T.C. MERSİN ÜNİVERSİTESİ Mersin Meslek Yüksekokulu Elektronik Teknolojisi (Uzaktan Öğretim) Ders: Sistem Analizi ve Tasarımı II Dersi Numara: 20422003 Ad Soyad: Ömer Faruk ÇAM Sorumlu Öğretim Üyesi: Dr. Öğr. Üyesi Zafer ÖZER ÖZET Günümüzde güvenlik zafiyetlerinin fazlaca yaşanmasıyla önleyici ve müdahaleci güvenlik sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Özellikle kolay ve pratik sistemler oldukça rağbet görmektedir. Lazerle sağlanan güvenlik kullanıcıya kolay denetim ve kullanım kolaylığı sağlayarak sistemi güvenilir hale getirmektedir. Bu sistem ile belirli bir bölgeyi koruma altında tutmak ve sesli uyarı verme özelliği ile izinsiz girişlere karşı koruma özelliği de bulunmaktadır. Amacımız ucuz maliyet ve kullanışlı bir güvenlik sistemi oluşturmaktır. Güvenlik sistemi tasarımındaki en önemli kısmı lazer oluşturmaktadır. Lazer LDR verdiği ışık sayesinde LDR iletimdedir. LDR ve lazer arasında bir cisim geçtiğinde sistem uyarı vermektedir. Temel ve basit bu yöntem sayesinde hırsızlara ve istenmeyen durumlara karşı önlem alınabilmektedir. Sonuç olarak zor ve karmaşık teknolojilere gerek duyulmadan sistemler kullanıcı açısından da kolay ve pratik yöntemlerle de eşyalar ve nesneler güvenli hale getirilebilmektedir. 2 ÖNSÖZ(TEŞEKKÜR) Lazerler Güvenlik Devresi projesinin güvenlik sektöründe yeni, kolay ve ergonomik sistemlerin gelişmesine katkıda bulunmasını ümit ediyorum. Bu proje çalışmalarım boyunca benimle ilgilenen, destekleriyle yol gösteren, değerli bilgilerini benimle paylaşmasıyla birlikte, desteğini her zaman hissettiren ve iyi ki varlar dediğim başta aileme ve Sayın Dr. Öğretim Görevlisi Dr. Öğr. Üyesi Zafer ÖZER hocama teşekkürlerimi iletirim. 3 İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET…………………………………………….…………………………………….…..................2 TEŞEKKÜR………………………………………………………………………………................ 3 1. MALZEME TANITIMI 1.1. LDR’NİN TANITIMI…….…………………………………….…………….5 1.2. LM311 ENTEGRESİ………………………..………………….…………….6 1.3. CD4027 ENTEGRESİ ……......…………………………………..………….7 1.4. BUZZER……………………………………………………………………...7 1.5. BC 547 TRANSİSTÖR…………...……………………………….………….8 1.6. DİRENÇ………………………………………………………………………9 1.7. KONDANSATÖR…………………………………………………..………..9 1.8. LAZER………………………...………………………………………….....10 2. DEVRENİN TANITILMASI……………………………………………… .11-12-13 3. BASKI DEVRE YAPIMI…………………………………………………………...14 4. SONUÇ VE DEĞERLENDİRME…………………………………………………..15 5. KAYNAKLAR……………………………………………………………………...16 6. EKLER 6.1. EK 1 BASKI DEVRE ÇİZİMİ………………………………………………...17 6.2. EK 2 BENZETİM ÇİZİMİ…………………………………………………….18 4 1.1.LDR’NİN TANITIMI Projenin temel parçalarından biri olan LDR’yi anlatalım. LDR ışık şiddetine bağlı olarak direnci değişen elektronik devre elemanlarıdır. LDR’ler üzerilerine ışık düşünce dirençleri azalır, karanlık ortamda ise dirençleri yükselir. Biz LDR’nin bu özelliğinden faydalanarak devremizi tasarlayacağız. LDR üzerindeki ışığı lazer pointer ile sağlayacağız. Bilindiği gibi ışık aynalardan geldiği açıyla geri döner. Burada güvenliğini sağlamak istediğimiz ortamın çevresini lazer pointerin aynalardan yansıyan ışınlarıyla koruyalım. Işığın düştüğü en son noktaya LDR’yi yerleştiriyoruz. Böylece LDR üzerine ışık düşmüş olacak ve LDR’nin direnci düşecektir. Direnç düşük olduğu zaman devre çalışmayacaktır. Ama güvenliğini sağladığımız alandaki lazer ışınları kesintiye uğrarsa LDR üzerindeki ışık kesilir. LDR direnci artar. Bu da sistemin devreye girmesini sağlayacaktır. Şekil 1:LDR 5 Şekil 2: LDR’nin ışık altındaki direnci. 