URSI-Türkiye-2006 Bildirilerinin Yazım Kuralları

URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
KABLOSUZ ALGILAYICI AĞ VE MATLAB WEB SUNUCUSU
KULLANARAK BİR UZAKTAN İZLEME SİSTEMİNİN
GERÇEKLEŞTİRİLMESİ
Mehmet Bakır1, İlyas Çankaya2, Selim Şeref Öztürk3
Mustafa Kemal Üniversitesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü
İskenderun, Hatay
[email protected]
2
Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü
Ulus, Ankara
[email protected]
3
Milli Eğitim Bakanlığı
İnönü Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi
Bayrampaşa, İstanbul
[email protected]
Özet: Kablosuz algılayıcı ağ (KAA) sistemleri günümüzde sivil ve askeri pek çok alanda uygulama alanı
bulmaktadır. Bu uygulama alanlarında kablosuz algılayıcı düğümleri uzaktan izleme ve bulundukları ortamdaki
verilerin alınarak işlenmesi amacıyla kullanılmaktadır. Sunulan bu çalışmada da doğru akım motorlarına
yönelik kablosuz algılayıcı düğümlerinin kullanıldığı Matlab Web Sunucu (MWS) tabanlı uzaktan izleme sistemi
tasarımı gerçekleştirilmiştir. Uygulanan sistemde, 2 adet algılayıcı, doğru akım motorlarına bağlanmış ve
algılayıcı üzerindeki, sıcaklık, nem ve algılayıcı pil voltajının yanı sıra doğru akım motorlarının akım bilgisi
merkez düğüme iletilip kaydettirilerek analiz edilmiştir. Tasarlanan sistem sayesinde kullanıcıların sadece web
tarayıcısı kullanarak internete bağlı herhangi bir cihaz üzerinden sisteme kolayca erişebilmesi sağlanmıştır.
Abstract: Wireless sensor networks has many civil and military usage areas today. All applications need remote
sensing and data processing of sensor nodes. Matlab web server based remote sensing design is developed to
cover these needs in this study. Applied system has 2 sensor nodes which are connected to dc motors.
Furthermore, temperature, humidity battery voltage and dc motor current information transmitted to central
node and these data recorded by pc via matlab web server and analysed. Also, users can access to system by
using any device which has a web browser and internet connection inside..
1. Giriş
Kablosuz Algılayıcı Ağ (KAA)’lar iki adet standart pil ile beslenen, sınırlı veri saklama/işlem kapasitesine sahip,
kısa mesafeli kablosuz ortam üzerinden haberleşebilen, düşük maliyetli ve çok fonksiyonlu algılayıcı
düğümlerden meydana gelmektedirler. Temel bir KAA, dağıtıldıkları ortamdaki bilgileri algılayan birkaç
kablosuz algılayıcı düğüm ve bu düğümler ile bilgisayarlar arasında haberleşmeyi sağlayan merkezi düğümden
(baz istasyon) oluşmaktadır. Kablosuz algılayıcı düğümler dağıtıldıkları ortamdan algıladıkları bilgileri baz
istasyonu üzerinden kullanıcı bilgisayarlarına ulaştırırlar [1].
