları birlikte kullanılarak OpenRave ortamında C O C OA’nın bir nesneye uzanıp nesneyi kavramasına ait benzetim sonuçlarına yer verilmiştir. Şekil 5: C O C OA’nın holonomik gezgin tabanı Tutucuları ile 8 serbestlik derecesine sahip olacak her kolun, geri sürülebilirlik açısından kritik olan Bowden kablo tahrikli ilk 5 ekleminin kontrolü ve sürülmesi için EtherCAT veri yolu kullanılmıştır. Bilek ve tutuculardaki hafif servo motorlarının kontrolü içinse EtherCAT veri yoluna bağlanan RS485 haberleşme protokolü kullanılmıştır. Gezgin tabanın 8 aktif ekseninin donanım düzeyinde kontrolü için EtherCAT veri yolu kullanan sürücülerden yararlanılmıştır. EtherCAT veri yolunun tercih edilmesi hem modüler bir tasarım elde edilmesine imkân tanımakta, hem de sistemin 1 kHz gibi yüksek örnekleme hızlarında akım kontrolünü mümkün kılmaktadır. EtherCAT veri yolu kablolama ve programlama açılarından da avantajlı olmuştur. C O C OA’nın 2 serbestlik derecesine sahip boynu, stereo kameralar ve 3 boyutlu nokta bulutu algılayıcıları barındıran kafası henüz erken tasarım aşamasındadır. 3. C O C OA’nın Modellenmesi ve Dinamik Benzetimi C O C OA’nin dinamik modeli OpenRave [21] ortamında oluşturulmuştur. Bu amaçla C O C OA’ya ait tüm bağlantıların ve eklemlerin kinematik, dinamik ve görsel özellikleri .xml uzantılı dosyalar kapsamında tanımlanmıştır. Bağlantıların tanıtımı için CAD datalarından alınmış geometrik ve malzeme özellikleri kullanımış, eklemler içinse en yüksek ve en düşük çalışma alanı ve hız değerleri belirtilmiştir. Kollar, tutucular, gövde ve gezgin taban için yapılan tanımlamalar C O C OAiçin tek bir robot tanımı altında birleştirilmiştir. Bu tanımlamalar sonrasında OpenRave’de C O C OA’nın her bir koluna ait ters kinematik ve erişilebilirlik hesapları yapılabilmektedir. OpenRave’de tanımlı olan IKFast ters kinematik çözücüsü, pek çok seri manipulatörlerin ters kinematiğini analitik olarak çözebilmektedir. Ayrıca, ters kinematik çözümün tamamını analitik olarak çözmenin mümkün olmadığı durumlarda, kısmı analitik çözümler oluşturup kullanabilmektedir. IKFast, kinematik denklemlerin oluşturulması sonrası ters kinematik çözümü bir veritabanına kaydetmesi dolayısıyla çok hızlı ve gürbüz sonuçlar verebilmektedir. IKFast’nın diğer avantajları aşağıda özetlenmiştir: Şekil 6: Kinematik erişebilirlik grafiği 4. Sonuçlar İnsanların da mevcut olduğu ve dinamik olarak değişen ortamlarda, otonom ve güvenli bir şekilde çalışabilecek, çift kollu gezgin bir hizmet robotu olan C O C OA geliştirilmiştir. İnsan merkezli güvenli robot kol tasarım amacıyla literatürdeki örneklerin hepsinden önemli ölçüde daha hafif bir robot kol tasarımı yapılmıştır. C O C OA’nın dinamik modeli türetilmiş ve dinamik benzetimleri yapılmıştır. C O C OA’nın otonom algılama ve karar verme yetenekleri ile donatılması ve insanların da mevcut olduğu dinamik ortamlarda karmaşık görevlerde test edilmesi devam etmekte olan çalışmalarımız kapsamında öncelikli olarak ele alınacak konular arasındadır. 