enerji hatları üzerinden haberleşmede iletişim frekansı etkisinin ysa

ENERJİ HATLARI ÜZERİNDEN HABERLEŞMEDE İLETİŞİM
FREKANSI ETKİSİNİN YSA İLE ANALİZİ VE BİR HABERLEŞME
SİSTEMİNİN GELİŞTİRİLMESİ
Nihat DALDAL
DOKTORA TEZİ
ELEKTRİK EĞİTİMİ
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
KASIM 2013
ANKARA
Nihat DALDAL tarafından hazırlanan “ENERJİ HATLARI ÜZERİNDEN
HABERLEŞMEDE İLETİŞİM FREKANSI ETKİSİNİN YSA İLE ANALİZİ VE
BİR HABERLEŞME SİSTEMİNİN GELİŞTİRİLMESİ” adlı bu tezin Doktora tezi
olarak uygun olduğunu onaylarım.
Prof. Dr. Güngör BAL
……….………………….
Tez Danışmanı, Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı
Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Elektrik Eğitimi Anabilim Dalında
Doktora tezi olarak kabul edilmiştir.
Prof. Dr. Ethem KÖKLÜKAYA
……….………………….
Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, S.Ü.
Prof. Dr. Güngör BAL
……….………………….
Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü.
Doç. Dr. H.Haldun GÖKTAŞ
……….………………….
Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Y.Ü.
Doç. Dr. Murat YÜCEL
..…….………………….
Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü.
Doç. Dr. Sabri KOÇER
……….………………….
Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, N.E.Ü.
Tez Savunma Tarihi: 08/11/2013
Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Doktora derecesini
onamıştır.
Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU
Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
………………………….
TEZ BİLDİRİMİ
Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde
edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu
çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf
yapıldığını bildiririm.
Nihat DALDAL
iv
ENERJİ HATLARI ÜZERİNDEN HABERLEŞMEDE İLETİŞİM FREKANSI
ETKİSİNİN YSA İLE ANALİZİ VE BİR HABERLEŞME SİSTEMİNİN
GELİŞTİRİLMESİ
(Doktora Tezi)
Nihat DALDAL
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Kasım 2013
ÖZET
Enerji hatları üzerinden haberleşme son zamanlarda sayaç okuma, internet
kullanımı ve akıllı ev otomasyonu gibi alanlarda kurulum maliyetinin ve
işçiliğinin düşük olması avantajından dolayı kullanılmaya başlanmıştır. Bu
alanda yapılan haberleşme sistemleri çeşitlilik göstermekte ve geliştirme
çalışmaları devam etmektedir. Bu tezin amacı enerji hattı üzerinden
haberleşmede kullanılan sinyal frekansının etkisini inceleyerek bir haberleşme
sistemi geliştirmektir. Bu amaçla sabit bir mekanda farklı frekanslarda hat
üzerinde oluşan haberleşme sinyal zayıflamaları ölçülmüş ve elde edilen verilere
göre yapay sinir ağında eğitme çalışması yapılmıştır. Böylelikle her frekans için
zayıflama oranı tespit edilmiştir. Enerji hattı üzerinden yapılan ölçümler ile hat
empedansının frekansa göre değişimi grafiksel olarak elde edilmiş ve
haberleşmede sinyal frekansının önemi ortaya konmuştur. Bu çalışmada enerji
hattı üzerinden haberleşmek için farklı yaklaşımlar geliştirilerek düşük
maliyetli basit haberleşme sistemleri tasarlanmış ve üç farklı haberleşme
uygulaması gerçekleştirilerek farklı mekanlarda denenmiştir. Yapılan ilk
uygulamada hattın sıfır geçiş anında sinyal gönderimi gerçekleştirilmiş, ikinci
uygulamada
3
fazda
haberleşme
sağlamak
için
FSK
uygulaması
gerçekleştirilmiş, son uygulamada ise değişken frekans ile haberleşmenin özel
v
hazırlanan bir yazılımla gerçekleşmesi sağlanmıştır. Yazılım ile kontrol,
donanım elemanlarının en aza indirgenmesine fırsat sağlamıştır.
Bilim Kodu
:708.3.016
Anahtar Kelimeler :Enerji hatları üzerinden haberleşme, X10, Enerji hattı
FSK modülasyon, Enerji hattı frekans modülasyonu, YSA
Sayfa Adedi
: 177
Tez Yöneticisi
: Prof. Dr. Güngör BAL
vi
ANALYSIS OF EFFECT OF COMMUNICATION FREQUENCY OVER THE
POWER LINE COMMUNICATION WITH ANN AND DEVELOPING A
COMMUNICATION SYSTEM
(Ph. D. Thesis)
Nihat DALDAL
GAZİ UNIVERSITY
GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES
November 2013
ABSTRACT
Recently meter reading, Internet usage and smart home automation by using
power line communication have been used due to the advantage of low
installation and labor costs. In this area, different studies continue to develop
communication systems. The aim of this thesis is to examine the impact of the
frequency of the signal used to communicate over the power line and is to
develop a communication system. For this purpose, in a building on-line
communication signals at different frequencies were measured and then the
measured signal data were evaluated with an artificial neural network. Thus,
attenuation rate is determined for each frequency. By using the measured data,
variation in line impedance with respect to the communication signal frequency
is obtained graphically and the importance of the frequency on power line
communication is demonstrated. In this thesis, three different approaches for
power line communication are designed and developed with a simple structure
and low cost. Then these communication applications were tested in different
places. In first application a zero-crossing signal transmission line was realized.
As a second, a FSK application was realized to ensure the communication in 3
phases. In the final application, the communication with variable frequency was
realized through dedicated software resulting in minimizing the hardware
components.
vii
Science Code
: 708.3.016
Key Words
: Powerline Communication, X10, Powerline, FSK
modulation, Powerline FSK modulation,ANN
Page Number
: 177
Supervisor
: Prof. Dr. Güngör BAL
viii
TEŞEKKÜR
Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren danışmanım
Sayın Prof. Dr. Güngör BAL’ a, değerli katkılarından dolayı Tez İzleme
Komitesinde yer alan Sayın Prof. Dr. Ethem KÖKLÜKAYA’ ya, Sayın Prof. Dr.
İlhami ÇOLAK’ a, ve Sayın Doç. Dr. Murat YÜCEL’ e, tez jürisinde bulunan sevgili
hocalarım Sayın Doç. Dr. H. Haldun GÖKTAŞ’ a ve Sayın Doç. Dr. Sabri KOÇER’
e teşekkür ederim.
Gösterdiği sabır ve desteklerinden dolayı eşime, çocuklarıma, anneme ve babama
teşekkür ederim.
ix
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET........................................................................................................................... iv
ABSTRACT ................................................................................................................ vi
TEŞEKKÜR .............................................................................................................. viii
İÇİNDEKİLER ........................................................................................................... ix
ÇİZELGELERİN LİSTESİ ....................................................................................... xiv
ŞEKİLLERİN LİSTESİ ............................................................................................. xv
RESİMLERİN LİSTESİ ........................................................................................... xxi
SİMGELER VE KISALTMALAR .......................................................................... xxii
1. GİRİŞ ....................................................................................................................... 1
2. İLETİŞİM HATLARI .............................................................................................. 7
2.1. Telefon Hatları .................................................................................................. 7
2.2. Radyo Frekanslı İletişim Hatları ....................................................................... 7
2.3. Enerji Hatları ..................................................................................................... 8
2.4. Enerji Hattı Parametreleri ................................................................................. 9
2.4.1. Hattın birim uzunluğunun çevrim direnci (R) ....................................... 10
2.4.2. Deri olayı ve çevrim direncine etkisi .................................................... 10
2.4.3. Yakınlığın çevrim direncine etkisi (proximity) .................................... 12
2.4.4. Hattın birim boy uzunluğunun endüktansı ............................................ 13
2.4.5. Birim uzunluğunda hat parçasının iletkenleri arasındaki kısmi
ve efektif kapasite ................................................................................. 14
2.4.6. Birim uzunluğunda hat parçasının iletkenleri arasındaki perditans ...... 14
x
Sayfa
2.5. Enerji Hattı Modellemesi ................................................................................ 14
2.6. Enerji Hattında Haberleşmeye Etki Eden Faktörler ........................................ 16
2.6.1. Hat empedansı ve ölçümü ..................................................................... 18
2.7. Enerji Hatlarında Olumsuz Etkiler .................................................................. 21
2.7.1. Hat empedansının etkisi ........................................................................ 22
2.8. Enerji Hatlarında İletim Ortamı ...................................................................... 22
2.8.1. Kuranportör sistemi............................................................................... 23
2.9. Enerji Hattı Üzerinden Haberleşme Standartları............................................. 23
2.9.1.CENELEC standardı .............................................................................. 24
2.9.2. FCC standardı ....................................................................................... 25
2.10. Güç Hatlarında Oluşan Gürültüler ................................................................ 27
2.10.1. Korona gürültüsü............................................................................... 27
2.10.2. Korona gürültü nedenleri .................................................................. 28
2.10.3. Dürtü gürültüsü ................................................................................. 29
2.10.4. Gürültü karakteristiği ........................................................................ 29
2.10.5. Gürültü sinyallerinin ölçülmesi ......................................................... 30
2.10.6. Ev ortamında gürültü kaynakları ve etkileri ..................................... 31
2.11. Gürültü Sinyallerinin Frekans Spektrumu .................................................... 33
2.12. Şebeke Durumunun ve Harmoniklerinin Gözlemlenmesi ............................ 33
2.13. DAYG Sistemlerde Girişim .......................................................................... 34
xi
Sayfa
2.14. Diğer PLC Sistemleri Arasında Girişim ....................................................... 35
2.15. Anahtarlamalı Güç Kaynaklarının Etkisi ...................................................... 36
3. FARKLI FREKANSLI SİNYALLERİN SİMÜLASYONU ................................. 39
3.1. RLC Band Geçiren Filtreler ............................................................................ 39
3.2. RLC Filtre Parametreleri ................................................................................. 40
3.2.1. Sönümleme faktörü ............................................................................... 40
3.2.2. Band genişliği (Bandwidth) .................................................................. 41
3.2.3. Kalite faktörü ........................................................................................ 41
3.3. MATLAB Simulink’ te Filtre Modellemeleri ................................................. 42
3.3.1. 1.Derece bant geçiren filtrenin Simulink’te simülasyonu ..................... 42
3.3.2. 3.Dereceden bant geçiren filtrenin Simulink’ te simulasyonu .............. 45
3.4. Filtre Empedansı ............................................................................................. 46
3.5. Şebeke Sinyali Üzerine Yüksek Frekanslı Sinyalin Bindirilmesi ................... 47
4. ENERJİ HATTI ÜZERİNDE YAPILAN ÖLÇÜMLER ....................................... 50
4.1. Deneysel Sonuçların Yapay Sinir Ağları ve Regresyon Analizi ile
Yorumlanması ................................................................................................. 51
4.2. Yapay Sinir Ağlarının Yapısı ve Temel Elemanları ....................................... 53
4.2.1. Yapay sinir hücresi................................................................................ 53
4.3. Öğrenme Algoritmaları ................................................................................... 60
4.3.1. Geri yayılım öğrenme algoritması ........................................................ 61
4.3.2. Levenberg- Marquardt algoritması ....................................................... 64
xii
Sayfa
4.4. Sinyal Frekansının Haberleşmeye Etkisinin YSA İle Modellenmesi ............. 66
5. ENERJİ HATLARINDAN İLETİŞİM UYGULAMALARI................................. 75
5.1. Sıfır Geçiş Anlarında ASK Haberleşme Uygulaması ..................................... 75
5.1.1. Verici Sistemin tasarlanması ................................................................. 75
5.1.2. Alıcı sistemin tasarlanması ................................................................... 81
5.1.3. Alıcı ve vericinin senkron haberleşmesinin sağlanması ....................... 87
5.2. FSK Modülasyonu İle Enerji Hattından Veri İletimi ...................................... 91
5.2.1. FSK modülasyonu ................................................................................. 91
5.2.2. XR-2206 FSK modülatör devresi ......................................................... 93
5.2.3. XR 2211 FSK demodülatör devresi ...................................................... 97
5.2.4. Sinyalin FSK modülasyonlu olarak hatta uygulanması ...................... 100
5.2.5. Sinyalin enerji hattından alınması ....................................................... 104
5.2.6. Band geçiren aktif filtrenin tasarlanması ............................................ 106
5.2.7. Yükselteç devresinin tasarlanması ...................................................... 111
5.2.8. Tasarlanan sistem üstünlükleri ............................................................ 112
5.2.9. Sistemin uygulanabileceği alanlar....................................................... 113
5.3. Basit Donanım ile Programsal Olarak Haberleşen Sistem Tasarımı ............ 114
5.3.1. PIC mikrodenetleyicilerde işlem saykılı ............................................. 115
5.3.2 Verici sisteme ait sinyallerin oluşturulması ......................................... 116
5.3.3. Haberleşme standardının oluşturulması .............................................. 117
xiii
Sayfa
5.3.4. Alıcı sistemde yazılım geliştirilmesi ................................................... 122
5.3.5. Alıcı için filtre tasarım programında filtre tasarımı ............................ 126
5.3.6. ISIS programında tasarlanan filtrenin simülasyonu ............................ 128
5.3.7. Tasarlanan sistemin uygulanması ....................................................... 134
6. SONUÇ VE ÖNERİLER ..................................................................................... 137
KAYNAKLAR ........................................................................................................ 139
EKLER ..................................................................................................................... 145
EK-1. ASK Uygulamasına ait devre çizim ve programları...................................... 146
EK-2. FSK uygulamasına ait devreler ve yazılım kodları ....................................... 154
EK-3. Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler
ve yazılım kodları .......................................................................................... 164
ÖZGEÇMİŞ ............................................................................................................. 177
xiv
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge
Sayfa
Çizelge 2.1. Enerji hattında frekansa göre akım-empedans ölçüm değerleri ............. 19
Çizelge 2. 2. Hat gerilimiyle oluşan iyi ve kötü hava koşullarında görülen güç ....... 21
Çizelge 4. 1. 1.seviye 1 ve 2 nöronlardan elde edilen Eş.4.14’te
kullanılan sabitler ................................................................................. 70
Çizelge 4. 2. 3-5 arası 2.seviye nöronlar için LM algoritmasından elde edilen
ve Eş. 4.15’te kullanılan sabitler ........................................................... 71
Çizelge 4. 3. 6-9 arası 3.seviye nöronlar için LM algoritmasından elde edilen
ve Eş. 4.16’da kullanılan sabitler .......................................................... 71
Çizelge 4. 4. 10-14 arası 4. seviye nöronlar için LM algoritmasından elde edilen
ve Eş. 4.17’de kullanılan sabitler ......................................................... 71
Çizelge 4. 5. Son seviye çıkış nöronu için LM algoritmasından elde edilen
ve Eş. 4.18’de kullanılan sabitler .......................................................... 72
Çizelge 5. 1. Modülatör devresi özellikleri ve parametreleri ..................................... 96
Çizelge 5. 2. Demodülatör devresi özellikleri ve parametreleri................................. 99
Çizelge 5. 3. Filtre özellikleri ve parametreleri........................................................ 110
Çizelge 5. 4. Farklı frekanslara göre bulunan gecikme değerleri ............................ 117
Çizelge 5. 5. START sinyalinin frekanslara göre süre ve adetleri ........................... 118
Çizelge 5. 6. Dijital “1” sinyalinin frekanslara göre süre ve adetleri ....................... 120
Çizelge 5. 7. Dijital “0” sinyalinin frekanslara göre süre ve adetleri ....................... 121
xv
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil
Sayfa
Şekil 2. 1. a) İçi dolu silindirik bir telde yüksek frekans akım yoğunluğunun
dağılımı ..................................................................................................... 11
Şekil 2. 2. Yakın mesafede olan tellerden akan akımların birbirini etkilemesi ......... 12
Şekil 2. 3. Enerji hattı modeli..................................................................................... 15
Şekil 2. 4. Rezonans devresi genlik ve faz karakteristiği ........................................... 16
Şekil 2. 5. a) 40m mesafede farklı frekanslarda ölçülen sinyaldeki zayıflama .......... 17
Şekil 2. 6. Enerji hatlarında zayıflama ....................................................................... 17
Şekil 2. 7. Hat empedansının ölçülmesi ..................................................................... 18
Şekil 2. 8. Ölçüm sonuçlarına göre oluşturulan hattın frekans-empedans grafiği ..... 19
Şekil 2. 9. Frekansa göre hat empedansı .................................................................... 20
Şekil 2. 10. Empedans uyumsuzluklarından dolayı oluşan kayıplar . ........................ 22
Şekil 2. 11. 50Hz üzerine binmiş yüksek frekanslı sinyal ......................................... 24
Şekil 2. 12. CENELEC frekans band tanımlamaları .................................................. 25
Şekil 2. 13. Çift taşıyıcı frekanslı haberleşme............................................................ 25
Şekil 2. 14. FCC standardı frekans aralıkları ............................................................. 26
Şekil 2. 15. Enerji hattından haberleşme(PLC) standart frekansları .......................... 26
Şekil 2. 16. Enerji hatlarındaki gürültü sinyalinin gözlemlenmesi ............................ 30
Şekil 2. 17. Hattaki gürültü sinyallerinde bit-hata oranının oluşabileceği anlar ........ 31
Şekil 2. 18. Dimmer devresinin tetikleme açısına göre oluşabilen bit-hata grafiği ... 32
xvi
Şekil
Sayfa
Şekil 2. 19. Enerji hattındaki gürültü sinyalleri ......................................................... 33
Şekil 2. 20. Hattan belirli saatler boyunca ölçülen L2 fazı harmonikleri .................. 34
Şekil 2. 21. Anahtarlamalı tip güç kaynağının hatta verdiği gürültü sinyalleri ......... 36
Şekil 2. 22. Anahtarlamalı tip güç kaynağının şebekeye bağlanması ........................ 37
Şekil 2. 23. C band filtre frekans cevabı .................................................................... 38
Şekil 2. 24. A band filtre frekans cevabı .................................................................... 38
Şekil 3. 1. Paralel LC bant geçiren filtre .................................................................... 39
Şekil 3. 2. Seri LC bant geçiren filtre ........................................................................ 40
Şekil 3. 3. 140kHz sinyalin 1.dereceden paralel LC filtre ile alınması için
Simulinkte kurulan devre .......................................................................... 43
Şekil 3. 4. Hatta verilen sinyalin Simulink çıktısı...................................................... 43
Şekil 3. 5. 80kHz ve 140kHz giriş sinyalleri için filtre çıkış sinyalleri ..................... 43
Şekil 3. 6. Filtreye ait bode diyagramı ....................................................................... 44
Şekil 3. 7. 3. dereceden filtre testi için Simulink model ............................................ 45
Şekil 3. 8. Rezonans frekansında (140kHz) filtre çıkış sinyali .................................. 45
Şekil 3. 9. 80kHz ve 150kHz için filtre çıkış sinyalleri ............................................. 45
Şekil 3. 10. 3. Dereceden filtreye ait bode diyagramı ................................................ 46
Şekil 3. 11. Seri LC filtre Q faktörü seçimi ............................................................... 46
Şekil 3. 12. Farklı frekanstaki kaynakların modülasyonunun Simulink’te modeli .... 47
Şekil 3. 13. 140kHz de ana sinyal, yüksek frekanslı sinyal ve elde edilen
toplam sinyal .......................................................................................... 48
xvii
Şekil
Sayfa
Şekil 3. 14. 100kHz de ana sinyal, yüksek frekanslı sinyal ve elde edilen
toplam sinyal .......................................................................................... 48
Şekil 4. 1. Enerji hattında ölçüm yapmak amacıyla oluşturulan devre ...................... 50
Şekil 4. 2. 150m mesafede 60-600kHz değişken frekanslı sinyalde oluşan kayıp .... 51
Şekil 4. 3. Basit bir yapay sinir hücresi şekli ............................................................. 54
Şekil 4. 4. Doğrusal aktivasyon fonksiyonu............................................................... 56
Şekil 4. 5. Hiperbolik tanjant aktivasyon fonksiyonu ................................................ 57
Şekil 4. 6. Sigmoid aktivasyon fonksiyonu ................................................................ 58
Şekil 4. 7. Signum aktivasyon fonksiyonu ................................................................. 59
Şekil 4. 8. Eşik aktivasyon fonksiyonu ...................................................................... 59
Şekil 4. 9. Genel bir geri yayılım ağ yapısı ................................................................ 62
Şekil 4. 10. İleri beslemeli bir ağ için geri yayılım akış şeması................................. 63
Şekil 4. 11. Tek katmanlı hücrenin Matlab' da kısaltılmış şekli ................................ 63
Şekil 4. 12. . Üç katmanlı YSA için kısaltılmış gösterim .......................................... 64
Şekil 4. 13. Enerji hattında sinyal zayıflaması tahmini için 14 nöronlu YSA ........... 69
Şekil 4. 14. 60-600kHz frekans aralığında 150m mesafede YSA sonucu
elde edilen zayıflama............................................................................... 72
Şekil 4. 15. Ölçüm sonuçlarının ve YSA sonuçlarının grafiksel olarak .................... 73
Şekil 5. 1. Verici ünite blok diyagram ....................................................................... 76
Şekil 5. 2. PIC16f628 mikrodenetleyicili osilatör devresi ......................................... 77
Şekil 5. 3. Sürücü devre ve sinyalin hatta uygulanması ............................................. 78
xviii
Şekil
Sayfa
Şekil 5. 4. ASK haberleşme ....................................................................................... 81
Şekil 5. 5. Alıcı ünite blok diyagramı ........................................................................ 82
Şekil 5. 6. Yüksek geçiren RC filtre testi ................................................................... 83
Şekil 5. 7. RC filtre faz-frekans eğrileri ..................................................................... 85
Şekil 5. 8. Kublaj devresi ve RC yüksek geçiren filtre .............................................. 86
Şekil 5. 9. Sinyal yükseltici devre .............................................................................. 86
Şekil 5. 10. Sıfır geçiş anlarında start sinyali ve örnek 8 bit veri gönderimi ............. 88
Şekil 5. 11. Start bilgisindeki “111” sinyalinin beklenmesi programı ....................... 89
Şekil 5. 12. a) Başlangıç bilgisindeki “0” sinyalinin beklenmesi programı akış ....... 90
Şekil 5. 13. Dijital bilgiye karşılık gelen FSK sinyali ............................................... 92
Şekil 5. 14. PLL blok diyagramı ................................................................................ 93
Şekil 5. 15. FSK Modülatör devresi ........................................................................... 95
Şekil 5. 16. FSK Haberleşme uygulaması .................................................................. 96
Şekil 5. 17. . “1” dijital bilgisi için modülator çıkış sinyali ....................................... 97
Şekil 5. 18. “0” dijital bilgisi için modülator çıkış sinyali ........................................ 97
Şekil 5. 19. FSK demodülatör devresi ....................................................................... 98
Şekil 5. 20. Tasarlanan verici devre blok şeması ..................................................... 100
Şekil 5. 21. Enerji hattı bağlı iken push-pull amplifikatör çıkış sinyali ................... 101
Şekil 5. 22. Push-Pull amplifikatör .......................................................................... 102
xix
Şekil
Sayfa
Şekil 5. 23. Enerji hattı bağlı iken transformatör çıkışından ölçülen sinyal ............ 102
Şekil 5. 24. Fazlar arasının kondansatör ile şöntlenmesi ......................................... 103
Şekil 5. 25. Sinyalin hattan alınması ........................................................................ 105
Şekil 5. 26. Enerji hatlarından haberleşen mesaj gönderme sisteminin
genel yapısı............................................................................................ 105
Şekil 5. 27. Bant geçiren aktif filtre değişkenleri..................................................... 106
Şekil 5. 28. Aktif filtre bode diyagramı ve Q faktörü .............................................. 108
Şekil 5. 29. 2.Derece bant giren aktif filtre .............................................................. 109
Şekil 5. 30. 130kHz bant geçiren aktif filtre kaskat bağlantı ................................... 111
Şekil 5. 31. LF353 ile yapılan eviren yükselteç ....................................................... 112
Şekil 5. 32. Alıcı ve verici ünite basitleştirilmiş blok diyagram .............................. 114
Şekil 5. 33. Haberleşmede kullanılacak bit’ler ve uzunlukları ................................ 118
Şekil 5. 34. Start bilgisi ............................................................................................ 118
Şekil 5. 35. Dijital “1” bilgisi ................................................................................... 120
Şekil 5. 36. Dijital “0” bilgisi ................................................................................... 121
Şekil 5. 37. Örnek olarak “9” dijital bilgisinin gönderilmesi ve simülasyonu ......... 122
Şekil 5. 38. START bilgisinin kontrol edilmesine ait program akış diyagramı....... 123
Şekil 5. 39. Start bitinden sonra 1ms uzunluğundaki bitlerin saykıl
sayılarının tespiti ................................................................................... 124
Şekil 5. 40. Saykıl uzunluklarına göre “1” ve “0” dijital bilgilerinin elde edilmesi 125
xx
Şekil
Sayfa
Şekil 5. 41. Alıcı ve Verici Programının ISIS programında denenmesi .................. 126
Şekil 5. 42. Filter Pro programında; a) Filtre özelliklerinin girilmesi b) filtrenin .. 127
Şekil 5. 43. Filter Pro programı tarafından tasarlanan filtre devresi ....................... 127
Şekil 5. 44. ISIS programında filtrenin kurulması ................................................... 128
Şekil 5. 45. ISIS programında filtrenin frekans eğrisinin simülasyonu ................... 128
Şekil 5. 46. 150kHz giriş sinyaline göre çıkış sinyali .............................................. 129
Şekil 5. 47. 10kHz giriş sinyaline göre çıkış sinyali ................................................ 129
Şekil 5. 48. Tasarlanan verici devre sinyal gönderme bölümü ................................ 130
Şekil 5. 49. Tasarlanan alıcı devre sinyal alma bölümü ........................................... 130
Şekil 5. 50. Verici tarafta kublaj transformatörüne verilen 150kHz
dijital 9 bilgisi ....................................................................................... 131
Şekil 5. 51. Alıcı tarafta 40m mesafeden kublaj transformatörü çıkışından
alınan sinyal .......................................................................................... 131
Şekil 5. 52. Dijital “0” bilgisi ................................................................................... 132
Şekil 5. 53. Alıcı tarafta alınan dijital “0” bilgisinin açılımı ................................... 133
xxi
RESİMLERİN LİSTESİ
Resim
Sayfa
Resim 3.1. a) Hattan 150m uzakta ölçülen sinyal
b) Opamplı karşılaştırıcı çıkışından ölçülen sinyal .................................. 49
Resim 5. 1. a) Tasarlanan verici devre
b) Mikrodenetleyici ve sürücü devresi çıkış ........................................... 79
Resim 5. 2. 10m mesafede alıcı sistemden elde edilen sinyal ................................... 80
Resim 5. 3. Tasarlanan verici devre ........................................................................... 81
Resim 5. 4. a) 10kHz sinyal için çıkış b) 80kHz sinyal için çıkış ............................. 84
Resim 5. 5. 140kHz giriş sinyaline göre filtrenin çıkış sinyali .................................. 84
Resim 5. 6. Hattan alınan sinyal ve yükseltilen sinyal ............................................... 87
Resim 5. 7. a) Alıcı devre ve anahtarlamalı tip güç kaynağı ile çalıştırılması
b) Verici devre ........................................................................................ 91
Resim 5. 8. Tasarlanan verici sistem ........................................................................ 104
Resim 5. 9. Tasarlanan alıcı sistem .......................................................................... 106
Resim 5. 10. Alıcı ve verici devrenin birlikte denenmesi. (Mesafe=40m) .............. 130
Resim 5. 11. Verici devresi ...................................................................................... 133
Resim 5. 12. Alıcı devresi ve lamba kontrolü .......................................................... 134