Kablosuz algılayıcı ağ sistemleri, günümüzde sivil ve askeri pek çok alanda kullanılmaktadır. Kullanım
alanlarından bazıları; Akıllı ev otomasyonu [2], akıllı sulama sistemleri [3], doğa olaylarının gözlemlenmesi,
yangın ve sel gibi felaketlerin algılanması [4,5] ve askeri olarak korunan bölgelere olası saldırıların önceden fark
edilmesi [6] örnek olarak verilebilir. Geniş uygulama alanına sahip olan KAA elemanları, bakım gerektirmeden
uzun yıllar çalışabilmekte, erişimi zor olan bölgelere dahi kolaylıkla yerleştirebilmektedir. KAA elemanları
üzerinde normal olarak sıcaklık, basınç, nem sensörleri bulunmaktadır. Uygulama alanını genişletmek için bu
elemanlar üzerinde analog ve dijital girişler de bulunmaktadır. Önerilen sistemin bahsedilen uygulamalardan en
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
temel farkı analog girişin kullanılarak uzaktan erişim imkânının bulunmasıdır. Sunulan çalışmada, Matlab Web
Sunucu tabanlı uzaktan izleme sistemi tanıtılmaktadır. Sistemde, iki adet algılayıcı düğüm bir adet koordinatör
düğüm (merkez düğüm) bulunmaktadır. Merkez düğüm tarafından sunucu bilgisayara aktarılan bilgilerin
kaydedilmesi için MySQL veri tabanı kullanılmıştır. Bu veriler uzaktaki kullanıcılara PHP programı ile
hazırlanan arayüz çalışması ile ulaştırılmaktadır. Hazırlanan bu arayüzde kullanıcılardan izlenecek motor, zaman
aralığı ve izlenecek bileşen seçimi istenmektedir. Kullanıcının seçtiği bileşenlere göre Matlab web sunucusu
aracılığı ile seçilen zaman aralığındaki istenilen grafik tipinde grafikler oluşturulmaktadır.
2. Sistem Tasarımı ve Uygulaması
Gerçekleştirilen çalışmaya ait blok şema Şekil 1’ de yer almaktadır. Algılayıcı düğümlerde Jennic JN5139
geliştirme kitinde yer alan algılayıcılar kullanılmıştır. Algılayıcılardan gelen her bir düğüme bağlı motorun akım
bilgisi, düğüm sıcaklığı, düğümün bulunduğu ortamın nemi, düğümlerin pil voltaj değerleri, sunucu bilgisayara
bağlı koordinatör düğüme iletilmiştir.
İstemci 1
İstemci 2
httpd Matlab MWS
(a)
İNTERNET
(b)
İstemci 3
Şekil 1. a). Sistem blok şeması, b).Matlab web sunucu yapısı
Sunucu bilgisayara bağlı olan koordinatör düğüme gelen verilerin veri tabanına kaydedilmesi için Matlab Web
Sunucu (MWS) programı kullanılmıştır. MWS, MATLAB programında işlenmek üzere internet üzerinden veri
alabilen ve bu verileri işledikten sonra elde edilen sonuçları yine bir internet tarayıcısında gösterebilen
MATLAB uygulamaları geliştirmeyi sağlamaktadır. İstemci sistem ile MATLAB arasındaki veri alışverişi
TCP/IP protokolüne uygun olarak gerçekleştirilmektedir. Şekil 1.b’ de görüldüğü gibi, en basit bir yapılanmada;
bir internet tarayıcı, üzerinde MATLAB, MWS ve bir web sunucu yazılımının yüklü olduğu bir bilgisayar
olmalıdır.
Önerilen çalışmada, iki adet doğru akım motoruna bağlı algılayıcı düğümleri kullanılmış olup, bu algılayıcı
düğümleri doğru akım motorlarının akım bilgilerini ve düğümlerin içindeki devreler yardımıyla da algıladıkları
sıcaklık, pil voltaj seviyesi ve nem bilgilerini koordinatör düğümüne göndermektedir. Gerek algılayıcı
düğümlerinin gerekse koordinatör düğümünün programlanması için Jennic Codeblocks programı kullanılmıştır.
Koordinatörden gelen veri bilgisayara USB portu ile gönderilmektedir. USB portuna gönderilen veri hızı 19200
bp/s 8 bit veri ve 1 bit dur biti şeklinde konfigürasyon yapılmıştır. Bu işlemler tamamlandıktan sonra gelen
verinin veri tabanına kaydedilmesi için PHP ve MYSQL ve MATLAB programları kullanılmıştır. USB porttan
gelen verinin kaydedilmesi için MATLAB da bir program geliştirilmiştir. Matlab tarafından kaydedilen verilerin
kullanıcılar tarafından kolaylıkla erişilebilmesi için herhangi bir lisans zorunluluğu olmayan PHP programı
kullanılmıştır.