88 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Şekil 7: C O C OA’nın OpenRave altında uzanma ve tutma hareketine dair dinamik benzetimi 5. Teşekkür [10] C. Ott, A. Albu-Schaffer, A. Kugi, S. Stramigioli, and G. Hirzinger, “A passivity based cartesian impedance controller for flexible joint robots - Part I: Torque feedback and gravity compensation,” in Proc. of ICRA, 2004. Bu çalışma TUBITAK 111E116 ve 113M422 projeleri kapsamında kısmi olarak desteklenmiştir. 6. Kaynakça [11] A. Albu-Schaffer, C. Ott, and G. Hirzinger, “A passivity based cartesian impedance controller for flexible joint robots - Part II: Full state feedback, impedance design and experiments,” in Proc. of ICRA, 2004. [1] A. Albu-Schaffer, O. Eiberger, M. Grebenstein, S. Haddadin, C. Ott, T. Wimbock, and S. Wolf, “Soft robotics,” IEEE Robotics and Automation, vol. 15, no. 3, pp. 20–30, 2008. [12] M. Pratt, G. ve Williamson, “Series elastic actuators,” in Proc. of IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robots Syst., 1995, pp. 399–406. [2] M. Zinn, “A new actuation approach for human-friendly robotic manipulation,” Ph.D. dissertation, Stanford University, 2005. [13] D. Robinson, “Design and analysis of series elasticity in closed-loop actuator force control,” Ph.D. dissertation, Massachusetts Institute of Technology, 2000. [3] V. Duchaine, N. Lauzier, and C. ve Gosselin, On the Design of Human-Safe Robot Manipulators. Intech, 2010, pp. 420–435. [14] H. Vallery, J. Veneman, E. van Asseldonk, R. Ekkelenkamp, M. Buss, and H. van Der Kooij, “Compliant actuation of rehabilitation robots,” IEEE Robotics and Automation Magazin, vol. 15, pp. 60–69, 2008. [4] M. Vermeulen and M. Wisse, “Intrinsically safe robot arm: Adjustable static balancing and low power actuation,” International Journal of Social Robotics, 2010. [15] K. Wyrobek, E. Berger, and K. Van der Loos, H.F.M. nad Salisbury, “Towards a personal robotics development platform: Rationale and design of an intrinsically safe personal robot,” in Proc. of ICRA, 2008. [5] S. Haddadin, A. Albu-Schaffer, and G. Hirzinger, “Safe physical human-robot interaction: measurements, analysis and new insights,” in Proc. of ISRR, 2007, pp. 439– 450. [16] S. Srinivasa, D. Ferguson, C. Helfrich, D. Berenson, A. Collet, R. Diankov, G. Gallagher, G. Hollinger, J. Kuffner, and M. VandeWeghe, “Herb: A home exploring robotic butler,” 2009. [6] S. Haddadin, A. Khoury, T. Rokahr, S. Parusel, A. Burgkart, R.and Bicchi, and A. Albu-Schaffer, “On making robots understand safety: Embedding injury knowledge into control,” International Journal of Robotics Research, vol. 31, pp. 1578–1602, 2012. [17] W. Townsend and J. Guertin, “Teleoperator slave - WAM design methodology,” 1999. [7] M. Zinn, O. Khatib, B. Roth, and J. Salisbury, “Playing it safe,” IEEE Robotics and Automation Magazin, vol. 11, no. 2, pp. 12–21, 2004. [18] W. Townsend, “The effect of transmission design on force-controlled manipulator performancel,” Ph.D. dissertation, Massachusetts Institute of Technology, 1988. [8] C. Ott, O. Eiberger, W. Friedl, B. Bauml, U. Hillenbrand, C. Borst, A. Albu-Schaffer, B. Brunner, H. Hirschmuller, S. Kielhofer, R. Konietschke, M. Suppa, T. Wimbock, F. Zacharias, and G. Hirzinger, “A humanoid two-arm system for dexterous manipulation,” in Proc. of HUMANOIDS, 2006, pp. 276–283. [19] P. Li and