Resim 5. 13. Kazan dairesine uygulanan alıcı ve ısı gönderen sistem ..................... 135
xxii
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte
aşağıda sunulmuştur.
Simgeler
Açıklama
v
Gerilimin ani değeri (V)
i
Akımın ani değeri (A)
R
Direnç (Ω)
L
Endüktans (H)
C
Kapasite (C)
G
Perditans (P)
Q
Kalite faktörü(Q)
V
Gerilim (V)
f
Frekans(Hz)
XC
Kapasitif reaktans(Ω)
XL
Endüktif reaktans(Ω)
dB
Desibell(dB)
Z
Empedans(Ω)
Transfer fonksiyonu
ω
Açısal frekans
Δw
Band genişliği
Aktivasyon fonksiyonu
xxiii
Kısaltmalar
Açıklama
AA
Alternatif Akım
AG
Alçak Gerilim
ASK
Amplitude Shift Keying
BM
Bulanık Mantık
BPSK
İkili Faz Kaydırmalı Anahtarlama
DA
Doğru Akım
EDH
Enerji Dağıtım Hattı
EİH
Enerji İletim Hattı
FSK
Frekans Kaymalı Anahtarlama
GND
Ground
GYA
Geri Yayılım Algoritması
LM
Levenberg - Marquardt
OG
Orta Gerilim
PLC
Power Line Communication
PLL
Faz Kitlemeli Döngü
PSD
Güç Spektrum Yoğunluğu
PWM
Pulse Width Modulation
RMS
Etkin Değer
SNR
Signal Noise Ratio
YG
Yüksek Gerilim
YSA
Yapay Sinir Ağı
1
1. GİRİŞ
Günümüzde veri iletim ortamları olarak uzak mesafelerde fiber-optik kablolar, bina
içi uygulamalarda ise kablolu network teknolojileri kullanılmaktadır. Diğer yandan
kablosuz radyo frekans kontrolü basit veri haberleşmesi uygulamalarında açık alanlı
kısa mesafelerde kullanılmaktadır [1,2].
Enerji hattı üzerinden veri işlemi “Powerline communication-PLC” ismi ile
literatürde yer almaktadır. Bu çalışmada, temel olarak yüksek frekanslı veri sinyali
enerji hattı üzerine uygulanır. Verinin alınması gereken noktada enerji hattı
üzerinden yüksek frekanslı veri sinyali tekrar alınarak haberleşme gerçekleştirilir.
Kullanılan yüksek frekansın frekans değeri oldukça önemlidir. Bu frekans sistemin
bant genişliği olarak ta isimlendirilir [3].
Haberleşme hızı arttırılmak istenirse, bant genişliği yüksek olmalıdır. Son
zamanlarda yapılan çalışmalarda yüksek hızlı haberleşme için 1-20MHz frekans
aralığı kullanılmaktadır [4].
Yüksek bant genişliğinde kullanılan haberleşme frekansında önemli bir problem;
aynı frekansı kullanan diğer haberleşme sistemleri ile etkileşmedir. Bu durum hem
haberleşmede hem de karşı sistemin haberleşmesinde problemlere yol açabilir. Bu
sistemlere; uçak navigasyonları, telsizler, radyo frekansında (RF) haberleşen
sistemler örnek verilebilir. Bu sebeple son zamanda yapılan çalışmalarla maksimum
güç seviyeleri ve haberleşme frekans aralıkları standartlaştırılmaya çalışılmıştır [5,6].
Genellikle haberleşme sistemlerinde empedans uyumluluğu çok önem arzeder. 50Ω
çıkış empedanslı bir alıcı-verici sisteme 50Ω koaksiyel kablonun bağlanması buna
örnektir. Ancak enerji hatlarından haberleşme buna uygun değildir, çünkü hat
empedansı farklı yükler ve farklı bölgelere göre zamanla değişiklik gösterir. Bu
empedans değeri miliohm seviyesinde olabileceği gibi birkaç yüz ohm’ a kadar da
çıkabilir [7-9].
2
Enerji hattı üzerinden haberleşmenin en büyük avantajı her mekânda enerji
kablolarının bulunması ile ilave kablo bağlantısı gerektirmeden en ucuz maliyet ve
işçilikle gerçekleştirilmesidir [10,11].
Enerji hatları üzerinden sayısal haberleşmenin tarihçesi incelendiğinde, Alçak
gerilim (AG) hatları üzerinden 1838 yılında İngiltere’de Londra-Liverpool telgraf
sistemi bataryalarının gerilim seviyelerinin kontrolü, 1897’de yine İngiltere’de
sayaçların elektrik hatlarından sinyalleşme ile okunması sağlanmıştır. 1905 yılında
ABD’de Chicago’da elektrik sayaçlarının aynı sistemle okunmasının patenti
alınmıştır.
Yüksek gerilim hatlarından Elektrik Hatları Taşıyıcısı (EHT) (Powerline
Carrier/PLC) ile ses iletimi de 1930’lu yıllarda gerçekleşmiştir [12].
Enerji hatları üzerinden haberleşmenin en çok kullanıldığı alanlar; ev otomasyonu,
sayaç okuma, ısıtma ve soğutma sistemlerinin kontrolü, yangın ve alarm sistemleri,
güç yönetim ve kontrol sistemleri, internet paylaşımı ve bina içi veri haberleşmesi
(Home Plug) gösterilebilir [13].
Ev otomasyonu uygulamalarında haberleşme protokolü geliştirilmiş ve bu protokole
X10 adı verilmiştir. Bu işi yapan alıcı verici sistemlere X10 arabirimi de denir. X10
arabirimi, elektrik enerji hattı üzerindeki AC sinyalin her sıfırdan geçişini takip eden
süreçte, kristal tarafından üretilen taşıyıcı sinyalin üzerine 1 ms süreli yüksek
frekanslı bir sinyal bindirerek ya da bindirmeyerek gönderim yapar. X10 arabirimi
alıcı durumunda çalışırken hattaki AC sinyalin her sıfırlanmasını takip eden bu
süreçte hat üzerinde yüksek frekanslı atışların olup olmadığına bakar. Kullanıcı,
iletişim arabirimleri ile güvelik numarası, adres bilgisi ve komutları X10 arabirimine
iletebilmektedir [14].
Osama ve arkadaşları çalışmalarında dijital veri sinyalinin 220V şebeke hattına
uygulanması için çeşitli sistemler önermiş ve ayrı ayrı bu sistemleri incelemişlerdir.
Yüksek frekanslı sinyali enerji hattına uygulayan ara devrelere kublaj devreleri denir.
3
Bu kublaj devrelerinin dizaynı ile bant genişliği arttırılmaya çalışılmış ve kublaj
olarak endüktif kublaj, kapastif kublaj ve bazı hybrid tasarımlar sunmuşlardır.
Makalede bazı ülkelerde özelliklede düşük şebeke gerilimi kullanan ülkelerde ortak
kublaja izin verilmediği belirtilmektedir. Bunun nedeninin ise kullanıcılarda
gerilimdeki potansiyel değişimden dolayı tehlike oluşturduğu vurgulanmıştır. Enerji
hatları üzerinden haberleşmede şebeke ile PLC sisteminin tamamen izole edilmesi
zorunluluğundan dolayı kublaj devresinin önemi anlatılmıştır [15].
Park ve arkadaşları yaptıkları çalışmalarında, X-10 sisteminde veri sinyalinin uzun
mesafelere iletiminin çok zor olduğundan bahsedilmiş, bunun en büyük sebebinin de
gürültü (distorsiyon) ve sinyalin zayıflaması olduğu belirtilmiştir. Bunun için de
zaman zaman sinyalin zayıfladığı noktalara tekrarlayıcı eklenerek mesafenin artacağı
öngörülmüştür. Tekrarlayıcıların kullanım çokluğuna göre mesafenin 5-50km ye
kadar çıkabileceğinden bahsedilmiştir. Bu çalışmada esas olarak verinin uzun hat
boyunca belirli aralıklarla tekrarlanması için protokol geliştirilmiş ve mevcut X-10
sistemine uygulanarak mesafenin artması sağlanmıştır. Daha sonra sinyalin
matematiksel analizi yapılmıştır [16].
Zobi ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada PLC sistemi 220V/50Hz şebekeye
uygulanmış ve taşıyıcı frekans ise 140kHz seçilmiştir. Uygulama alanı olarak 1 byte
dijital verinin gönderilmesi üzerine çalışılmıştır. Makalede bahsedilen PLC nin
normal kablo üzerinden gönderilen verilere göre ve kablosuz haberleşme sistemi ile
gönderilen verilere göre en önemli yararları şu şekilde sıralanmaktadır;
1) Uygulanabilirliği diğer sistemlere göre daha kolay, maliyeti ise daha ucuzdur.
2) PLC, hem kablosuz (wireless) haberleşmeye göre hem de telefon hatlarından
yapılan haberleşmeye göre daha güvenlidir. Herhangi bir mekan veya yerleşkede
PLC ile gönderilen veri sinyali başka kimseler tarafından kesilemez. Bunun dışında
da PLC sistemlerinde bir dezavantaj olarak gürültü sinyallerinin sistemi olumsuz
yönde etkilediği belirtilmiştir.
PLC sistemlerinde hattaki yüklerden ve gürültü
sinyallerinden dolayı sinyalde değişim veya zayıflama meydana gelmekte bu
durumda haberleşme kalitesini düşürmektedir aynı zamanda da bant genişliği
sınırlıdır [17].
4
Microchip firmasının AN236 uygulama örneği olarak sunduğu makalede kapasitif
kublaj yöntemi ile PIC16F877 entegresinde PWM olarak oluşturulan 120kHz’lik veri
sinyali hatta gönderilerek X-10 uygulaması yapılmıştır. Veri gönderimi şebekenin 0
geçiş noktaları ile senkron olarak gönderilmektedir. Şebekeden verinin alınması için
yine kapasitif kublaj ile yüksek geçiren filtre üzerinden alınıp zarf dedektörüne
verilmiş ve zarf dedektörü ile sinyal seviyesi TTL seviyesine dönüştürülüp
mikrodenetleyici tarafından algılama sağlanmıştır [18].
Kural ve arkadaşlarının çalışmasında, sayısal iletişim ortamı olarak kullanılabilmesi
için
alçak
gerilim
hattı
(AGH)’nın
zayıflatma
ve
gürültü
modellerinin
oluşturulmasında kullanılan standart ve literatür bilgileri ile ölçüm teknikleri
sunulmuştur. Özellikle 9 kHz - 148.5 kHz frekans aralığında AGH’nın iletişim
ortamı olarak kullanılması konusunda oluşturulan bu modeller tartışılmıştır.
Ayrıca enerji hattı boyunca sinyal genliğinde zayıflama ve sinyalde bozulma
problemlerinin oluşacağından bahsedilmiş, bu zayıflama değerinin ise hat üzerine
uygulanacak sinyalin çeşitli noktalardan ölçülerek güç değerinin hesaplanmasıyla
zayıflama oranlarının bulunabileceği belirtilmiştir. Ancak herhangi bir uygulama
gerçekleştirilmemiştir [19].
Karataş ve arkadaşlarının çalışmasında, PLC haberleşme için üretilmiş TDA 5051
entegresi ile mikrodenetleyici haberleştirilerek mevcut bir hat üzerindeki cihaz
kontrolü yapılmıştır. Bunun içinde bilgisayarda yazılan bir ara yüz programı ile
kontrol sağlanmıştır. Bu çalışmada farklılık olarak kontrol sinyali iki kez
gönderilerek gürültü probleminin etkisi azaltılmaya çalışılmıştır [20].
Lebron çalışmasında, PLC alanında çalışmaların devam ettiğini ve her çalışmanın
kendine özgü tasarım ve haberleşme gerçekleştirdiğini, bu nedenle de bu çalışmada
da PLC sistemi için bir gönderici ve alıcı devre üzerine tasarım gerçekleştirildiğinden
bahsedilmiştir. Çalışmada, hat üzerinde gürültü sinyalleri ölçülmüş ve öncelikle filtre
tasarımı için geliştirilen devre analiz edilmiştir. Analiz sonucunda giriş ve çıkış dalga
şekilleri geçirdiği ve geçirmediği frekans aralıklarına göre gösterilmiştir. Daha sonra
hatta filtreden sonra alınan sinyal için kazanç yükselteci tasarımı üzerine çalışma
5
yapılmış, sunulan transistörlü amplifikatörlerden ve matematiksel analizlerinden
sonra bir opamplı yükselteç önerilmiştir. Tasarlanan sistemler simülasyon
programında analiz edilip sonuçlar tartışılmıştır. Tez sonucunda da bu alanda
gönderici ve alıcı sistemlerin geliştirmeye açık olduğu belirtilmiştir [21].
Sutterlin ve Downey çalışmalarında enerji hattına olumsuz yönde etki eden faktörleri
incelenmiştir.
Hatta
sinyal
zayıflamasından
bahsedilmiş
ve
zayıflamanın
haberleşmede oluşturduğu hata incelenmiştir[22].
Shang ve arkadaşları yaptıkları çalışmada OFDM modülasyonu ile haberleşme
gerçekleştirmiş bunun için XC2VP20 chipli FPGA programlanabilir kart kullanarak
uygulama yapmışlardır. OFDM modülasyonda 200kHz-400kHz aralığını kullanarak
dar bandlı haberleşme gerçekleştirmişlerdir. Uygulamada mesafe konusunda bir bilgi
verilmemiştir [23].
Paruchiri
ve
arkadaşları
çalışmalarında
enerji
hatları
üzerinden
veri
haberleşmeciliğinde güvenlik üzerine bir araştırma yapmışlardır. Veri göndermede
matematiksel bir denklem önermiş ve bu denklem ile verinin değiştirilip
gönderilmesi ile güvenliğin sağlanabileceği savunulmuştur [24].
Cheng ve arkadaşları enerji hattı üzerinden haberleşmede sistem kapasitesine etki
eden frekans ve mesafenin haberleşmede etki durumunu incelemişler ve sinyal
gürültü oranına (SNR) etkisini araştırmışlardır. Çalışmada belirli mesafelerden sinyal
ölçümleri gerçekleştirilip zayıflama durumları incelenmiş ve frekans arttıkça
zayıflama oranının arttığı, mesafenin artması ile de zayıflama oranının çok daha fazla
arttığı grafiksel olarak verilmiştir. Ölçümler 100m, 150m ve 200m mesafelerden
gerçekleştirilmiştir [25].
Dange ve Gondi çalışmalarında X10 kodlu bir powerline modem kullanarak
bilgisayar üzerinden bir ev ortamındaki lamba ve prizleri açma kapama gibi
uygulama gerçekleştirmişlerdir. Ayrıca Web üzerinden bilgisayar yazılımınıda
kontrol ederek mekan dışında da uzaktan kontrol sağlamışlardır [26].
6
Emleh ve arkadaşları enerji hatlarından veri alan alıcılara etki eden diğer gürültü
faktörlerini incelemiş ve ölçüm sinyallerini sunmuşlardır. Alıcı sisteme bağladıkları
analizör ile haberleşme anında radyo frekanslı kumanda ile ortama sinyal göndermiş
ve enerji hattından veri alan alıcı üzerindeki etkisini incelemişlerdir. Bu etkiye göre
kullanılan kublaj devresindeki tranformatör ve kondansatör değerlerine göre bozucu
RF sinyalinin etkisini araştırmışlar ve bu değerlerin RF sinyalinden etkilenme
olasılığını azaltmada etkili olduğunu göstermişlerdir [27].
Bu çalışmada, öncelikle enerji hattı üzerinden haberleşmede etkili olan faktörler
incelenmiştir. Bu faktörlerden hat empedansı ölçümü için hatta farklı frekanslar
uygulanarak her frekans için empedans değeri hesaplanmış ve frekans-empedans
grafiği elde edilmiştir. Ayrıca haberleşmede hatalara sebep olan gürültü sinyal
çeşitleri incelenmiş ve enerji hattına gürültü sinyali veren kaynakların etkileri
incelenmiştir. Daha sonra hat farklı frekanslarda uygulanan sinyal belirli mesafeden
ölçülerek sinyalde oluşan zayıflamanın frekansa göre etkisi incelenmiş ve YSA ile
hatta uygulanan sinyalde frekansa bağımlı zayıflama tahmin modeli oluşturulmuştur.
Son olarak farklı modülasyonlar kullanılarak enerji hatları üzerinden haberleşmek
için farklı uygulamalar geliştirilmiştir. Geliştirilen uygulamaların en büyük özelliği
hazır power line modem entegresine ihtiyaç duyulmamasıdır.
7
2. İLETİŞİM HATLARI
Dağıtım şirketleri ile tüketiciler arasında veri iletişimini sağlamak için çeşitli iletişim
linkleri mevcuttur. Bunlardan birinin seçilmesi, şebekenin coğrafik durumuna,
iletişim ortamının sağlanabilir oluşuna ve işin maliyetine bağlıdır.
2.1. Telefon Hatları
Dağıtım şirketleri ile tüketiciler arasında kullanılabilecek iletişim kanallarından biri
de mevcut telefon hatlarıdır. Mevcut telefon hatlarının kiralanması (kuruluş
maliyetlerinin olmaması nedeni ile) tercih edilebilir. Fakat sınırlı hizmetleri
desteklemesi, telefon parasının ödenmesi ve tüketicilerin tercih etmemesinden dolayı
pek yaygın kullanılamamaktadır. Büyük tüketicilerle dağıtım şirketleri arasındaki iki
yönlü haberleşmede kullanılabilir durumdadır.
2.2. Radyo Frekanslı İletişim Hatları
Elektrik şirketleri ile tüketiciler arasında kullanılan haberleşme kanallarından biri de
radyo frekanslı GSM/GPRS sistemleridir. GSM de ücretlendirme kullanım süresine
göre yapılırken, GPRS (genel paketlenmiş radyo servisi) sisteminde ise gönderilen
veri miktarına göre yapılmaktadır. Dolayısıyla GPRS daha çok tercih edilen link
durumundadır.
Buna ek olarak, telsiz iletişim olması, radyo haberleşmeli
ekipmanlarla uyumlu olması ve iletişimin çok düşük bir hata oranı ile yapılması
GPRS sisteminin tercih edilmesinin diğer sebepleridir [28].
Telsiz haberleşme teknolojilerinin çok gelişmiş olması ile bu teknolojilerin tüketici
noktaları ile elektrik şirketi arasında oluşturulan haberleşme ağının kurulmasında
kolaylıkla uygulanabilir olması, bu sistemi cazip kılmasına rağmen, yüksek fiyatlı
olmasından dolayı daha çok büyük tüketici noktalarıyla, dağıtım şirketi arasındaki
haberleşme ağının oluşturulmasında kullanılmaktadır.
8
Bütün bunlar, dağıtım şirketleri ile tüketiciler arasında iki yönlü veri iletişimi için
kurulan haberleşme ağlarının oluşturulmasında kısmen veya tamamen elektrik
dağıtım hatlarının kullanılmasını zorunlu kılmaktadır.
2.3. Enerji Hatları
Elektrik iletim hattı (EİH) elektrik santralinde kontrollü ve planlı olarak elde edilmiş
elektrik enerjisinin,
santrallerden
hatlardır. Elektrik
üretim
dağıtım
tesisleri
ile,
hatlarına
elektrik
iletilmesini
sağlayan
tüketim
bölgeleri
yakınlarındaki transformatör istasyonları; transformatör istasyonları ile son tüketici
arasında
elektrik enerjisi iletimini
sağlayan
sistemdir.
Elektrik
hatlarının
döşenmesinde maliyet, iletim hattının güzergahı, coğrafik durum, arazi durumu,
hattın güvenlik konumu gibi hususlar incelenir. Elektrik hattının güvenli bir şekilde
yapımı ve elektriğin minimum kayıplarla iletilmesi çok önemlidir.
Elektrik dağıtım hatlarının mevcut olması, kontrollerinin dağıtım şirketlerinin
kendilerinde olması, elektrik iletmek için her müşteriye ulaşmış ve elektrik
sayaçlarına bağlı olmaları nedeniyle enerji hatları iki yönlü haberleşme için çok
uygun bir iletişim ortamı olarak görülmüştür. Buna rağmen; şebeke empedansının
yüklerle birlikte sürekli değişmesi (dolayısıyla iletişim işaretinin zayıflaması), güç
sistemlerinde doğal olarak çok geniş bir frekans aralığında gürültü üretilmesi ve
iletişim için dağıtım transformatörlerinin köprü gerektirmesi dağıtım hatlarının
haberleşme ağı oluşturma için zor bir ortam olmalarına neden olmaktadır.
Bu
sebeple, dağıtım hatları üzerinden veri iletişiminde kullanılan haberleşme
teknolojilerinin ileri teknolojiler olmalarını zorunlu kılmaktadır. Bu bağlamda göz
önüne alınması gereken iletişim değerleri; frekans bölgesi, modülasyon teknikleri,
haberleşme işaretinin gücü, protokoller, empedans karakteristikleri, filtreleme
teknikleri ve ayrıca bozucu işaretlere karşı bağışıklıktır [29].
Bazı araştırmacılar ve haberleşme teknolojisi üreticileri, aslında elektrik hatları
üzerinden yapılan veri iletişiminin ‘’Yönlendirilmiş Telsiz Haberleşme’’ olduğunu
ve bu nedenle elektrik dağıtım hatlarını kullanarak oluşturulan haberleşme ağlarının
9
tasarımında kablosuz haberleşme teknolojilerinin rahatlıkla uygulanabileceğini ifade
etmektedirler. Enerji hatları üzerinden haberleşme ‘’Yönlendirilmiş Kablosuz
Haberleşme’’ olarak ta adlandırılabilir.
Elektrik hatları üzerinden iletişimde kullanılacak protokollerin seçiminde göz önüne
alınacak faktörler; hattın karakteristiği,
iletişim hızı, modülasyon tekniği, hata
algılama ve hata düzeltme teknikleridir.
Dağıtım hatları üzerinden haberleşmede empedansının sürekli değişmesi ve ortamın
aşırı gürültülü olması nedeni ile verilerin modüle ve de-modüle edilmesinde
kullanılan
modülasyon
tekniklerinin
ileri
modülasyon
teknikleri
olmasını
gerektirmektedir. Telsiz haberleşmedeki gelişmelerden esinlenerek, son zamanlarda
önerilen ve kullanılmaya başlanan modülasyon yöntemleri; FSK(frekans kaydırmalı
anahtarlama), BPSK (İkili Faz kaydırmalı anahtarlama), CPFSK (Sürekli faz
modülasyonlu anahtarlama) ve QASK (dördün genlik kaydırmalı anahtarlama)
teknikleridir. Bazı durumlarda haberleşmenin güvenliği açısından bu tekniklerin biri
asıl, bir diğeri ise yedek olarak kullanılmaktadır [30].
2.4. Enerji Hattı Parametreleri
Simetrik transmisyon hatlarını oluşturan iletkenlerin her birim uzunluğunun bir
direnci (R) ve bir endüktansı (L) vardır.
Homojen bir hattın transmisyon özelliklerini tamamıyla tanımlayan elektriksel
parametrelere birincil parametreler denir. Bu parametreler, hattın yapımında
kullanılan malzemelerin iletkenliği, geçirgenliği, dielektrik sabiti gibi fiziksel
özelliklerine, boyutlarına ve geometrik konumlarına göre değiştiği gibi, çevre
koşullarının değişmesinden de etkilenmektedir. R, L, C ve G olarak belirtilen Birincil
parametreler nitelikleri bakımından ikiye ayrılırlar. Boyuna Parametreler: Direnç ve
endüktans; Enine Parametreler: Kapasite ve perditans [31].
10
Transmisyona ait kavramların tanımları ve ölçmelerdeki öneminden dolayı, çeşitli
frekans bölgelerinde gösterdikleri özellikleri de göz önüne alarak, birincil
parametrelerin incelenmesi yararlı olacaktır.
2.4.1. Hattın birim uzunluğunun çevrim direnci (R)
Çapı d, uzunluğu L, öz direnci ρ olan silindirik tek telin doğru akım direnci
(2.1)
formülü ile hesaplanır.
Burada σ = 1/ρ olup
σ - Tel malzemesinin özgül iletkenliği
ρ - Tel malzemesinin özgül direnci
r0 - Tel yarıçapıdır.
Hattın birim uzunluğunun çevrim direnci (çiftin gidiş-dönüş iletkenlerinin toplam
direnci) (2.2) formülüyle hesaplanır.
(2.2)
2.4.2. Deri olayı ve çevrim direncine etkisi
Alternatif akımda, frekans yükseldikçe, akım yoğunluğu tel kesitinin merkezinde
azalır, yüzeye doğru gidildikçe artar. Çok yüksek frekanslarda hemen hemen bütün
akım telin yüzeyinde, duvar kalınlığı “b” olan silindirik bir borudan akar. Deri olayı
denilen bu olayın etkisiyle, telin kesiti adeta küçülmüş gibi olur ve sonuç olarak
alternatif akımdaki efektif direnç R, doğru akım direnci R0’a göre artar.
Tel merkezinden uzaklaştıkça, akım
yoğunluğunun değişimi (2.3)’e göre
11
hesaplanabilir.
| |
| |
Burada ;
(2.3)
√
olarak hesaplanır ve iletken malzemenin özellikleri ile
belirlenen bir sabittir.
Burada;
µ0- Boşluğun magnetik geçirgenliğini; σ- Malzemenin özgül iletkenliğini
µ r- Malzemenin bağıl geçirgenliğini; f- Frekansı göstermektedir.
I0: DC akımda iletken kesitinden geçen akımın yoğunluğudur.
Ix: AC akımda iletken yüzeyinden x derinlikteki akımın yoğunluğudur.
Şekil 2. 1. a) İçi dolu silindirik bir telde yüksek frekans akım yoğunluğunun dağılımı
b) İçi dolu silindirik bir telde yüksek frekans efektif kesiti
x=
| |
olduğunda
| |
değerini alır.
Yani, iletken yüzeyinden x = 1/ b derinlikte akan DC akım “f” frekansındaki
alternatif akımın “e” katıdır [32].
√
olarak hesaplanan büyüklüğe eşdeğer deri kalınlığı adı verilir.
(2.4)
12
Yukarıdaki açıklamalar dikkate alınarak alternatif akım için bir iletkenin direnci
Yüksek frekanslarda (5δ > r0 > δ)
[
]
(2.5)
Çok yüksek frekanslarda (5 δ < r0)
[
]
(2.6)
formülleri ile hesaplanır [33].
2.4.3. Yakınlığın çevrim direncine etkisi (proximity)
Simetrik haberleşme kablolarında aynı kablo içinde birbirine çok yakın birden fazla
izole edilmiş tel olduğundan her telin direnci, komşu iletkenlerden geçen akımlardan
da etkilenir ve yakın çevresi boş olan tek telin direncinden büyüktür. Ayrıca bu
etkinin şiddeti frekansla değişir [34].
Şekil 2. 2. Yakın mesafede olan tellerden akan akımların birbirini etkilemesi
Bu değişim yüksek frekanslarda denklem ile ifade edilir;
13
(2.7)
2.4.4. Hattın birim boy uzunluğunun endüktansı
Uzayda tek başına bulunan silindirik bir iletkenin iç endüktansı, alçak frekanslarda;
(2.8)
olarak belirlenmiştir [35].
İletkenden geçen akımın iletken içinde meydana getirdiği magnetik akının değişimi
ile oluşan bu iç endüktans frekansla değişir ve yüksek frekanslarda bakır ve
alüminyum bir kablo için aşağıdaki formül ile hesaplanır.
(
)
[mH/km]
(2.9)
olarak hesaplanır.
Yüksek frekanslarda deri olayı nedeniyle akım iletkenin yüzeyine doğru itildiğinden
iletken içindeki magnetik alanın şiddeti düşer ve frekans yükseldikçe iç endüktans
küçülür. İletkenin dışındaki magnetik alana deri olayının bir etkisi yoktur. Zira bu
alan toplam akıma tabidir. Bu nedenle, iletken dışındaki magnetik akı değişmelerinin
doğurduğu “dış endüktans” frekanstan bağımsızdır. Sonuç olarak frekans
yükseldikçe, iki telli simetrik bir transmisyon hattının efektif öz endüktansı küçülür
ve belli bir frekanstan sonra sadece tel yarıçapı ve teller arası mesafe ile belirlenen
sabit değere düşer.
14
2.4.5. Birim uzunluğunda hat parçasının iletkenleri arasındaki kısmi ve efektif
kapasite
Kablo imalatında simetriye büyük önem verildiğinden, gerek iletkenler arasındaki
kısmi kapasiteler, gerekse iletkenlerin toprağa göre kısmi kapasiteleri kendi
aralarında birbirine hemen hemen eşittir. İletkenler arasındaki kapasite kablonun
geometrik boyutlarına olduğu kadar kullanılan yalıtkan malzemelerin özelliğine ve
imal tarzına da geniş ölçüde bağlıdır.
İki iletkenin arasındaki efektif kapasite, bunlardan birinin taşıdığı elektrik yükünün
iki iletkenin potansiyelleri arasındaki farka oranı olarak ifade edilir.
Hat boyunca sinyal zayıflamaları incelenirken, kapasitif kuplajlara neden olan, kısmi
kapasitelerin göz önünde bulundurulması gerekmektedir [36].
2.4.6. Birim uzunluğunda hat parçasının iletkenleri arasındaki perditans
Transmisyon hatlarındaki enerji kaybının başlıca iki nedeni vardır: hat iletkenlerinde
oluşan ısı kaybı ve iletkenler arası yalıtkan malzemedeki kayıplar. İletkenlerdeki ısı
kaybı, bu iletkenlerin doğru akımda dahi belli bir omik direnci olmasından
kaynaklanır. Yüksek frekanslarda direnç değeri frekansa bağlı olarak yükseldiğinden
kayıplar da yükselmektedir. İletkenler arası yalıtkan malzemedeki kayıplar ise
yalıtkan malzemenin direncinin sonsuz büyük ve AC dielektrik kayıplarının sonsuz
küçük olmamasından kaynaklanır. Çok küçük de olsa, her yalıtkanın bir iletkenliği
vardır ve kaynaktan çekilen gücün bir kısmı alıcıya ulaşmadan kısa yoldan geri döner
[36].
2.5. Enerji Hattı Modellemesi
Enerji hatları seri bir empedans ve hatta bağlı yük olarak temsil edilen bir seri
rezonans devresi olarak modellenebilir. Burada yükü temsil eden seri rezonans
devresi direnç, bobin ve kondansatörden oluşmaktadır.
15
Şekil 2. 3. Enerji hattı modeli
Şekil 2.3.’teki rezonans devresinde seri RLC empedansı;
(2.10)
Rezonans frekansı ise;
√
(2.11)
Rezonans anında minimum empedans R direncine eşittir. Devrenin transfer
fonksiyonu ise;
(2.12)
Elde edilen transfer fonksiyonuna göre Şekil 2.4’te rezonans devresinin genlik ve faz
karakteristiği gösterilmiştir. Düşük ve yüksek frekanslarda transfer fonksiyonu 1’e
yakındır. Rezonans frekansında ise empedans R direncine eşit olacağından enerji
hattı bu durumda bant durduran filtre gibi davranır. Bu rezonans frekansında
zayıflatma oranı ise Z empedansına ve R direncine bağlıdır.
Rezonans devresinin Q kalite faktörü;
16
(2.13)
√
(2.14)
Q faktörü bant durduran filtrenin bant genişliğini belirler. Yüksek Q değeri bant
genişliğini daraltır. Şekil 2.4’ teki faz karakteristiği grafiğine göre seri rezonans
devresi düşük frekanslarda kapasitif, yüksek frekanslarda endüktif özellik gösterir.
Şekil 2. 4. Rezonans devresi genlik ve faz karakteristiği
Bu modellemeden anlaşılacağı üzere enerji hattına uygulanan haberleşme sinyal
frekansı hatta bağlı yüklerin temsil ettiği seri RLC devresi rezonans frekansına eşit
olması durumunda hat bant durduran filtre gibi davranır ve sinyalde zayıflamaya yol
açar. Burada filtre özelliği gösteren hattın bant genişliği geniş olursa, belirli bir
frekans aralığı boyunca zayıflama daha fazla olur [37].
2.6. Enerji Hattında Haberleşmeye Etki Eden Faktörler
Yapılan deneysel çalışmalarda, kısa mesafelerde ve uzun mesafelerde hatta rastgele
yükler varken, farklı frekans ve genlikte sinyaller verilerek ölçümler yapılmış ve
alınan sonuçlar grafiksel olarak çizilmiştir. Ölçümlerin tam olarak değerlendirilmesi
4. bölümde yapılacaktır. Hatta uygulanan farklı frekans ve genlikteki sinyal belirli bir
mesafeden sonra tekrar ölçülmüş ve genlik değerine göre dB olarak kayıp
17
bulunmuştur. Aşağıda 40m ve 150m mesafede alınan genlik değerlerine göre iki ayrı
grafik oluşturulmuştur.
Şekil 2. 5. a) 40m mesafede farklı frekanslarda ölçülen sinyaldeki zayıflama
b) 150m mesafede farklı frekanslarda ölçülen sinyaldeki zayıflama
Nicholson ve Malack, frekansa göre uzun ve kısa mesafelerde ölçüm yaptıklarında
Şekil 2.6.’teki grafiği elde etmiştir [38].
Şekil 2. 6. Enerji hatlarında zayıflama
Yapılan kısa mesafeli ölçümlerde zayıflamanın 15 – 20dB aralığında olduğu
gözlemlenmiş, uzun mesafe ölçümünde ise 33 – 43 dB arasında zayıflama
gözlemlenmiştir.
18
2.6.1. Hat empedansı ve ölçümü
Enerji hatlarının empedansı çok önemlidir. Maksimum güç teoremine göre verici
empedansı, hat empedansına eşit değerde olmalıdır. Bu sayede verici tarafında
gönderilen sinyalde bozulma en az düzeyde gerçekleşir [38].
Bir PLC kanalındaki toplam zayıflama hat zayıflaması, şönt zayıflaması, bypass
kayıpları ve birleştirme kayıplarından oluşmaktadır. Bu kayıplar empedans
uyumsuzluklarından dolayı oluşan kayıplardır [39].
Şekil 2. 7. Hat empedansının ölçülmesi
Hat empedansını ölçmek için hatta Şekil 2.7.’deki devre kurulmuştur. Transistör
üzerinden yüksek frekanslı transformatör anahtarlanarak kublaj devresi üzerinden
hatta yüksek frekans uygulanmış ve 2,2Ω direnç üzerindeki maksimum tepe gerilimi
ve kondansatörlerden hemen sonraki Vp-p gerilimi osilaskop ile ölçülmüştür. Bu
ölçüm 0-250kHz frekans aralığında yapılmıştır. Direnç üzerindeki gerilim, direnç
değerine bölünerek geçen akım bulunur. Belirtilen frekanstaki hat empedansı ise
denklemler (2.15 ve 2.16) kullanılarak hesaplanmıştır.
Hesaplamalarda
hatta
izolasyonu
sağlayan
100nF/400V
kondansatörlerin
empedansları yüksek frekansta çok küçük olduğu için ihmal edilmiştir.
Denklemlerde;
19
: Direnç üzerinde ölçülen gerilimin tepeden tepeye değeri
: Direnç üzerinden geçen akımın tepeden tepeye değeri
: Hat uçlarında ölçülen yüksek frekanslı gerilimin tepeden tepeye değeri
Z=Hesaplanan hat empedansı
(2.15)
(2.16)
Çizelge 2.1. Enerji hattında frekansa göre akım-empedans ölçüm değerleri
Frekans(kHz)
20
2,5
1,13
13
Z Ω
11,5
50
1,4
0,63
12
19
100
0,9
0,4
9,2
23
150
0,3
0,13
5
38
200
0,15
0,068
2,8
41,17
250
0,1
0,045
2
44,5
A
V
Şekil 2. 8. Ölçüm sonuçlarına göre oluşturulan hattın frekans-empedans grafiği
20
Şekil 2.8’ deki grafiğe göre yapılan çalışmada frekans arttıkça hat empedansının
arttığı gözlemlenmiştir.
Nicholson ve Malack Amerika’ da 36 farklı bölgede frekans aralığı 20 kHz – 30MHz
arasında değişen sinyal gönderme ile hat empedansını incelemişler ve frekans
arttıkça karakteristik empedansın da arttığını keşfetmişlerdir. Bu ölçümleri yaparken
hatta değişik özelliklerde çeşitli yükler bağlamışlardır. Yapılan çalışmada 20kHz
frekansta hat empedansı 1 Ω iken frekansın arttırılıp 30MHz’ e çıkmasıyla hat
empedansının 100 Ω değerine yükseldiği gözlemlenmiştir. Farklı Avrupa ülkelerinde
yapılan çalışmalardan da benzer sonuçların alındığı gözlemlenmiştir [38].
Şekil 2.9’da Nicholson ve Malack’ın 50-500kHz aralığındaki frekanslarda elde ettiği
hat empedans grafiği görülmektedir.
Şekil 2. 9. Frekansa göre hat empedansı
Deneysel ölçümlerde elde ettiğimiz empedans-frekans grafiği Şekil 2.8’de elde
edilen grafiğe oldukça yakındır.
21
2.7. Enerji Hatlarında Olumsuz Etkiler
Enerji hatlarında gerilim iletiminde kayıplar oluşur. Bu kayıplar iletilen enerjinin
akımında ve genliğinde zayıflamaya sebep olur. Hatlarda görülen kayıplar,
radyasyon kayıpları, iletkenlerin kayıpları, dielektrik kayıpları ve toprak hattı
birleştirme kayıplarıdır. Hat kayıpları taşıyıcı frekans ile doğru orantılı olarak bir
artış gösterir. Yüksek gerilim hatlarında gerilim artışıyla birlikte güç kaybı azalır.
Çizelge 2.2 ’de hattaki gerilimle iyi ve kötü hava koşullarındaki zayıflama
görülmektedir [40].
Hava koşulları havai güç hatlarında önemli derecede zayıflamaya neden olmaktadır.
Hattın zayıflama oranı kötü hava koşullarına göre 50kHz’de 4:1 arasında, 250kHz’de
5:1 arasında görülür. Diğer önemli husus orta faz ile topraklama birleşiminde
topraklama hattının zayıf iletkenliğidir. İyi bir topraklama ile hat daha uzak
mesafelere bilginin taşınması için birleştirme kayıplarını düşürür.
Çizelge 2. 2. Hat gerilimiyle oluşan iyi ve kötü hava koşullarında görülen güç
kayıpları
İyi hava koşulları
Kötü hava koşulları
(dB)
(dB)
34,5
1,46
2,19
69
1,20
1,80
115
1,11
1,66
138
1,00
1,50
230
0,78
0,98
345
0,72
0,90
500
0,54
0,68
765
0,50
0,63
Hat gerilimi
(kV)
22
2.7.1. Hat empedansının etkisi
Kısa bir hat kendi karakteristik empedansından farklı bir yük ile sonlandırıldığında,
hattın giriş empedansındaki yansıma enerjisinden dolayı vericinin etkili bir çalışma
yapmasını engeller. Giriş empedansındaki bu değişimler hat ayar kutusu ve
empedans-transformatör oranı değiştirilerek ayarlanabilir. Eğer hat karakteristik
empedansı ile yük karakteristik empedansı arasında empedans uyumsuzluğu
oluşursa, bu empedans uyumsuzluğundan dolayı hat zayıflaması aşağıdaki eşitlikte
verilmiştir [41].
(2.17)
hattaki empedans uyumsuzluğundan dolayı oluşacak kayıplar Şekil 2.10’da
görülmektedir [42].
Şekil 2. 10. Empedans uyumsuzluklarından dolayı oluşan kayıplar.
2.8. Enerji Hatlarında İletim Ortamı
Düşük ve yüksek enerji hattı ağı temelinde bilgi alışverişini sağlamak ve enerji
taşımak için tahsis edildiğinden dolayı taşıma ortamı üzerindeki bilgi alışverişinde
bir çok problemle karşılaşılmaktadır.
23
Ana problemler:

Yüksek oranda gürültü

Yüksek oranda zayıflama

Yüksek oranda bozulma
Belirtilen bu problemlerin etkilerini azaltmak amacıyla enerji hattı üzerinden
haberleşmede her 300-600 metrede bir tekrarlayıcı (repeater) kullanılır [43].
PLC yüksek gerilim (YG), orta gerilim (OG) ve alçak gerilim (AG) hatlarında
uygulanabilir. Bütün PLC sistemleri elektrik hattının üzerine, modüle edilmiş taşıyıcı
sinyallerin bindirilmesi veya yüklenmesi ile çalışır. Farklı PLC tipleri güç hatları
üzerinde kullanılan sinyal karakteristiklerine bağlı olarak farklı frekans bantları
kullanırlar. PLC sistemleri yeni bir teknoloji olarak algılansa da bu sistemlerin temeli
olan kuranportör sistemi 50-60 yıl öncesine kadar uzanır.
2.8.1. Kuranportör sistemi
Kuranportör sistemi enerji santralleri arasında iletişim sağlamak amacı ile
geliştirilmiş bir sistemdir. Üretim merkezlerinde üretilen elektrik enerjisini dağıtım
merkezlerine, oradan da kullanıcılara güvenli bir şekilde ulaştırmak için EİH (Enerji
İletim Hattı) ve EDH (Elektrik Dağıtım Hattı) kullanılır. Enerji iletiminde güvenlik
ve sürekliliği sağlamak için frekansları 50 kHz-500 kHz arasında olan iletişim
sistemleri kullanılır. Bu sistemlere EİH taşıyıcı sistemleri denir. Bu cihazlar
“Taşıyıcı” adını her türlü bilgi ve ses işaretini radyo frekanslı işaret üzerine
bindirilerek ilgili yerlere taşıdıkları için almışlardır [44].
2.9. Enerji Hattı Üzerinden Haberleşme Standartları
Enerji hatları üzerinden haberleşmede yüksek frekanslı sinyal Şekil 2.11’de
görüldüğü gibi hat sinyali üzerine uygulanır. Bu yüksek frekanslı sinyalin değerinin
ne olacağı belirli standartlara bağlanmıştır.
24
Şekil 2. 11. 50Hz üzerine binmiş yüksek frekanslı sinyal
2.9.1.CENELEC standardı
Avrupa Elektroteknik Standardizasyon Komitesi (Comite Europaen Normalisation
Electrotechnique-CENELEC) Avrupa ülkelerinde elektrik-elektronik
alanında
standartların belirlendiği bir kuruluştur. CENELEC EN 50 065-1 standardı enerji
hatları üzerinden haberleşmenin kurallarını belirlemektedir. Bu standarda göre enerji
hatları üzerinden haberleşmede frekans aralıkları belirli bantlara ayrılmıştır. Şekil
2.12’de kullanılan frekans aralıklarına göre bant isimleri görülmektedir [45].
Avrupa’da, gerek iletim ve gerekse de yapı içi amaçlı olarak AG hatları üzerinden 3
kHz - 148,5 kHz frekans aralığındaki sinyalleri veri iletiminde kullanan elektrikli
aygıtların düzenlenmesi amacıyla, “Düşük gerilimli elektriksel donanımların frekans
spektrumunda gösterilimi, 3 kHz – 148,5 kHz aralığındadır. Genel ihtiyaçlar, frekans
bantları, EM etkileri” adıyla CENELEC standardı EN 50 065-1: 1991,1991 yılında
yürürlüğe girmiştir. EN 50 065 Avrupa Standardında, frekans bandı 2 bölüme
ayrılmaktadır. 95 kHz altı bant, elektrik şirketlerinin kullanımı için tahsis
25
edilmektedir. 95 kHz - 148,5 kHz arası bant ise özel amaçlı kullanımlar için
(özellikle bina içlerinde otomasyon amaçlı) ayrılmaktadır [46].
Şekil 2. 12. CENELEC frekans band tanımlamaları
Şekil 2.13’ te ise 2 ayrı frekanslı haberleşmede bir band içerisinde kullanılan 1. ve 2.
frekans aralıkları görülmektedir.
Şekil 2. 13. Çift taşıyıcı frekanslı haberleşme
2.9.2. FCC standardı
FCC, ABD'de radyo komünikasyon ve telekomünikasyon düzenleyici kurumdur.
Bazı ülkeler enerji hatları üzerinden haberleşmede FCC nin belirlediği standardı
kullanır. FCC standardına göre tanımlanan frekans aralığı Şekil 2.14’te
görülmektedir [47].
26
Şekil 2. 14. FCC standardı frekans aralıkları
ABD’de FCC, 0 kHz - 525 kHz arası frekans bandını dar bant EHİ amaçlı
düzenlemeye tabi tutmuştur. FCC bu standart ile, Avrupa’ya nazaran oldukça geniş
bir bant aralığı sunmaktadır.
Japonya’da ise Ulusal Telsiz Kanunu Madde 46 ve ilâve hükümleri ile EHİ’ nin 10
kHz - 450 kHz aralığında kullanılmasına izin verilmiştir. Şekil 2.15, bu standartları
özetlemektedir.
Şekil 2. 15. Enerji hattından haberleşme(PLC) standart frekansları
27
2.10. Güç Hatlarında Oluşan Gürültüler
Güç hatlarında aşırı derecede farklı frekanslarda gürültü sinyalleri oluşmaktadır. Bu
sinyaller enerji hattı üzerinden haberleşmede sinyal üzerinde bozucu etki
oluşturmaktadır. Hat üzerine etki eden çeşitli gürültü türleri vardır.
2.10.1. Korona gürültüsü
Korona gürültüsü genellikle kötü hava koşullarında daha etkili ve belirgin
olmaktadır. Bu yüzden sayısal PLC modem tasarımları kötü hava koşullarına göre
yapılır.
Korona gürültüsüne öncelikle yüksek gerilim hatlarında bulunan izolatörlerdeki
deşarjlar neden olmaktadır. Deşarjlar farklı zamanlarda üç farklı faz iletkenleri
üzerinde hava koşullarına bağlı olarak oluşur.
Enerji hatlarının karakterizasyonu, uluslararası standartlara göre etkin gerilim (RMS)
ya da güç spektrum yoğunluğu (PSD) gerilimini esas alır. Korona gürültüsü, enerji
hatlarında deşarjlar sonucu oluşan gerilim ya da güç kaybı olarak da tanımlanır.
Korona gürültüsü hem sayısal modülasyonda hem de analog modülasyonda
önemlidir. Analog enerji taşıyıcı hatlarında genellikle korona gürültüsünün kanal
kalitesini düşürme miktarı ihmal edilebilecek bir değerdedir. Bu nedenle bu analog
PLC de gürültü modeli Toplamsal Beyaz Gaussian Gürültü (TBGG-AWGN) olarak
tanımlanır. Enerji hatları üzerinden sayısal haberleşmede bu yaklaşım yanlış sonuçlar
vermektedir. Çünkü korona gürültüsü, periyodu boyunca farklı değerler almaktadır
[48].
Sayısal haberleşme için üretilen PLC modemler sinyal gücü/gürültü gücü (SNR –
signal noise ratio) oranına bağlı olarak dizayn edilmektedir. Yani üretilen sinyal
gücünün kaynaklardan yayılan gürültü gücüne oranı SNR değerini verir. En düşük
SNR oranı korona gürültünün maksimum olduğu zaman görülür. Bu nedenle sayısal
28
enerji hattı haberleşmesinde kanal kodlama teknolojisi kullanımı için korona
gürültünün modellenmesi önemli bir araştırmadır.
Genellikle korona gürültüsü ölçümleri gözlenen zaman aralığında gürültünün
ortalama seviyesini verecektir. Buradaki amaç bir güç frekansı boyunca ölçülen
gürültü seviyelerinden, gürültü seviye değişimlerini modellemektir. 20ms gibi kısa
bir zaman aralığında ortalama RMS gerilimi ve PSD’si tüm korona gürültünün
modelini verecektir [49].
2.10.2. Korona gürültü nedenleri
Yüksek gerilim enerji hatlarının iletkenleri etrafındaki havanın iyonizasyonu,
elektrostatik bir alan oluşturur. Böylece korona akımının dürtü darbeleri şeklinde
oluşmasına neden olur. Korona deşarjları yüksek gerilim hattı direğinin iletken
sayısına göre rasgele olarak hat boyunca dağılır. Üç farklı fazdaki iletkenler, kablolar
ve izolatörlerin üzerinde bu deşarjlar herhangi bir zamanda oluşur. Deşarjlar sonucu
oluşan gürültü öncelikle pozitif enerji hattı gerilim dalgası üzerinde görülür. Bu
yüzden sayısal enerji taşıyıcılı haberleşme için korona gürültü araştırmaları pozitif
korona ile ilgili olarak yapılır. Çünkü negatif gürültü miktarı çok azdır. İletkenler
minimum korona deşarjları için tasarlanmasına rağmen yağmur, yıldırım gibi kötü
hava koşullarından ve iletkenlerin kirlenmesi gibi nedenlerden dolayı korona
deşarjları artacaktır [49].
Yüksek gerilim hatlarında korona gürültü seviyesi ise çeşitli parametrelerden oluşur;
• Atmosfer koşulları
• Hat uzunluğu
• İletim hatlarının yerden ortalama yüksekliği
• İzolatör büyüklüğü ve konfigürasyonu
• Bağlantı türü
• Gerilim gradyantı
• Topraklama direnci
29
Atmosferik ve çevresel koşullar, hat üzerinde korona akım değişimlerini oluşturur.
Bu oluşan akımlar için olasılık modelleri tanımlanmıştır. Hava koşulları nedeniyle
farklı zaman aralıklarında korona gürültü seviyeleri değişecektir. Yukarıda
bahsedilen nedenlerden dolayı da gürültünün PSD’ sinde değişimler olacaktır. Bu
yüzden korona gürültü tam olarak bir TBGG olarak tanımlanamaz [49].
2.10.3. Dürtü gürültüsü
Dürtü gürültüsü, zamanın çok küçük bir diliminde çeşitli anahtarlama devrelerinin
açılıp kapanması, yıldırım boşalmaları ve çeşitli motor devrelerinin çalışması sonucu
enerji hatlarından iletilen sinyalin genliğini artırıcı bir gürültü tipidir. Bu tip
gürültüyü karakterize etmek için üç parametre kullanılmaktadır:
• Dürtü gürültüsü süresi
• Dürtü gürültüleri arası süre
• Dürtü gürültüsü genliği
Güç kesicileri hatta bağlandığında veya kesildiği zaman daha küçük genlikli ve daha
küçük aralıklarla oluşurlar ve gürültü yoğunlukları daha yüksektir. Yıldırım
boşalmaları, sinyalin genliği üzerinde 8 ile 400 ms aralığında düzensiz diziler
oluşturur. İzolasyon işlemlerinde olduğu gibi genlikleri oldukça yüksektir [50].
2.10.4. Gürültü karakteristiği
Hanson tarafından yapılan bir araştırmaya göre enerji hatları üzerinde gürültü sinyali
oldukça fazladır. Gürültü sinyallerinin fazla olduğu durumlarda iletişimde hata
oranının yüksek olması kaçınılmazdır. Enerji hatlarında gürültü sinyallerinin
genliklerinin en az olduğu durumlar şebeke sinyalinin 0 noktasından geçtiği
anlardadır. Dolayısıyla şebeke ana sinyalinin maksimum tepe değerlerinde gürültü
sinyali daha yüksektir. Eğer haberleşme sıfır geçişlerinde sağlanırsa sinyali bozucu
etkenler en aza indirgenir. Enerji hatlarında gürültü sinyalleri ana sinyal ile bir
30
senkronluk gösterir. Gürültü sinyallerinin düşük olduğu zamanlarda haberleşme
sağlamak hata oranının da az olacağı anlamına gelir.
2.10.5. Gürültü sinyallerinin ölçülmesi
Hanson’un bir mühendislik binasında ve bir telekomünikasyon araştırma
laboratuvarında yaptığı hattaki gürültü sinyali ölçümünde gürültü- zaman
karakteristiği Şekil 2.16’daki gibi gözlemlenmiştir.
Şekil 2. 16. Enerji hatlarındaki gürültü sinyalinin gözlemlenmesi
Her bir 60 Hz’ lik saykılda 6 adet aşırı gürültü noktası vardır. Her bir sıfır geçişinde
oluşan sinyal floresan lambaların sönümlenip aktif olma durumunda oluşturduğu
gürültü, diğer sebep ise doğrultuculu güç kaynaklarının çalışmaya başlama anları ve
durma anlarında oluşturdukları gürültüler Şekil 2.17’de görülmektedir.
31
Şekil 2. 17. Hattaki gürültü sinyallerinde bit-hata oranının oluşabileceği anlar
a) 60Hz ana sinyal b) Hattan alınan gürültü sinyali c) Bit hata durumu
2.10.6. Ev ortamında gürültü kaynakları ve etkileri
Ev ortamında enerji hattına bağlı bazı yüklerin hatta etki ettiği durumlar vardır. Hatta
bağlı yükte yüksek frekanslı anahtarlamalı güç kaynaklarının bulunması enerji
hattına yüksek frekanslı gürültü sinyalleri vermesine sebep olur. Özellikle de
tasarruflu ampullerin içinde bulunan yüksek frekans devreleri de aşrı derecede
gürültü sinyalleri yayar ve bu haberleşen yüksek frekanslı sinyalde bozucu etki
oluşturur. Ayrıca hatta bağlı cihazların içinde bulunan filtreler yüksek frekanslı
haberleşme sinyalini zayıflatabilir.
Bir ev ortamında lamba parlaklığını ayarlayan dimmer devreleri ana dalgayı belirli
açılarda kestiği için her açma kapama durumunda şebekede bir gürültü sinyali oluşur.
Bu aygıtlar sıfır geçiş anında kapalı durumda olup belirli zaman gecikmesinden sonra
aktif duruma geçerler. Aktif duruma geçme yani yarı iletkenin tetiklemesinin aktif
32
olduğu durumda lamba aniden devreye girdiği için aniden bir akım çekişi
gerçekleşir. Bu büyük ve ani akım değişimi ana sinyalde yüksek frekanslı bir gürültü
gerilimi oluşmasına sebep olur. Geçiş yani açma-kapama durumunda bu durum
tekrarlanır. Şekil 2.18’de dimmer devresinin tetiklenme açılarına göre oluşturduğu
gürültü sinyallerinin haberleşmede oluşturduğu bit-hata durumları görülmektedir.
Şekil 2. 18. Dimmer devresinin tetikleme açısına göre oluşabilen bit-hata grafiği
a) 60Hz ana sinyal b) Düşük açıda tetiklenme durumu
c) Orta açıda tetiklenme durumu d)yüksek açıda tetiklenme durumu
Osilaskop ekran şekillerinden de gözlemlendiği gibi dimmer devresinde lamba sönük
durumda iken yani dalga kesim açısı küçük ve ana şebeke sinyal değeri de küçük
değerde iken yarıiletken anahtarlandığı için lambanın çekeceği akım düşük
olacağından dolayı oluşan gürültü sinyali azdır. Oysa dimmer maksimum pozisyonda
iken yani anahtarlama şebeke sinyali maksimuma yakın değerde yapıldığı zaman ani
akım çekişi, gürültü sinyallerini arttıracaktır [51].
33
2.11. Gürültü Sinyallerinin Frekans Spektrumu
Enerji hatlarındaki gürültü sinyallerinin frekans spektrumları oldukça önemlidir.
Haberleşmede kullanılan frekans bandı bu gürültü sinyallerinin frekansının dışında
ise kullanılan filtreler gürültü sinyallerini bastıracak ve sağlıklı bir haberleşme
gerçekleşecektir. Şekil 2.19’da bir ofis ortamında enerji hattındaki gürültü
sinyallerinin frekans spektrumu gösterilmektedir. Grafikte frekans ekseni yatayda 50
kHz’ lik dikeyde ise 2dB’lik bölmelere ayrılmıştır. Yatayda frekans aralığı 0-500
kHz’ e kadar incelenmiştir [51]. Görüldüğü gibi düşük frekanslarda gürültü
sinyallerinin genliği oldukça daha yüksektir.
Şekil 2. 19. Enerji hattındaki gürültü sinyalleri
2.12. Şebeke Durumunun ve Harmoniklerinin Gözlemlenmesi
Referans [52] ‘te incelenen çalışmada 10 daireli bir mekânda şebekede belirli
saatlerde akım ve gerilim değerleri ölçülmüş ve 7. harmoniğe kadar dalga şekilleri
Şekil 2.20’de çıkarılmıştır. Burada şebeke harmonik sinyallerinin hangi saatlerde
hangi değişimler gösterdiği net olarak görülmektedir.
34
Şekle göre L2 fazının 1. harmonik bileşeni üzerinde yüksek genlikli gürültü
sinyalleri mevcut iken diğer harmonik sinyallerinde gürültü sinyalleri mevcut ancak
daha düşük genliktedir. Günün belirli saatlerinde ilgili fazın harmonik bileşenleri
üzerinde farklı frekanslarda ve genliklerde gürültü sinyalleri oluşmaktadır.
Şekil 2. 20. Hattan belirli saatler boyunca ölçülen L2 fazı harmonikleri
2.13. DAYG Sistemlerde Girişim
Doğru akım yüksek gerilim (DAYG) çevirici sistemi hem AA hem de DA şebekede
farklı tür girişim gösterir. Bu gürültü kaynakları üçe ayrılır:
• AA frekansın harmonikleri yüzünden oluşan gürültü,
• DA havai konektörler yüzünden oluşan korona gürültüsü,
• Çeviricilerin hareketlerinden dolayı oluşan gürültü.
35
Çevirici istasyonlarında oluşan bu gürültü kaynakları çeviricilerin devreye girmesi ve
çıkması ile oluşur. Bu gerilimlerin kesilmesi paralel kondansatörler üzerinde
deşarjlar ve ilgili devreler üzerinde osilasyonlar oluşturacaktır. Gürültü kaynakları,
çeviricilerde bant genişliği Δw olan bir girişim
(2.18)
√
Buradaki
oluşturacaktır [53].
boşalma gerilimi
Δω : bant genişliği ölçümü
ω : açısal frekans
: devreden alma zamanı
: kV düzeyindedir.
1-10μs arasında bir zaman dilimidir. Oluşan gürültü Hz
olarak frekans harmoniklerini içerir.
f = n • p güç frekansı
p: faz sayısı
n: 1,2,3,....... harmonik sayısıdır.
Gürültü kaynağının iç empedansı kompleks büyüklüktür. Hatta ölçülen gürültü
seviyesi yüksek frekans filtrelerinin ve anahtarlama (şalt) sistemlerinin yapısına
bağlıdır.
Yüksek frekans filtreleri PLC haberleşmesi için hatta bağlanan filtrelerdir. Gürültü
seviyesi hattın empedansına da bağlıdır.
2.14. Diğer PLC Sistemleri Arasında Girişim
Bir PLC sistemi yakınındaki veya uzağındaki PLC vericileri arasında girişimden
etkilenir. Yüksek frekans hatları sık sık kapalı bir göz oluşturur. Bu yüzden
şebekenin tümünde girişimi oluşturabilecek seviyede görülebilir. Bu birbirine bağlı
şebekeler arasında ciddi bir problemdir. Bu girişim hat tıkaçlarının sızıntı
akımlarından da oluşabilir [53].
36
PLC alıcılarında radyo vericisinden gelen sinyaller ya da şimşek gibi hava
olaylarından dolayı oluşur. Yüksek gerilim hatlarında iletişim, antenler gibi istenilen
yönde sağlanamaz. Sistem bilgi akışını, faz-toprak birleştirici devreleri arasında
yapar.
Genellikle radyo vericileri arasındaki girişim, bir frekans bölgesinde tanımlanamaz.
Eğer bir PLC terminali bir düşük frekans veya orta frekans bandını veren bir kuvvetli
vericinin yanındaysa, PLC sistemi ile bu banttaki frekansların ayrılmasına dikkat
edilmelidir.
Faz- topraklama bağlantısı kullanan bir sistem içerisinde yüksek gerilim hattının ana
kısmı bir anten gibi hareket edemez. Bunun nedeni hat terminallerinden kısa bir
mesafe sonra yüksek gerilim hattının mod yapısından dolayı tekrar bir dağılıma
maruz kalmasıdır ve bu dağılımı engelleyen en önemli modlardan biri faz-faz denge
modudur. Bu moda da hattın en sonu bir anten gibi davranabilir ve hattın sonunda
istenmeyen gerilimler birikebilir [54].
2.15. Anahtarlamalı Güç Kaynaklarının Etkisi
Enerji hatlarından haberleşmede anahtarlamalı tip güç kaynakları hattaki sinyali
zayıflatmakta ya da hatta yüksek frekanslı gürültü sinyalleri yaymaktadır. Şekil
2.21.’de güç kaynağının şebekeye verdiği ana sinyal ve harmonik etkileri de
görülmektedir [55].
Şekil 2. 21. Anahtarlamalı tip güç kaynağının hatta verdiği gürültü sinyalleri
37
Haberleşmede bu olumsuzlukları engellemek amacıyla Şekil 2.22’de görüldüğü gibi
güç kaynağı önüne filtre eklenmelidir.
Şekil 2. 22. Anahtarlamalı tip güç kaynağının şebekeye bağlanması
Burada
seçilecek
bobin
değeri,
haberleşme
frekansına
yüksek
empedans
oluştururken, enerji hattı frekansına çok düşük empedans göstermelidir. Bobin değeri
şebeke frekansında güç kaynağının çekeceği maksimum akımı engellememelidir.
Güç kaynağının giriş empedansının yüksek olması tercih edilir ve böylece
haberleşme yapacak sistemi yüklemez. Şekil 2.22’deki değerlere göre C bandında
138kHz haberleşme sinyali için güç kaynağının giriş empedansı 200Ω’ dan büyük
olur ve haberleşme sinyalini yükleyemez.
Maksimum haberleşme performansı elde etmek ve CENELEC EN 50065-1 ve FCC
Part 15 standartlarında belirtilen emisyon düzenlemelerine uymak amacıyla
anahtarlamalı güç kaynakları şebeke hattına aşırı genlikte yüksek frekanslı gürültü
sinyalleri vermemelidir. Anahtarlamalı bir güç kaynağı 10-100 kHz frekans
aralığında çalışan bir osilatör içerir. Güç kaynağındaki anahtarlama frekansı gürültü
sinyali olarak bağlı bulunduğu şebekeye yayılır. Sinyalinin genliği büyük olursa,
haberleşecek sisteminin performansını çok etkiler [55].
38
Anahtarlamalı güç kaynağı girişine Şekil 2.22’deki gibi bir filtrenin bağlanmasıyla
filtrenin A bandı ve C bandında frekans cevabı Şekil 2.23’de görülmektedir.
Şekil 2. 23. C band filtre frekans cevabı
Şekil 2. 24. A band filtre frekans cevabı
39
3. FARKLI FREKANSLI SİNYALLERİN SİMÜLASYONU
Sinyalin hatta uygulanması ve hattan düzgün bir şekilde alınması için simülasyonu
pasif LC filtre kullanılarak yapılmıştır. Bu sebeple filtrelerin Matlab Simulink’te
simülasyonları gerçekleştirilmiş, aynı zamanda yüksek frekanslı sinyalin enerji hattı
üzerine uygulanması Simulink’te modellenmiştir.
3.1. RLC Band Geçiren Filtreler
Girişine gelen frekanslardan sadece bir tanesini çıkışa aktaran, diğerlerini bastıran
(geçirmeyen) devrelere "band geçiren filtre" denir.
Band geçiren filtre devreleri, paralel rezonans devresi veya seri rezonans devresi
yapısında olabilir. Şekil 3.1’de paralel rezonans katı kullanılarak yapılan band
geçiren süzgeç devresi görülmektedir [56].
Şekil 3. 1. Paralel LC bant geçiren filtre
Şekildeki devrede, paralel rezonans devresi rezonans frekansında maksimum
empedans gösterir. Böylece girişteki çeşitli frekanslar içinde sadece rezonans
frekansı çıkışa ulaşır. Girişe gelen sinyal, rezonans frekansının altındaysa, rezonans
devresindeki bobinin endüktif reaktansı düşer. Böylece rezonans frekansının
altındaki sinyaller bobin tarafından iletildiklerinden çıkışa ulaşamazlar. Girişe gelen
sinyal rezonans frekansının üzerindeyse, rezonans devresindeki kondansatörün
kapasitif reaktansı düşer. Böylece rezonans frekansının üstündeki frekanslar
kondansatör tarafından iletildiklerinden çıkışa ulaşamazlar. Sadece rezonans
40
frekansındaki sinyaller paralel rezonans devresinin uçlarında kalır. Çünkü paralel
rezonans devresi, rezonans frekansında maksimum empedans gösterir.
Şekil 3.2’de ise seri rezonans katı kullanılarak yapılan band geçiren filtre devresi
görülmektedir.
Şekil 3. 2. Seri LC bant geçiren filtre
Şekil 3.2’ deki band geçiren filtrede, seri rezonans devresi kullanılmıştır. Rezonans
frekansında seri rezonans devresinin empedansı minimumdur. Böylece girişteki
sinyallerden sadece rezonans frekansına eşit olanı çıkışa iletilir, diğerleri devre
tarafından durdurulur. Çünkü rezonans frekansının altındaki ve üstündeki frekanslara
serî rezonans devresi yüksek empedans (zorluk) gösterecektir [56].
Seri yada paralel rezonans devrelerinin peş peşe bağlanması ile filtre derecesi
arttırılabilir. Filtre derecesinin çok olması, alt bant ve üst bant grafiğinin daha keskin
olmasını sağlar, yani alt ve üst kesim frekanslarının dışındaki sinyalleri zayıflatma
oranı çok yüksek olur.
3.2. RLC Filtre Parametreleri
Filtre tasarımlarında sönümleme faktörü, band genişliği ve Q faktörü gibi önemli
parametreler vardır.
3.2.1. Sönümleme faktörü
Bir filtrenin giriş frekans değişimine karşı gösterdiği tepki hızına sönümleme faktörü
denir.
41
Filtre tasarımlarında önemli bir faktördür.  sembolü ile gösterilir.
Seri RLC devresinde sönümleme faktör;
 
