Uzaktan Kumanda Edilen Lamba Dimmer’inin Gerçekleştirilmesi

Özet:

Bu bildiride, IR (infrared- kızılötesi) uzaktan kumanda ile bir akkor flamanlı lamba dimmer’i gerçekleştirilmiştir. Bilindiği üzere elle kumanda edilen lamba dimmer’leri günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Lamba dimmer’lerinin kullanılmasındaki amaç akkor falmanlı lambanın ışık şiddetinin değiştirilerek aynı lambanın farklı amaçlar için değişik ışık şiddetlerinde çalışmasını temin etmektir. Bu çalışmada, elle kumanda edilen dimmer’leri alternatif olmak üzere, standart bir SONY TV kumandası kullanılarak 100W’lık bir akkor flamanlı lambanın uzaktan kumandası gerçekleştirilmiştir. Buna göre kumanda cihazının TV/VIDEO, VOL+ ve VOL- düğmeleri ile lambanın açılıp/kapatılması, lamba çalışırken de ışık şiddetinin arttırılıp azaltılması sağlanmıştır. Bu işlemi yapmak için bir triyakın 12 farklı tetikleme açısı için çalışması sağlanmış ve bu amaçla iki adet PIC 16F84 mikrodenetleyicisi kullanılmıştır.

1. GİRİŞ

Elektronik endüstrisi, geliştirdiği yeni teknolojileri ucuza üretebilme ve bu teknolojiler için yeni pazar oluşturabilme yeteneğine sahiptir. Yıllardan beriüretim teknolojileri alanında yapılan çalışmalar sonunda, elektronik devre elemanlarının ucuzaüretilmesi, kuramsal olarak gelişimini tamamlamış, maliyet engeline takılan birçok sistemin dünya pazarına girmesine olanak sağlamıştır [1]. Son zamanlarda bu gelişmelerden payını almış en şanslı sistem, ev otomasyonudur. Otomasyon sistemi, insanlara çok büyük kolaylıklar ve zamandan tasarruf sağlar.

Otomasyon, bir sistemin belirli bir senaryoya göre, herhangi bir operatöre gerek duyulmaksızın yönetilmesidir. Senaryoların akışı, algılayıcılarla algılanan olaylara ve zamana göre belirlenir. Endüstride, otomasyon sistemleri yüzyılı aşkın bir süredir kullanılmaktadır. Bu sistemlerin evlerde kullanımı ancak üretim teknolojisindeki gelişmelerle gerçekleşebilmiştir. Bu gelişmelerden biri de bu gün pek çok evde kullanılmakta olan akkor flamanlı lambaların farklı ışık şiddetlerinde çalışmalarına imkan sağlayan elle kumandalı lamba dimmer’leridir. Bu cihazların çalışma prensibi bir triyakın tetikleme açısının bir potansiyometre yardımıyla değiştirilmesi ve böylelikle yüke aktarılan güç miktarının arttırılıp azaltımasıdır. Bu çalışmada, elle kumanda edilen dimmer’lere alternatif olmak üzere, standart bir SONY TV kumandası kullanılarak 100W’lık bir akkor flamanlı lambanın uzaktan kumandası gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmanın amacı kızılötesi uzaktan kumanda ile lamba şiddetinin kontrol edilmesidir. Tasarlanan bu devre, herkesin alışık olduğu ampullü aydınlatma sistemlerine ergonomik veçok amaçlı bir alternatif oluşturmaktadır. Uzaktan kumanda edilebilme özelliği ve düşük maliyeti ile evlerin yatak odaları, hasta ve bebek odalarında kullanıma müsaittir. Işık şiddeti ayarlanarak gece lambası kullanma gereksinimini ortadan kaldırabilir. Ayrıca tasarlanan bu devre ile güç tasarrufu da sağlanır.

Tasarlanan devreye [2] ait blok şema Şekil 1’de görülmektedir. Bildirinin ilerki kısımlarında tasarlanan sistemle ilgili olarak donamım ve yazılım olmak üzere iki kısımda inceleme yapılacaktır.

Şekil 1. Tasarlanan sistemin blok şeması.