R. Horowitz, “Passive velocity field control (PVFC): Part I - Geometry and robustness,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 46, no. 9, pp. 1346– 1359, 2001. [20] ——, “Passive velocity field control (PVFC): Part II - Application to contour following,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 46, no. 9, pp. 1360–1371, 2001. [9] A. Albu-Schaffer, S. Haddadin, C. Ott, A. Stemmer, T. Wimbock, and G. Hirzinger, “The dlr lightweight robot lightweight design and soft robotics control concepts for robots in human environments,” Industrial Robot Journal, vol. 34, no. 2, pp. 2–3, 2007. [21] R. Diankov, “Automated construction of robotic manipulation programs,” Ph.D. dissertation, Carnegie Mellon University, Robotics Institute, August 2010. 89 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Öğrenci – Akademisyen İletişim Modülü Muhammet Erdoğan Özalp1, Utku Büyükşahin2 1,2 Mekatronik Mühendisliği Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul 1 2 erdoganozalp@gmail.com buyuksah@yildiz.edu.tr Özet Dönemin en büyük sorunlarından biri ise kişisel bilgilerin gizliliğidir. Bu çalışmanın başlıca amaçlarından biri de iletişimi sekteye uğratmadan, kişisel bilginin korunumunu maksimum düzeye taşımaktır. Elektronik sistemlerin insan hayatının hemen her noktasına yoğun bir şekilde girmesi, beraberinde dış dünya problemlerinin algılanması ve çözümlenmesi sorumluluğunun da bu cihazlara yüklenmesine neden olmuştur. Öğretim üyelerine ulaşmak isteyen kişilerin, öğretim üyelerinin odalarına gittiklerinde görüşme saatleri dışında onlara ulaşamamaları ciddi bir iletişim problemini meydana getirmiştir. “Öğrenci - Akademisyen İletişim Modülü” öğretim üyelerine ulaşımın daha kolay hale getirilmesine yönelik yapılan bir tasarım ve uygulamadır. Sistem; video kamera sunucu modülü ve kullanıcı arayüzü modülünden oluşmaktadır. Öğretim üyesinin odasının dışına konumlandırılmış video kamera sunucu modülünde, Video kameradan alınan görüntü, IP adresine anlık olarak gönderilerek, yayın akışı haline getirilmiştir. Kullanıcı arayüzü modülünde ise kullanıcının bırakmak istediği mesajın girişi yapılmakta ve mesaj yollanmaktadır. Mesajın yolanması ile birlikte o anki görüntü mesaja eklenerek, öğretim görevlisinin mail adresine mesaj iletilmektedir. Bu çalışma ile, öğretim üyelerinin kişisel bilgilerini vermeden insanların onlara hızlı bir şekilde ulaşabilmesi sağlanmıştır. Öğretim üyesini yerinde bulamayan kişi, öğretim üyesinin odasının dışına konumlandırılmış iletişim paneli ile ad, soyad ve iletişim bilgilerinin yanı sıra yazılı mesaj bırakabilmektedir. Sistem, çekmiş olduğu fotoğrafı da ekleyerek, mesajı ve ziyaretçi bilgilerini ilgili öğretim üyesine e-posta ile anında göndermektedir. Matija ve diğerleri [1] çalışmalarında LPC 1768 işlemcisi ve Wifi modülü ile bilgisayar tetiklemeli kablosuz bir görüntü aktarım sistemi oluşturmuştur. Çalışmada çözünürlüğe göre veri aktarım hızları buna bağlı sistem çalışma hızı verilmiştir. Duanchun ve Guangxing’in çalışmasında [2] ise gömülü sisteme “Linux” işletim sistemi kurularak resim verisinin, IP üzerinden yayın haline getirilmesidir. Bu çalışmada sistem başlatıldıktan sonra kullanıcı