R
2L
(3.1)
Paralel RLC devresinde sönümleme faktör;
 
1
2 RC
(3.2)
Görüldüğü üzere filtre tasarımında sönümleme faktör değerinin yüksek tutulması
gerekir.
3.2.2. Band genişliği (Bandwidth)
Filtrede alt kesim ve üst kesim frekansı asındaki fark filtrenin band genişliğini verir.
  2
(3.3)
Seri RLC devresinde ;   2 
R
L
Paralel RLC devresinde ise   2 
(3.4)
1
RC
(3.5)
3.2.3. Kalite faktörü
Bir filtrede Q faktörü kesim frekansındaki eğim ile ilgilidir. Bu eğim ne kadar dik
olursa, yani Q faktör ne kadar büyük olursa filtre de o kadar kaliteli olur.
Bir RLC devresinde; Q 
0 0

 2
(3.6)
42
Seri RLC ile yapılan filtre devresinde ;
Q
0 0
L
1 L



 2 R LC R C
(3.7)
Seri RLC filtrede, L değeri büyüdükçe Q faktörü de artar ve filtre daha kararlı çalışır.
Paralel RLC ile yapılan filtre devresinde ise ;
Q
0 0
R.C
C


R
 2
L
LC
(3.8)
Paralel RLC filtrede C değeri büyüdükçe Q faktörü de artar ve filtre daha kararlı
çalışır [57].
Bu filtre parametreleri göz önüne alınarak alıcı ve verici taraflarında kullanılan RLC
filtrelerde seri RLC filtrede L değeri yüksek seçilecek, paralel RLC filtrede ise C
değeri yüksek seçilecektir.
3.3. MATLAB Simulink’ te Filtre Modellemeleri
Yüksek frekanslı sinyallerin enerji hattına uygulanması ve hattan alınması için filtre
devreleri kullanıldığından öncelikle filtre devrelerinin simülasyonunu yapmak
çalışmaları daha kolay hale getirecektir.
3.3.1. 1.Derece bant geçiren filtrenin Simulink’te simülasyonu
Simülasyon için kurulan devre Şekil 3.3’ de görülmektedir.
43
Şekil 3. 3. 140kHz sinyalin 1.dereceden paralel LC filtre ile alınması için Simulink
model
Şekil 3. 4. Hatta verilen sinyalin Simulink çıktısı
Şekil 3. 5. 80kHz ve 140kHz giriş sinyalleri için filtre çıkış sinyalleri
44
Şekil 3. 6. Filtreye ait bode diyagramı
1. dereceden simülasyonu yapılan paralel LC filtrenin Şekil 3.6’da gösterilen bode
diyagramı incelenecek olursa, keskin bir eğim olmadığı için geçirdiği bant aralığı
oldukça geniştir. Geçirilecek bant aralığı ne kadar dar olursa sistem o kadar kararlı
çalışacağından filtre derecesi 2 veya 3 olarak belirlenirse filtre daha kararlı çalışır.
45
3.3.2. 3.Dereceden bant geçiren filtrenin Simulink’ te simulasyonu
Şekil 3. 7. 3. dereceden filtre testi için Simulink model
Şekil 3. 8. Rezonans frekansında (140kHz) filtre çıkış sinyali
Şekil 3. 9. 80kHz ve 150kHz için filtre çıkış sinyalleri
46
Şekil 3. 10. 3. Dereceden filtreye ait bode diyagramı
Görüldüğü gibi 3 kutuplu LC filtrede alt köşe ve üst köşe frekansları dışındaki diğer
frekanslarda yüksek oranda zayıflatma söz konusudur [57].
3.4. Filtre Empedansı
Şekil 3.11’de band geçiren seri LC filtre devresi görülmektedir. Filtrenin rezonans
frekansında
olur ve filtre direnci minimuma iner.
Şekil 3. 11. Seri LC filtre Q faktörü seçimi
47
Şekil 3.11’deki bant geçiren seri LC filtre devresinde L  8H ve C  160nF için
rezonans frekansı;
f 
1
2 L.C