6 Şekil 3: LDR’nin karanlıktaki direnci. 1.2.LM311 ENTEGRESİ Yüksek hızlı bir karşılaştırıcı (komparatör) entegresidir. Pozitif ve Negatif girişlerden gelen voltajları karşılaştırır. Eğer, pozitif girişden gelen voltaj daha büyükse, pozitif besleme voltajına eşit bir çıkış verir. Eğer negatif girişden gelen voltaj daha büyükse, çıkışımız negatif besleme voltajına eşit olur. LM311 içerisinde 1 adet karşılaştırıcı vardır. Pozitif ve negatif voltaj kaynaklarıyla beraber kullanılabilir. Aynı zamanda, tek bir pozitif voltaj kaynağı kullanarak ve negatif voltaj kaynağı yerine toprak bağlantısı yaparak da kullanılabilir. LM311 bacakları ve tanıtımı; İsim Açıklama 1. Emitör Emitör bağlantısı 2. Pozitif Giriş Karşılaştırıcının pozitif girişi 3. Negatif Giriş Karşılaştırıcının negatif girişi 4. Negatif Besleme Negatif besleme voltajı 5. Dengeleme Giriş voltajlarını dengelemek için kullanılır 6. Tetikleme Çıkışı kesmek için kullanılır 7. Kollaktör Karşılaştırcının çıkışı 8. Pozitif Besleme Pozitif besleme voltajı Bacak Önemli özellikleri LM311 için önemli gördüğüm özellikler başlıca şu şekildedir; • Maksimum pozitif besleme voltajı: 18V • Maksimum negatif besleme voltajı: -18V • Giriş voltajları arasındaki maksimum fark: 30V • Düşükten-Yüksek seviye çıkışa geçiş süresi: 115ns • Yüksekten-Düşük seviye çıkışa geçiş süresi: 165ns 7 1.3.CD4027 ENTEGRESİ CD4027 entegresi 16 pinli içinde çift J-K flip flop bulunan entegre devresidir. JK flip flop, RS flip flop’lardaki belirsizlik durumunu ortadan kaldırmak için geliştirilmiştir. Aslında aralarındaki tek fark J=1,K=1 durumunda belirsizlik olmamasıdır. Bu durumda çıkış, bir önceki çıkışın tersi olmaktadır. Diğer durumlarda ise JK filip flopun çıkışları RS flip flop ile aynıdır. J girişi SET, K girişi RESET gibi davranmaktadır. Yasak konum J=1 K=1 durumunda çıkış her tetiklemeye bir önceki çıkışın tersi olur. Bu duruma toggle (değişir) denir. RS FLİP FLOP JK FLİP FLOP J K clk Q J K clk Q(t+1) 0 0 1 Önceki konum 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 Toggle 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 Lazerle LDR arasına herhandi bir cisim girdiği zaman devre çalışmaya başlayacak. Devre çalışmaya başladıktan sonra buzzerden alarm sesi gelecektir ve çevreye haber verecektir. CD4027’yi kullanım amacımız devre, devreye girdiği zaman ve üzerine tekrar ışık düştüğü zaman da devredeki alarmın çalışmasını sağlamak. Böylece lazerin bir kere kesilmesiyle alarm sürekli çalacaktır. Alarmı devreden çıkarmak için ise resetleme butonuna basmamız yeterli olacaktır. 8 1.4.BUZZER Buzzer, 2 ile 4 volt arasındaki gerilimle çalışabilen küçük titretici bir devre elemanıdır. Bir bobinde ani akım değişimleri meydana getirerek zayıf titreşimler elde edilmesini sağlar. 