Şekil 2. Tasarlanan kızılötesi uzaktan kumandalı lamba dimmerine ait donanım.

2. DONANIM

Bu bölümde uzaktan kumandalı dimmer’in tasarımında kullanılan şu donanım kısımları sırasıyla incelenmiştir:
• Kızılötesi Verici
• Kızılötesi Alıcı
• Transformatör ve DC Güç Kaynağı
• Sıfır Geçiş Algılayıcı
• Mikrodenetleyici Birim
• Optoizolatör ve Güç devresi

2.1. KIZILÖTESİ VERİCİ

Verici kısmında Sony firmasının standart TV kumandası kullanılmıştır. Sony kızılötesi haberleşmede “bit-genişlik” kodlaması kullanır. Bu kodlamada bilgi periyotlarla ifade edilir. Şekil 3’te bu kodlamanın bir örneği görülmektedir. Bit-genişlik kodlamasında 600μs ve katları kullanılır. Lojik 0 için periyot 600μs, lojik 1 için periyot 1200μs’dir. Bitler arasında ise 600μs’lik boşluklar vardır. Şekil 3’ten görüldüğü üzere boşluk süresiyle birlikte iki düşen kenar arası bir bit olarak ifade edilir.

Şekil 3. Kızılötesi vericinin zamanlama diyagramı.

Kızılötesi verici, göndereceği bilgiyi 36 kHz’lik bir sinyal ile modüle eder. Bu şekilde modüle edilmiş bilgi alıcı tarafta demodüle edilir. Şekil 4’te Sony bitgenişlik kodlamasıyla oluşturulmuş bir bilgi örneği görülmektedir. “Başlık + 12” bit formatındaki bilgi, 3 bloktan oluşmaktadır. Başlık süresinin ardından gelen ilk 7 bit Komut kodu ve sonraki 5 bit Adres bitleridir Düşük seviyeli bit (LSB) sol taraftadır. Komut kodu kumanda cihazından basılan bir tuşu belirtir ve en fazla 128 adet olabilir. Adres ise kullanılan aygıtı belirtir, en fazla 32 adet olabilir. Şekil 4’teki örnekte tuş kodu 16H, aygıt kodu 02H’tir.

Şekil 4. Kızılötesi vericiden alınan örnek bir bit dizisi.

2.2. KIZILÖTESİ ALICI

Kızılötesi alıcı modül (TFM5360), 36 kHz’te modüle edilmiş kızılötesi işareti demodüle eder ve çıkışta orijinal işaret elde edilir. Şekil 5’te görüldüğü gibiçıkış sinyali “Active Low” dur. Boşluklar lojik 1 seviyesine, modüle edilmiş işaret ise lojik 0 seviyesine dönüştürülür. Bu şekilde elde edilen bilgi mikrodenetleyici birime iletilir. (Şekil 6)

Şekil 5. Kızılötesi alıcının giriş ve çıkış sinyalleri.

Şekil 6. Kızılötesi alıcıda demodüle edilmiş bilgi.

2.3. TRANSFORMATÖR VE DC GÜÇ KAYNAĞI

Devrede kullanılan transformatör bloğu 220V AC şebeke gerilimini 12V AC sinyale dönüştürür. Devrede üç çıkışlı transformatör kullanılmıştır. Şekil 2’de görülen transformatörün üstteki çıkışı 5V DC gerilim elde etmek üzere DC Güç Kaynağı bloğunu, alttaki çıkış ise ‘Sıfır Geçiş Algılayıcı’ bloğu beslemektedir. Bu üç uçlu transformatörün üst ve alt uçları arasında 180°’lik faz farkı vardır. Orta uç ise toprak seviyesidir.

2.4. SIFIR GEÇİŞ ALGILAYICI

Transformatörden alınan 12V AC gerilim 5.1 V’luk Z1 zener diyotu ile kırpılarak mikrodenetleyicinin algılayabileceği biçime getirilir. Mikrodenetleyici bu sinyali şebeke gerilimi ile eşzamanlı çalışan bir kare dalga olarak algılar. R6 ve R7 dirençleri akımı sınırlamak için kullanılmıştır. Z1 üzerindeki gerilimin değişimi Şekil 7’de görülmektedir.