gerekli ayarlamaları yaparak gömülü sisteme bir IP adresi tain etmelidir. Daha sonrasında bu IP adresi üzerinden kamera görüntülerine ulaşılabilir hale getirilmiştir. Ryoei ve Chiaki’nin çalışmasında [3] asıl hedeflerden biri maliyetin düşük tutulmasıdır. Düşük maliyet ile birlikte sistem değişik ortam koşullarına dayanıklıdır. Tüm bunlarla birlikte elde edilen resim verisi birkaç milyon piksele sahiptir. [4] ve [5] numaralı çalışmalarda [2] numaralı çalışmada olduğu gibi video kamera sisteme “Linux” işletim sistemi yardımı ile entegre edilmiştir. 0,3 megapiksellik bir video kamera kullanılmıştır. Veriler gömülü sistem içine alınıp işlenmektedir. LCD kullanıcı ara yüzü yardımı ile veriler anlık olarak takip edilebilmektedir. Alarm durumunda ise ethernet ile bağlantısı sağlanmış olan sistem hastane ile iletişime geçmektedir. Ulrich ve arkadaşları, çalışmalarında [6] CMOS tabanlı yüksek hızlı kamera yapmışlardır. Bu sistem için Gömülü olarak FPGA kullanmışlardır. Ayrıca verilerin transferi içinde USB 2.0 kullanmışlardır. Bu çalışmada USB veri aktarımı ile ilgili önemli açıklamalara yer vermişlerdir. Alessandro ve çalışma arkadaşları çalışmalarında [7] ev kullanımında büyük bir yer edinmiş olan USB bazlı sistemleri sanayide efektif olarak kullanabilmek için yeni bir sistem geliştirmişlerdir. Sistemi gerçeklemek için USB HostDevice sistemleri üzerinden gitmişler ve bu verilerin aktarımını yine ethernet yardımı ile sağlamışlardır. [8] İletişim kurmak isteyen insanların, öğretim üyesi odasında mevcut olsun ya da olmasın, onlara ulaşabilmesi sayesinde hem iletişimin görüşme saatlerine sıkıştırılmasının hem de öğretim üyelerinin görüşme saatleri içinde odalarına bağımlı hale gelmesinin önüne geçilmiştir. 1. Giriş Bilişim Çağı, bilişim ve iletişim teknolojilerindeki gelişimin insanlık tarihinde toplumsal, ekonomik, ve bilimsel değişimin yönünü yeniden belirlediği ve giderek ağ toplumunun ortaya çıktığı dönemdir. Başta sanayi olmak üzere, ulaştırma, inşaat ve enerji sektörlerindeki gelişmelerin toplumsal ve ekonomik değişimin itici gücü olduğu endüstri toplumunun gelecekte neye evrileceği konusundaki tartışmalar 1950'lerin sonlarında başlamıştır. Başlangıçta bu döneme Endüstri Sonrası Çağı denmiştir.1980'lerde İnternet'in kullanımının yaygınlaşması ve nihayet 1995'te tamamen serbest bırakılmasından sonra endüstri sonrası terimi yerini enformasyon sözcüğüyle değiştirmiş, bu kavram Türkçe’ye Bilişim Çağı ya da Bilgi Çağı olarak yerleşmiştir. Günümüzde "Bilişim Çağı" terimi, 1990'lardan bugüne kadar olan süre için kullanılmaktadır. 90 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya numaralı çalışmadada Yong-Seok ve çalışma arkadaşları USB bazlı ev kontrol sistemleri üzerine çalışmışlardır. Çalışmalarında sunucu olarak gömülü bir sistem modülü kullanmışlardır. Bu çalışmada da önceki incelenen çalışmalarda olduğu gibi gömülü işletim sistemi kullanılmıştır ve bu işletim sistemi “Linux”dur. Gömülü sistemin ethernet bağlantılarını gerçekleştirerek, sisteme Web server üzerinden bağlanabilme ve kontrol edebilme olanağı sağlamışlardır.