PHP programında oluşturulan arayüz çalışmasının başlıca özellikleri şu şekildedir; Seçilen düğümün bağlı
olduğu doğru akım motorunun o an çektiği akım, düğümlerin bulunduğu ortamdaki sıcaklık, nem ve düğümün
pil voltajı gibi büyüklükler anlık olarak görüntülenebilmektedir. Matlab yardımıyla istenilen parametreye ait
istenilen grafik stili kullanılarak çizim yapılabilmektedir. Kullanıcının pil gerilimlerini izlemesi sağlanarak
gerektiğinde müdahale edilebilmesi kolaylaştırılmıştır. Ayrıca, düğümler tarafından algılanan veriler sürekli
kaydedildiği için sonradan rapor hazırlama işlemi kolaylaştırılmıştır. Bunların yanında Motor 1 ve Motor 2
düğümlerine ait verilerin karşılaştırması yapılabilmektedir. Akım ölçümü yapılan motorlar ve merkez algılayıcı
resimleri Şekil 3’ de, tasarımı gerçekleştirilen arayüzün görüntüsü ise Şekil 4’de görülmektedir.
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
Şekil 3. Akım ölçümü yapılan motorlar ve merkezi algılayıcı
Şekil 4. Arayüz görüntüsü
3. Sonuçlar
Bu çalışmada, yeni bir haberleşme teknolojisi olan KAA sistemlerinin 2 adet doğru akım motorundaki akım
bilgisinin ve düğümler hakkındaki bazı parametrelerin merkez düğüme iletildiği bir sistem önerilmiştir. Önerilen
sistem sayesinde uzakta bulunan kullanıcılar MWS aracılığı ile seçtikleri zaman aralığı ve grafik tipindeki
grafiği oluşturabilmektedir. Ayrıca arayüz üzerinden düğümlerin gerçek zamanlı izlenmesini
gerçekleştirebilmektedir. Böylece uzaktaki kullanıcılar zaman ve mekân problemi olmaksızın, internete bağlı bir
bilgisayar ile kablosuz algılayıcı ağ düğümlerinin o anki durumlarını ve bağlı bulunan doğru akım motorlarının
çektikleri akımı kolaylıkla görebilmektedir. Ayrıca bu çalışmada doğru akım motorlarının akım bilgisi, kablosuz
algılayıcılar üzerindeki analog dijital çevirici girişine bağlanarak ölçülmüştür. Bu giriş maksimum 2.34V’a kadar
analog dijital çevrimini 12 bit’ de gerçekleştirmektedir. Analog dijital çevirici girişi, otomasyon sistemlerinde ve
medikal cihaz üretim sektörü gibi pek çok sektörde kullanılabilir.
Kaynaklar
[1]. Kaçar S., Bayilmiş C., Çankaya İ., Çakiroğlu M., “Kablosuz Algilayici Ağlar Için Matlab Builder Ne Ve
Matlab Webfigure Ile Asp.Net Tabanli Web Arayüzü Tasarimi,” New World Sciences Academy, 4(1), s. 360370, 2009.
[2]. Arslan O., “Zigbee İle Bina İçi Güvenlik Otomosyon Sistemi”, Bitirme Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi,
Elektrik Elektronik Mühendisliği, 2009.
[3]. Yunseop K., Evans R., İversen W., “Remote Sensing and Control of an Irrigation System Using a
Distributed Wireless Sensor Network”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 57(7),s.13791387, 2008.
[4]. Fang W., Kedar S., “System Architecting and System-on-Chip Design of Intelligent Sensor Networks for
Active Volcanoes,” IEEE Systems Conference, s.7-10, 2008.
[5]. Bayılmış C., Cakiroglu M., Ozturk S.S., Cankaya İ., “Matlab Web Sunucusu Kullanılarak Kablosuz
Algılayıcı Ağlar İçin İnternet Tabanlı İzleme Sistemi Tasarımı,” Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., 25(2), s.371379, 2010.
[6]. Bekmezci İ., “TDMA Based Wireless Sensor Network For Military Monitoring,” Doktora Tezi, Boğaziçi
Üniversitesi, 2008.