Şekil 7. Z1 zener diyotunun gerilim değişimi.

2.5. MİKRODENETLEYİCİ BİRİM

Mikrodenetleyici birim 2 adet PIC16F84 mikrodenetleyicisinden oluşmaktadır. Bu mikrodenetleyicilerden PIC1, ‘Kızılötesi Alıcı Modülü’ ve devre üzerindeki butonların durumlarını kontrol eder. ‘Kızılötesi Alıcı Modül’ normalde lojik 1üretir. Bu seviye 0 olduğunda PIC başlık biti ile birlikte ölçerek bilginin ne olduğunu tespit eder. Devre üzerindeki butonlardan veya ‘Kızılötesi Alıcı Modülden’ gelen bilgiye göre 0-12 arasında bir seviye belirler ve bunu PIC2’ye iletir. Butonlara basıldığında veya Kızılötesi Alıcı Modülden tanımlanabilir bir bilgi geldiğinde LED’e 300ms süreli bir işaret gönderir. PIC2 ise PIC1’den gelen bu seviyeyi uygun bir sayı ile çarpar. Sonuçta elde edilen sayı, 0μs ile 7200μs arasında bir süreyi ifade eder. Sıfır geçiş noktasından itibaren belirlenen süre kadar sonra optoizolatöre 100μs uzaunluğunda bir tetikleme sinyali gönderir. Triyak her yarım periyotta tetiklenmelidir ve bir yarım periyot 10000μs’dir. PIC2 sıfır geçiş noktasını, ‘Sıfır Geçiş Algılayıcıdan’ gelen işaret ile belirler. Bu işaretin her lojik 0 seviyesine düştüğü ve her lojik 1 seviyesine yükseldiği an sıfır geçiş noktasıdır. Bu andan itibaren tetikleme süresi kadar sonra Optoizolatöre 100μs genişliğinde bir sinyal gönderilir.Şekil 2’de görülen C3, C4 kapasitörü ile XT kristali PIC mikrodenetleyicisinin temel devresini oluşturur ve PIC16F84 için gerekli olan 4 MHz osilasyonu sağlar. MC34064-P ise mikrodenetleyici için yüksek güvenilirlikli reset entegresidir. Bu entegre besleme geriliminin 4,6V’un altına düşmesi halinde mikrodenetleyiciyi reset konumunda tutar.

Şekil 8. Mikrodenetleyicinin optoizolatöre gönderdiği tetikleme sinyali ve yük gerilimi.

2.6. OPTOİZOLATÖR VE GÜÇ DEVRESİ

Optoizolatör bloğunda MOC3020 triyak tetikleme entegresi kullanılmıştır. Bu entegre devrenin 1-2 numaralı girişleri arasına uygulanan işaret süresince 4- 6 girişleri arasında iletim sağlar. Optoizolatörün 4 ve 6 numaralı pinleri triyak’ın Gate ve Terminal2 pinlerine bağlandığı için bu iki pin arasında iletim olduğunda triyak iletime geçer. Şekil 2’deki R5 direnci PIC1’dençekilen akımı, R10 direnci optoizolatörden geçen akımı sınırlamak için kullanılmıştır. F1 220V AC kaynağa seri bağlı 1A değerinde bir sigortadır. Rezistif yük triyak’ın iletimde olduğu süre boyunca devrede kalır. Şekil 8’de 60°’lik tetikleme açısı durumunda PIC2 mikrodenetleyicisinin her yarım periyotta optoizolatör bloğuna gönderdiği tetikleme sinyali görülmektedir. Tetikleme açısı büyüdükçe (dolayısıyla gecikme süresi arttıkça) lambanın ışık şiddeti düşecektir. Triyak, tetikleme anından sıfır geçiş noktasına kadar iletimde kalır ve bu süre içerisinde lamba yanar. Bu durumda Rezistif Yük (lamba) üzerindeki gerilim düşümü (Vyük) de Şekil 8’de görülmektedir.