[9] numaralı çalışmada Pamba ve diğerleri bluetooth üzerinde yüksek çözürlüklü görüntü aktarımını hedeflenmişlerdir. Çalışmalarında Acme Fox Board isimli geliştirme kartı ve Quickcam Zoom video kameralarını kullanmışlardır. Sistemlerini linux işletim sistemi üzerinden kontrol etmişlerdir. Sistemlerinin enerji tüketimi ve konumunun bilinebilmesi için gps modülleri eklemişllerdir. Daha sonra bu sistemi bir ağ yapısına çevirerek birden fazla kamera kullanımını aktif hale getirmişledir. Jing Li ve Weidong Hao [10] numaralı çalışmada S3C2410 işlemcisine gömülü linux işletim sistemi yükleyerek sistemlerini kullanmışlardır. Video kameraları toplanan görüntü verilerini TCP/IP üzerinden Web servera aktarmaktadır. Bu sayede kullanıcılar web tarayıcılarından, resim akışı haline getirilmiş görüntüleri izleyebilmektedir. Çalışmalarının bir diğer önemli noktası ise 2 video kamera kontrol kartına bağlanarak ikisi aynı anda kontrol edilebilmektedir. Matej ve Martin [11] numaralı çalışmada Arm Cortex-M9 OMAP 4430 işlemci kullanmışlardır. Sistemde görüntü işleme yapılacağı için yüksek hızlı işlemci tercih edilmiştir. İşlemci 2 adet 1 GHZ çekirdeklere sahiptir. Böylece multi-processing denilen aynı anda birden fazla işlem yapabilme kabiliyetine sahiptir. İşlemci Linux işletim sistemine sahiptir. Programlaması C/C++ dili ile OPENCV kütüphanesi kullanılarak yapılmıştır. Tiancheng ve diğerleri [12] numaralı çalışmada uzaktan kontrollü ev kontrol sistemi gerçeklemişlerdir. Çalışmada S3C2410 işlemci ve işletim sistemi olarak Linux kullanılmıştır. Görüntü aktarımı TCP/IP protokolü ile IP adresi üzerinden yapılmaktadır. 2.1. İşlemci – Ethernet Bağlantısı Sistemi bilgisayardan bağımsız hale getirmek ve ulaşılabilirliğini arttırmak amacı ile IP adresi üzerinden yayın yapması hedeflenmiştir. Sistemin günümüz IP kameralarından farkı ise MJPEG formatı desteğini veren herhangi bir video kamera bağlanabilmesidir. Bu avantaj ile belirlenen sistem maliyetine göre optimum video kamera seçimi gerçekleştirilebilmektedir. Ethernet soket tipine göre birkaç bağlantı şekli mevcuttur. Kullanılan standart RJ-45 soketinin bağlantı şekli Şekil 1’de görülmektedir. Şekil 1. Ethernet RJ-45 Bağlantı Şeması [19] İşlemci ile ethernet kontrollerini gerçekleştirebilmek için DP83848J sürücüsü kullanılmıştır [14]. İşlemci dahili ethernet bağlantısı içermediği için harici bir sürücü ile ethernet bağlantısı kontrol edilmiştir. İşlemci –Ethernet Sürücü-RJ45 jack bağlantısı Şekil 2’deki gibidir. 2. Bölümde video kamera sunucu modülü tasarımına, 3. bölümde kullanıcı arayüzü modülü tasarımına değinilecektir. 4. Bölümde ise sonuçlar yer alacaktır. 2. Video Kamera Sunucu Modülü Tasarımı Bu kısımda USB – Video Kamera bağlantısı oluşturulmuştur. Modülü sunucu haline getirebilmek için ethernet bağlantısı kullanılarak işlemcinin IP adresi alması sağlanmıştır. İşlemciye DHCP ile boştaki bir IP adresini otomatik olarak aldırıldıktan sonra, video kamera bloğu çalıştırılmıştır. İşlemci video kamerayı tanıyıp gerekli parametreleri ayarlar ve video kamerayı başlatır. Tüm hazırlıklar tamamlandıktan sonra UVC 1.x protokolü yardımı ile USB üzerinden işlemciye gelen görüntü verileri arka arkaya sırayla dizilerek bir yayın akışı haline getirilmiştir. Bu yayın akışı işlemci IP adresi üzerinden yayınlanmıştır. Şekil 2. İşlemci – Entegre Bağlantı Şeması [13] 2.2. İşlemci – USB Bağlantısı Sistemde MJPEG destekli USB video kamera kullanılması uygun görülmüştür. Bunun ilk nedeni USB video kamera tedariğinin günümüzde çok kolay olmasıdır. İkinci sebebi ise maliyet-performans açısından video kameralar diğer kamera çeşitlerine göre bir adım öndedirler. 