Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya AKILLI ŞEHİR, AKILLI BİNA VE AKILLI EV OTOMASYONU 61 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Temassız Hareket Algılayıcısı ile Akıllı Ev Otomasyonu Ahmet Ali SÜZEN1, Kubilay TAŞDELEN 2 1 Elektronik- Haberleşme Mühendisliği Bölümü Sülayman Demirel Üniversitesi, Isparta [email protected] 2 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Sülayman Demirel Üniversitesi, Isparta [email protected] Kinect insan hareketlerini algılayıp, bu hareketlere ait Özetçe kodları bilgisayar ortamına gönderen bir donanımdır [6]. Geçmişten günümüze doğru bakıldığında insanlar hep daha Kinect Microsoft tarafından geliştirildiği için Microsoft’a ait güvenli, verimli ve rahat yerlerde hayatlarını sürdürmek WPF teknolojisi ile bilgisayarlar tarafından kontrol istemişlerdir. Günlük yaşantıda yapılan rutin işlemlerin ev edilmektedir [7]. içerisindeki sistemler ile otomatik yapılması akıllı ev tanımını Kinect her ne kadar oyunlar için geliştirilen bir teknoloji oluşturmaktadır. Kullanıcıların evde kaldıkları sürece, günlük olsa da otomasyon teknolojilerin temassız hareket işlemlerinde hayatlarını daha güvenli ve pratik hale getirecek bir ev yerini almıştır. Kinect ile insan hareketleri ve belirli nesnelere otomasyonu amaçlanmaktadır. Bu sayede konfor, bütünü ile uzaklıkları algılanabilmektedir [8]. Kinect üzerindeki kullanıcı merkezli bir durumda olacaktır. Konfor kameralar sayesinde insan parmakları da algılanabilmektedir sağlanmasında temel amaç, kişiye gereksiz zaman kaybettiren [9]. işlemlerin otomasyon sistemi tarafından yerine getirilmesi ve Gerçekleştirilen çalışma temassız hareket algılayıcı olarak kullanıcı tarafından gerçekleştirilemeyecek işlemlerin yerine bilinen Kinect teknoloji ise akıllı ev otomasyonudur. Çalışma getirilmesidir. Bu çalışma, kullanıcının algılanan hareketleri kullanıcıların ev içerisinde hareketleri ile ev sistemlerini ile ev içerisindeki sistemleri kontrol edebilmekte ve bu sayede kontrol edebilmeleri amaçlamaktadır. Çalışmanın konforlu, güvenli, pratik bir ev ortamı sağlanmaktır. Hareket gerçekleştirimi iki kısımdan oluşmaktadır. Kinect’ten alınan algılama işlemi için insan hareketlerini algılayabilen ve hareketleri algılanan ve tanımlayan bir yazılım ile işlemleri ev tanımlayabilen Kinect donanımı kullanılmıştır. Kinect’in sistemlerine aktaran RF röle kontrol kartından oluşmaktadır. sadece insanı algılayabilmesi yapılan uygulamaya bir artı Yazılım, Visual Studio 2010 üzerinde WPF teknoloji ile değer katmaktadır. WPF (Windows Presentation Foundation) geliştirimiştir. RF röle kontrol kartı ise, üzerinde bir PIC teknolojisi ile Kinect donanımını kullanan yazılım (Peripheral Interface Controller) mikro denetleyicisi geliştirilmiştir. Ev sistemlerini kontrol edebilmek için RF bulundurmaktadır. RF alıcı ve verici devresi sayesinde aldığı (Radio Frequency) alıcı-verici devresi içeren bir röle kontrol komutları PIC, röleleri kontrol ederek cevaplamaktadır. Bu kartı kullanılmıştır. sayede ev sistemleri kontrol edilebilmektedir. Gerçekleştirilen akıllı ev otomasyonu, kullanıcıların ev 1. Giriş içerisindeki konforlarını artırması, aynı zamanda güvenli ve Günlük yaşantıda yapılan rutin işlemlerin ev içerisindeki pratik olması kullanıcıların zamandan tasarruf etmesi için sistemler ile otomatik yapılması akıllı ev tanımını avantaj sağlaması amaçlanmaktadır. Ev içerisinde sistemin oluşturmaktadır [1]. Akıllı ev otomasyonları, insanların özgün otomatik gerçekleştirilmesi insanların sosyal ilişkilerini yaşam biçimlerini göz önünde bulundurularak hayatı zayıflattığı ve tembelleştirdiği görülmektedir. Bu durumda akıllı ev otomasyonlarının dezavantajları arasında yer kolaylaştırmak, enerji tasarrufu sağlamak, güvenliği sağlamak gibi getirilerle geliştirilmektedir. Kendi kendine açılıp almaktadır [10]. kapanan kapılar, yanıp sönen