3. YAZILIM

Bu bölümde Mikrodenetleyici birimde var olan iki adet PIC16F84 mikrodenetleyicisinin [3,4] yazılımları incelenmektedir. Şekil 9’da ve Şekil 10’da sırasıyla PIC1 ve PIC2 için yazılmış olan programlara ait akış şemaları görülmektedir. PIC1’in görevi dışarıdan girilen verileri yorumlayarak PIC2’ye iletmektir. Dışarıdan girilen veriler devre üzerindeki butonlar veya Kızılötesi Vericiden basılan bir tuş olabilir. Her iki girişte de PIC’in yapacağı üç farklı işlem vardır. Bunlar; k sayısını arttırmak, azaltmak ve sabit bir değere eşitlemektir. k değeri PIC2’ye iletilir. Eğer giriş Kızılötesi Vericiden yapılmış ise PIC1 önce bu bilginin kodunu çözmek zorundadır. Kodu çözülmüş olan bilgi, değerine göre farklı işlem bloğunu devreye sokar. PIC2’nin görevi ise PIC1 mikrodenetleyicisinden k değerini alıp, sıfır geçiş noktasından itibaren gerekli süre kadar beklemek ve bu süre sonunda optoizolatöre tetikleme işareti göndermektir.

3.1. PIC1’İN YAZILIMININ İNCELENMESİ

Rezistif yük üzerinde harcanan gücün o anki miktarı, bir k değişkeninde sembolik olarak saklanır. Butonlardan veya Kızılötesi Alıcı Modülden gelen bilgi doğrudan bu k değerini değiştirir. Butonların tasarlanması aşağıda kodlarda verilmiştir.

IF (But3|But2|But1=1) THEN
PAUSE 50
IF (But1=1) THEN Buton1
IF (But2=1) THEN Buton2
IF (But3=1) THEN Buton3
ENDIF

But1, But2, But3 değişkenleri butonların bağlı bulundukları pinleri temsil eder. Yukarıdaki kodlarda PIC1 herhangi bir butona basıldığı andan itibaren 50 ms bekler ve hangi butona basıldığını kontrol eder. Buşekilde kontak sıçraması nedeniyle oluşacak olan hatanın da önüne geçilmiş olunur. Örneğin 1. butona basılmış olsun. Bu gücü azaltma butonudur. Gücü azaltmak için tetiklemedeki gecikmeyi arttırmak, gecikmeyi arttırmak içinde k sayısını arttırmak gereklidir. Bu durumda But1 değişkeni 1 olur. Program Buton1 etiketinden devam eder:
Buton1:

IF (k < 12) THEN k = k + 1
PULSOUT Led, 30000
GOTO basla

Buton1 etiketinde k, 1 arttırılır. Toplam 12 seviye olduğundan k’yı arttırmak için k<12 koşulu konulmuştur. Her butona basıldığında kullanıcıyı bilgilendirmek amacıyla 30000x10μs = 300ms’lik süre boyunca LED yanar ve program tekrar başa döner. ‘Kızılötesi Alıcı Modülden’ alınan sinyalin pini, IR değişkeni ile temsil edilir. IR değişkeni bilgi yokken 1’dir. IR=0 olduğunda bilgi ölçülür. Başlık bitinin ardından gelen 12 bitlik bilgi 7 bit + 5 bit olmak üzere ikiye ayrılır. İlk alınan bit düşük seviyeli (LSB) bittir. 7 bitlik bilgi vericinin buton kodudur ve IR_But değişkenine aktarılır. 5 bitlik bilgi ise aygıt kodudur ve IR_Dev değişkenine aktarılır.

Şekil 9. PIC1 mikrodenetleyicisine ait yazılımının akış diyagramı.