91 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Video kameraların soketleri Şekil 3’de görüldüğü üzere USB A tipi sokettir. Sol baştan başlamak gerekirse ilk bacak toprak, ikinci bacak D+, üçüncü bacak D-, 4. ve son bacak ise 5V besleme gerilimidir. 3. Kullanıcı Ara Yüz Modülü Tasarımı Ara yüzün ergonomik olması için dokunmatik ekran kullanılmıştır. Dokunmatik ekranda mevcut olan klavyeden basılan tuşların değerlerinin bir işaretçiye alınması daha sonra bu işaretçilerin ekrana yazdırılması prensibi esas alınmıştır. Kullanıcı girişi tamamlandığında basılan “Gönder” butonu ile işaretçilerde bulunan veriler seri iletişim yardımı ile bilgisayara aktarılmıştır. 3.1. TFT LCD Uygulaması - Dokunmatik Ekran TFT-LCD (Thin Film Transistor - Liquid Crystal Display) monitörlerde ana teknoloji sıvı kristallerdir. Bu kristaller ışığın geçişini engeller ya da ışığı serbest bırakır. TFT teknolojisi LCD panellerden görüntü üretilmesinde kullanılır. Şekil 3. USB A Tipi Soket [13] LCD paneller, iki kat polarize cam arasında yer alan yüz binlerce likit kristal hücreden oluşur. Panelin arkasında bulunan güçlü lambalardan gelen ışık, yayılmayı sağlayan tabakadan geçerek ekrana homojen bir şekilde dağılır. Işık daha sonra TFT adı verilen ince film transistor tabakasından ve arkasından da her likit kristal hücresine iletilen elektrik miktarını ayarlayan renk filtrelerinden geçer. Voltaj farkına göre likit kristaller harekete geçer. Bu hareket şekline göre arkadan verilen ışığın şiddeti ve kutuplaşma yönü değişir. Bu işlemlerin sonucunda da farklı oranda ve parlaklıkta kırmızı, mavi ve yeşil renkleri oluşturan ve nihai görüntüyü sağlayan yüz binlerce piksel elde edilmiş olur. Bu pinler ile işlemci arasındaki elemanlar ve bağlantılar Şekil 4’te gösterilmiştir. Bu modülde 3.2” boyutunda, 320*240 çözünürlüklü ve 65 bin renkli HY32C TFT-LCD kullanılmıştır. Şekil 4. İşlemci – USB A Bağlantı Şeması [13] Bu bilgiler ışığında sunucu modülü gerçeklenmiştir. Sunucu modülünün geliştirme aşamasındaki resmi Şekil 5’te görülmektedir. Şekil 6. HY32C TFT-LCD [18] Bu TFT LCD’yi sürebilmek için ise ILITEK firmasının ILI9320 kodlu TFT LCD sürücüsü kullanılmıştır. Belirtilen sürücünün kaynak kütüphane kodları data sheetinde mevcuttur. [17] Uygulamanın dokunmatik ekran kısmı için ise Texas Instruments firmasının ADS7843 kodlu dokunmatik ekran sürücüsü kullanılmıştır. Kod SPI (Serial Peripheral Interface Şekil 5. Video Kamera Sunucu Modülü 92 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Bus) iletişimi baz alınarak yazılmıştır. Ekrana dokunulduğunda gelen kesme ve daha sonra ekran ile etkileşim kesildiğinde kesme işaretleri ile istenilen işlemler yaptırılmıştır. posta ile iletilmektedir. Tüm bu işlemler 30 ms ile 50 ms arasında tamamlanmaktadır. Şekil 7. ADS7843 Bağlantı Şeması [17] 3.2. Veri