1
6,28. 8.10 6.160.10 9
olarak bulunur. Bu durumda
 140kHz
olacağından ve
olacağından
empedans 0 dır yani yüksek frekanslı sinyal filtreden geçerek AA 50Hz sinyal
üzerine biner. Burada en iyi empedans uygunluğu sağlamak amacıyla AA kaynak
empedans değerine eşit empedans ile sinyal göndermek gerekeceğinden, seri LC
filtreye AA kaynak empedansı değerinde seri R direnci eklenmesi gerekir [57].
Filtrede aynı frekansı sağlamak için L=800uH ve C=1.6nF olarak seçildiğinde, aynı
şekilde sinyal hatta uygulanmış, ancak sinyalin belirli mesafe sonunda alıcı taraftan
çok zayıflamış olarak alınmıştır. İki filtre karşılaştırıldığında C değeri büyük olanın
Q faktörü de büyük olduğundan bu filtrenin daha sağlıklı çalıştığı gözlemlenmiştir.
3.5. Şebeke Sinyali Üzerine Yüksek Frekanslı Sinyalin Bindirilmesi
Şekil 3.12’de Simulink ortamında yüksek frekanslı sinyal filtre üzerinden enerji hattı
üzerine uygulandığında 140kHz ve 100kHz için toplam çıkış gözlemlenmiş, filtrenin
sadece 140kHz frekansa sahip sinyali geçirerek şebeke üzerine bindirdiği
ispatlanmıştır.
Şekil 3. 12. Farklı frekanstaki kaynakların modülasyonunun Simulink’te modeli
48
Şekil 3. 13. 140kHz de ana sinyal, yüksek frekanslı sinyal ve elde edilen toplam
sinyal
Şekil 3. 14. 100kHz de ana sinyal, yüksek frekanslı sinyal ve elde edilen toplam
sinyal
Filtreler kurulup mikrodenetleyici ile 140kHz sinyal gönderildiğinde alıcı sistemde
150m mesafeden ölçülen sinyaller Resim 3.1’ de görülmektedir.
49
Resim 3.1. Hattan 150m uzakta ölçülen sinyal b) Opamplı karşılaştırıcı çıkışından
ölçülen sinyal
150m mesafede sinyal genliği oldukça zayıflamıştır. Opamp çıkışında ise düzgün bir
kare dalga sinyali elde edilmiştir.
50
4. ENERJİ HATTI ÜZERİNDE YAPILAN ÖLÇÜMLER
Enerji hattı üzerinden haberleşmede hatta uygulanan sinyalin frekansının etkilerini
incelemek amacıyla Şekil 4.1’ deki gibi sinyal jeneratoru ile kublaj devresi üzerinden
hatta farklı frekans sabit genlikte sinyaller uygulanmış 150m mesafelerden alıcı
taraftaki kublaj devresinin çıkışındaki sinyal genliği ölçülmüştür. Ölçüm sonuçlarına
göre sinyal genliğindeki zayıflama her frekans değeri için Eşitlik 4.1’ e göre
hesaplanmıştır.
(4.1)
Örneğin f=260kHz frekansında 11V genliğindeki sinyal 150m mesafe sonunda 5V’a
düşmektedir. Burada kayıp;
( )
( )
dB olarak hesaplanır.
Şekil 4. 1. Enerji hattında ölçüm yapmak amacıyla oluşturulan devre
Sinyal frekansına göre elde edilen zayıflama oranları grafiksel olarak Şekil 4.2’de
görülmektedir.
51
Şekil 4. 2. 150m mesafede 60-600kHz değişken frekanslı sinyalde oluşan kayıp
Bu sonuçlar kullanılarak yapay sinir ağları ile hat modeli geliştirilecek ve sonrasında
frekansa
göre
hatta
uygulanan
haberleşme
sinyalinin
zayıflama
etkileri
incelenecektir.
4.1. Deneysel Sonuçların Yapay Sinir Ağları ve Regresyon Analizi ile
Yorumlanması
Yapay sinir ağları, insan beyninin özelliklerinden olan öğrenme yolu ile yeni bilgiler
türetebilme, yeni bilgiler oluşturabilme ve keşfedebilme gibi yetenekleri herhangi bir
yardım almadan otomatik olarak gerçekleştirmek amacı ile geliştirilen bilgisayar
sistemleridir. Bu yetenekleri geleneksel programlama yöntemleri ile gerçekleştirmek
oldukça zordur veya mümkün değildir. O nedenle, yapay sinir ağları bilim dalının,
programlanması çok zor veya mümkün olmayan olaylar için geliştirilmiş adaptif
bilgi işleme ile ilgilenen bir bilgisayar bilim dalı olduğu söylenebilir [58].
52
Yapay zeka; zeka ve düşünme gerektiren işlemlerin bilgisayarlar tarafından
yapılmasını sağlayacak araştırmaların yapılması ve yeni yöntemlerin geliştirilmesi
hususunda çalışılan bilim dalıdır. Yapay zeka; "düşünme, anlama, kavrama,
yorumlama ve öğrenme yapılarının programlamayla taklit edilerek problemlerin
çözümüne uygulanması" olarak da ifade edilebilir [59].
Yapay sinir ağları, olayların örneklerine bakmakta, onlardan ilgili olay hakkında
genellemeler yapmakta, bilgiler toplamakta ve daha sonra hiç görmediği örnekler ile
karşılaşınca öğrendiği bilgileri kullanarak o örnekler hakkında karar verebilmektedir.
Yapay sinir ağları (YSA), insan beyni çalışma sisteminin yapay yolla taklidi sonucu
tasarlanmış ve geliştirilmiştir. Bu yaklaşım, insan beyni veya merkezi sinir sistemi
çalışma prensibini esas alan bir bilgi işleme sistemidir. Örneklerle olaylar arası
ilişkileri öğrenme, karar ve sonuç bulmanın yapay modelleme temeline dayalı ve
paralel çalışan bir bilgi işleme sistemidir [60,61]. YSA, eğitilme veya öğrenme
yeteneğine sahiptir. Ayrıca ezberleme ve bilgiler arası ilişki kurma özelliği de taşır.
Farklı YSA modelleri arası küçük farklılıklar olsa da genelde; girdiler, ağırlıklar,
toplama fonksiyonu, etkinleştirme fonksiyonu ve çıktılar şeklinde beş bileşen
içerirler. Burada girdiler, diğer hücreler veya dış ortamdan rastgele gelen bilgileri
kapsar. Bilgiler, bağlantıya ait ağırlıklar vasıtası ile hücrelere geçer. Ağırlık değerine
bağlı olarak etki artar veya azalır. Toplama fonksiyonu, bir hücreye gelen girdiyi
hesaplama fonksiyonudur. Etkinleştirme fonksiyonu, toplama fonksiyonundan
belirlenen girdiyi işleme tabi tutar ve hücre çıktısını saptar [61]. Çıktılar,
etkinleştirme fonksiyon çıktılarını bir sonraki işlem elemanına veya dışarıya
gönderir.
Öğrenme kabiliyeti ve değişik algoritmalar kullanabilme, YSA’nın önemli
avantajıdır. Buna karşın, çalışma analizi yapılamaması ve öğrenmede başarısızlık
riski sakıncalar arasındadır. YSA’nın diğer üstün yanları; kural formatlı bilgi
gerektirmeme, yeni problemler çözebilme, hızlı çalışma, matematik model
gerektirmeme, şeklinde sıralanabilir. Zayıf yanları ise; zor ve zaman alıcı eğitim
süreci, yorum yapamama, farklı sistemlerde uygulama güçlüğü şeklinde belirtilebilir
[62].
53
Teknik olarak da, bir yapay sinir ağının en temel görevi, kendisine gösterilen bir
girdi setine karşılık gelebilecek bir çıktı seti belirlemektir. Bunu yapabilmesi için ağ,
ilgili olayın örnekleri ile eğitilerek (öğrenme) genelleme yapabilecek yeteneğe
kavuşturulur. Bu genelleme ile benzer olaylara karşılık gelen çıktı setleri belirlenir
[63].
Yapay sinir ağları, bilgi sınıflama ve bilgi yorumlamanın da içinde bulunduğu çok
değişik problemlerin çözümünde kullanılmaktadır. Bir çok alanda olduğu gibi
elektrik alanında, endüstrinin temel taşı olan elektrik motorlarında da yapay sinir
ağları
kullanılarak
daha
verimli,
daha
az
kayıplı
sistemlerin
tasarımı
hedeflenmektedir.
4.2. Yapay Sinir Ağlarının Yapısı ve Temel Elemanları
Bu kısımda yapay sinir ağlarının yapıları ve yapay sinir ağlarının oluşturan temel
elemanlar hakkında bilgiler verilmiştir.
4.2.1. Yapay sinir hücresi
Yapay sinir ağları, birbirine bağlı çok sayıda işlem elemanlarından oluşmuş,
genellikle paralel işleyen yapılar olarak adlandırılabilir. Yapay sinir ağlarındaki
işlem elemanları basit sinirler olarak adlandırılabilir.
Yapay sinir ağları, insan beyni gibi, öğrenme hatırlama ve genelleme yeteneğine
sahiptirler. İnsan beyninde öğrenme üç şekilde olur;
1. Yeni aksonlar üreterek
2. Aksonların uyarılmasıyla
3. Mevcut aksonların güçlerini değiştirerek.
Her aksonun, üzerinden geçen işaretleri değerlendirebilecek yetenekte olduğu
savunulmaktadır. Aksonun bu özelliği, bir işaretin belli bir sinir için ne kadar önemli
olduğunu göstermektedir.
54
Yapay sinir ağlarının temel birimi işlem elemanı ya da düğüm olarak adlandırılan
yapay bir sinirdir. Bir yapay sinir, biyolojik sinirlere göre daha basit olmasına karşın
biyolojik sinirlerin 4 temel işlevini taklit ederler. Şekil 4.3' te yapay bir sinir hücresi
gösterilmektedir.
Şekil 4. 3. Basit bir yapay sinir hücresi şekli
Girişler xi sembolüyle gösterilmiştir. Bu girişlerin her biri ağırlık w ile çarpılır.
Basitçe, bu ürünleri eşik değeri θj ile toplanır ve sonucu oluşturmak için aktivasyon
fonksiyonu ile işlem yapılır ve yi çıkışı alınır. Tüm yapay sinir ağları bu temel
yapıdan türetilmiştir. Bu yapıdaki farklılıklar yapay sinir ağlarının farklı
sınıflandırılmalarını sağlar. Bir yapay sinirin öğrenme yeteneği, seçilen öğrenme
algoritması içersinde ağırlıkların uygun bir şekilde ayarlanmasına bağlıdır [64].
Girişler
Girişler (x1, x2,...x3,...xn) çevreden aldığı bilgiyi yapay sinir hücresine (işlem
elemanına) getirir. Bunlar ağın öğrenmesi istenen örnekler tarafından belirlenir.
Girişler kendinden önceki sinirlerden veya dış dünyadan sinir ağına gelebilir. Bir
sinir genellikle gelişigüzel bir çok girdiler alır.
55
Ağırlıklar
Ağırlıklar (
) bir yapay hücreye gelen bilginin önemini ve hücre
üzerindeki etkisini belirleyen uygun katsayılardır. Her bir giriş kendine ait bir
ağırlığa sahiptir. Ağırlıkların büyük yada küçük olması önemli yada önemsiz olduğu
anlamına gelmez. Bir ağırlığın değerinin sıfır olması o ağ için en önemli olay
olabilir. Eksi değerler önemsiz demek değildir. O nedenle artı veya eksi olması
etkisinin pozitif veya negatif olduğunu gösterir. Sıfır olması ise herhangi bir etkisinin
olmadığını gösterir. Ağırlıklar değişken veya sabit değerler olabilirler.
Toplama Fonksiyonu
Toplama fonksiyonu, bir hücreye gelen net girdiyi hesaplar. Bunun için değişik
fonksiyonlar kullanılmaktadır. En yaygın olanı ağırlıklı toplamı bulmaktır. Burada
her gelen giriş (girdi) değeri kendi ağırlığı ile çarpılarak toplanır. Böylece ağa gelen
net girdi bulunmuş olur. Eşitlik 4.2’deki gibi formülize edilmektedir.
∑
(4.2)
Eş. 4.2' de G girdileri, A ağırlıkları, n ise bir hücreye gelen toplam girdi (işlem
elemanı) sayısını göstermektedir. Yalnız yapay sinir ağlarında daima bu formülün
kullanılması şart değildir. Uygulanan yapay sinir ağı modellerinden bazıları
kullanılacak toplama fonksiyonunu belirleyebilmektedir. Literatürde yapılan
araştırmalarda
toplama
fonksiyonu
olarak
değişik
formüllerin
kullanıldığı
görülmektedir. Bazı durumlarda toplama fonksiyonu bu kadar basit bir işlem yerine,
en az (min), en çok (max), çoğunlukla veya birkaç normalleştirme algoritması gibi
çok daha karmaşık olabilir.
Aktivasyon Fonksiyonu
Bu fonksiyon, hücreye gelen net girdiyi işleyerek hücrenin bu girdiye karşılık
üreteceği çıkışı (çıktıyı) belirler. Toplama fonksiyonunda olduğu gibi aktivasyon
56
fonksiyonu olarak çıktıyı hesaplamak için de değişik formüller kullanılmaktadır.
Bazı modeller (mesela çok katmanlı algılayıcı) bu fonksiyonun türevinin alınabilir
bir fonksiyon olmasını şart koşmaktadır. Toplama fonksiyonunda olduğu gibi
aktivasyon fonksiyonunda da ağın işlem elemanlarının hepsinin aynı fonksiyonu
kullanması gerekmez. Bazı elemanlar aynı fonksiyonu diğerleri farklı fonksiyonlar ı
kullanabilirler. Bir problem için en uygun fonksiyonu, tasarımcı deneyimlerinin
sonucunda belirlemektedir. Uygun fonksiyonu gösteren bir formül bulunmuş
değildir.
Aktivasyon fonksiyonları, doğrusal ve doğrusal olmayan biçimlerdedir [65].
(doğrusal, parçalı doğrusal, katı sınırlamalı, yumuşak sınırlamalı vb.)
Doğrusal aktivasyon fonksiyonu
Doğrusal bir problemi çözmek amacıyla kullanılan doğrusal hücre ve YSA' da ya da
genellikle katmanlı YSA' nın çıkış katmanında kullanılan doğrusal aktivasyon
fonksiyonu, hücrenin net girdisini doğrudan hücre çıkışı olarak verir. Doğrusal
aktivasyon fonksiyonu Eş. 4.3 ' deki gibi ifade edilir.
Şekil 4. 4. Doğrusal aktivasyon fonksiyonu
(4.3)
57
Burada NET işlem elemanına gelen NET girdi değerini göstermektedir. Bu değer
toplama fonksiyonu kullanılarak belirlenmektedir. Şekil 4.4’ de doğrusal aktivasyon
fonksiyonu grafiği görülmektedir.
Hiperbolik tanjant aktivasyon fonksiyonu
Gelen NET girdi değerinin tanjant fonksiyonundan geçirilmesi ile hesaplanmaktadır.
Türevi alınabilir, sürekli ve doğrusal olmayan bir fonksiyon olması nedeniyle
doğrusal olmayan problemlerin çözümünde kullanılan YSA' larında tercih edilir.
Şekil 4.5' te hiperbolik tanjant aktivasyon fonksiyonu grafiği görülmektedir.
Fonksiyonu Eş. 4.4' de ki gibi ifade edilmektedir.
(4.4)
Şekil 4. 5. Hiperbolik tanjant aktivasyon fonksiyonu
Logaritma sigmoid aktivasyon fonksiyonu
Günümüzde en yaygın olarak kullanılan çok katmanlı algılayıcı modelinde genel
olarak aktivasyon fonksiyonu olarak sigmoid fonksiyonu kullanılmaktadır. Bu
fonksiyon Eş. 4.5 ile ifade edilir. Bu fonksiyona sürekli eşikleme fonksiyonu da
denmektedir. Şekil 4.6' da sigmoid aktivasyon grafiği görülmektedir [66].
58
(4.5)
Şekil 4. 6. Sigmoid aktivasyon fonksiyonu
Signum aktivasyon fonksiyonu
Eşik aktivasyon fonksiyonunun -1 ile +1 arasında değişeni ise signum aktivasyon
fonksiyonu olarak adlandırılır. Eşik aktivasyon fonksiyonlu hücreler, mantıksal çıkış
verir ve sınıflandırıcı ağlarda tercih edilir. Şekil 4.7' de signum aktivasyon
fonksiyonu grafiği görülmektedir. Signum aktivasyon fonksiyonunu matematiksel
olarak Eş. 4.6' de ki gibi ifade edilir.
(4.6)
59
Şekil 4. 7. Signum aktivasyon fonksiyonu
Eşik aktivasyon fonksiyonu (Step)
Eşik aktivasyon fonksiyonu eğer net değeri eşik değeri (t)' den küçükse sıfır, eşik
değerinden daha büyük veya eşit bir değer ise çıkışında +1 değeri verir. Eş. 4.7 ile
ifade edilmektedir. Şekil 4.8' de eşik aktivasyon fonksiyonu grafiği görülmektedir.
(4.7)
Şekil 4. 8. Eşik aktivasyon fonksiyonu
60
Ölçekleme ve Sınırlama
Yapay hücrelerde, aktivasyon fonksiyonun sonuçları ölçek veya sınır işlemlerinden
geçebilir. Bu ölçeklendirme basitçe bir ölçek etmeni ile etkinlik değerinin çarpımının
sonucudur. Sınırlandırma ise, ölçeklenmiş sonuçların en az ve en çok sınırlarını
aşmamasını sağlamaktadır.
Hücrenin Çıkışı
Aktivasyon fonksiyonu tarafından belirlenen çıkış değeridir. Üretilen çıkış dış
dünyaya veya başka bir hücreye gönderilir. Hücre kendi çıkışını kendisine giriş
olarak da gönderebilir. Bir işlem elemanının birden fazla çıkışı olmasına rağmen
sadece bir çıkışı olmaktadır. Ağ şeklinde gösterildiğinde bir işlem elemanının birden
fazla çıkışı varmış gibi görülmektedir. Bu sadece gösterim amacıyladır. Bir yapay
sinir hücresinin tek bir çıkışı vardır. Aynı değer birden fazla işlem elemanına giriş
olarak gitmektedir.
Her bir yapay sinir hücresinde (düğümde) bir çıkış işaretine izin verilir. Bu işaret
diğer yüzlerce sinir hücresinin girişi olabilir. Bu durum biyolojik sinirde olduğu
gibidir. Biyolojik sinirde de bir çok giriş varken sadece bir çıkış etkinliği vardır.
Düğüm çıkışı aktivasyon fonksiyonunun sonucuna eşdeğerdir [67].
4.3. Öğrenme Algoritmaları
Literatürde bulunan bir çok öğrenme algoritmasından en genel algoritmalardan olan
geri yayılımlı öğrenme algoritması ve tez çalışmasında kullanılan, LevenbergMarquardt öğrenme algoritması açıklanmıştır. Geri yayılım algoritması danışmanlı
öğrenmede kullanılan en genel algoritmadır. Basit olması ve iyi bir öğrenme
kapasitesine sahip olması birçok alana uygulanmasını sağlamıştır.
61
4.3.1. Geri yayılım öğrenme algoritması
Geri yayılım ile öğrenen ağlar hiyerarşik yapıdadır. Giriş, çıkış ve en az bir gizli
katman olmak üzere üç katmandan oluşurlar. Gizli katman ve gizli katmandaki
düğüm sayısı değiştirilebilir. Düğüm sayısının artması ağın hatırlama yeteneğini
artırmakla birlikte öğrenme işleminin süresini uzatmaktadır. Düğüm sayısının
azaltılması eğitim süresini kısaltmakta fakat hatırlama yeteneğini azaltmaktadır. Giriş
katmanındaki her bir düğüm gizli katmandaki her düğüme, gizli katman birden fazla
ise bu katmandaki her bir düğüm kendisinden sonra gelen katmandaki her düğüme ve
gizli katman çıkışındaki her düğüm çıkış katmanındaki her düğüme bağlıdır. Bir
katmandaki hiçbir düğüm kendi katmanındaki diğer bir düğüme bağlı değildir. Her
katmanın çıkış değerleri bir sonraki katmanın giriş değerleridir. Bu şekilde giriş
değerlerinin ağın girişinden çıkışına doğru ilerlemesine ileri besleme denir. Geri
yayılım ağında hatalar, ileri besleme aktarım fonksiyonunun türevi tarafından, ileri
besleme mekanizması içinde kullanılan aynı bağlantılar aracılığıyla, geriye doğru
yayılmaktadır. Öğrenme işlemi, bu ağda basit çift yönlü hafıza birleştirmeye
dayanmaktadır.
Geri yayılım öğrenme yöntemi, türevi alınabilir aktivasyon fonksiyonlarını çok
katmanlı herhangi bir ağa uygulayabilir. Bu işlem sistem hatasını veya maliyet
işlevini azaltma esasına dayanan bir eniyileme (optimizasyon) işlemidir. Bu
yöntemde ağırlık ayarlamaları yapıldığı için 'geri yayılım' ismi kullanılmıştır.
Öğrenme fazında, giriş örnekleri ağa belli bir sırada sunulur. Her bir çalışma örneği
çıktı (çıkış) örneği hesaplanana kadar katman katman ileri yayılır. Hesaplanan çıktı
daha sonra olması beklenenle karşılaştırılıp aradaki fark 'hata' olarak bulunur.
Hatalar, katman katman sinaptik ayarlamaların yapıldığı geri besleme bağlantılarında
'girişler' olarak kullanılır. Şekil 4.9' da geri yayılım çalışması için değiştirilmiş bir
çok katmanlı ileri beslemeli ağı göstermektedir. Geriye doğru olan bağlantılar sadece
'öğrenme fazı' için kullanılırken, ileri doğru olan bağlantılar hem öğrenme amacıyla
hem de işlemsel fazlar için kullanılır.
62
Şekil 4. 9. Genel bir geri yayılım ağ yapısı
Geri yayılımlı öğrenme kullanıldığında, sonraki katmanların hataları kullanılarak
gizli katmanın ağırlıkları ayarlanır. Böylece çıkış katmanında hesaplanan hatalar son
gizli katman ile çıkış katmanı arasındaki ağırlıklar ayarlanır. Aynı biçimde, bu
işlemler ilk gizli katmana kadar tekrarlanır. Bu yolla hatalar katman katman ilgili
katmanın ağırlık düzeltmeleri yapılarak geriye doğru yayılır. Tamamlanan çalışma
süresi içinde 'toplam hata' en aza indirilinceye kadar bu işlemler tekrarlanır. Şekil
4.10' da ileri beslemeli çok katmanlı bir ağ için geri yayılım öğrenme algoritmasının
akış şeması gösterilmektedir [66].
63
Şekil 4. 10. İleri beslemeli bir ağ için geri yayılım akış şeması
Şekil 4. 11. Tek katmanlı hücrenin Matlab' da kısaltılmış şekli
64
Şekil 4.11' de tek katmanlı bir hücre girişinin Matlab' daki kısaltılmış görüntüsü
gösterilmektedir. Şekil 4.11' de;
p : Skaler giriş
w : Skaler ağırlık
b: Dengeleme sabiti (ofset)
n: Toplama fonksiyonun çıkışı (net giriş)
a: Skaler nöron çıkışı
olarak isimlendirilir.
Şekil 4. 12. . Üç katmanlı YSA için kısaltılmış gösterim
Üç tabakalı bir ağın kısaltılmış görüntüsü ise Şekil 4.12' de gösterilmektedir.
4.3.2. Levenberg- Marquardt algoritması
Geri yayılım algoritması (GYA) çok kullanılmasına rağmen bazı dezavantajları
bulunmaktadır. GYA sonuca çok yavaş olarak yaklaşmaktadır. Ayrıca lokal
minimuma yakalanma riski de vardır. Geri yayınım, bir adım düşme algoritmasıyken,
Levenberg - Marquardt (LM) algoritması Newton metoduna bir yaklaşımdır. LM
algoritması, Newton metodunun hızıyla, adım düşme metodunun sağlamlığının
bileşkesidir.
65
LM öğrenme algoritması minimumu araştırma metotlarının ikincisidir. Her bir
iterasyon adımında hata yüzeyine parabolik yaklaşımla yaklaşılır ve parabolün
minimumu o adım için çözümü oluşturur.
Sonuç olarak Levenberg-Marquardt algoritması çok hızlı olarak çözüme ulaşmasına
rağmen çok fazla bellek gerektirmektedir. Geri yayılım algoritması ise sonuca yavaş
ulaşmakta ve daha az bellek gerektirmektedir [68].
Bu çalışmada; kullanımının ve uygulamalarının yaygın olması sebebiyle geriye
yayılımlı, çok katmanlı YSA modeli esas alınmış Levenberg-Marquardt algoritması
kullanılmıştır. Oldukça başarılı bir optimizasyon metodu olan Levenberg-Marguardt
(LM) Öğrenme Algoritması, öğrenmede kullanılan geri yayılım algoritmasının farklı
öğrenme tekniklerinden biridir. Çok sayıda komşuluk fikri üzerine dayanan LM
algoritması, en küçük kareler yaklaşımı metodudur. LM algoritmasının en önemli
avantajlarından biri, hızlı yakınsama özelliğidir.
Bir modelleme işleminin başarısı, geliştirilen modelin temsil ettiği gerçek sistemin
belirli bir giriş işaretine karşılık ürettiği çıkış ile modelin aynı girişe karşılık ürettiği
çıkış
arasındaki
farkın
(hata)
esas
alındığı
çeşitli
tanımlamalara
göre
belirlenmektedir [69]. Deneysel çalışmada geliştirilen YSA modelinin tahmin etme
performansı farklı analiz yöntemleri uygulanarak belirlenmiştir. Bu yöntemler
sırasıyla; (4.8) nolu eşitlik ile verilen belirleme katsayısı (R2) ve (4.9) nolu eşitlik ile
verilen ortalama karesel hatanın karekökünün (RMSE) alınması suretiyle bulunan
hatadır. RMSE değerleri hesaplanan ve ölçülen değerler arasındaki sapmayı
göstererek korelasyonların performansı hakkında bilgi verir. Oluşturulan modellerin
performansını kıyaslamak amacıyla kullanılan bir diğer yöntem ise, ortalama mutlak
yüzde hata (MAPE) performans kriteridir. Bir çok performans ölçütü tanımlanmasına
karşın MAPE’nin tercih edilmesinin nedeni, veri setinin ölçek büyüklüğünden
bağımsız olarak 0-100 aralığında kolayca karşılaştırılabilir küçük değerler
üretmesidir [70]. MAPE değeri ne kadar küçük olursa elde edilen tahmin değerleri
gerçek değerlere o oranda yaklaşacaktır. MAPE değeri (4.10) nolu eşitlik yardımıyla
66
hesaplanır. Formüllerde kullanılan
; Ölçülen kayıp değerini,
; ise YSA
sonucu elde edilen tahminsel kayıp değerini ifade etmektedir.
∑(
-(
)
-
∑(
)
)
√( ⁄ ∑
|
√( ⁄ ∑
|
(4.8)
-
-
| )
|
(4.9)
)
(4.10)
Pythia yazılımı, transfer fonksiyonu olarak Fermi fonksiyonunu kullanarak eğitim
yapmaktadır. Fermi transfer fonksiyonu eşitlik (4.11) ile hesaplanabilmektedir.
(4.11)
Deneysel çalışmalar sonucu elde edilen verilerin tamamı hem yapay sinir ağları ile
hem de regresyon analizi ile modellenerek iki adet tahmin modeli geliştirilmiş,
varyans analizi (ANOVA) ile yorumlaması yapılarak tahmin modellerinin
kıyaslaması yapılmıştır.
4.4. Sinyal Frekansının Haberleşmeye Etkisinin YSA İle Modellenmesi
Deneysel çalışmalarda oluşturulan alanda hat başına bağlanan verici, farklı frekanslar
üreterek hat üzerinden sinyal göndermiş, alıcı tarafta 150m mesafeden ölçümler
yapılarak alınan genlik değerleri Excel dosya formatında kaydedilmiştir. Daha sonra
bu sonuçlara göre uygulanan ve ölçülen genlik değerlerinin kayıpları dB olarak
hesaplanmıştır. Son olarak her frekansa göre elde edilen dB kayıpları yapay sinir
ağları (YSA) kullanan Pythia yazılımı ile eğitilmiş ve bir ağ yapısı belirlenmiştir.
Sonra bu ağ yapısı Excel ortamında test edilmiştir ve yüksek öğrenme, düşük sapma
67
oranı elde edilmiştir. Hat üzerine farklı frekanslar uygulanarak toplam 28 ayrı
frekans değeri için ölçüm yapılmış ve bu ölçümlerin tamamı Pythia yazılımında YSA
eğitimi için kullanılmıştır. Devamında, bu çözümler eğitilerek en uygun ağ yapıları,
farklı döngü ve nöron sayılarıyla araştırılmıştır. Program içinde, en uygun ağ
yapılarını bulma işlemi, otomatik veya elle yapabilmektedir. Bu çalışmada; önce
programa otomatik optimizasyon yaptırılmış ve en düşük sapma değerine sahip bir
ağ yapısı seçilmiştir. Bu ağ yapısı, programın döngü (iterasyon) sayısı ve öğrenme
oranları değiştirilerek en uygun (en küçük) sapma değerine kadar eğitilmiştir. Bu
işlemler sonucu 5 katman ve 15 nörondan oluşan bir ağ yapısı seçilmiştir. YSA
eğitimi yapılırken; hatta uygulanan sinyalin frekans girdisi ( f ) program tarafından
normalize edilerek işleme girer. Dolayısı ile sonuç değerleri de, ağ yapısından
normalize edilmiş şekilde elde edilir. Normalize işlemi, fazla döngü ve büyük
sayılarla kullanıldığında işlemin yavaş veya yapılamaz olmasını önler. Böylece
kullanılacak sayılar 0 ve 1 değer aralığında seçilerek işlem hızı artırılır. Test
aşamasına geçmeden önce bulunan ağ yapısının sonuçları ile gerçek sonuç değerleri
karşılaştırılmıştır.
Sinyal frekansına göre hattan ölçülebilecek genlik değerini tahmin edebilmek için
çok katmanlı ileri beslemeli ağ yapısı kullanılmıştır. İleri beslemeli ağ yapılarında
hücreler katmanlar şeklinde düzenlenmekte ve bir katmandaki hücrelerin çıkışları bir
sonraki katmana ağırlıklar üzerinden giriş olarak verilmektedir. Giriş katmanı, dış
ortamlardan aldığı bilgileri hiçbir değişikliğe uğratmadan orta (gizli) katmandaki
hücrelere iletir. Bilgi, orta ve çıkış katmanında işlenerek ağ çıkışı belirlenir. Şekilde
deneysel çalışmamızda kullanılan 15 nöronlu LM algoritmasındaki yapay sinir ağı
yapısı görülmektedir. YSA sonucu elde edilen modelin doğruluğunu test etmek için 8
adet deney daha yapılarak elde edilen sonuçlar kıyaslanmıştır.
Enerji hattında sinyaldeki zayıflamanın frekansa bağımlı olarak hangi oranda
olduğunu tahmin edebilmek için, çok katmanlı ileri beslemeli ağ yapısı
kullanılmıştır.
İleri
beslemeli
ağ
yapılarında
hücreler
katmanlar
şeklinde
düzenlenmekte ve bir katmandaki hücrelerin çıkışları bir sonraki katmana ağırlıklar
üzerinden giriş olarak verilmektedir. Giriş katmanı, dış ortamlardan aldığı bilgileri
68
hiçbir değişikliğe uğratmadan orta (gizli) katmandaki hücrelere iletir. Bilgi, orta ve
çıkış katmanında işlenerek ağ çıkışı belirlenir. Şekil 4.1.’de deneysel çalışmada
enerji hattına belirli genlikte ve değişken frekansta sinyal uygulanmış ve 150m
mesafeden ölçümler yapılarak sinyaldeki zayıflama oranı ve girdiler çizelge halinde
kaydedilmiştir. Elde edilen veriler Pythia programında işlenerek YSA modeli
çıkarılmıştır. Şekil 4.13’de Pyhtia programında elde edilen 15 nöronlu LM
algoritmasındaki YSA ağ yapısı görülmektedir. YSA sonucu elde edilen modelin
doğruluğunu test etmek için 8 adet deney daha yapılarak elde edilen sonuçlar
kıyaslanmıştır.
69
Şekil 4. 13. Enerji hattında sinyal zayıflaması tahmini için 14 nöronlu YSA
yapısının oluşturulması b)Elde edilen YSA modeli
70
Bu ağ yapısını test etmek ve bu deneysel çalışmaya ait matematiksel formülü elde
etmek için öncelikle çıktı nöronunun (N15) formüle edilmesi gerekmektedir. 15
Nöronlu LM algoritması ile herhangi bir noktada ölçülecek gerilime göre kayıp
oranının tahmininde kullanılan matematiksel
formül
(4.12) nolu
eşitlikte
verilmektedir. Bu eşitlik, hatta uygulanan sinyalin frekansına göre, 150m mesafede
oluşacak kaybın tahmininde kullanılabilir.
(4.12)
Her bir giriş değeri bağlantılı olduğu ağırlık değerleri ile çarpılır. Ağırlıklı giriş
değerleri doğrusal olarak eklenir ve çıkış değerine dönüşür. Bu çıkış değerleri de
diğer nöronlar için giriş değerleri olarak kullanılmaktadır. Fermi transfer fonksiyonu
Eşitlik 4.13 ile hesaplanmaktadır.
(
(4.13)
)
N1–N2 nöronlar için
değeri (4.14) nolu Eşitlik kullanılarak hesaplanmıştır. YSA
ağ yapısından elde edilen sabitler Çizelge 4.1’ de verilmiştir.
(4.14)
Çizelge 4. 1. 1.seviye 1 ve 2 nöronlardan elde edilen Eş.4.14’te kullanılan sabitler
İ
wi
1
-0,938943
2
-0,887818
N3-N5 arası nöronlar için
nöronlar için
değeri (4.15) nolu eşitlik kullanılarak, N6-N9 arası
değeri (4.16) nolu eşitlik kullanılarak, N10-N14 arası nöronlar için
değeri (4.17) nolu eşitlik kullanılarak, N15 nöron için
değeri (4.18) nolu
71
eşitlik kullanılarak hesaplanmıştır. Elde edilen sabitler sırasıyla Çizelge 4.2-4.6’ da
verilmiştir.
(4.15)
Çizelge 4. 2. 3-5 arası 2.seviye nöronlar için LM algoritmasından elde edilen ve
Eş.4.15’te kullanılan sabitler
İ
w1i
w2i
3
0,629032
0,884357
4
-1,454106
-0,243493
5
4,306577
3,937282
(4.16)
(4.17)
(4.18)
Çizelge 4. 3. 6-9 arası 3.seviye nöronlar için LM algoritmasından elde edilen ve
Eş.4.16’te kullanılan sabitler
İ
w1i
w2i
w3i
6
0,216201
2,307101
-1,406613
7
-0,618348
-2,456940
4,314365
8
-0,263548
0,329684
-0,625450
9
-0,329954
-1,016868
0,884125
Çizelge 4. 4. 10-14 arası 4. seviye nöronlar için LM algoritmasından elde edilen ve
Eş.4.17’de kullanılan sabitler
İ
w1i
w2i
w3i
w4i
10
-1,333967
1,964811
0,427773
-2,205026
11
-1,947924
2,992821
-1,550455
0,548476
12
-0,868822
-0,563244
0,811610
-0,162346
13
-0,662105
-0,531460
0,921229
-0,110885
14
1,954210
-1,708494
0,644600
0,572935
72
Çizelge 4. 5. Son seviye çıkış nöronu için LM algoritmasından elde edilen ve
Eş.4.18’de kullanılan sabitler
İ
w1i
w2i
w3i
w4i
w5i
15
-1,109022
1,756681
-0,978256
-0,597939
-2,117733
Giriş ve çıkış katmanları (-1,1) veya (0,1) aralığında normalize edilmiştir.
(4.19)
YSA ‘ dan alınan tahmini sonuçlara göre frekansın zayıflama oranına etkisi Şekil
4.14’ te görülmektedir.
Şekil 4. 14. 60-600kHz frekans aralığında 150m mesafede YSA sonucu elde edilen
sinyaldeki zayıflama
73
Şekil 4. 15. Ölçüm sonuçlarının ve YSA sonuçlarının grafiksel olarak
karşılaştırılması
YSA sonuçlarına göre elde edilen frekans-zayıflama grafiği ile ölçüm sonuçlarının
karşılaştırılması Şekil 4.15’ te görülmektedir.
Yapılan ölçümler sonucu çalışılan frekans aralığında mevcut atölye binasında 6080kHZ frekans aralıklarında sinyalde az zayıflama gözlemlenmiş, frekans 150kHz
seviyelerine çıktığında zayıflama daha da artmış, 150-350kHz aralığında zayıflama
doğrusallığa yakın bir derecede azalmış ve 350kHz frekanstan 600kHz frekansa
kadar olan aralıkta sinyal oldukça zayıflamıştır.
Ölçüm sonuçlarına ve YSA sonuçlarına göre;
(
∑(
)
∑(
)
)
74
√( ⁄ ∑|
| )
√( ⁄ ∑ |
|
Hesaplanan değerlere göre
√
)
√
değerinin 1’e yakın çıkması ve RMSE ile MAPE
değerinin 0’a yakın çıkması YSA modelinin sağlıklı olduğu ispatlamıştır.
75
5. ENERJİ HATLARINDAN İLETİŞİM UYGULAMALARI
Bu bölümde enerji hattı üzerinden haberleşme sağlamak için farklı uygulamalar
geliştirilmiş ve hat üzerinde denenerek haberleşme sağlanmıştır.
5.1. Sıfır Geçiş Anlarında ASK Haberleşme Uygulaması
Enerji hattının sıfır geçiş anlarına göre verilerin gönderilmesinin kullanıldığı teknikte
amaç yüksek frekanslı bir sinyalin şebeke üzerine uygulanması ve alıcı tarafta da bu
sinyalin varlığının kontrol edilmesidir. Yüksek frekanslı sinyalin hatta uygulanarak
iletilmesinin sebebi şebekede bulunan harmonik sinyallerin gönderilecek sinyali
etkilemesini önlemek olarak açıklanabilir. Sinyalin hatta uygulanması için yüksek
geçiren filtre kullanılır. Böylelikle yüksek frekanslı bilgi sinyali filtreden geçip
şebeke üzerine biner, ancak şebeke sinyali ters yönde geçemez. Filtre tıkaç görevi
görür.
Karşılıklı haberleşmede veri gönderen verici ünite ve veriyi hattan alıp değerlendiren
alıcı ünite mevcuttur.
5.1.1. Verici Sistemin tasarlanması
Verici ünite Şekil 5.1’ de görüldüğü gibi sıfır geçiş algılama, mikrodenetleyici,
sinyal yükselteci ve filtre devresinden meydana gelir. Uygulamada dört ayrı katman
tek kart üzerinde yapılmıştır.
76
Şekil 5. 1. Verici ünite blok diyagram
Sıfır geçiş algılama
Sıfır geçiş algılama devresi sinyallerin şebeke üzerinden gönderilirken alıcı ve verici
arasında senkron haberleşmenin sağlanması için şebeke hattının her sıfır geçişinde
verinin gönderilmesi amacıyla kullanılır. Şebeke hattının sıfırdan geçtiği anda veri
yollanır. Bu çalışmada sıfır geçiş noktası sadece 5 MΩ’ luk bir direnç ile
mikrodenetleyici tarafından algılanmaktadır.
Yüksek frekans sinyali üretici devre (140kHz)
Yüksek frekanslı sinyalin üretilmesi için PIC16F628 mikrodenetleyici kullanılmıştır.
Mikrodenetleyici şebeke sıfır geçişini sürekli kontrol etmekte ve veri göndermek
istediğinde sıfır geçiş anından hemen sonra, 140kHz frekanslı çıkış üretmektedir. Bu
amaçla kurulan devre Şekil 5.2’de gösterilmiştir ve programı yazılmıştır.
77
Şekil 5. 2. PIC16f628 mikrodenetleyicili osilatör devresi
Frekans çıkışı sabit Darbe genişlik modülasyonu (PWM) ile donanımsal olarak elde
edilebilir ancak PWM çıkışının üretebileceği en yüksek frekans 32kHz olduğundan
140kHz üretebilmek için aşağıdaki döngü programı yazılmıştır. Bu uygulamada
program proton basic dilinde yazılıp uygulanmıştır.
PIC16F628 mikrodenetleyicisine yazılan program;
DEVICE 16f628
XTAL 20
CMCON=07
TRISB=%10000111
PORTB=%00000000
TrisA=%00000000
PORTA=0
basla:
portb.6=1:delayus 2:portb.6=0:delayus 3
goto basla
end
78
Burada döngü programında sinyalin toplam periyodu
Goto komutu
Toplam
(5.1)
(5.2)
Sinyal yükseltici devre
Mikrodenetleyici çıkış gerilimi 5V olup 40mA çıkış akımı sağlayabilmektedir.
Hattan gönderilecek sinyalin genliği ve akımı arttırılırsa verinin daha uzak mesafede
gitmesi sağlanabilir. Transistör üzerinden aşağıdaki bağlantı ile sinyal genliği 15V
olarak ve daha yüksek akımda hatta verilir. Şekil 5.3’de ki devre kurularak elde
edilen 140kHz kare dalga sinyal hatta uygulanmıştır.
Şekil 5. 3. Sürücü devre ve sinyalin hatta uygulanması
Enerji hattına uygulanan sinyal ve yükselteç çıkışında elde edilen sinyal osilaskopta
Resim 5.1’de ki gibi gözlemlenmiştir.
79
Bu uygulamada C band standardına uygun haberleşme yapılması için C bandının en
üst frekansı olan 140kHz frekansı seçmek uygun olacaktır.
Uygulamada 140kHz lik sinyal hatta filtre aracılığıyla verildiğinde Q2 transistörünün
sürekli arızalandığı görülmüştür. Bunun sebebi yüksek geçiren filtreden sızıntı
akımının geçmesi ile yüksek gerilim Q2 transistörüne zarar vermekte ve transistör
arızalanmaktadır. Bu sebeple çalışma gerilimi aralığı 500V’a kadar olan transistör
seçilmiştir.
Resim 5. 1. Tasarlanan verici devre b) Mikrodenetleyici ve sürücü devresi çıkış
dalga şekilleri
Resim 5.1 (b)’de üst taraftaki sinyal 140kHz 5V PIC mikrodenetleyici çıkışı, alttaki
sinyal ise filtre çıkışından ölçülen sinyaldir. Görüldüğü gibi sinyal genliği yaklaşık
15V civarındadır.
Yüksek geçiren filtre
Bu filtre hem yüksek frekanslı veri sinyalinin hatta verilmesini sağlar, hem de hat
sinyalini ters yönde geçirmeyerek sistemi şebeke geriliminden izole eder.
Şekilde mikrodenetleyici çıkışı yükselteç katına bağlanmış ve sinyal gücü arttırılarak
yüksek geçiren filtre üzerinden hatta uygulanmıştır.
80
Hatta verilen sinyal yakın bir noktadan örnekleme alınarak izlenmiştir. Sinyali hattan
alıp ölçmek ve gözlemlemek için şebekeden ayıran yüksek geçiren filtre alıcı tarafta
da kullanılmıştır. Alıcı taraftaki yüksek geçiren filtre çıkışında elde edilen sinyal
Resim 5.2’ deki gibidir.
Resim 5. 2. 10m mesafede alıcı sistemden elde edilen sinyal
Resim 5.2’ de üst taraftaki sinyal hatta verilen 15V 140kHz genliğindeki sinyal,
alttaki sinyal ise 10m mesafe sonrasında yüksek geçiren filtre ile alınan sinyaldir. Bu
sinyalin genliği ise 5V olarak ölçülmüştür.
Mesafe 20m’ye çıkarıldığında ise aynı sinyalin alındığı, ancak genliğinin 2V’a
düştüğü gözlemlenmiştir. Mesafe 30m ye çıkarıldığında genlik 1V’un altına
düşmüştür.
Genliğin mesafeye göre azalması alıcı tarafta yükselteç yapılmasını zorunlu
kılmaktadır.
Hatta sinyal verilip 30m mesafeden aynı sinyal biraz zayıflamış olarak ölçülmüştür.
Bu aşamadan sonra artık alıcı cihazın tasarlanması, alıcı ve vericinin senkron olarak
haberleştirilmesi üzerine çalışmalar anlatılacaktır.
81
Resim 5. 3. Tasarlanan verici devre
5.1.2. Alıcı sistemin tasarlanması
Temelde alıcı ve verici ünitenin haberleşebilmesi için ASK haberleşme
kullanılmıştır. ASK modülasyonun temel prensibi Şekil 5.4’ te görülmektedir.
Şekil 5. 4. ASK haberleşme
Alıcı ünite hattan gelen sinyali yüksek geçiren filtre üzerinden almakta ve
yükseltmektedir. Sonra sıfır geçiş anlarında denetim yapmakta, bu anlarda yüksek
frekanslı sinyal var ise karşı vericiden gönderim yapıldığı anlaşılmaktadır. Bu
çalışmada, bu sinyalin varlığı “1” sayısal bilgisini, yokluğu ise “0” sayısal bilgisini
temsil etmektedir. İki sistemin karşılıklı senkron olarak haberleşmesi amacıyla
haberleşme yapılmadan önce uzun bir “1” verisi gönderilmekte ve ardından verinin
gönderileceğini bildirmek amacıyla “0” verisi gönderilmekte ve daha sonra 8 bitlik
veri gönderilmektedir. Bu veri verici ünitenin adresidir.
Şekil 5.5’ te görüldüğü gibi alıcı ünite 4 birimden oluşmaktadır. Burada sıfır geçiş
anı yine 5 MΩ direnç üzerinden doğrudan mikrodenetleyici portu ile algılanmaktadır.
82
PIC mikrodenetleyicisi sıfır geçiş anında yüksek frekanslı sinyal olup olmadığını
denetler. Eğer var ise “1” bilgisi gelmiştir yok ise “0” bilgi gelmiştir şeklinde
değerlendirme yapar.
Burada sinyalin yükseltilmesi son derece önemlidir çünkü hat boyunca kayıplardan
dolayı gönderilen sinyalde zayıflama olur ve sinyal genliği lojik seviyenin bile altına
inebilir.
Mikrodenetleyicinin bunu algılayabilmesi için gelen yüksek frekanslı sinyal
yükselteç
ile
yükseltilip
mikrodenetleyiciye
verilir.
Bu
sinyalin,
gürültü
sinyallerinden bağımsız olarak yükseltilmesi de son derece önemlidir.
Şekil 5. 5. Alıcı ünite blok diyagramı
Yüksek geçiren filtrenin incelenmesi
Alıcı sistemde filtre katı çok önemlidir. Enerji hattındaki yüksek frekanslı gürültü
sinyallerinden veri sinyalinin ayrıştırılması gerekir. Bu uygulama için basit bir RC
filtre kullanılacaktır ancak daha sonraki uygulamalarda filtre yapısı daha karmaşık
olabilecektir.
83
Şekil 5. 6. Yüksek geçiren RC filtre testi
Şekil 5.6’ da ki en basit RC yüksek geçiren filtrede, örnek olarak C=1nf ve R=2 K
seçilerek girişteki farklı sinyallere göre filtrenin davranışı incelenmiştir.
Filtrede kesim frekansı ;
(5.3)
=80 kHz
Burada frekans yaklaşık olarak
çıkar. Yani filtre 80 kHz ve üstündeki
frekansları tam olarak geçirebilecek, bu frekans altındaki frekansları ise zayıflatarak
geçirecek, belirli bir frekans altındakileri ise hiç geçirmeyecektir.
Ölçüm sonuçlarında filtrenin kesim frekansından sonraki sinyali geçirdiği, kesim
frekansının altındaki sinyalleri de kesim frekansına uzaklığına bağlı olarak
zayıflatarak geçirdiği gözlendi. Belirli bir alt frekans değerinden sonra artık filtrenin
sinyali tamamen bastırdığı gözlenmiştir.
84
Resim 5. 4. a) 10kHz sinyal için çıkış b) 80kHz sinyal için çıkış
Görüldüğü üzere kesim frekansından daha büyük frekanslı sinyalleri filtre
geçirebilmekte, kesim frekansının daha alt değerlerine inildiğinde ise filtre sinyali
bastırmaktadır.
Filtre girişine 140kHz frekanslı sinyal verildiğinde filtre çıkış sinyali Resim 5.5’ te
gösterilmiştir.
Resim 5. 5. 140kHz giriş sinyaline göre filtrenin çıkış sinyali
Filtre empedansı
1nf kondansatör ve 140kHz frekansta kondansatörün gösterdiği reaktans;
85
(5.4)
reaktansının düşük çıkması, giriş sinyalinin çıkışa zayıflatılmadan aynen
aktarılması anlamına gelir fakat bu durumda çıkıştaki R direncinin değerinin de
oldukça düşük olması gerekir. R direnç değerinin çok fazla düşmesi ise giriş sinyalini
üreten kaynağı aşırı yükler ve kaynağa zarar verebilir. Bu durumda kaynak çıkış
akımı arttırılabilir, ancak daha karmaşık devrelere ihtiyaç duyulur.
Filtre deneyinde
’ yi düşürmek amacıyla kondansatör 100nF kullandığında,
140kHz frekansta R=10Ω olması gerekmektedir. 10Ω R direnci kullanıldığı anda,
sinyal jeneratörü yüklenerek
5V çıkış sinyalinin genliği yarıya düşmüştür. Bu
sebeple filtrenin giriş çıkış empedansı oldukça önemlidir, filtrenin giriş empedansı
yüksek seçilmelidir.
Burada transfer fonksiyonu;
Şekil 5. 7. RC filtre faz-frekans eğrileri
(5.5)
86
Enerji hattından sinyalin alınması
Şekil 5. 8. Kublaj devresi ve RC yüksek geçiren filtre
Sinyali hattan almak için Şekil 5.8’ de görülen RC yüksek geçiren filtre
gerçekleştirilmiştir. Ancak hattan alınan sinyal zayıflamalardan dolayı düşük
seviyede olduğu için yüksek frekansta çalışabilen opamplı yükselteç eklenmiştir.
Şekil 5. 9. Sinyal yükseltici devre
87
Hattan alınan sinyalde filtre çıkışı ve yükselteç çıkışındaki dalga şekilleri Resim 5.6’
da gözlenmiştir. Resim 5.6’ ya göre alınan zayıflamış sinyal yaklaşık 10 kat
yükseltilmiştir.
Resim 5. 6. Hattan alınan sinyal ve yükseltilen sinyal
5.1.3. Alıcı ve vericinin senkron haberleşmesinin sağlanması
Şimdiye kadar sinyalin hatta uygulanması ve karşı taraftan alınması üzerinde
çalışmalar yapılmıştır. Hatta verilen sinyal belirli bir mesafeden başarıyla alınmıştır.
Artık bu alıcı ve vericilerin aralarında haberleşmelerini sağlamak, yani vericiden bir
dijital bilginin alıcıya ulaştırılmasını sağlamak gerekmektedir.
Senkronizasyonu gerçekleştirmek amacıyla verici ve alıcının ortak bir zamanda
haberleşmesini sağlamak gerekir. Şebeke hattında bu ortak zaman en uygun olarak
şebekenin sıfır geçiş anlarıdır. Yani verici, şebekenin sıfır geçiş anlarında hatta bir
süre sinyal gönderecek, alıcı da şebekenin sıfır geçiş anlarında hatta sinyal olup
olmadığını kontrol edecektir.
Alıcı tarafta sıfır geçiş anında belirli bir süre sinyal var ise, sayısal bilgi “1”, yok ise
“0” olarak kabul edilecektir. Bu çalışmayı sağlamak için RF haberleşme
88
teknolojisinde kullanılan Manchester haberleşme burada kullanılabilir. Bu durumda
verici veri göndermeden önce hatta sıfır geçişlerde uzun “1” sinyali verecek sonra
veri göndermeye başlamadan önce “0” gönderecektir yani hiç veri göndermeyecektir.
Alıcı ise sıfır geçiş anlarını kontrol ederek belirli bir sayıda “1” sinyalinin gelip
gelmediğine bakacak, bu sayı sağlanırsa “0” başlangıç verisini bekleyecek daha
sonra da her “0” geçiş anında hatta sinyallere bakacak var ise “1”, yok ise “0” kabul
ederek 8 adımda alacağı dijital bitleri birleştirerek 8 bitlik veriyi hattan alabilecektir.
Başlangıç sinyalinin uzun olarak gönderilmesi için hattın 3 kez sıfır noktasından
geçmesinde 140kHz frekans uygulanmaktadır.
Oluşturulan haberleşme protokolüne göre örnek olarak 8 bitlik “10101111” verisinin
başlangıç sinyali ile birlikte hattın sıfır geçiş noktalarına göre gönderilmesi Şekil
5.10’ da gösterilmektedir.
Şekil 5.10’ da görüldüğü üzere 8 bitlik bir verinin gönderilmesi 12 sıfır geçiş anında
gerçekleştirilmektedir. Her sıfır geçiş noktası arası 50Hz frekansında 10ms dir.
Dolayısıyla 8 bit veri gönderimi toplamda 120ms’ lik bir zamana ihtiyaç duyar.
Şekil 5. 10. Sıfır geçiş anlarında start sinyali ve örnek 8 bit veri gönderimi
89
Alıcı ve vericiye ait akış diyagramları Şekil 4.11’de verilmiştir.
Başla
Portları Ayarla
Şebeke 1 mi?
Say=0
H
E
H
140KHz sinyal
Varmı?
E
Say=say+1
Şebeke 0 mı?
H
E
H
Say=3 mü?”
E
VERİ AL
Şekil 4.
5. 16.
11. Start bilgisindeki “111” sinyalinin beklenmesi programı
Üç sıfır geçiş noktasında 140kHz sinyal geldiğinde yani üç bit “111” sinyali
geldiğinde, takip eden şebeke sıfır geçişinde “0” sinyali (140kHz yok)
beklenmektedir.
90
BYTE AL
VERİ AL
i=0
Şebeke 0 mı?
H
Şebeke 1 mi?
E
E
H
E
140KHz sinyal
Byte[i]=0
Varmı?
H
140Khz sinyal
Varmı?
E
H
Byte[i]=1
Şebeke 1 mi?
H
Şebeke 0 mı?
E
E
BYTE AL
H
i=i+1
i >7 mı?
H
E
END
Şekil 5. 12. a) Başlangıç bilgisindeki “0” sinyalinin beklenmesi programı akış
diyagramı
b) “1110” başlangıç sinyalinden sonra 8 bit verinin alınması
91
Oluşturulan alıcı ve verici devrelerinin fotoğrafları Resim 5.7’ de verilmiştir.
Resim 5. 7. a) Alıcı devre ve anahtarlamalı tip güç kaynağı ile çalıştırılması b) Verici
devre
Alıcı devre gelen 8 bitlik sayısal veriyi alıp ekranda göstermektedir. Verici devre
üzerindeki butonlara basıldığında her buton için 8 bit dijital değer hatta
gönderilmektedir.
Yapılan uygulama, 120
bir ev içerisinde her noktadan denenmiş ve başarılı bir
şekilde haberleşme sağlanmıştır. Alıcı devre anahtarlamalı tip güç kaynağı ile
çalıştırılmış buna rağmen haberleşmede sıkıntı yaşanmamıştır. Son olarak verici
devresi üzerine ısı sensörü yerleştirilerek ısı bilgisi gönderilmiştir.
5.2. FSK Modülasyonu İle Enerji Hattından Veri İletimi
Bu bölümde hattın sıfır geçişinden bağımsız olarak sürekli ve hızlı veri iletişimi için
FSK uygulaması gerçekleştirilmiş bunun için alıcı ve verici sistem tasarlanmış ve
uygulanmıştır.
5.2.1. FSK modülasyonu
FSK ,frekans kaydırmalı anahtarlama anlamına gelir. Bu modülasyonda taşıyıcının
frekansı gönderilecek bilgi işaretine bağlı olarak değiştirilir. “1” biti için belirli bir
92
frekansı, “0” biti için yine belirli bir
frekansında veri gönderilir. Bu durumda
taşıyıcının genliği sabittir, değiştirilmez. Modülasyonlu işaret;
“1” dijital bilgisi için
(5.6)
“0” dijital bilgisi için
(5.7)
şeklinde ifade edilebilir. Elde edilen FSK sinyali Şekil 5.13’te görülmektedir [71].
Şekil 5. 13. Dijital bilgiye karşılık gelen FSK sinyali
Görüldüğü gibi “1” bilgisine ait sinyal frekansı ile “0” bilgisine ait sinyal frekansı
farklıdır.
Çalışmalarda FSK modülasyonunu kullanabilmek için XR-2206 modülatör ve XR
2211 demodülatör entegreleri kullanılmıştır.
Faz kilitlemeli döngüler (PLL)
Faz kitlemeli döngü, çıkışı bir referans sinyaline kilitlenen ve bu sinyali izleyen
kapalı döngü elektronik bir servodur. Faz kilidi, çıkış sinyali
sinyali
’ın fazını, referans
’nin fazıyla karşılaştırmak suretiyle elde edilir ve aralarında bir faz farkı
varsa bu fark, döngü filtresi tarafından bir hata düzeltme gerilimi
’ye çevrilir. Bu
hata gerilimi, çıkış sinyalini değiştirerek çıkış sinyalinin girişi izlemesini sağlar.
Kilitten önce, giriş herhangi bir
detektörü
frekansında olabilir. Giriş sinyali geldiği anda faz
ile VCO’ dan sağlanan faz, detektör demodülatör referans girişi
toplam ve fark frekanslarını üretir. (

’ın
) ve toplam frekansı bileşeni alçak
93
geçiren filtreyle kesilir. Eğer fark frekansı (
kesilir.