IF IR_Dev<>01 THEN Basla
IF IR_But=19 THEN Buton1
IF IR_But=18 THEN Buton2
IF IR_But=37 THEN Buton3

Önce cihazın doğru olup olmadığı kontrol edilir eğer aygıt kodu doğru değilse program işlem yapmadan basa döner. Aygıt kodu doğru ise buton kodu kontrol edilir. Elde edilen kodun onluk tabanda karşılığı 19 ise program Buton1, 18 ise Buton2, 37 ise Buton3 etiketine atlar. Yapılan işlemlerin nihai amacı k değişkenini düzenlemektir. k değişkeni PORTA’yı temsil etmektedir. PORTA aracılığı ile k’nın değeri PIC2’ye aktarılır.

3.2. PIC2’NİN YAZILIMININ İNCELENMESİ

Zin değişkeni ‘Sıfır Geçiş Algılayıcı’ bloktan PIC’e giren pini temsil etmektedir. Cl değişkeni ise Zin’in bir önceki değerini saklar. k değişkeni PIC2 mikrodenetleyicisinde de PORTA’yı temsil etmektedir. Triac değişkeni ise Optoizolatöre bağlı olan pini işaret eder.

IF Cl <> Zin THEN
PAUSEUS Sure[k]*50
PULSOUT Triac,100
Cl = Zin
ENDIF

Cl ve Zin yani Sıfır Geçiş Algılayıcı bloktan alınan sinyal ile bu sinyalin önceki değeri karşılaştırılır. Eğer değerleri farklı ise bu an sıfır geçiş noktasıdır. Bu andan itibaren k’nın belirlediği süre kadar beklenir. Sürenin sonunda Optoizolatöre 100μs tetikleme sinyali gönderilir. Tetiklemenin ardından Cl değişkenine Zin değişkeninin içeriği aktarılır. Bir sonraki döngüde Cl, Zin’in eski değeri olacaktır.

Şekil 10. PIC2 mikrodenetleyicisine ait yazılımının akış diyagramı.

4. SONUÇ

Bu bildiride, IR (infrared- kızılötesi) uzaktan kumanda ile bir akkor flamanlı lamba dimmer’i gerçekleştirilmiştir. Bilindiği üzere elle kumanda edilen lamba dimmer’leri günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Lamba dimmer’lerinin kullanılmasındaki amaç akkor falmanlı lambanın ışık şiddetinin değiştirilerek aynı lambanın farklı amaçlar için değişik ışık şiddetlerinde çalışmasını temin etmektir. Bu çalışmada, elle kumanda edilen dimmer’lere alternatif olmak üzere, standart bir SONY TV kumandası kullanılarak 100W’lık bir akkor flamanlı lambanın uzaktan kumandası gerçekleştirilmiştir. Buna göre kumanda cihazının TV/VIDEO, VOL+ ve VOL- düğmeleri ile lambanın açılıp/kapatılması, lamba çalışırken de ışık şiddetinin arttırılıp azaltılması sağlanmıştır. Bu işlemi yapmak için bir triyakın 12 farklı tetikleme açısı için çalışması sağlanmış ve bu amaçla iki adet PIC 16F84 mikrodenetleyicisi kullanılmıştır. Tasarlanan devre ergonomik ve insan hayatını kolaylaştırıcı oluşu sebebiyle dikkat çekmektedir. Hernekadar, bu devre 150W güce kadar olan akkor flamanlı bir lambanın ışık şiddetini ayarlamak için tasarlanmış olsa da bu güç sınırlaması uygun triyak kullanımıyla arttırılabilir ve değişik omik ya da endüktif yükler için de kullanılması mümkün olabilir.

KAYNAKLAR

[1]. E.E. Sülün, M. Aslan, A. Çakır, Elektronik Devre Uygulamaları I, II, III, Azim Ofset, 2000.
[2]. E. Saraç, “Uzaktan Kumanda Edilen Lamba Dimmerinin Gerçekleştirilmesi”, Bitirme Ödevi, Niğde Üniv. Müh. Mim. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Böl., Haziran 2002.
[3]. S. Katzen, The Quintessential PIC Microcontroller, Springer-Verlag, 2000.
[4]. O. Altınbaşak, Mikrodenetleyiciler ve PIC Programlama, Altaş Yayınları, 2000.

HAZIRLAYAN : Erdoğan SARAÇ, İsmail KARAKAYA, M. Kürşat YALÇIN, Murat UZAM