Aktarımı ve Bilgisayar Arayüzü Şekil 8. Bilgisayar Arayüzü Kullanıcı tarafından dokunmatik ekran vasıtasıyla yapılan ve gönder komutu ile gönderilmek istenen veriler işlemciden bilgisayar ara yüzüne UART vasıtası ile alınmıştır. Kullanıcı - Bilgisayar arayüzü görseli Şekil 8’de görüldüğü gibidir. Şekil 9’da ise gömülü sistem arayüzü ve kontrol kartı görülmektedir. UART modülü mikro denetleyicilerin çoğunda bulunan kullanımı basit ve standart seri RS232 haberleşme birimidir. Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter (Evrensel Senkron Asenkron Alıcı Verici) anlamına gelmektedir. Bu modülde, gönderilmek istenen veriler sıra ile en düşük değerlikli bitten en yüksek değerlikli bite doğru gönderilmektedir. Gönderici taraf TX (transmitter) hattını veri gönderilmezken Lojik (1) seviyesinde tutmaktadır. Veri gönderileceği anda hat Lojik (0) seviyesine çekilerek veri gönderilmeye başlanılmaktadır. Bu işlemdeki hattı Lojik (1) den Lojik (0) seviyesine çekme olayına start biti denilmektedir. Start bitinden sonra, veriler bit bit gönderilip dataların sonunda ise Stop biti gönderilmektedir. Stop biti ise, son bitten sonra hattı lojik 1 seviyesine çıkarma işlemidir. Eğer 9 bitlik veri gönderimi veya parity (eşlik biti gönderimi yapılmıyor ise) bir byte veri gönderimi için toplam 10 bit gönderilmektedir. 1 start bit + 8 data bit + 1 stop bit olarak toplam 10 bit gönderilmektedir. Şekil 9. Gömülü Sistem Arayüzü ve Kontrol Kartı Alıcı taraf ise hattın Lojik (1) den Lojik (0) seviyesine çekildiğinde veri gönderiminin başladığını anlamakta ve gelen bitleri ara belleğine yazmaktadır. Stop biti ile ara belleğe gelen veri yazılmış olmaktadır. Şekil 10’da ise modüllerin birbiriyle entegrasyonunun tamamlanmış hali görülmektedir. Testler bu sistem üzerinde yapılmıştır. Aktarılan veri, Visual Basic 6 ile yazılmış bilgisayar ara yüzü ile işlenmiştir. İşlemcide alınan veriler, bilgisayara aralarına noktalı virgül (“ ; ”) konularak ayrılmıştır. Bilgisayar ara yüzü gelen veriyi noktalı virgüllerden ayrıştırıp ilgili adreslere yerleştirmektedir. Bu işlemleri yaptıktan sonra “Video Kamera Sunucu Modülünün” IP adresine bağlanıp o anki resim verisi alınarak mesaja eklenmekte ve veri tabanına kaydedilmektedir. Kullanıcı talep ettiği takdirde bu veriler kullanıcıya elektronik 93 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya • Tasarımdaki değişiklikler ile kullanımın daha kolay hale getirilmesi. Kaynakça [1] Matija D. Strbac, Ljubinko B. Kevac, Ivan T. Popovic, Nenad S. Jovicic, Wireless Camera Network System: Test of Concept, 20th Telecommunications forum TELFOR 2012 [2] Duanchun ZHOU, Guangxing TAN, Network Video Capture and Short Message Service Alarm System Design Based on Embedded Linux, 2010 Sixth International Conference on Natural Computation [3] Ryoei Ito, Chiaki Yamaguchi, Low Cost Image Acquisition System for Field Monitoring, SICE Annual Conference, 2010 [4] Ying-Wen Bai, You-Wei Chen, Wen-Tai Li, Design of an Embedded Monitor System with a Low-Power Laser Projection fort he Detection of a Patient’s Breath, IEEE International Conference on Consumer Electronics, 2011 [5] Ying-Wen Bai, You-Wei Chen, Wen-Tai Li, Design and