), filtre bandının dışındaysa oda
girişi VCO’ nun frekansına yaklaştıkça, fark frekansı azalarak alçak
geçiren filtrenin bandına girer. Filtre, fark frekansının DC bileşeninin bir bölümünü
geçirir ve bunu VCO’ ya uygular. VCO’ nun frekansı
’ı giriş frekansı
’ye doğru
sürerek fark frekansını azaltır ve fark frekansı azaldıkça alçak geçiren filtre bandının
daha çok içine girer. Bu durum filtreden VCO’ ya daha çok dc bileşen geçirilmesine
olanak sağlayarak, fark frekansını daha da azaltır. Bu pozitif geri besleme eylemi,
VCO’ nun frekansı giriş frekansına eşit olana kadar devam eder. İkisi eşit olunca,
fark frekansı sıfır olur ve PLL kilitleme yapar. VCO bundan sonra VCO kilitleme
aralığı içinde giriş frekansını izler. Maksimum fark frekansı (

), VCO nun
girişe kilitlenmesine olanak sağlayacak şekilde, VCO’ nun serbest çalışma frekansına
(
) merkezlenmiş giriş frekans (
) aralığına VCO’nun yakalama aralığı denir.
PLL in giriş sinyaline frekans kilitliyse filtre çıkış gerilimi Vf
Vf  Kd .Sin(i   0) olur.
(5.8)
Şekil 5. 14. PLL blok diyagramı
5.2.2. XR-2206 FSK modülatör devresi
XR-2206 bir fonksiyon jeneratörü entegre devre şeklinde bulunan, kaliteli sinüs
üretebilen, kare, üçgen, rampa ve puls dalga şekillerini yüksek stabilite ve doğrulukta
üretebilen modülatördür.
94
Çalışma frekansı 0.01 Hz ile 1 MHz arasındadır. Bu çalışmada FSK sinyalini
üretmek amacıyla kullanılmıştır. 4 ana işlevsel bloktan oluşur. Bu bloklar, VCO,
anolog katlayıcı ve sinüs biçimleyici, tamponlama yükselteci ve akım anahtarıdır.
VCO zamanlama terminallerini toprağa bağlayan bir dirençten gelen giriş akımıyla
doğru orantılı bir çıkış frekansı oluşturur. Akım anahtarları, zamanlama
bacaklarından birinin akımını, çıkış frekansı oluşturmak üzere bir FSK giriş bacağı
tarafından kontrol edilen VCO ya gönderir. İki zamanlama pini kullanıldığında FSK
üretimi uygulamaları için iki ayrık çıkış frekansı bağımsız olarak üretilebilir. 2 ayrı
çıkış frekansının değeri FSK modülatör devresi üzerindeki R1 ve R2 dirençleri ile
birbirinden bağımsız olarak ayarlanır.
Çıkış sinyalinin genlik seviyesi 3 nolu katlayıcı çıkış pinindeki direncin ayarlanması
ile sağlanır [72].
FSK modülatör olarak şu şekilde kullanılmaktadır. Girişinden verilen dijital bilgiye
göre dijital bilginin “1” olması ve “0” olması durumunda, iki farklı frekansta dalga
üretip çıkışına aktarır. Hangi frekanslarda dalga üreteceği Şekil 5.15’teki devrede R1,
R2 ve C0 elemanları ile belirlenir.
Sayısal “1” ve “0” verisi için C bandı standardına göre frekans seçecek olursak “1”
sayısal verisi için 140kHz, “0” sayısal verisi için 140kHz kullanalım.
Tasarımımızda “0” sinyalini 120kHz olarak “1” sinyalini ise 140kHz olarak
ürettirmek istediğimizde ilgili değerler aşağıda hesaplanmıştır [72].
Tasarım denklemleri
VCO nun orta frekansı ;
f0 
1
Hz
R0  C0
Dahili referans gerilimi :
(5.9)
(5.10)
95
Döngünün alçak geçiren filtresinin zaman sabiti :  =
(5.11)
Döngü sönümü  :
(5.12)
  1/ 4
C0
C1
Döngü izleme bant genişliği ,   / f 0
 f / f0 
R0
R1
(5.13)
FSK veri filtresinin zaman sabiti ;
f :
 f  Rf C f
(5.14)
VCO nun dönüşüm kazancı ;
K 0 : K 0  1 / VR  C0  R1 Hz/Volt
(5.15)
Toplam döngü kazancı K t ;
K t  2  K   K 0  4 / C0  R0 rad/san/volt
FSK modülatör ve hesaplamaları
Şekil 5. 15. FSK Modülatör devresi
(5.16)
96
Çizelge 5. 1. Modülatör devresi özellikleri ve parametreleri
1
 140 KHz
R1C0
1
f2 
 120KHz
R2C0
f1 
1012
10 8

 10,5K
140000.685 14.680
1012
10 8
R2 

 12,25K
120000.680 12.680
R1 
=680 pf için Çizelge 5.1.’de R1 ve R2 direnç değerleri hesaplanmıştır
XR-2206 FSK modülatör ve XR-2211 FSK demodülatör entegreleri ile her türlü
eleman değerleri kullanılan frekanslara bağımlı olarak hesaplanmış ve FSK
gönderici-alıcı elde edilmiştir.
İlk olarak FSK haberleşme enerji hattından bağımsız olarak karşılıklı bağlanarak veri
gönderimi ve alımı gerçekleştirilmiştir. Bunun için haberleşmede etkili dirençler
ayarlı seçilerek haberleşme sağlanıncaya kadar dirençlerle hassas ayarlar yapılmıştır
[72]. Şekil 5.16’de FSK verici sisteme ait blok diyagram görülmektedir.
Şekil 5. 16. FSK Haberleşme uygulaması
Mikrodenetleyiciye yazılan yazılımda sadece seri veri sinyali gönderilmekte ve alıcı
tarafta da seri veri sinyali beklenmektedir. Burada haberleşme hızının düşük
seçilmesinin sebebi veri kaybının olmasını önlemektir. Şekil 5.17 ve Şekil 5.18’de
verici sistemde sayısal “1” ve sayısal “0” verilerine ait sinyaller görülmektedir.
97
Şekil 5. 17. . “1” dijital bilgisi için modülator çıkış sinyali
Şekil 5. 18. “0” dijital bilgisi için modülator çıkış sinyali
5.2.3. XR 2211 FSK demodülatör devresi
XR2211 demodülatör entegresi içerisinde Faz kilitlemeli döngü (PLL) barındırmakla
birlikte veri haberleşmesi uygulamalarında kullanılırlar. Özellikle de FSK modem
uygulamalarında tercih edilmektedir. 4,5V tan 20V a geniş çalışma gerilimi aralığı
98
vardır. 0,01Hz ile 300kHz arasında çalışma frekans aralığı vardır. Giriş hassasiyeti
2mV kadardır.
XR-2211 içinde bir giriş ön yükselteci, PLL (Faz Kilitlemeli Döngü), katlama türü
faz dedektör ve gerilim kontrollü osilatör (VCO) bulunmaktadır. Alınan sinyallerin
tam olarak dönüştürülebilmesi için eleman değerlerinin iyi ayarlanması gerekir.
Katlama türü faz dedektörü, sayısal mutlak “veya” kapısı vazifesi görür.
Faz
dedektörünün filtrelenmemiş çıkışı, giriş ile VCO’ nun çıkışının fark ve toplam
frekanslarını içerir. Faz dedektörünün çıkışı filtrelenince “toplam” frekans bileşeni
kesilir, fark bileşeni (dc bileşen) ise VCO’ yu sürmek üzere filtreden geçirilir. VCO
giriş akımı anma değeri ( ) toprağa bağlı bir direnç (
dedektörü ile arasındaki bir direnç (
) ile, sürücü akımı ise, faz
) ile ayarlanan, gerçekte akım kontrollü bir
osilatördür.
XR-2211’ in diğer bölümleri, VCO’ nun orta frekansının üstüne mi yoksa altına mı
sürüldüğünü belirlemede (FSK karşılaştırıcı) ve ana PLL’ in kilitleme yaptığını
göstermek üzere hem aktif yüksek hem de aktif alçak çıkışlar üretmede faz dedektörü
ve kilit dedektör kullanılır [72].
FSK demodülatör ve hesaplamaları
Şekil 5. 19. FSK demodülatör devresi
99
Şekil 5.19’deki demodülatör devresinde, FSK kod çözümünde R0 ve C 0 PLL orta
frekansını belirler. R1 sistemin band genişliğini belirler. C1 ise döngü filtresinin
zaman sabitini ve döngü sönümünü belirler. C F ve R F , FSK veri çıkışı için tek
kutuplu demodülasyon sonrası filtreyi oluştururlar. R B direnci çıkış mantık durumları
arasındaki hızlı geçişi gerçekleştirmek üzere, FSK karşılaştırıcı üzerine ön gerilim
uygular.
Tasarımda R0 dışındaki tüm değerler en yakın değere yuvarlanabilir. R0 direncine
seri bağlı bir trimpot ile hassasiyet ayarı yapılmalıdır. Tasarımda C bandında
haberleşme yapmak amacıyla;
seçtiğimizde;
FSK sinyallerinin kodu çözülürken düşük giriş frekansında FSK veri çıkışı “1”,
yüksek giriş frekansında ise FSK veri çıkışı “0” olur.
PLL merkez frekansı ; f 0 
f1  f 2
2
(5.17)
Çizelge 5. 2. Demodülatör devresi özellikleri ve parametreleri
f0 
f1  f 2
 130KHz
2
  0,5
Baud rate=300
R f  5R1  406KΩ
Rb  5R f  2MΩ
C0 
1
 615pf
Rt f 0
Rsum 
C1 
( R f  R1 ) Rb
( R1  R f  Rb )
 391KΩ
Cf 
0.25
 2μF
( Rsum .Baudrate)
1250C0
 38pF
R1 2
Demodülatör devresi için gerekli eleman değerleri Çizelge 5.2.’de hesaplanmıştır.
100
C1 kondansatörü Loop damping yani PLL de istenmeyen frekans bileşenlerini
sönümlendirme görevi görür. Normalde sönümlendirme (damping) faktörü   0,5
seçilir.
Filtre direnci ve kapasitesi hesaplandığında da;
300 baud haberleşme için; C f 
Cf 
0,25
( Rsum.  Baudrate )
(5.18)
0,25
0,25

 2nf
391K  300 391000  300
5.2.4. Sinyalin FSK modülasyonlu olarak hatta uygulanması
Şekil 5.20’de blok diyagramda görüldüğü gibi verici sistem altı ayrı üniteden
oluşmaktadır. Mikrodenetleyici ile gönderilen 300 baud hızındaki seri dijital bilgi
FSK modülatör ile frekansa çevrilip band geçiren filtre ile harmonik sinyaller
bastırılıp amplifikatör tarafından yükseltilerek kublaj devresi üzerinden enerji hattına
uygulanmaktadır.
Şekil 5. 20. Tasarlanan verici devre blok şeması
Şekil 5.21’de verici devresinin çıkışından elde edilen yani hatta uygulanan sinyal
görülmektedir. Sinyal genliği 11,5V olup frekansı 120kHz olan sayısal “1” bilgisidir.
101
Şekil 5. 21. Enerji hattı bağlı iken push-pull amplifikatör çıkış sinyali
Sinyal Amplifikatörü
Verici sistemde Aktif filtre çıkışında sinyal tamamen sinus olup opamp çıkışı fazla
akım veremeyeceğinden sinyalin opamp çıkışında yükseltilip trafo üzerinden hatta
verilmesi gerekmektedir. Bu sebeple opamp çıkışına NPN ve PNP transistörlerden
oluşan push-pull yükselteç eklenmiştir. Burada push-pull yükselteç yapılmasının
sebebi sinus sinyalinin bozulmaya uğramadan sinüs olarak yükseltilmesi içindir.
Burada kullanılan amplifikatörün gücü hatta verilecek sinyalin gücü olduğundan
amplifikatör gücü önem arz etmektedir. Amplifikatör gücü ne kadar yüksek olursa
sinyalin hat boyunca gideceği mesafede artar ve zayıflama en aza indirgenir.
102
Şekil 5. 22. Push-Pull amplifikatör
Şekil 5. 23. Enerji hattı bağlı iken transformatör çıkışından ölçülen sinyal
Karşılıklı haberleştirilen FSK modülatör ve demodülatör sistemlerinde aradaki
bağlantı ayrıldı ve transformatör ve kondansatör kublajı üzerinden enerji hattına
bağlanmıştır.
103
Sistemin her fazda çalışabilmesi için her an veri gönderimi yapılmasının yanı sıra
fazlar arasında yüksek frekanslı sinyalin geçebilmesi, şebeke sinyaline ise yüksek
reaktans göstermesi amacıyla kondansatör şönt yapılmıştır. Bunun için 100nF-400V
iki kondansatör seri bağlanarak 800V’ a kadar dayanabilmesi sağlanmıştır.
Şekil 5. 24. Fazlar arasının kondansatör ile şöntlenmesi
Resim 5.8 ve Resim 5.9’da tasarlanan verici ve alıcı sistemin fotoğrafları
gösterilmiştir.
104
Resim 5. 8. Tasarlanan verici sistem
5.2.5. Sinyalin enerji hattından alınması
Sinyalin enerji hattından alınması Şekil 5.25’te görüldüğü gibi kublaj devresi, band
geçiren filtre, FSK demodülatör ile dijital olarak gerçekleştirilir ve mikrodenetleyici
ile demodülatörden seri bilgi olarak alınır.
105
Şekil 5. 25. Sinyalin hattan alınması
Şekil 5. 26. Enerji hatlarından haberleşen mesaj gönderme sisteminin genel yapısı
Enerji hattından yapılan haberleşmenin uygulaması olarak sisteme LCD ve klavye
eklenerek klavyeden girilen karakterler LCD de gözlemlenirken aynı zamanda da
enerji hattı üzerinden alıcı sisteme de gönderilmiştir. Alıcı sistem ekranında aynı
karakterler gözlemlenmiştir. Böylelikle enerji hatları üzerinden mesajlaşma
uygulaması yapılmıştır.
106
Resim 5. 9. Tasarlanan alıcı sistem
5.2.6. Band geçiren aktif filtrenin tasarlanması
Yüksek geçiren ve Alçak geçiren filtrelerin birleşimi ile bant geçiren filtreler
oluşturulur. Burada amaç sadece istenen frekans aralığının geçirilmesi, istenmeyen
frekansların ise bastırılmasıdır. Yüksek geçiren filtrelerin transfer fonksiyonu “S” ise
alçak geçiren filtrenin de transfer fonksiyonu
1
olacaktır.
S
Şekil 5. 27. Bant geçiren aktif filtre değişkenleri
107
Filtrenin alt bant frekansını yüksek geçiren filtrenin kesim frekansı (
bant frekansını ise alçak geçiren filtrenin kesim frekansı (
), Filtrenin üst
) belirleyecektir.
Filtrelerin kesi frekanslarında 3dB lik bir kayıp vardır. Ve bant geçiren filtrenin bant
genişliği ;
(5.19)
Ve Q kalite faktörü 1 ise
.
(5.20)
Dolayısıyla filtrenin Q kalite faktörü Merkez frekansına ve Bant genişliğine bağlıdır.
(5.21)
1. dereceden alçak geçiren filtrenin ve 1. dereceden yüksek geçiren filtrenin
birleşmesi, 2. dereceden bant geçiren filtreyi oluşturur. Aynı şekilde 2. derecen alçak
geçiren ve 2. derecede yüksek geçiren filtrelerin birleşmesi de 4. dereceden bant
geçiren filtreyi oluşturur.
Bant geçiren filtrede transfer fonksiyonu;
A( S ) 
A0
1 S
ve S değiştirildiğinde =
1 
1
S  
 
S
(5.22)
Sonuç olarak 2. dereceden bant geçiren filtrenin genel transfer fonksiyonu;
A( S ) 
A0 ..S
1  S  S 2
(5.23)
Bant geçiren filtre tasarlanacağı zaman Q kalite faktörü, kazanç ve bant genişliği
dikkate alınması gereken önemli faktörlerdir. Bu sebeple transfer fonksiyonunda A0
yerine Q kalite faktörü ve Am kazanç cinsinden denklem tekrar yazılacak olursa;
108
A( S )
Am
.S
Q

1
1  .S  S 2
Q
(5.24)
denklemi elde edilir.
Aşağıdaki grafik bir bant geçiren filtrede Q kalite faktörünün önemini
göstermektedir.
Şekil 5. 28. Aktif filtre bode diyagramı ve Q faktörü
Şekil 5.28.’de görüldüğü gibi Q kalite faktörü yükseldikçe geçirilen bant aralığı
daralmaktadır. Bu sayede istenmeyen yakın değerdeki parazit sinyallerde bastırılmış
olur [73].
2.Dereceden Bant Geçiren Aktif Filtre Tasarımı
Şekilde 5.29’da 2. Dereceden Butterworth tipi band geçiren filtre devresi
görülmektedir.
109
Şekil 5. 29. 2.Derece bant giren aktif filtre
Şekilde 4.33.’te 2. derece aktif filtre görülmektedir. Filtreye ait transfer fonksiyonu:
R 2 R3
C m .S
R1  R3
A( s) 
2 R1R3
R1R 2 R3 2 2 2
1
C m .S 
C m S
R1  R3
R1  R3

(5.25)
Filtre merkez frekansı;
Fm 
1
2C
R1  R3
R1R 2 R3
(5.26)
Filtre Kazancı;
 Am 
R2
2 R1
(5.27)
Filtrenin Q kalite faktörü;
Q   .Fm.R2.C
Filtre Bant genişliği : Bw 
(5.28)
1
 .R 2.C
(5.29)
Görüldüğü gibi R3 direncinin bant genişliği ve kazanca bir etkisi yoktur. R3 direnci
sadece
merkez frekansını belirlemede etkilidir [73].
Bu filtrede R3 direnci olmadan filtre düşük Q kalite faktöründe çalışır. Bununla
birlikte filtre kazancı da Q kalite faktörüne bağımlıdır ve
110
 Am  2.Q 2
(5.30)
Haberleşmede FSK modülasyonu kullanılacağı için “0” sinyalinde 120kHz, “1”
sinyalinde ise 140kHz kullanılması uygun olacağından 130 kHz merkez frekanslı
Aktif Filtre tasarımının Gerçekleştirilmesi gerekmektedir.
Filtre Özellikleri
Merkez frekans
Bant Genişliği
= 130 kHz
=20kHz, Kazanç
=5
Kondansatör değerleri = 10nF ve Q=10 olsun Verilenlere göre; Çizelge 5.3.’te
değerler hesaplanmıştır.
Çizelge 5. 3. Filtre özellikleri ve parametreleri
Bant Genişliği
Kazanç
Kalite Faktörü
f0  130KHz
BW  20KHz
Am  5
Q=10
C1 ,..., C7  10nF
R1 
Merkez Frekans
R2
 227
2 Am
Burada filtrenin kalite faktörünün (Q=10) yüksek seçilmesi filtrenin 3dB zayıflatma
noktasından sonraki sinyalleri daha güçlü şekilde bastırmasını sağlar. Elde edilen
hesaplamalar sonucu Şekil 5.30’ deki devre elde edilmiştir.
111
Şekil 5. 30. 130kHz bant geçiren aktif filtre kaskat bağlantı
5.2.7. Yükselteç devresinin tasarlanması
Enerji hattından alınan sinyal mesafeye göre oldukça zayıfladığı için sinyalin
yükseltilmesi zorunlu hale gelmiştir. Bu sebeple yüksek frekansta çalışan opamp ile
eviren yükselteç devresi tasarlanmış ve kazancı 100 yapılmıştır. Burada opamp’ın
negatif besleme kullanılmadan çalışabilmesi için + girişi Vcc/2 olarak ayarlanmıştır.
Şekil 5.31’de tasarlanan yükselteç devresi görülmektedir. Burada kullanılan LF353
band genişliği yüksek kararlı bir opamptır.
112
Şekil 5. 31. LF353 ile yapılan eviren yükselteç
5.2.8. Tasarlanan sistem üstünlükleri
Bir ürün içerisinde gömülü olmayıp (Yeni nesil enerji hatlarından haberleşen
modemler), tamamen kendine özgüdür. Her türlü veri gönderim ve alımında
kullanılabilir.

Hazır bir powerline entegre kullanılmadığı için yazılım geliştirilmesi ve
denetim ile her türlü gelişime açıktır.

Mevcut powerline entegrelerine göre komple sistem maliyeti oldukça
düşüktür.

Tasarlanan sitemde dijital veriler paketler halinde gönderilebildiğinden veri
sınırı yoktur ve her türlü uygulamaya adapte edilebilir.

Sistemin enerji hatlarına bağlı yüklerden etkilenmesi ilk yapılan çalışmalara
göre oldukça azaltılmıştır.
113

Sistemin haberleşmesi enerji hattındaki gerilim veya frekansa bağımlı
olmadığından DA hatlarda da kullanılabilir, (Güneş panelleri ile haberleşme).

Sistem çeşitli hatlarda ve mesafelerde denenmiştir. Deneme ortamları;
a) 25 daireli 5 katlı bir apartmanda akşam saat 9 sıralarında denenmiş ve en
üst kat ile giriş kat arasında haberleşme sağlanmıştır.
b) Bir okul ortamında atelyeler arasında 150m mesafede denenmiş ve veri
iletişimi gerçekleştirilmiştir.
5.2.9. Sistemin uygulanabileceği alanlar
1- Bir binada zil tesisatı için her daireye ayrı kablo çekmek yerine, kablo
olmadan enerji hattından zil tesisatının çalıştırılabilir.
2- Enerji hattı üzerinden mesajlaşma yapılarak gelişmiş bir çağrı sistemi
tasarlanabilir.
3- Alarm devrelerinde sensörler enerji hattı üzerinden çalıştırılarak her sensöre
kablo çekme zorunluluğu ortadan kaldırılabilir.
4- Akıllı ev otomasyonu olarak tek bir noktadan her türlü aygıt kontrolü enerji
hatları üzerinden sağlanabilir.
5- Güneş enerji panellerinde panel verileri mevcut güneş paneli kabloları
üzerinden alınabilir.
6- Motor denetim ve kontrollerinin mevcut enerji kabloları üzerinden
gerçekleştirilmesinde kullanılabilir.
114
5.3. Basit Donanım ile Programsal Olarak Haberleşen Sistem Tasarımı
Önceki bölümlerde yapılan çalışmalarda hatta bağlı yük durumlarına göre
haberleşme frekansının etkisinin ne kadar önemli olduğu anlaşılmıştır. Bu sebeple
haberleşme frekansının değiştirilebilir yapılabilmesi oldukça önemlidir. Bu
çalışmada verici tarafta haberleşme frekansı değişken yapılıp alıcı tarafta da
ayarlanan
frekansta
alma
yapılacak
ve
farklı
frekanslarda
haberleşme
gerçekleştirilecektir.
Haberleşmenin farklı frekanslarda yapılması için önceden kullandığımız verici
taraftaki FSK modülatör ve Alıcı taraftaki FSK demodülatör devrelerinde frekansın
değişmesi durumunda bütün eleman değerleri değişeceğinden veri gönderim ve
alımının tamamen programsal olarak yapılması üzerinde durulacaktır. Bu sayede
hem donanımlar en aza inecek hem de sistem görünüm daha basite indirgenecektir.
Asıl haberleşme mikrodenetleyici içerisine yazılacak yazılım ile gerçekleştirilecektir.
Donanımda FSK modülatör ve demodülatör devreleri kaldırıldığında son olarak
enerji hattında hem veri gönderen hem de veri alan sistem bloğu Şekil 5.32’ deki gibi
olacaktır.
Şekil 5. 32. Alıcı ve verici ünite basitleştirilmiş blok diyagram
115
Şekil 5.32’ te görüldüğü gibi sistem hem alma hem de gönderme yapabilecek şekilde
tasarlanacaktır. Alma ve gönderme ayrı ayrı da yapılabilir. Bu durumda donanım
daha basit hale gelecektir.
Bu tasarımda FSK modem haberleşme donanımları iptal edildiği için haberleşmede
“1” dijital verisi gönderilirken belirli frekansta ve uzunlukta sinyal gönderilecek, “0”
dijital verisi için belirlenen frekansta uzunluğu kısaltılarak sinyal gönderilecektir.
Alıcı tarafta ise mikrodenetleyici gelen veri uzunluklarını hesaplayıp verinin dijital
“1” mi yoksa “0” mı olduğuna karar verip çözme işlemini gerçekleştirecektir.
Bu çalışmada, sistemin 50kHz, 100kHz, 150kHz, 200kHz ve 250kHz frekanslarda
haberleşme yapabilecek şekilde tasarlanması amaçlanmıştır. Bu sebeple öncelikle bu
frekansların kare dalga olarak mikrodenetleyici de üretilmesi gerekmektedir. Burada
işlemcinin çalışma frekansı, komut işleme hızı, programdaki komut satırının ne kadar
süre harcadığı çok önemlidir. 250kHz’e kadar yüksek frekansları üretmek için de
mikrodenetleyicinin maksimum osilatör frekansında çalıştırılması daha doğru
olacaktır. Bu sebeple kristal frekansı 20MHz seçilmiştir.
5.3.1. PIC mikrodenetleyicilerde işlem saykılı
Öncelikle farklı frekansların oluşturulabilmesi için programsal olarak kurulacak
döngünün ne kadar süre harcadığının hesaplanması gerekir. Bu nedenle kullanılan
kristal frekansında komut işleme süresinin bilinmesi gerekir.
PIC mikrodenetleyicilerde program işletilirken kullanılan osilatör frekansının ¼’
ünde işlem gerçekleştirilir. Yani;
İşlemfrekansı 
OsilatörFrekansı
4
Bu durumda 20Mhz bir kristal kullanılırsa; İşlemfrekansı 
(5.31)
20MHz
 5MHz
4
116
İşlemsaykılı 
1
1

 0,2ns
f 5MHz
(5.32)
olur.
5.3.2 Verici sisteme ait sinyallerin oluşturulması
Mikrodenetleyici ile istenilen frekanslı kare dalga sinyalin üretilebilmesi için port
“1” seviyesine çıkarılmakta ve belirli bir gecikmeden sonra “0” seviyesine inmekte
ve tekrar gecikme sağlanarak döngü içinde bu çalışma sürekli tekrarlatılmaktadır.
Döngü ile oluşturulan bu kare dalga sinyalin frekansı döngüde kullanılan
gecikmelere bağlıdır. Örneğin her iki gecikme değeri 2 olduğunda üretilen frekans
255kHz olmaktadır. Gecikme değerinin biri 3 yapılırsa sinyal frekansı 250kHz
olmaktadır. Bu şekilde her frekans için bu değerler simülasyon programında
denenerek gecikme değerleri bulunmuş ve tablo 3.1’ de verilmiştir.
Program yazımı CCS C dilinde gerçekleştirilmiştir.
Kare dalga frekans oluşturan program parçası
output_high(pin_b0);
delay_cycles(gecikme1);
output_low(pin_b0);
delay_cycles(gecikme2);
}
Yukarıdaki program parçasında gecikme1=2 ve gecikme2=3 olduğunda yaklaşık
olarak toplamda 20 saykıllık işlem yapılmaktadır. 1 saykıl 0.2 ns olduğuna göre
Peryod  20 x0.2  4sn
Frekans 
1
1

 250kHz
T 4sn
Çizelge 5.4’te her frekans için gecikme değerlerinin ne olması gerektiği uygulama
yapılarak bulunmuştur.
117
Çizelge 5. 4. Farklı frekanslara göre bulunan gecikme değerleri
250kHz
200kHz
150kHz
100kHz
50kHZ
Gecikme1
2
5
9
15
40
Gecikme2
3
5
10
20
45
Örneğin gecikme değerleri 5 yapıldığında toplamda yaklaşık olarak 25 saykıl işlem
yapılmaktadır. 1 saykıl 0.2 ns olduğuna göre
Peryod  25x0,2  5sn
Frekans 
1
1