ışıklar, daha birçok hayal bile 2. Akıllı Evler ve Teknolojileri edemediğimiz teknolojik ürünler örnek olarak gösterilebilir [2]. “Akıllı Ev” fikrinin temelleri ilk olarak 1980 yılların başında Akıllı ev otomasyonlarında amaç, ev sistemlerinin kontrol ortaya çıktı. Amerika ise akıllı ev modellerine uygun ilk edilebilmesidir. Bunu için birçok teknoloji kullanılmaktadır. uygulama 1984 yılında fiziksel engeli olmayan insanların ev Akıllı ev teknolojilerinin ilk yıllarında CAN (Controller Area konforu üzerine geliştirilmiştir [11]. Network) üzerinden ev içerisindeki gaz ve yangın detektörleri Akıllı ev tanımı ise, Şekil 1’de görüldüğü üzere bütün bu kontrol sağlandı [3]. Daha sonra akıllı cep telefonları ile ev teknolojiler sayesinde ev sakinlerinin ihtiyaçlarına cevap sistemleri kontrol edilmekteydi [4]. Teknolojinin hızlı gelişimi verebilen, onların hayatlarını kolaylaştıran ve onlara daha ile ev sistemleri kameralar aracılı ile kontrol edilmektedir [5]. güvenli daha konforlu ve daha tasarruflu bir yaşam sunan evler için kullanılmaktadır [1]. 62 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Ethernet: ISO (International Organization for Standardization) tarafından belirlenen ve farklı sistemlerin birbiriyle haberleşebilmesini sağlayan OSI (Open Systems Interconnection) katmanlarından, kablo standartları ile fiziksel katmanda ve farklı haberleşme ortamlarının tek adres yapısı ile veri bağı katmanında çalışır [3]. Modem: Sisteme eklenebilecek modem, internete bağlanabilmeyi ve dolayısıyla ev dışından sisteme müdahale edilebilmesini sağlar [3]. 3.Kinect Teknolojisi Gün geçtikçe ilerleyen teknolojinin gereksinimlerinden yola çıkarak üretilen Kinect, temassız hareket kontrolü ile algılama yapabilen bir donanımdır. Microsoft tarafından 2010 yılından Şekil 1: Örnek bir ev otomasyon modeli satışa sunulmuştur. Microsoft’un, Kinect teknolojisi ilk olarak oyun sektöründe tanıtıldı. Yine Microsoft’un başka bir ürünü 2.1. Akıllı Ev Otomasyonları olan X-Box oyun konsolu ile çalışabilen Kinect, Şekil 2’de görüldüğü üzere oyunlarda kontrolür görevi görmekteydi [16]. Otomasyon; bir sistemin hazırlanan belirli bir senaryoya göre Fakat son yıllarda endüstrinin artan ihtiyacını karşılamak için herhangi bir operatöre gerek duymadan istenilen işlemleri Kinect kullanılmaya başlamıştır. gerçekleştirmesi olarak tanımlanabilir. Otomasyonda üç ilke vardır. Birincisi ekonomik çalışmaların bir süreç bütünü oluşudur. Tüm ekonomik çalışma bir bütün olarak uyum içinde olmalıdır. İkincisi otomasyon sürecinin altında bir görüntü, düzen ve biçim vardır. Üçüncü ilke ise otomasyonun kendini düzenleyici ve düzeltici denetimi vardır. Bu ilkelerin gerçekleşmesi otomatik makinalar, elektronik kontroller ve bilgisayarlar, mekanik beyinler aracılığıyla olmaktadır [12]. Gerçek anlamda akıllı evin ne olduğunu anlamak için öncelikle evlerin sınıflandırılması gerekmektedir [13]. Akıllı evler gelişmişlik sırasına göre üç ana başlık altında toplanabilmektedir. Bunlar; Şekil 2: Kinect donanımı ve x-Box 360 oyun konsolu [17]  Kontrol edilebilir evler 3.1. Kinect Teknolojisinin Temel Özellikleri ve Bileşenleri  Programlanabilir evler  Yapay zekaya sahip evlerdir. Kinect, üzerinde ile tümleşik Şekil 3 ‘de görüldüğü üzere 2 tane derinlik kamerası, 1 tane RGB (Red Green Blue) kamera, 2.2. Akıllı Ev Otomasyonlarında İletişim 2 tane mikrofon bulunmaktadır [18]. Ayrıca Kinect’in alt bölümünde 1 tane Tilt motoru bulunmaktadır. Kinect’in teknik Ev otomasyonlarında kullanılan altyapı ve protokoller özellikleri aşağıdaki gibi listelenmektedir; şunlardır: RGB kameranın özellikleri; Cihaz elektronik kartı: Herhangi bir elektronik cihazın  1.3 megapixel renkli kamera. izlenebilmesi ve kontrolü için temel unsur cihazla  Micron MT9M001 . haberleşebilmektir. Buna imkân tanıyan aracı ise cihazda bulunan elektronik devre kartlarıdır [14].  