1.5.BC547 TRANSİSTÖR BC547, kolaylık la bulabileceğimiz bir NPN türü BJT Transistördür. Üç adet bacağı vardır. Şekil 3’te BC547 ile yapmış olan kalsik bir devreyi gösterilmektedir.. LDR üzerine ışık düştüğü zaman Beyzdeki voltaj düşer ve LED söner. Karanlıkta ise, Beyzdeki voltaj artacağından BC547‘nin Kollektör’ünden akım geçer ve LED yanar. Şekil 4: 9 BACAK İSİM K Kollektör B Beyz E Emitör Şekil 5: Önemli özellikleri; Kollektör - Emitör arası maksimum voltaj: Vce(max)=45V Maksimum kollektör akımı:100 mA. Kollektör - Emitör arası doyum voltajı: Ic=10 mA için 90mV Ic=100 mA için 0.2V 1.6.DİREÇ Dirençler devrede, akıma karşı bir zorluk göstererek akım sınırlaması yapar. Elektrik enerjisi direnç üzerinden geçerek ısıya dönüşerek harcanır. Direncin birimi ( Ω) ohm’dur Dirençler devrelerde; • Devreden geçen akımı sınırlayarak belli bir değerde tutar. • Devrenin besleme gerilimini küçülterek diğer elemanların çalışmasını sağlar. • Hassas devre elemanlarının yüksek akımdan zarar görmesini engeller. • Yük görevi yapar. 10 1.7.KONDANSATÖR Temel olarak kondansatör elektrik yüklerini kısa süreliğine depo edebilen temel elektronik devre elemenıdır. Kondansatörün birimi “Farat” sembolü ise “C”dir. Kondansatör yapı olarak, iki iletken levha arasına yerleştirilmiş bir yalıtkan malzemeden oluşmaktadır. Kondamsatör ayrıca kapasitör olarak da bilinmektedir. Devrelerde elektrik akımını depolamak için kullanılırlar. Basit olarak çalışma mantığı ise şu şekildedir; Yalıtkan bir maddenin elektriği iletmediğini biliyoruz ama bu yalıtkan malzemelerin elektrik akımın depolamak gibi bir özelliği olduğundan pil geriliminden gelen elektronları depolamak mümkündür ve bundan dolayı bazı elektronik devrelerde kondansatör kullanımı zorunlu bir devre elemanıdır. Kondansatör çeşitleri şu şekildedir; 1. Sabit kondansatör • Film Kondansatör • Seramik Kondansatör • Mika Kondansatör • Elektrolitik Kondansatör • Kutuplu Kondansatör 2.Ayarlı kondansatör çeşitleri • Varyabl Kondansatör • Trimer Kondansatör 11 1.8.LAZER Lazer, uyarılmış atomların fotonlarını yayınlama şeklini kontrol eden ve onları uyumlu bir huzme şeklinde oluşturan optik kaynaklardır. İngilizce'de, "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation'ın kısaltmasıdır. Yani lazerin nasıl çalıştığını da açıklayan "Uyarılmış Işıma ile Mikrodalga Yükseltici" anlamına gelmektedir. Tarihte ilk olarak 1917 yılında Albert Einstein uyarılmış ışımayı öne sürmüştür. 1960 yılında Theodore Maiman optik frekansta lazer hareketini gerçekleştirmiş ve yazımızın ikinci kısmında bahsedeceğimiz yakut lazeri bulmuştur. Tüm lazer tiplerinde ortama, atomları uyarılma eşiğinin üzerine çıkarmak üzere enerji pompalanır. Örneğin, yoğun bir ışık flaşı ya da elektriksel yük boşalması, ortama çok sayıda atomu uyaracak enerjiyi pompalar. Genel olarak uyarılmış atomların seviyesi, temel seviyenin 2 ya da 3 seviye üzerindedir. Bu, popülasyon terslenmesinin seviyesini arttıracaktır. Popülasyon terslenmesi, temel seviyedeki atomlara karşı uyarılmış atomların sayısıdır. Enerji ile pompalanan ortamda bulunan uyarılmış atomlar, bulundukları yörüngelerden daha düşük enerjili yörüngelere düştüklerinde açığa çıkardıkları enerji, salınan fotonun enerjisine eşittir. Bu enerji fotonun dalga boyunu belirler, dolayısıyla da açığa çıkan ışığın rengini belirler. Lazer ışığının özelliklerini aşağıdaki gibi sıralanabilir: • Tek renklidir, yani tek bir dalga boyuna sahiptir. • Düzenlidir yan tüm fotonlar birbiriyle eş adımda yürür. Bunu aynı adımda yürüyen bir bölük asker gibi düşünebiliriz. • Tek yönlüdür ve aynı zamanda çok güçlü, konsantre ve ince bir ışındır. Buna zıt bir örnek olarak bir fotoğraf makinesinin flaş ışığını düşünebiliriz. Flaş ışığında ışınlar zayıftır ve bir çok yöne saçılır. 