 200kHz
T 5sn
5.3.3. Haberleşme standardının oluşturulması
Sayısal
haberleşmenin
tek
hattan
yapılması
durumunda
radyo
frekans
haberleşmesinde veya infrared haberleşmede kullanılan haberleşme standartları
incelendiğinde bu çalışma içinde şu şekilde haberleşme standardı geliştirilmiştir.
Buna göre verinin hattan yollanmasında öncelikle yüksek frekanstan oluşan uzun
zamanlı bir “start” sinyali tanımlanmalı, sonra “dijital 1” ve “dijital 0” bilgisi içinde
ayrı ayrı sinyal uzunlukları tanımlanmalıdır. Şekil 5.33’ te haberleşmede kullanılacak
sinyaller görülmektedir.
118
Şekil 5. 33. Haberleşmede kullanılacak bit’ler ve uzunlukları
Kullanılacak frekanslar için start sinyalinin oluşturulması
Şekil 5. 34. Start bilgisi
Tanımlanan start bilgisindeki frekans uzunluğu 1200uS olacak şekilde Çizelge 5.5’te
her frekansta 1200uS uzunluğu elde edebilmek için elde edilen frekanslı kare dalga
sinyalin kaç adet uygulanması gerektiği hesaplanmıştır.
Çizelge 5. 5. START sinyalinin frekanslara göre süre ve adetleri
Frekanslar
Frekanslara
ait
periyodlar(uS)
1200uS
boyunca
gönderilecek saykıl
sayısı
250kHz
200kHz
150kHz
100kHz
50kHz
1/250kHz
1/200kHz
1/150kHz
1/100kHz
1/50kHz
4
5
6,8
10
20
1200/4=
1200/5
1200/6,8=
1200/10=
1200/20=
300 adet
240 adet
180 adet
120 adet
60 adet
=
119
Start sinyalini oluşturan program
Start sinyaline ait oluşturulan program parçası aşağıda görülmektedir. Programda ilk
başta 1200uS’lik istenilen frekanslı kare dalga sinyal gönderimi için bu sinyalin kaç
adet gönderileceği Çizelge 4.4’ e göre saykilsayisi adlı değişkene yüklenmektedir.
Örneğin 50kHz sinyalin peryodu 20µs dir. Aşağıdaki program satırında 60 defa
20µs’lik 50kHz frekanslı kare dalga sinyali uygulanmaktadır. Toplamda 1200µs’lik
uzunluğa karşılık gelir.
Program başında değişkenlere;
Saykilsayisi=60;Gecikme1=16;Gecikme2=20
Değerleri yüklenir ve start alt programı çalıştırılırsa 50kHZ sinyale ait start sinyali
üretilmiş olur.
Start sinyali programı;
void Start()
{for(i=1;i<=saykilsayisi;i++)
{output_high(pin_b0);delay_cycles(gecikme1);output_low(pin_b0);
delay_cycles(gecikme2)}
delay_us(300);}
Yukarıdaki program analiz edilirse;
50kHz sinyalin 60 kere yollanması ile oluşan peryod ‘u hesaplarsak;
120
Dijital “1” bilgisinin değişik frekanslar için oluşturulması
Şekil 5. 35. Dijital “1” bilgisi
Tanımlanan “Dijital 1” bilgisindeki frekans uzunluğu 500uS olacak şekilde çizelge
5.6’ da her frekansta 500uS uzunluğu elde edebilmek için elde edilen frekanslı kare
dalga sinyalin kaç adet uygulanması gerektiği hesaplanmıştır.
Çizelge 5. 6. Dijital “1” sinyalinin frekanslara göre süre ve adetleri
Frekanslar
250kHz
200kHz
150kHz
100kHz
50kHz
Frekanslara ait
1/250kHz
1/200kHz
1/150kHz
1/100kHz
1/50kHz
peryodlar(uS)
4
5
6,8
10
20
500/4
500/5
500/6,8
500/10
500/20
=125 adet
= 100 adet
= 73 adet
= 50 adet
= 25 adet
400uS boyunca
gönderilecek
saykıl sayısı
void yolla1()
{for(i=1;i<=saykilsayisi;i++)
{output_high(pin_b0);delay_cycles(gecikme1);output_low(pin_b0);
delay_cycles(gecikme2)}
delay_us(500);}
Program başında değişkenlere;
Saykilsayisi=25;Gecikme1=16;Gecikme2=20
Değerleri yüklenir ve yolla1() alt programı çalıştırılırsa 50kHZ sinyale ait “dijital 1”
sinyali üretilmiş olur.
121
Dijital “0” bilgisinin farklı frekanslarla oluşturulması
Şekil 5. 36. Dijital “0” bilgisi
Tanımlanan “Dijital 0” bilgisindeki frekans uzunluğu 250uS olacak şekilde çizelge
5.7’ de her frekansta 250uS uzunluğu elde edebilmek için elde edilen frekanslı kare
dalga sinyalin kaç adet uygulanması gerektiği hesaplanmıştır.
Çizelge 5. 7. Dijital “0” sinyalinin frekanslara göre süre ve adetleri
Frekanslar
250kHz
200kHz
150kHz
100kHz
50kHz
Frekanslara ait
1/250kHz
1/200kHz
1/150kHz
1/100kHz
1/50kHz
peryodlar(uS)
4
5
6,8
10
20
250/4
250/5
250/6.8
250/10
250/20
=62 adet
= 50 adet
= 36 adet
= 25 adet
= 12 adet
200uS boyunca
gönderilecek
saykıl sayısı
void yolla0()
{for(i=1;i<=saykilsayisi;i++)
{output_high(pin_b0);delay_cycles(gecikme1);output_low(pin_b0);
delay_cycles(gecikme2)}
delay_us(750);}
Program başında değişkenlere;
Saykilsayisi=25;Gecikme1=16;Gecikme2=20
Değerleri yüklenir ve yolla0() alt programı çalıştırılırsa 50kHZ sinyale ait “dijital 0”
sinyali üretilmiş olur.
122
Şekil 5. 37. Örnek olarak “9” dijital bilgisinin gönderilmesi ve simülasyonu
Verici tarafından 150kHz frekansta gönderilen “9” bilgisinin osilaskopta izlenmesi
Şekil 5.37’ deki gibidir. Burada Time/div ile dalga açıldığında belirli adetlerde
150kHz frekanslı kare dalga sinyalleri gözlemlenir.
5.3.4. Alıcı sistemde yazılım geliştirilmesi
Sistemde kublaj devresi üzerinden gelen sinyal filtre ve yükselteçten geçtikten sonra
mikrodenetleyici portuna girer. Mikrodenetleyici portu “1” seviyesine çıkar çıkmaz
1200uS boyunca değişim saydırılır. Örneğin 250kHz’ de değişim 300 taneye yakınsa
bu START sinyalidir. 300 adetten farklı ise program tekrar başa dönüp yine START
sinyalini bekler.
Alıcı sistemde verinin alınması için hazırlanan programın akış diyagramı Şekil
5.38’de gösterilmiştir.
123
“Start” bilgisinin kontrolü
BASLA
H
Port “1” e
çıktı mı?
E
TMR1 Zamanlayıcı
sayıcısını başlat
1200us bekle TMR1 i oku
50kHz=60
H
170<pulse<180
Aralığında mı?
100kHz=120
150kHz=180
E
200kHz=240
250kHz=300
VERI AL
Şekil 5. 38. START bilgisinin kontrol edilmesine ait program akış diyagramı
Alıcı taraftaki mikrodenetleyici portunun “1” e çıkmasını beklenmekte, port seviyesi
“1” olduğu anda TMR1 zamanlayıcı sayıcısını başlatarak “start” bilgisinin pulse
sinyalinin verildiği müddetçe yani 1200uS boyunca saydırılmaktadır. 1200uS
sonunda eğer değer 180 ile 170 aralığında ise (150kHz haberleşmede) bu “start”
sinyalidir ve program hemen veri alma rutinine dallanır. Sayılan pulse değerleri bu
sınırlar içinde değilse program başa giderek tekrar “start” sinyalini bekler.
124
1 ms uzunluğundaki veri dizisinin pulse değerlerini saydırma
Şekil 5.39’da 1 byte veri alımında her bit değerin uzunluklarını saymaya ve
kaydetmeye yarayan programa ait akış diyagramı görülmektedir. Programda her
dijital bit uzunluğu saydırılmakta ve 8 ayrı kaydedicide saklanmaktadır.
VERİ AL
300uS Bekle
Start sinyalinin
300uS lik “0”
bilgisi süresi.
TMR1 i sıfırla 500uS bekle
TMR1 i oku d1 e at
D1=TMR1
İlk Verinin pulse
sayısının
saydırılması
500 uS bekle
TMR1 i sıfırla 500uS bekle
TMR1 i oku d8 e at
D8=TMR1
Son Verinin pulse
sayısının
saydırılması
500 uS bekle
Dijital Veriyi oluştur
Şekil 5. 39. Start bitinden sonra 1ms uzunluğundaki bitlerin saykıl sayılarının tespiti
125
Start bitinin 300uS lik sıfır süresinden hemen sonra 1ms aralıklarla 8 ayrı pulse sayısı
gelmektedir. Bu 1ms sürenin ilk 500uS değerinde pulse sinyalleri gönderilmekte son
500uS değerinde ise “0” gönderilmektedir. Dolayısıyla ilk 500uS boyunca TMR1
saydırılıp pulse değerleri ayrı ayrı “Dn” kaydedicilerine kaydedilir.
Pulse değerlerine göre dijital verinin elde edilmesi
Şekil 5.40’da her bit’e ait uzunlukların kaydedildiği kaydedicilerdeki pulse sayılarına
göre verinin dijitale çevrilmesine ait programın akış diyagramı görülmektedir.
Dijital Veriyi oluştur
D1>=50 ?
Veri.0=0
Veri.0=1
D8>=50 ?
Veri.7=0
Veri.7=1
BASLA
Şekil 5. 40. Saykıl uzunluklarına göre “1” ve “0” dijital bilgilerinin elde edilmesi
akış diyagramı
126
Her 1ms’lik periyoddaki pulse sayıları d1-d8 arası kaydedicilere yüklendikten sonra
pulse sayıları dikkate alınarak verinin “1” veya “0” olduğuna karar verilir. Örneğin
150kHz frekanslı sinyalde Çizelge 5.6 ve Çizelge 5.7’deki verilenlere göre 500uS
boyunca “1” bilgisi için 73 pulse, “0” bilgisi için 36 pulse yollanmaktadır. Bu
durumda ;
Pulse sayısı>=50 ise Veri = “1”
Pulse sayısı<50 ise Veri = “0”
Mantıksal denklemini yazmak doğru olacaktır.
D1 den d8 e kadar pulse değerleri tek tek eşitlikteki gibi sorgulanarak “veri” adlı
kaydedicinin ilgili bitleri “1” veya “0” yapılarak dijital veri elde edilir. Şekil 5.41’de
yazılan programlar simülasyonda çalıştırılmıştır.
Şekil 5. 41. Alıcı ve Verici Programının ISIS programında denenmesi
5.3.5. Alıcı için filtre tasarım programında filtre tasarımı
Enerji hattından yüksek frekanslı sinyalin temiz bir şekilde gürültü sinyallerinden
arındırılmış olarak alınabilmesi için band geçiren filtre kullanılması yeterli iken
127
frekans aralığının geniş ve değişken olduğu bu çalışmada minimum 50kHz kesim
frekansına sahip yüksek geçiren filtre (High-Pass Filter) tasarlama ihtiyacı
doğmuştur.
Filtre tasarımını kolaylaştırmak için Texas
Instruments firmasının FilterPro
Version 2.00.00.17 programı kullanılmıştır. Bu sayede istenilen filre özelliklerine
göre hızlı ve kolay filtre tasarımı gerçekleştirilmektedir.
Şekil 5.42(a)’ daki giriş ekranında tasarlanacak filtre tipi, frekans ve kazanç bilgileri
programa girildiğinde Şekil 5.42(b)’ de filtreye ait bode diyagramı, Şekil 5.43’te
devre şeması otomatik olarak sağlanmaktadır.
Şekil 5. 42. Filter Pro programında; a) Filtre özelliklerinin girilmesi b) filtrenin
frekans eğrisinin çizdirilmesi
Şekil 5. 43. Filter Pro programı tarafından tasarlanan filtre devresi
128
5.3.6. ISIS programında tasarlanan filtrenin simülasyonu
Şekil 5.44’ te görüldüğü gibi filtre ISIS programında çizilmiş ve simülasyonu
gerçekleştirilerek Şekil 5.45’te görüldüğü gibi bode diyagramı çizdirilmiştir.
Simülasyonda örnek olarak 10kHZ ve 150kHz frekanslı sinyaller filtre girişine
uygulanmış ve filtrenin bu sinyallere gösterdiği tepki Şekil 5.46 ve Şekil 5.47’ de
gösterilmiştir.
Şekil 5. 44. ISIS programında filtrenin kurulması
Şekil 5. 45. ISIS programında filtrenin frekans eğrisinin simülasyonu
129
Şekil 5. 46. 150kHz giriş sinyaline göre çıkış sinyali
Şekil 5. 47. 10kHz giriş sinyaline göre çıkış sinyali
Tasarlanan sistem kurulmuş ve bir ev içerisinde en uzak odalar arasında dijital veri
haberleşmesi yapılmış ve Resim 5.10’da görüldüğü gibi “9” dijital verisine ait
haberleşme sinyalleri osilaskop ile gözlemlenmiştir.
Şekil 5.48’de verici sisteme ait devre şeması, Şekil 5.49’da ise alıcı sisteme ait devre
şeması görülmektedir.
130
Resim 5. 10. Alıcı ve verici devrenin birlikte denenmesi. (Mesafe=40m)
Şekil 5. 48. Tasarlanan verici devre sinyal gönderme bölümü
Şekil 5. 49. Tasarlanan alıcı devre sinyal alma bölümü
Sonuç olarak Şekil 5.48 ve Şekil 5.49’deki alıcı ve verici devreleri kurulup
mikrodenetleyiciler ile haberleştirilmiş ve sistem enerji hattında denenmiştir. İlk
olarak 8 bitlik sabit 9 verisi (binary - 00001001) verici tarafından belirli zaman
aralıklarında gönderilmiş, alıcı ise bu veriyi alıp LCD ekranda göstermiştir. Alıcı ve
verici sistem 40m mesafeden haberleştirilmiştir. Şekil 5.50 ve Şekil 5.51’de verici
131
tarafından gönderilen ve alıcı tarafından devrelere bağlanan osilaskop ile “9”
bilgisine ait sinyaller görülmektedir.
Şekil 5. 50. Verici tarafta kublaj transformatörüne verilen 150kHz dijital 9 bilgisi
Şekil 5. 51. Alıcı tarafta 40m mesafeden kublaj transformatörü çıkışından alınan
bilgi. (150kHz-dijital 9)
132
Alıcı taraftan alınan dijital “0” bitine ait sinyaller Şekil 5.52’de görülmektedir.
150kHz frekansta “0” bilgisine ait sinyal değişim sayısı 1ms lik zamanda toplam
36’dır. Dolayısıyla alıcı tarafta port seviyesi “1” olduğu anda 500ms boyunca
değişimler saydırılır. Değişim 33-36 aralığında ise dijital “0” olduğuna karar verilir.
Şekil 5.53.’te ise dijital “0” bilgisinin yatayda açılmış hali görülmektedir.
Alıcı ve verici sisteme ait yapılan uygulamalar Resim 5.11 ve 5.12’de görülmektedir.
İlk uygulama olarak verici sistem üzerindeki butonlar ile enerji hattı üzerinden lamba
kontrolü gerçekleştirilmiştir.
Şekil 5. 52. Dijital “0” bilgisi
133
Şekil 5. 53. Alıcı tarafta alınan dijital “0” bilgisinin açılımı
Resim 5. 11. Verici devresi
134
Resim 5. 12. Alıcı devresi ve lamba kontrolü
5.3.7. Tasarlanan sistemin uygulanması
Tasarlanan sistem uygulama olarak katı yakıt ısıtma kazanında kömürün yanmasını
sağlayan kazan içine hava akımı gönderen fan motorunun evden alınan ısı değerine
göre kontrol edilmesi için uygulanmıştır. Burada amaç ev ısısının yeterli seviyeye
gelmesi ile kazana hava sağlayan motorun durdurulmasıdır. Klasik uygulamalarda ev
ısısı kontrol edilmeden motor sürekli çalışarak kazan içine hava sağlar ve kömürün
yanması sağlanır. Bu hava motorun sürekli çalışması ile kazana sürekli hava verilir
ve kömürün yanma süresi kısalır. Böylelikle daha fazla kömür kullanılır.
Uygulanan sistem ile ev içindeki ısı değeri ölçülüp enerji hattı üzerinden kazan
dairesine gönderilmekte, alınan ısı değerine göre kazana hava sağlayan fan
motorunun kontrolü sağlanmaktadır. Bu şekilde kömür sarfiyatı minimuma
indirilmiştir.
135
Resim 5. 13. Kazan dairesine uygulanan alıcı ve ısı gönderen sistem
136
5.3.8. Uygulamaların karşılaştırılması
Çizelge 5. 8. Yapılan uygulamaların ve powerline modemin karşılaştırılması
Fiyat
Hız
Frekans
Haberleşme
Test edilen
Mesafe
Malzeme
durumu
Uygulama 1
ASK
Uygulama 2
FSK
Uygulama 3
Değişken
frekanslı basit
donanımlı
CYPRESS
CY3272
Powerline
Modem
25 TL
40 TL
30 TL
450 TL
Çok yavaş
9600 baud
1200 baud
9600 baud
140kHz
120-140 kHz
60-250kHz
100-120 kHz
Tek faz
3 faz
3 faz
3 faz
100m
200m
150m
150m
Kolay
Kolay
Kolay
Özel
bulunabilir
bulunabilir
bulunabilir
malzemeler
Yapılan uygulamalar ve hazır alınarak kullanılıp test edilen powerline modem
Çizelge 5.8’ de karşılaştırılmıştır.
Tez çalışmasında yapılan uygulamaların en büyük üstünlüğü oldukça düşük
maliyetle elde edilmesidir. Haberleşme mesafesi olarak FSK uygulamasında üstünlük
sağlanmıştır. Bu uygulamalarda kullanılan malzemeler piyasada kolay bulunan düşük
maliyetli malzemelerdir.
137
6. SONUÇ VE ÖNERİLER
Enerji hattı üzerinden haberleşmede hattın farklı frekanslara karşı gösterdiği
empedansı belirleyebilmek için ölçümler yapılmış ve ölçüm sonuçlarına göre farklı
frekanslarda empedans hesaplanıp hattın frekans-empedans grafiği oluşturulmuştur.
Ayrıca hatta uygulanan sinyalin frekansının etkisinin ne derece olduğu anlamaya
çalışılmış bu sebeple hatta sabit mesafede 60-600kHz frekans aralığında sinyaller
uygulanarak ölçümler gerçekleştirilmiştir. Ölçüm sonuçları Phytia programı ile
değerlendirilmiş ve YSA modeli çıkarılmıştır. Elde edilen model ve fermi
fonksiyonu vasıtasıyla istenilen uzunluktaki sinyal zayıflama değeri hesaplanmıştır.
Matlab Simulink programında yüksek frekanslı sinyal, yüksek geçiren LC filtre
üzerinden 50Hz frekanslı sinyal üzerine bindirilmiştir. Aynı zamanda yüksek geçiren
filtre ile tekrar yüksek frekanslı sinyal elde edilerek simülasyon gerçekleştirilmiştir.
Enerji hatları üzerinden haberleşmeyi gerçekleştirmek amacıyla öncelikle fazın sıfır
geçişinden faydalanılarak hatta kare dalga sinyal verilmiş ve alıcı tarafta da sıfır
geçiş anlarında sinyalin varlığı veya yokluğu kontrol edilerek haberleşme
gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma bir ev içerisinde oda ısısının istenen noktadan
okunması için gerçekleştirilmiş ve uygulanmıştır.
Sadece bir faza bağımlılığın ortadan kaldırılması ve sistemin her fazda da haberleşme
yapabilmesini sağlamak amacıyla FSK haberleşme kullanılmış, bunun için FSK
modülatör ve demodülatör devreleri tasarlanarak alıcı verici devrelerine eklenmiş ve
haberleşme her fazda FSK modülasyonlu olarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma
sonucunda vericiye klavye eklenmiş ve klavyeden yazılan karakterler enerji hattına
gönderilerek alıcıda bulunan LCD ekrandan karakterler gözlemlenmiştir.
Haberleşmenin daha kaliteli ve gürültü sinyallerinden bağımsız gerçekleştirilebilmesi
için filtre devreleri tasarlanıp simülasyonu gerçekleştirilmiş ve daha sonra sistem
üzerine eklenmiştir.
138
Son olarak FSK haberleşmesinde modülatör ve demodülatör devreleri kaldırılarak
haberleşme tamamen yazılımsal olarak gerçekleştirilmeye çalışılmış ve bir
haberleşme modeli geliştirilmiştir. Bu sayede az bir donanım ile basit temel bir alıcıverici devresi tasarlanmıştır ve haberleşme frekansı donanımdan bağımsız olarak
yazılımsal fonksiyonlarla kolayca değiştirilebilmiştir. Uygulama olarak uzaktaki bir
lambanın kontrol edilmesi sağlanmış daha sonra ısı bilgisi enerji hattından yollanıp
alıcı tarafta izlenmiştir.
Yapılan ölçümlere göre oluşturulan hat empedans grafiği, YSA modellemesi ve
gerçekleştirilen uygulamalar bundan sonra yapılacak çalışmalara ışık tutacaktır.
139
KAYNAKLAR
1. Kaspar, Z., “Power-Line Communication - Regulation Introduction, PL
Modem Implementation and Possible Application” , Motorola Czech Systems
Laboratories,10-17 (2003).
2. Anderson, J.B., "Digital Transmission Engineering", IEEE Press,123-129
(1998).
3. Proakis, J.G., "Digital Communications", McGraw-Hill, 87-90 (1995).
4. Brown, P., "Directional Coupling of High Frequency Signals onto Power
Networks",Proc. International Symposium on Power-line Communications
and its Applications, Essen, Germany, 290-296 (1997).
5. Brown, P., "Some Key Factors Influencing Data Transmission Rates in the
Power Line Environment when Utilising Carrier Frequencies above 1 MHz",
Proc.International Symposium on Power-line Communications and its
Applications, Tokyo, Japan, 124-132 (1998).
6. Fröroth, I., "More than Power Down the Line", Licentiate of Technology
Thesis, Department of Teleinformatics, Royal Institute of Technology,
Stockholm, Sweden, 56-65 (1999).
7. Lauder, D., Sun Y., "Modelling and Measurement of Radiated Emission
Characteristics of Power Line Communication Systems for Standards
Development",
Proc. 3rd International Symposium on Power-line
Communications and its Applications, Lancaster, UK, 140-149 (1999).
8. Richard, R., "A Pragmatic Approach to Setting Limits to Radiation from
Power Line Communication Systems", 3rd International Symposium on
Powerline Communications and its Applications, Lancaster, UK, 173-178
(1999).
9. Brown, P., Honary B., Yazdani J., "Power Line In-House Near & Far-field
Propagation Measurements and simulation”, 3rd International Symposium
on Power-Line Communications and its Applications, Lancaster, UK, 9-13
(1999).
10. Rensburg, P.A., Ferreria H., “Coupler winding ratio selection for effective
narrowband power-line communications”, IEE Trans. Power Deliv., 140-160
(2008).
140
11. Hooijen, O., "A Channel Model for the Low-Voltage Power-Line Channel",
International Symposium on Power-line Communications and its
Applications,Essen, Germany, 65-72 (1997).
12. MTC 30585 S-FSK PLC
Microelectronics,20-25 (1998).
Modem
Reference
Manual,
Alcatel
13. Kelly, G., “Home Automation: Past, Present &Future”, Trade Electronics
Australia, February,1-6 (1997).
14. Yıldız, M.,“Genişletilebilir ev güvenliği ve otomasyonu”, ElektrikElektronik Mühendisliği 11. Ulusal kongre fuarı, 35-40 (2005).
15. Osama, B. , Er L. , “Design of Broadband Coupling Circuits for Powerline
Communication” Communications Laboratory,Helsinki University of
Technology, 4-7 (2001).
16. Seok, B., Shin C., “Automatic repeat protocol for distribution automation
system through powerline communication”, Power Line Communications
and Its Applications, 2008. EEE International Symposium , 2-10 (2008)
17. Alzobik, Q., Al-Tavil I., “Design of Power-Line Communication System
(PLC) Using a PIC Microcontroller”, J. of Active and Passive Electronic
Devices book, 331–340 (2008).
18. Burroughs, J.,“Home Automation Using the PIC16F877A” , Microchip
Technology Inc., 1-8 (2002).
19. Kural, F., Şafak M., Yavuz E., ve “Alçak gerilim enerji hatlarının sayısal
iletişim için modellenmesi”, Hacettepe Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik
Mühendisliği Bölümü,Ankara , 4-7 (2003).
20. Karataş, P., Aksoy M., “Mikrodenetleyici Tabanlı Akıllı Ev otomasyonu”,
Çukurova Ünv. Elk.-Elkt. Müh Bölümü, Adana, 1-5 (2004)
21. Lebron, A., “An Analog Front-End for Powerline Communications”,
Graduate Department of Electrical and Computer Engineering University,
Toronto, 3-8 (2001).
22. Sutterlin, P., Downey W., “A power line communication tutorial challenges
and Technologies”, Echolon Corporation , 7-15 (2008).
23. Zhang, S. ,Zhao Li, “Design and Implementation of OFDM Modem for Low
Voltage Narrowband Powerline Communication”, International Conference
on Computer Science and Information Processing (CSIP),1-9 (2012).
141
24. Paruchiri, V., “Securing Powerline Communication”, Department of
Computer ScienceUniversity of Central Arkansas Conway,USA-IEE, 2-13
(2008).
25. Liuqing, Y., Rui C, Xilin C., “On the System Capacity of Relay-Aided
Powerline Communications”, IEEE International Symposium on Power
Line Communications and Its Applications, 162-166 (2011).
26. Harshard, V. ,Vamsi K. ,” Powerline Communication based Home
Automation and Electricity Distribution System”, IEEE International
Symposium on Power Line Communications and Its Applications, 97-103
(2011).
27. Emleh, A., Ferreira H., Snyders A., “Received Noise on Powerline
Communications where the In-Building Wiring Acts as an Antenna”, IEEE
Africon 2011 - The Falls Resort and Conference Centre, Livingstone,
Zambia, 13-15 (2011).
28. Mouly, M., Pautet B., "The GSM System for Mobile Communications", Cell
& Sys,22-29 (1992).
29. Ekşi, S., Özmen Y., Sonsuz K., Usta Ö., “Elektrik Dağıtım Şirketleri ile
Tüketiciler Arasında İki Yönlü Bilgi İletişimi”, Elektrik Mühendisliği
Bölümü, İTÜ, İstanbul, 22-30 (2003).
30. Horguchi, A., ”Perspective on Power Line Communications”, Mitsubishi
Electric, 109-110(2005).
31. Uzgören, F., “ İki İletkenli Transmisyon Hatları”, İ.T.Ü., İstanbul, 4-13
(1982)
32. Megla, G., “ Dezimeterwellentechnik”, Berliner Union, Stuttgart, 12-16
(1962).
33. Kaden, H., “Wirbelströme und Schirmung in der Nachrichtentechnik”,
Springer - Verlag, Berlin, Götingen, 10-17 (1959)
34. Riley, E. ve Acuna, V. “Transmission Systems, ABC of the Telephone”, vol.
8, 11-19 (1990).
35. Schmidt, H., “Theorie und Technik der Nachrichtenkabe”l, Dr. Alfred
Hüthing, Verlag, Heidelberg, 33-35 (1990).
36. Yılmaz G., “Simetrik haberleşme kablolarında birincil parametrelerin
frekansla değişiminin deneysel incelenmesi”, Uludağ Üniversitesi
Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 9, Sayı 2, 1-5 (2004).
142
37. Philipps, H., “Modelling of power line communication channels”, Institute
for Communications Technology Braunschweig Technical University, 7-11
(2002).
38. Nicholson, R., Malack A., “RF Impedance of Power Lines and Line
Impedance
Stabilization
Networks
in
Conducted
Interference
Measurements”, IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility, 3-8 (1973).
39. Özdemir, E., “Enerji İletim Hatları Üzerinden Haberleşme ve Veri İletimi”,
Yük.Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 53-55
(2003).
40. Michael, D., Rose F. “IEEE Guide for Power-Line Carrier Applications”,
American National Standards Institute ,13-27 (1992).
41. “T.E.İ.A.Ş T40 S RF( taşıyıcı) kullanım klavuzu”,T.E.İ.A.Ş. Akköprü PLC
Cihazı Üretim Merkezi , 2-11 (2003).
42. Aslan, G., “Enerji Hatları Haberleşmeciliği ve Modellenmesi”, Yüksek
Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 15-18
(2007).
43. Anderson, J.B., “Digital Transmission Engineering”, IEEE Press, 7 (1998).
44. Yolcu, M., Yavuz, A., “Enerji Sistemlerinde Radyo Frekans İşaretlerin Güç
Hatları Üzerinden Haberleşme ve Veri iletiminde Kullanılması”,Yüksek
Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 30-34
(2003).
45. CENELEC EN 50065-1 Europan Standarts, 1-22 (1991).
46. "PL3120 Powerline Smart Tranciever Data Book” , Echolon Corparation, 36, (2008).
47. Baiant, A., Cuntic, P., “Analysis of Modulation Methods for Data
Communications over the Low-voltage Grid”, Proceeding of the 7th
International Conference on Telecommunication , Zagreb, Croatia, 11-13
(2003).
48. Cristina, S., Amore, M., “Digital Analytical Method for Calculating Corona
Noise on HV Powerline Carrier Communication Channel”, IEEE Trans.on
Power Apparatus and Systems,104(4): 1018-1024 (1990).
49. Mujčıć, A., Suljanovıć, N., Zajc, M., Tasic, J.F., “Corona Noise on the 400kV
Overhead Powerline Measurements and Computer Modeling”, Electrical
Engineering, 86(2): 61-67 (2004).
143
50. Zimmermann, M., Dostert, K., “Analysis and Modelling of Impulse Noise in
Broad Band Powerline Communication”, IEEE Transactions on Consumer
Electronics ,249-258 (2002).
51. Hanson, J., “Timed Power Line Data Transmission”, M.Sc. thesis, University
of Saskatchewan, 47-53 (1997).
52. Dalby, A.B., “Signal Transmission on Power Lines; (Analysis of power line
circuits)”, Proc. 1997 International Symposium on Power-line
Communications and its Applications, Essen, Germany, 86-92 (1997).
53. Meng, H., Guan, Y.L., “Modeling and Analysis of Noise Effects on
Broadband Power-Line Communications”, IEEE Transactions on
Consumer Electronics, 249-258 (2002).
54. Eggimam, F., Senn W., Morf, K., “The Transmission Characteristics of
High- Voltage Lines at Carrier Frequencies”, BBC Brown Boveri, 6-10
(1998).