Implementation of an Embedded Monitor System for Detection of a Patient's Breath by Double Webcams in the Dark, 2010 IEEE [6] Ulrich Muehlmam, Miguel Ribo, Peter Lag, Axel Pinz, A New High Speed CMOS Camera for Real-Time Tracking Applications IEEE International Conference on Robotics & Automation, 2004 [7] Alessandro Depari, Alessandra Flammini, Daniele Marioli, Andrea Taroni, USB Sensor Network for Industrial Applications, IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, VOL. 57, NO. 7, JULY 2008 [8] Yong-Seok Kim, Hee-Sun Kim, Chang-Goo Lee, The development of USB Home Control Network System,2004 8th International Conference on Control, Automation, Robotics, Vision, 2004 [9] Eugene Pamba Capo-Chichi,Jean-Michel Friedt,Design of Embedded Sensor Platform for Multimedia Application,IEEE, 2008 [10] Jing Li, Weidon Hao, Research and Design of Embedded Network Video Monitoring System Based on Linux, IEEE Computer Society, 2008 [11] Matej Cerny, Martin Dobrovolny, Eye Tracking System on Embedded Platform, 2012 [12] Tiancheng LIN, Shengbo HU, Heng SHU,Design and Implementation of Home Remote Monitor System Based on Embedded System, IEEE, 2010 [13] Mbed-005.1 Datasheet, 2010. [14] DP83848J PHYTER Mini Ls Single Port Ethernet Transceiver Datasheet, Texas Instrument, 2008 [15] Bss84 Mode Field Effect Transistor, Fairchild semiconductor, 2002 [16] LCD ve TFT LCD teknolojisi nedir? http://www.dijitalmagazin.net/dosya/konu/maddenin-4hali-plazma/lcd-ekran-teknolojisi-nedir.html [17] ILITEK, ILI9320 TFT LCD Single Chip Driver http://www.densitron.com/uploadedFiles/Displays/Suppo rt/ILI9320AN_V0.92.pdf Şekil 10. Genel Sistem 4. Sonuçlar Bu çalışmada, öğretim üyesi ile iletişim kurmak isteyen insanların, öğretim üyesi odasında mevcut olsun ya da olmasın, onlara ulaşabilmesini sağlayan, düşük maliyet ile bilgisayar ihtiyacı olmaksızın IP üzerinden çalışan bir web kamera uygulamasını içeren, “Öğretim Üyesi İletişim Modülü” geliştirilmiş ve başarıyla gerçeklenmiştir. Sistemin mevcut diğer sistemlere göre avantajları aşağıdaki gibidir: Sistem maliyeti 100$’ın altındadır. Herhangi bir gömülü işletim sistemi kullanılmamıştır. Böylece işletim sisteminin, tasarımı kısıtlaması söz konusu değildir Sistemin 160*120 piksellik resim ile çalışma hızı 30 ms ile 50 ms arasındadır. Olası bir güç kaybında veya sistemin kendini tekrar başlattığı durumlarda IP adresini sistem otomatik olarak atadığı için, sistem otomatik olarak tekrar çalışmaya başlayacaktır. Herhangi bir kullanıcı ayarlamasına gerek kalmayacaktır. İleriki çalışmalarda, aşağıdaki işlemlerin yapılması ile sistemin kullanılabilirliğinin artabileceği öngörülmektedir. • Veri aktarımının bir sunucu üstünden gerçekleşmesi ile bilgisayara olan bağlılığın tamamen ortadan kaldırılması. • Daha büyük bir LCD ekran kullanılarak kullanımın daha kolay hale getirilmesi. • Resim verisi aktarım protokolünün değiştirilerek, resim aktarım hızının artırılması. 94 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya [18] HAOYU electronics, HY32C TFT LCD modüle schematic http://www.haoyuelectronics.com/Attachment/HY32D/H Y32D%20LCD%20module%20schematic.pdf [19] Mbed Application Board,www.mbed.org 95