12 Bu üç özelliğin oluşması için uyarılmış salınım olması gerekir. Normal ışıklarda bu gerçekleşmez. Uyarılmış salınımda foton salınımı düzenlidir. 2. DEVRENİN TANITILMASI LDR’yi direncindeki değişimden yararlanarak alarm oluşturabilmek için kullandık. Işık şiddetindeki değişim LDR’nin direncini değiştirir, buda gerilim seviyesini etkiler. Bu gerilim, bir opamp yardımıyla referans gerilim ile karşılaştırılarak uygun bir alarm sinyali elde edilir. Lazer ışını LDR üzerine düşerken a noktasının gerilimi referans geriliminden büyük olacağından opamp çıkışı lojik 0 kalır yani devre kapalı sinyali vermektedir. Işık kesildiği anda, LDR direnci yükselir ve opamp giriş gerilimi düşer. Bu sırada çıkış gerilim lojik 1 olacağından alarm çalışır. Devrenin çalışmasına dikkat edilirse, alarm sadece ışık kesildiği sürece çalışır. Bu çalışma şekli bir güvenlik devresinde pek tercih edilmez. Çünkü ışığın kesilmesine neden olan etki ortadan kalkarsa alarm susacaktır. Biz ise devam etmesini susmasına bizim karar vermemizi istediğimiz için başka bir devre elemanı kullandık. Devrede bu işi CD4028 adlı CMOS entegresi yardımıyla yürüteceğiz. Flip-Flop(FF) içeren bir entegre devre (belli bir işlevi yapması için tasarlanmış direnç, transistör, diyot vb. farklı devre elemanlarını içeren bir devre elemanıdır) yardımıyla kısa süreli alarm sinyalinin kalıcı bir sinyale dönüştürülmesini sağlar. Entegre içerisinde iki adet JK türü flip-flop içerir. Devreye ilk enerji uygulandığında entegre resetlenir ve Q çıkışı lojik 0 konumunda bekler. Bu sırada transistör kesimdedir Herhangi bir nedenle lazer ile LDR arasındaki ışık kesilirse FF set durumuna geçer ve Q çıkışı lojik 1 olur, yani entegre sinyal iletir ve buzzer çalışmaya başlar. Işık tekrar LDR’ye ulaşsada Q çıkışını lojik değere değişmeyecektir. Böylece çıkışa bağladığımız transistör iletime geçerek buzzerin susmamasını sağlayacaktır. Alarm devredeki reset butonuna basıncaya kadar sürer.güvenlik sisteminin bağlantı şekli EK-2 de görünmektedir. Işık şiddetindeki değişim LDR’nin direncini değiştirir, bu da A noktasındaki gerilim seviyesini etkiler. Bu gerilim, bir opamp yardımıyla referans gerilim ile karşılaştırılarak uygun bir alarm sinyali elde edilir. Şekil 12’nin sağındaki grafikte görüldüğü gibi, lazer ışını LDR üzerine düşerken A noktasının gerilimi referans geriliminden daha büyük olur. Bu sırada opamp çıkışının yani C noktasının gerilimi lojik 0 seviyesinde kalır, yani devre kapalı sinyali alır. Işık kesildiği anda, LDR direnci yükselir ve A noktasının gerilimi düşer. Bu sırada çıkış gerilimi lojik 1 seviyesine yükselir yani devre açık sinyali alır ve alarm çalışır. 13 Direnç değişimi ve alarm durumu Devre Şeması Flip-flop (FF) içeren bir entegre devre (belli bir işlevi yapmak için tasarlanmış direnç, transistör, diyot vb. farklı devre elemanlarını içeren bir devre elemanı) yardımıyla kısa süreli 14 alarm sinyalinin kalıcı bir sinyale dönüştürülmesi sağlanabilir. Şekil 13’te görülen devrede bu iş CD4027 adlı CMOS entegresi tarafından yürütülüyor. Entegre, iç yapısında iki adet JK türü flip-flop içerir. Devreye ilk enerji uygulandığında entegre resetlenir ve Q çıkışı lojik 0 konumunda bekler. Bu sırada transistör