55. PL 3120,PL 3150,PL 3170, “Power Line Smart Transceiver Data
Book”,ECHOLON Company, 1-30 (2008).
56. YÜCEL, F. “Dar bandı Band Geçirn LC Filtreler” , PTT Araştırma
laboratuarı , 13-19 (2008).
57. Kugelstadt, T., “Active Filter Design Techniques” Texas Instrumens
Company , 16-25 (1991).
58. Öztemel, E., "Yapay Sinir Ağları", Papatya Yayıncılık, İstanbul, 30-40
(2003).
59. Sağıroğlu, Ş., Besdok, E., Erler, M.,. “Mühendislikte yapay zeka
uygulamaları-1: Yapay Sinir Ağları”, Ufuk Yayıncılık, Kayseri, 125-135
(2003).
60. Fausett, L., “Fundamentals of Neural Networks: Architectures, Algorithms,
and Applications”, Publisher Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall,
Inc. (1994).
61. Negnevitsky, M., “Artificial Intelligence”, Addison-Wesley, (2005).
62. Çağlar, M.F., “Yapay Sinir Ağı İle Smith Ağı Modeli”, Doktora Tezi, Yıldız
Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 43-60 (2007).
63. Fausett, L. "Fundamentals of Neural Networks : Architectures, Algorithms
and Applications", Pearson Education, USA, 3-5 (2006).
144
64. Spall, J., “A neural network controller for treatment”, IEEE Trans Syst, Man
Cybernet Part B: Cybernet, 27: 369–375 (1997).
65. Noğay, H.S ,”Üç Fazlı Kafesli Asenkron Motorlarda Toplam Harmonik
Distorsiyonunun Yapay Sinir Ağları Yöntemi Kullanılarak Saptanması”,
Doktora Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul , 1-33
(2008).
66. Korkmaz, F., “Asenkron Motorun Yapay Sinir Ağı Tabanlı Doğrudan
Moment Denetimi Yöntemi ile Hız Denetimi”, Doktora Tezi, Gazi
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara , 54-70 (2011).
67. Lüy, M., "Yapay Sinir Ağlarının Modellemesi Yapılan Termik Santralde
Uygulanması", Doktora Tezi, Kırıkkale Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, Kırıkkale, 66-89 (2009).
68. Taş, Ü., “Fizyolojik Sistemlerin Yapay Zekâ Teknikleri Kullanılarak
Modellenmesi Ve Kontrolü İçin Eğitim Amaçlı Bir Simülatör Tasarımı”,
Doktora Tezi, 10-13, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,
İstanbul (2009).
69. Chen, S., “Forecasting tourist arrivals by using the adaptive networkbased
fuzzy inference system”, Expert Systems with Applications, (2009).
70. Wayne, TOMASI, “Elektronik İletişim Teknikleri”, MEB Yayınları, 35-140
(1994).
71. XR-2211,XR-2206 FSK
Exar.company, (2001).
modulator,
demodulator
pdf
document,
72. Texas Instruments, Chapter 16, “Active filter design techniques”, Literature
number: SLOD006A , Texas Instruments Company ,(2004).
145
EKLER
146
EK-1. ASK uygulamasına ait devre çizim ve programları
147
EK-1. (Devam) ASK uygulamasına ait devre çizim ve programları
ASK uygulaması verici devresine ait Proton Basic dilinde yazılan program:
DEVICE 16f628
XTAL 20
CMCON=07
TRISB=%10000111
PORTB=%00000000
Trisa=%00000000
porta=0
dim k as byte ; kaydedici tanimlamalari
dim say as byte
dim sebeke as portb.7;port tanimlamalari
dim ledd as porta.0
dim ledd1 as porta.1
dim but1 as portb.0
dim but2 as portb.1
dim but2 as portb.2
LEDd=1:DELAYMS 500:LEDd1=0:DELAYMS 500
LEDd=1:DELAYMS 500:LEDd1=0:DELAYMS 500
LEDd=1:DELAYMS 500:LEDd1=0:DELAYMS 500
calis:;butonlarin kontrol edilmesi
if but1=0 then goto gonder1
if but2=0 then goto gonder2
if but3=0 then goto gonder3
delayms 5
goto calis
148
EK-1. (Devam) ASK uygulamasına ait devre çizim ve programları
gonder1:
LEDd=1:DELAYMS 500:LEDd=0:DELAYMS 500
for say=1 to 5
call yolla1 ;11111111100111 verisinin yollanmasi
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla0
call yolla0
call yolla1
call yolla1
call yolla1
next say
goto calis
gonder2:
LEDd1=1:DELAYMS 500:LEDd1=0:DELAYMS 500
for say=1 to 5
call yolla1;111111111000111 verisinin yollanmasi
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1:call yolla1
149
EK-1. (Devam) ASK uygulamasına ait devre çizim ve programları
call yolla1
call yolla0
call yolla0
call yolla0
call yolla1
call yolla1
next say
goto calis
gonder3:
LEDd1=1:ledd=1:DELAYMS 500:LEDd1=0:ledd=0:DELAYMS 500
for say=1 to 5
call yolla1 ;11111111100001 verisinin yollanmasi
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla1
call yolla0
call yolla0
call yolla0
call yolla0
call yolla1
next say
goto calis
yolla1:
sifiradus:delayus 1 ;sifir gecis ani kontrol ediliyor
150
EK-1. (Devam) ASK uygulamasına ait devre çizim ve programları
if sebeke=1 then sifiradus
tara:
birbekle:delayus 1
if sebeke=0 then birbekle
for k=1 to 200 ;sifir gecis aninda 200 adet 140kHz kare dalga uygulaniyor
portb.6=1:delayus 2:portb.6=0:delayus 5
next k
sifirbek:delayus 1
if sebeke=1 then sifirbek
return
yolla0: ;sifir gecis ani kontrol ediliyor
sifiradus0:delayus 1
if sebeke=1 then sifiradus0
birbekle0:delayus 1
if sebeke=0 then birbekle0
for k=1 to 200 ; sifir gecis aninda 0 verisi uygulaniyor
portb.6=0:delayus 2:portb.6=0:delayus 5
next k
sifirbek0:delayus 1
if sebeke=1 then sifirbek0
return
goto tara
end
151
EK-1. (Devam) ASK uygulamasına ait devre çizim ve programları
ASK uygulaması alıcı devresine ait Proton Basic dilinde yazılan program:
DEVICE 16f628
XTAL 20
CMCON=07
TRISB=%10010000
TRISa=%00000000
PORTB=%00000000
PORTa=%00000000
declare lcd_dtpin portb.0 ;LCD tanimlamalari
declare lcd_rspin porta.2
declare lcd_enpin porta.3
dim sebeke as portb.7
dim ledd1 as porta.1
dim ledd2 as porta.0
dim ledd3 as portb.6
dim signal as portb.4
dim buzzer as portb.5
dim k as byte ; kaydedici tanimlamalari
dim wrd as word
dim veri as bit
dim deger as byte
LEDd1=1:DELAYMS 500:LEDd1=0:DELAYMS 500
cls
print at 1,1," X10 HABERLESME "
print at 2,1," ---------------"
152
EK-1. (Devam) ASK uygulamasına ait devre çizim ve programları
call beep:call beep:call beep
tekrarla:
deger=0
call verial:deger.0=veri
call verial:deger.1=veri
call verial:deger.2=veri
if deger<7 then tekrarla
bekle0:
call verial
if veri=1 then bekle0
deger.3=veri
call verial:deger.4=veri
call verial:deger.5=veri
call verial:deger.6=veri
call verial:deger.7=veri
if deger=%11100111 then print at 2,1," 1. CAGRI GELDI ":call beep:toggle ledd1
if deger=%11000111 then print at 2,1," 2. CAGRI GELDI ":call beep:toggle ledd2
if deger=%10000111 then print at 2,1," 3. CAGRI GELDI ":call beep:toggle ledd3
goto tekrarla
verial:
sifirbekle:delayus 1 ;sifir gecis anini bekle
if sebeke=1 then sifirbekle
birbekle:delayus 1
if sebeke=0 then birbekle
153
EK-1. (Devam) ASK uygulamasına ait devre çizim ve programları
if sebeke=1 then ;sifir gecis aninda gelen pulse sayilarini say
WRD = COUNTER portb.4 ,2
if wrd>30 then veri=1 ;pulse sayisi>30 ise veri=1
if wrd<=30 then veri=0;pulse sayisi <30 ise veri=0
end if
sifiradus:delayus 1
if sebeke=1 then sifiradus
return
beep:
buzzer=1:delayms 150:buzzer=0:delayms 50
return
end
154
EK-2. FSK uygulamasına ait devreler ve yazılım kodları
155
EK-2. (Devam) FSK uygulamasına ait devreler ve yazılım kodları
FSK uygulamasına ait düzenlenmiş alıcı sisteme ait baskı devreler:
156
EK-2. (Devam) FSK uygulamasına ait devreler ve yazılım kodları
FSK uygulamasına ait düzenlenmiş sistemin eleman yerleşim planı
157
EK-2. (Devam) FSK uygulamasına ait devreler ve yazılım kodları
FSK uygulamasına ait düzenlenmiş sistemin eleman yerleşim planı:
158
EK-2. (Devam) FSK uygulamasına ait devreler ve yazılım kodları
Verici sisteme ait Proton basic yqzılım kodları:
DEVICE 16f628
XTAL 4
CMCON=07
TRISB=%00000011'port ayarlari
trIsa=%00000000
DECLARE
DECLARE
DECLARE
DECLARE
DECLARE
LCD_DTPIN PORTa.0
LCD_ENPIN PORTB.5
LCD_RSPIN PORTB.4
LCD_INTERFACE 4
LCD_LINES 2
'LCD tanimlama
PORTA = 0
PORTB = 0
DIM
DIM
DIM
DIM
DIM
DIM
DIM
DIM
M AS BYTE
BBB AS WORD
SSS AS BYTE
C AS BIT
i AS byte
k AS byte
H AS BYTE
DEGER AS BYTE
DIM CLOCK_K AS PORTb.1'klavye pinleri
DIM DATAM_K AS PORTb.0
DIM ENB AS PORTb.3
DIM LEDD1 AS PORTa.2
DIM LEDD2 AS PORTa.3
dim s as byte
DIM
DIM
DIM
DIM
DIM
KARAKTER AS BYTE
DURUM AS BYTE
BIR AS BYTE
SIFIR AS BYTE
ZS AS word
CLS
PRINT AT 1,1,"POWERLINE MESAJ"
PRINT AT 2,1,"
GONDERME
"
LEDD1=1:DELAYMS 500:LEDD1=0:DELAYMS 500
LEDD2=1:DELAYMS 500:LEDD2=0:DELAYMS 500
delayms 1000
CLS
159
EK-2. (Devam) FSK uygulamasına ait devreler ve yazılım kodları
DON:
SHIN DATAM_K,CLOCK_K,1,[KARAKTER]
PRINT AT 1,1,DEC KARAKTER,"
"
ENB=0'VERICI BESLEMESI PASIF
M=0
MSG:
LEDD2=1
IF DEGER=255 THEN MSG
M=M+1
IF DEGER=102 THEN
LCDOUT $FE,$10," "
LCDOUT $FE,$10
M=M-1
ENDIF
IF DEGER=255 THEN MSG
IF M<17 THEN lcdout karakter
IF M=17 THEN lcdout $FE,$C0,karakter
IF M>17 AND M<33 THEN LCDOUT KARAKTER
IF M=33 THEN lcdout $FE,$94,karakter
IF M>33 then m=0:cls
ENB=1:DELAYMS 50
SEROUT PORTB.2,3313,["*",DEGER,KARAKTER];verinin modulatore
yollanmasi
ENB=0
goto DON
KEYBOARD:
CALL KEYREAD
DELAYMS 10
CALL SHIFT_KEY
return
KEYREAD:
BEKLE0:
IF
CLOCK_K=1 THEN BEKLE0
C=datam_K
IF C=1 THEN BEKLE0
bekle00:
IF CLOCK_K=0 THEN BEKLE00
BEKLE1:
IF
CLOCK_K=1 THEN BEKLE1
c=DATAM_K
DEGER.0=c
bekle11:IF CLOCK_K=0 THEN bekle11
BEKLE2:
IF
CLOCK_K=1 THEN BEKLE2
C=DATAM_K
160
EK-2. (Devam) FSK uygulamasına ait devreler ve yazılım kodları
DEGER.1=c
bekle22:IF CLOCK_K=0 THEN bekle22
BEKLE3:
IF
CLOCK_K=1 THEN BEKLE3
C=DATAM_K
DEGER.2=c
bekle33:IF CLOCK_K=0 THEN bekle33
BEKLE4:
IF
CLOCK_K=1 THEN BEKLE4
C=DATAM_K
DEGER.3=c
bekle44:IF CLOCK_K=0 THEN bekle44
BEKLE5:
IF
CLOCK_K=1 THEN BEKLE5
nop
C=DATAM_K
DEGER.4=c
bekle55:IF CLOCK_K=0 THEN bekle55
BEKLE6:
IF
CLOCK_K=1 THEN BEKLE6
C=DATAM_K
DEGER.5=c
bekle66:IF CLOCK_K=0 THEN bekle66
BEKLE7:
IF
CLOCK_K=1 THEN BEKLE7
C=DATAM_K
DEGER.6=c
bekle77:IF CLOCK_K=0 THEN bekle77
BEKLE8:
IF
CLOCK_K=1 THEN BEKLE8
c=DATAM_K
DEGER.7=c
bekle88:IF CLOCK_K=0 THEN bekle88
bekle9:
bekle99:IF
bekle10:IF
bekle1010:
IF
IF
CLOCK_K=1 THEN bekle9
CLOCK_K=0 THEN bekle99
CLOCK_K=1 THEN bekle10
CLOCK_K=0 THEN bekle1010
IF DEGER<>$E0 THEN KEYESC
GOTO keyread
KEYESC:
IF DATAM_K=0 OR CLOCK_K=0 THEN KEYESC
RETURN
SHIFT_KEY:
LOOKUPL DEGER,[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,"
",0,0,0,0,0,0,"q","1",0,0,0,"z","s","a","w","2",0,0,"c","x","d",_
"e","4","3",0,0,"
","v","f","t","r","5",0,0,"n","b","h","g","y","6",0,0,0,"m","j","u",
161
EK-2. (Devam) FSK uygulamasına ait devreler ve yazılım kodları
"7","8",0,0,"ö","k",_
"y","o","0","9",0,0,"ç",".","l"," ","p","*",0,0,0,"i",0," ","",0,0,0,0,0,"ü",0,",",0,0,0,"<",0,0,0,0,0,0,0,_
"1",0,"4","7",0,0,0,0,".","2","5","6","8",127,0,0,"+","3","","*","9",0,0],KARAKTER
RETURN
End
Alıcı Sisteme ait Proton Basic dilinde yazılmış program kodları:
DEVICE 16f628
XTAL 4
CMCON=07
TRISB=%00000010'portlari ayarla
trIsa=%00000000
DECLARE LCD_DTPIN PORTa.0
DECLARE LCD_ENPIN PORTB.7
DECLARE LCD_RSPIN PORTB.6
DECLARE LCD_INTERFACE 4
DECLARE LCD_LINES 2
PORTA = 0
PORTB = 0
DIM M AS BYTE
DIM BBB AS WORD
DIM SSS AS BYTE
DIM C AS BIT
DIM i AS byte
DIM k AS byte
DIM H AS BYTE
DIM DEGER AS BYTE
dim buzzer as portb.0
dim s as byte
DIM
DIM
DIM
DIM
DIM
KARAKTER AS BYTE
DURUM AS BYTE
BIR AS BYTE
SIFIR AS BYTE
ZS AS word
CLS
PRINT AT 1,1,"POWERLINE
PRINT AT 2,1,"
ALMA
MESAJ"
"
'LCD tanimla
162
EK-2. (Devam) FSK uygulamasına ait devreler ve yazılım kodları
M=0
MSG:
SERIN PORTB.1,3313,100,MSG,[WAIT("*"),DEGER,KARAKTER]
IF DEGER=255 THEN MSG
M=M+1
IF DEGER=102 THEN
LCDOUT $FE,$10," "
LCDOUT $FE,$10
M=M-1
ENDIF
IF M<17 THEN LCDOUT karakter
IF M=17 THEN lcdout $FE,$C0,karakter
IF M>17 AND M<33 THEN LCDOUT KARAKTER
IF M=33 THEN lcdout $FE,$94,karakter
IF M>33 then m=0:cls
call beep
goto msg
beep:
buzzer=1:delayms 30:buzzer=0:delayms 10
return
End
163
EK-3. Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım kodları
164
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait C program kodları:
CCS C programı ile alıcı ve verici sistemlerde mikrodenetleyiciye yazılan programlar:
İstenilen frekansı üreten alt program (Frekans.c)
int16 i;
int8 uzunluk;
//frekans 50kHZ-----------------------------------void Start_50()//50kHz frekanslı start sinyali
{for(i=1;i<=77;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(40);output_low(pin_b0);delay_cycles(45);}delay_us(300);}
void yolla1_50()//50kHz frekanslı “1” sinyali
{uzunluk=22;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(40);output_low(pin_b0);delay_cycles(45);}delay_us(500);}
void yolla0_50()//50kHz frekanslı “0” sinyali
{uzunluk=12;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(40);output_low(pin_b0);delay_cycles(45);}delay_us(750);}
void yolla_test50()//50kHz frekanslı test sinyali
{uzunluk=100;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(40);output_low(pin_b0);delay_cycles(45);}} //16 20-100k
//frekans 100kHZ-----------------------------------void Start_100()//100kHz frekanslı start sinyali
{for(i=1;i<=160;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(15);output_low(pin_b0);delay_cycles(20);}delay_us(300);}
void yolla1_100()//100kHz frekanslı “1” sinyali
{uzunluk=50;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(15);output_low(pin_b0);delay_cycles(20);}delay_us(500);}
void yolla0_100()//100kHz frekanslı “0” sinyali
{uzunluk=25;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
165
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(15);output_low(pin_b0);delay_cycles(20);}delay_us(750);}
void yolla_test100()//100kHz frekanslı test sinyali
{uzunluk=100;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(15);output_low(pin_b0);delay_cycles(20);}}
//frekans 150kHZ-----------------------------------void Start_150()//150kHz frekanslı start sinyali
{for(i=1;i<=205;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(9);output_low(pin_b0);delay_cycles(10);}delay_us(300);}
void yolla1_150()//150kHz frekanslı”1” sinyali
{uzunluk=62;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(9);output_low(pin_b0);delay_cycles(10);}delay_us(500);}
void yolla0_150()//150kHz frekanslı “0” sinyali
{uzunluk=30;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(9);output_low(pin_b0);delay_cycles(10);}delay_us(750);}
void yolla_test150()//150kHz frekanslı test sinyali
{uzunluk=100;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(16);output_low(pin_b0);delay_cycles(3);}}
//frekans 200kHZ-----------------------------------void Start_200()//200kHz frekanslı start sinyali
{for(i=1;i<=260;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(5);output_low(pin_b0);delay_cycles(5);}delay_us(300);}
void yolla1_200()//200kHz frekanslı”1” sinyali
{uzunluk=80;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(5);output_low(pin_b0);delay_cycles(5);}delay_us(500);}
void yolla0_200()//200kHz frekanslı “0” sinyali
{uzunluk=40;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(5);output_low(pin_b0);delay_cycles(5);}delay_us(750);}
166
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
void yolla_test200()//200kHz frekanslı test sinyali
{uzunluk=100;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(5);output_low(pin_b0);delay_cycles(5);}}
//frekans 250kHZ-----------------------------------void Start_250()//250kHz frekanslı start sinyali
{for(i=1;i<=300;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(2);output_low(pin_b0);delay_cycles(3);}delay_us(300);}
void yolla1_250()//250kHz frekanslı”0” sinyali
{uzunluk=100;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(2);output_low(pin_b0);delay_cycles(3);}delay_us(500);}
void yolla0_250()//250kHz frekanslı “0” sinyali
{uzunluk=50;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(2);output_low(pin_b0);delay_cycles(3);}delay_us(750);}
void yolla_test250()//250kHz frekanslı test sinyali
{uzunluk=100;for(i=1;i<=uzunluk;i++)
{OUTPUT_HIGH(PIN_B0);delay_cycles(2);output_low(pin_b0);delay_cycles(3);}}
Verici Devre ile İstenilen frekansta Lamba açma kapama bilgisi gönderen program
#include <16f628A.h>
// Kullanılacak denetleyicinin başlık dosyası tanıtılıyor.
#fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,NOBROWNOUT,NOCPD // Denetleyici konfigürasyon ayarları
#use delay(clock=20000000) // Gecikme fonksiyonu için kullanılacak osilatör frekansı belirtiliyor.
#include <blcd2.c> // lcd.c dosyası tanıtılıyor
#include "frekans.c" // frekans alt programı tanıtılıyor
int16 t2deg,f1,a; // Tamsayı tipinde değişken tanımlanıyor
int deg;
int8 freq,k,fredeg;
167
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
int data,veri;
int1 dbit;
Void beep()
{output_high(pin_b1);delay_ms(50);output_low(pin_b1);delay_ms(20);}
void yolla()//Dijital veri yollama alt programı
{
if(freq==50)start_50();
if(freq==100)start_100();
if(freq==150)start_150();
if(freq==200)start_200();
if(freq==250)start_250();
for(k=0;k<=7;k++)
{
dbit=bit_test(veri,k);
if(dbit==0)
{
if(freq==50)yolla0_50();
if(freq==100)yolla0_100();
if(freq==150)yolla0_150();
if(freq==200)yolla0_200();
if(freq==250)yolla0_250();
}
if(dbit==1)
{
if(freq==50)yolla1_50();
if(freq==100)yolla1_100();
if(freq==150)yolla1_150();
168
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
if(freq==200)yolla1_200();
if(freq==250)yolla1_250();
}}
delay_us(400);
}
void main()
{
setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
setup_timer_1(T1_DISABLED);
setup_timer_2(T2_DIV_BY_16,170,1);
setup_comparator(NC_NC_NC_NC);
setup_vref(FALSE);
disable_interrupts(INT_TIMER2);
disable_interrupts(GLOBAL);
port_b_pullups(true);
set_tris_b(0b00000010); // portlar giriş çıkış olarak ayarlanıyor
set_tris_a(0b00001110);
output_b(0x00);
set_timer1(0);
lcd_hazirla(); // LCD hazırlanıyor
veri=0;
imlec(1,1);printf(lcd_veri,"VERI GON");
fredeg=read_eeprom(0);//Haberleşme frekansının ne olması gerektiği haafızadan okunuyor
if(fredeg==1){freq=50;}
if(fredeg==2){freq=100;}
if(fredeg==3){freq=150;}
if(fredeg==4){freq=200;}
if(fredeg==5){freq=250;}
169
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
bas:
imlec(1,1);printf(lcd_veri," LAMBA ");
imlec(2,1);printf(lcd_veri,"KONTROL ");
beep();beep();beep();
deg=0;i=0;
delay_ms(500);
while(1)
{
if(input(pin_a2)==0)//Lambayı açmak icin 20 verisi gönderiliyor
{
imlec(1,1);printf(lcd_veri," LAMBA ");
imlec(2,1);printf(lcd_veri," ACILDI ");
beep();
veri=20;
yolla();delay_ms(50);
yolla();delay_ms(50);
yolla();delay_ms(50);
yolla();delay_ms(50);
yolla();delay_ms(50);
delay_ms(200);}
if(input(pin_a3)==0)//Lammbayı mkapamak için 40 verisi gönderiliyor
{
imlec(1,1);printf(lcd_veri," LAMBA ");
imlec(2,1);printf(lcd_veri,"KAPANDI ");
beep();beep();
veri=40;
yolla();delay_ms(50);
yolla();delay_ms(50);
170
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
yolla();delay_ms(50);
yolla();delay_ms(50);
yolla();delay_ms(50);
delay_ms(200);
}
}//while
}//main
Alıcı sisteme ait program:
#include <16f628A.h>
// Kullanılacak denetleyicinin başlık dosyası tanıtılıyor.
#fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,NOBROWNOUT,NOCPD // Denetleyici konfigürasyon ayarları
#use delay(clock=20000000) // Gecikme fonksiyonu için kullanılacak osilatör frekansı belirtiliyor.
#include <blcd.c> // lcd.c dosyası tanıtılıyor
#use fast_io(b) //Port yönlendirme komutları B portu için geçerli
int16 i,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,START,deg; // Tamsayı tipinde değişken tanımlanıyor
int8 SAY,deger,s,freq,fredeg;
void beep()
{output_high(pin_b1);delay_ms(50);output_low(pin_b1);delay_ms(20);}
void main()
{ setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
setup_timer_1(T1_EXTERNAL|T1_DIV_BY_1);
setup_timer_2(T2_DIV_BY_16,232,1);
setup_comparator(NC_NC_NC_NC);
setup_vref(FALSE);
disable_interrupts(INT_TIMER2);
enable_interrupts(GLOBAL);
171
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
set_tris_b(0B11000000); // Portlar giriş çıkış olarak ayarlanıyor
output_b(0x00);
// B portu çıkışı ilk anda sıfırlanıyor
set_timer1(0);
lcd_hazirla();
// LCD hazırlanıyor
output_low(pin_a4);delay_ms(50);//role birak
fredeg=read_eeprom(0);//Haberleşilecek frekans değeri hafızadan okunuyor
if(fredeg==1){freq=50;}
if(fredeg==2){freq=100;}
if(fredeg==3){freq=150;}
if(fredeg==4){freq=200;}
if(fredeg==5){freq=250;}
bas:
imlec(1,1);printf(lcd_veri," LAMBA ");delay_ms(10);
imlec(2,1);printf(lcd_veri," KONTROL ");delay_ms(10);
beep();beep();beep();
deg=0;i=0;set_timer2(0);SAY=0;set_timer1(0);
while(1)
{
don:
if(input(pin_b6)==1)//Port seviyesi 1 e yükseldiğinde frekans say
{
set_timer1(0);
delay_us(1600);START=get_timer1();//start sinyalini bekle hangi frekansta geliyor bak
if(start>=290 && freq==250)goto dev;
if(start>=255 && start<=260 && freq==200)goto dev;
if(start>=200 && start<=205 && freq==150)goto dev;
172
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
if(start>=150 && start<=170 && freq==100)goto dev;
if(start>72 && start<=77 && freq==50)goto dev;
goto don;
dev://Her peryodta frekansları say
delay_us(300);
set_timer1(0);
delay_us(500);d1=get_timer1();
delay_us(500);
set_timer1(0);
delay_us(500);d2=get_timer1();
delay_us(500);
set_timer1(0);
delay_us(500);d3=get_timer1();
delay_us(500);
set_timer1(0);
delay_us(500);d4=get_timer1();
delay_us(500);
set_timer1(0);
delay_us(500);d5=get_timer1();
delay_us(500);
set_timer1(0);
delay_us(500);d6=get_timer1();
delay_us(500);
set_timer1(0);
delay_us(500);d7=get_timer1();
delay_us(500);
set_timer1(0);
delay_us(500);d8=get_timer1();
173
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
delay_us(500);
set_timer1(0);
if(freq==250)//seçili frekans ve uzunluk sayılarına göre dijital 1 0 a karar ver
{
if(d1>=70)bit_set(deger,0);
if(d1<=50)bit_clear(deger,0);
if(d2>=70)bit_set(deger,1);
if(d2<=50)bit_clear(deger,1);
if(d3>=70)bit_set(deger,2);
if(d3<=50)bit_clear(deger,2);
if(d4>=70)bit_set(deger,3);
if(d4<=50)bit_clear(deger,3);
if(d5>=70)bit_set(deger,4);
if(d5<=50)bit_clear(deger,4);
if(d6>=70)bit_set(deger,5);
if(d6<=50)bit_clear(deger,5);
if(d7>=70)bit_set(deger,6);
if(d7<=50)bit_clear(deger,6);
if(d8>=70)bit_set(deger,7);
if(d8<=50)bit_clear(deger,7);
}
if(freq==200)
{
if(d1>=60)bit_set(deger,0);
if(d1<=40)bit_clear(deger,0);
if(d2>=60)bit_set(deger,1);
if(d2<=40)bit_clear(deger,1);
if(d3>=60)bit_set(deger,2);
174
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
if(d3<=40)bit_clear(deger,2);
if(d4>=60)bit_set(deger,3);
if(d4<=40)bit_clear(deger,3);
if(d5>=60)bit_set(deger,4);
if(d5<=40)bit_clear(deger,4);
if(d6>=60)bit_set(deger,5);
if(d6<=40)bit_clear(deger,5);
if(d7>=60)bit_set(deger,6);
if(d7<=40)bit_clear(deger,6);
if(d8>=60)bit_set(deger,7);
if(d8<=40)bit_clear(deger,7);}
if(freq==150)
{
if(d1>=50)bit_set(deger,0);
if(d1<=30)bit_clear(deger,0);
if(d2>=50)bit_set(deger,1);
if(d2<=30)bit_clear(deger,1);
if(d3>=50)bit_set(deger,2);
if(d3<=30)bit_clear(deger,2);
if(d4>=50)bit_set(deger,3);
if(d4<=30)bit_clear(deger,3);
if(d5>=50)bit_set(deger,4);
if(d5<=30)bit_clear(deger,4);
if(d6>=50)bit_set(deger,5);
if(d6<=30)bit_clear(deger,5);
if(d7>=50)bit_set(deger,6);
if(d7<=30)bit_clear(deger,6);
if(d8>=50)bit_set(deger,7);
175
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
if(d8<=30)bit_clear(deger,7);
}
if(freq==100)
{
if(d1>=40)bit_set(deger,0);
if(d1<=25)bit_clear(deger,0);
if(d2>=40)bit_set(deger,1);
if(d2<=25)bit_clear(deger,1);
if(d3>=40)bit_set(deger,2);
if(d3<=25)bit_clear(deger,2);
if(d4>=40)bit_set(deger,3);
if(d4<=25)bit_clear(deger,3);
if(d5>=40)bit_set(deger,4);
if(d5<=25)bit_clear(deger,4);
if(d6>=40)bit_set(deger,5);
if(d6<=25)bit_clear(deger,5);
if(d7>=40)bit_set(deger,6);
if(d7<=25)bit_clear(deger,6);
if(d8>=40)bit_set(deger,7);
if(d8<=25)bit_clear(deger,7);}
if(freq==50)
{
if(d1>=15)bit_set(deger,0);
if(d1<=12)bit_clear(deger,0);
if(d2>=15)bit_set(deger,1);
if(d2<=12)bit_clear(deger,1);
if(d3>=15)bit_set(deger,2);
if(d3<=12)bit_clear(deger,2);
176
EK-3. (Devam) Basit donanımlı programsal olarak haberleşen sisteme ait devreler ve yazılım
kodları
if(d4>=15)bit_set(deger,3);
if(d4<=12)bit_clear(deger,3);
if(d5>=15)bit_set(deger,4);
if(d5<=12)bit_clear(deger,4);
if(d6>=15)bit_set(deger,5);
if(d6<=12)bit_clear(deger,5);
if(d7>=15)bit_set(deger,6);
if(d7<=12)bit_clear(deger,6);
if(d8>=15)bit_set(deger,7);
if(d8<=12)bit_clear(deger,7);
}
if(deger==20)//Gelen değer 20 ise lambayı aç
{
imlec(1,1);printf(lcd_veri," LAMBA " );
imlec(2,1);printf(lcd_veri," ACILDI " );
BEEP();DELAY_MS(100);
output_high(pin_a4);
deger=0;DELAY_MS(500);}
if(deger==40)//Gelen değer 40 ise lambayı söndür
{
imlec(1,1);printf(lcd_veri," LAMBA " );
imlec(2,1);printf(lcd_veri," KAPANDI " );
BEEP();delay_ms(50);BEEP();DELAY_MS(50);
output_low(pin_a4);
deger=0;DELAY_MS(500);
}}//if
}//while
}//main
177
ÖZGEÇMİŞ
Kişisel Bilgiler
Soyadı, adı
: DALDAL, Nihat
Uyruğu
: T.C.
Doğum tarihi ve yeri
: 10.06.1977, Ankara
Medeni hali
: Evli
Telefon
: 0 (505) 295 55 14
e-mail
: [email protected]
Eğitim
Derece
Eğitim Birimi
Yüksek lisans
Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elk.-bil.Eğt.
2003
Lisans
Gazi Üniversitesi/ Elkt.Bil. Eğt. Bölümü
1999
Lise
Abidinpaşa Tek.ve End.Mes. Lisesi Elkt. Bölümü
1995
Mezuniyet tarihi
İş Deneyimi
Yıl
Yer
1999-2013
Milli Eğitim Bakanlığı
Görev
Elektronik Öğretmeni
Yabancı Dil
İngilizce
Hobiler
Doğa gezisi, Elektronik Teknolojileri, Bilgisayar Teknolojileri