kesimdedir. Herhangi bir nedenle lazer ile LDR arasındaki ışık bağlantısı kesilirse, flip-flop set durumuna geçer ve Q çıkışı lojik 1 olur, yani entegre sinyal iletir. Işık tekrar LDR’ye ulaşsa da, Q çıkışının lojik seviyesi değişmez. Böylece, çıkışa bağlı NPN transistör iletime geçerek ses uyarıcı (buzzer) uçlarına 9V uygulanmasını sağlar. Kullanılan buzzer, kendinden osilatörlü olduğundan tiz bir sesle uyarı vermeye başlar. Alarm devredeki reset butonuna basıncaya kadar sürer. Alarm devresi 9V’luk bir pille veya bir DC güç kaynağı ile beslenebilir. Lazeri de bu güç kaynağından beslemek mümkün. Bu işlem için lazer işaretçi içindeki üç pil çıkarılır. Krokodil kablo yardımıyla lazerin gövdesi güç kaynağının artı ucuna bağlanır. Kaynağın eksi ucu ise 100 ohm’luk bir direnç üzerinden lazer işaretçi içindeki metal yaya bağlanır. Gövdedeki butonun basılı durumda kalması için buton üzerine izole bant sarılır. Böylece, güç kaynağı açık olduğu sürece lazerden 35mA civarında bir akım geçer. Besleme gerilimi 4-5V’a düşürülse de devre sorunsuz şekilde çalışır. 15 BASKI DEVRE YAPIMI Baskı devre çizimi önce A4 kağıdının üzerine yapıştırdığımız Alüminyum folyo üzerine yazdırılır. Bunu yapma amacımız yolların üzerinden kalemle tekrara geçmemize gerek olmadan daha sağlıklı bir ve düzgün yollar elde etmektir. İkinci işlem olarak temizlediğimiz bakır levhanın üzerine küçük bir bant yardımıyla Alüminyum folyoyu tutturuyoruz. Ütü işlemine başlıyoruz. Ütü işlemi bittikten sonra ılık su yardımıyla bakır levhayı temizliyor ve kurumaya bırakıyoruz. Açık alanda hazırladığımız karışım içine bakır levhayı atıyor ve yavaş yavaş sallıyoruz. Karışımın rengi yeşile döndükçe bakır erimeye başlayacaktır. Erime işlemi çok hızlı olursa karışıma biraz tuz ruhu eklememiz yeterli olacaktır. Bakır eridikten sonra bakır üzerindeki yollara zarar vermeden cif ve bulaşık teli yardımıyla temizlenir. Delme işlemi ise matkap yardımıyla yapıldıktan sonra artık devre elemanlarını bakır plaketin üzerine yerleştirip lehimleme işlemine hazır hale gelmektedir. 16 Şekil 6: 17 4.SONUÇ VE DEĞERLENDİRME Yaptığımız araştırmalara göre sistemlerin güvenliğe olan ihtiyacı her geçen gün artığını gördük. Kullandığımız devre ile basitçe ve kullanıcı kolaylığı da sağlayan basit devre ve düzenekler yardımı ile güvenlik sağlanabilmektedir. Bu çalışma ile malzemeleri kullanım amaçlarına uygun şekilde kullanarak en yüksek verimin nasıl alınacağını öğrendik. Böyle bir çalışma yapacak kişilere tavsiyemiz, sistemin önceliklerini iyi belirleyip ona uygun şekilde ve onun ihtiyaçlarını karşılayacak düzeyde bir güvenlik oluşturabilecek düzeneklere yönelmelidir. Tahmini bütçe • • • • • • • • • • • • Lazer (5TL) LDR (1TL) CD4027 entegresi (3 TL) BC547 transistor (2 TL) LM311 entegresi (2 TL) Buzzer (1 TL) Buton (0,5 TL) 100 nF kondansatör (1 TL) 10 K direnç (1.25 TL) 100K direnç (0,3 TL) 9 voltluk pil (5 TL) Bakır plaket (5 TL) 18 5. KAYNAKÇA https://www.entegredunyasi.com.tr/cd4027-nedir,TA-6175.html http://www.toprakhatti.com/lazerli-guvenlik-alarm-devresi/ https://www.robotistan.com http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/lazerli-guvenlik-sistemi http://www.pratikipuclari.com/lazerli-guvenlik-devresi-nasil-yapilir.html http://elektronikhobi.net/arduino-ile-lazer-guvenlik-sistemi/ 19 EK 20 21 22 23