IR (Infrared) geçiren filtre ile donatılmış.  640 x 480 pixel resim çözünürlüğüne sahiptir. Seri haberleşme: Seri haberleşme genelde asenkron bir haberleşme kullanılması anlamına gelir. Çoğu seri haberleşme Görüş Alanı; şekli çift yönlüdür: her iki uç veri gönderip alabilir [15].  Yatay görüş alanı: 57 derece. Tablo 1’de görüldüğü gibi seri haberleşme kanalı gömülü  Dikey görüş alanı: 43 derece. sistemler arası ya da elektronik birimler arası birçok  Fiziksel Tilt alanı: 27 derece. haberleşme biçimi için çok uygundur. Ayrıca, aynı sistemi  Derinlik sensörü alanı: 1.2m - 3.5m. kullanmayan birimler arası seri bağlantı noktası için yine uygun bir seçimdir. Data Akışı;  320x240 16- bit derinlik - 30 frame/sn. Tablo1: En çok kullanılan arayüzler arası karşılaştırma  640x480 32-bit renk - 30 frame/sn.  16-bit audio - 16 kHz. Arayüz Cihaz Uzaklık Hız Genel Sayısı (bps) Kullanımı RS–232 2 15–30 20k Basit haberleşme Ethernet 1024 500 10G PC ağ haberleşmesi USB 127 5 1.5M- PC çevre 480M birimleri Şekil 3: Kinect’in yapısal özellikleri 63 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya 3.2. Kinect teknolojisinin iskelet algılama ve izleme sistemi (C#) Kinect üzerinde bulunan kızılötesi kamera sayesinde insanın if (data != null) hareketli eklemleri algılanabilmekte ve izlenebilmektedir. { İnsan anatomisine bakıldığında 20 farklı hareket noktası SetEllipsePosition(leftHand, data.Joints[JointID.HandLeft]); görülmektedir. Kinect insanda bulunan bu 20 farklı noktayı SetEllipsePosition(rightHand, algılayabilme özelliğine sahiptir. Kinect kameraları aynı anda data.Joints[JointID.HandRight]); 2 farklı kişinin 20 farklı bölgesini aktif olarak algılayıp } izleyebilmektedir. Kinect’in algıladığı 20 farklı bölge Tablo İnsanın hareketleri algılanıp uygulamaya aktarıldıktan 2’de verilmiştir [19]. sonra hareketlerinin anlık görülebilmesi için temsili dairelere konumları aktarılmaktadır. Tablo 2: Kinect’in algıladığı bölgeler (C#) Algılanan Bölgeler private void KonumAta(Ellipse daire, Joint joint) Baş Sağ diz { Sol omuz Sol ayak Microsoft.Research.Kinect.Nui.Vector vector = new Sağ omuz Sol ayak bilek Microsoft.Research.Kinect.Nui.Vector(); vector.X = ScaleVector(640, joint.Position.X); Sol dirsek Sağ ayak bilek vector.Y = ScaleVector(480, -joint.Position.Y); Sol bilek Boyun vector.Z = joint.Position.Z; Sağ bilek Sağ ayak Joint updatedJoint = new Joint(); Sağ el Sol kalça updatedJoint.ID = joint.ID; Sol el Sağ kalça updatedJoint.TrackingState = JointTrackingState.Tracked; Sol diz Orta kalça updatedJoint.Position = vector; Sağ dirsek Göğüs Canvas.SetLeft(daire, updatedJoint.Position.X); Canvas.SetTop(daire, updatedJoint.Position.Y);} 4. WPF ile Kinect’in Kontrolü 5. Otomasyonun Yapısı Microsoft gelişen yazılım teknolojisine, kullanıcı etkileşimli uygulamalar konusunda çok önemli bir teknoloji sunarak Gerçekleştirilen çalışmanın blok yapısı Şekil 4’de destek olmuştur. WPF teknolojisine baktığımızda ilk olarak görülmektedir. tasarım ve kod alanlarının birbirinden ayrıldığı göze Kullanıcı uygulamayı ilk kullanmaya başladığı zaman ev çarpmaktadır. Bu yenilik sayesinde hem tasarımcı hem de sistemlerini hangi uzuvu ile kullanacağını açılış ekranında geliştirici kendi alanlarında daha verimli olabileceklerdir. seçmesi gerekmektedir. Seçimi yaptıktan sonra seçtiği uzuvu WPF, teknolojinin karmaşık ama umut verici bir parçasıdır ile kontrol işlemi gerçekleşecektir. [20]. Kullanıcı, Kinect teknolojisi kullanılarak ayak, el ve kafa İlk olarak uygulamanın Kinect donanımını kullanabilmesi hareketleri ile ev içerisinde bulunan sistemleri kontrol ve insan yapısı izlemesi için ortak tanımlamaların yapılması edebilmektedir. Engellinin kontrol edebileceği örnek sistemler gerekmektedir. aşağıdaki gibi verilmiştir. (C#) runtime.Initialize(Microsoft.Research.Kinect.Nui.RuntimeOpti  Lamba açma / kapatma. ons.UseColor | RuntimeOptions.UseSkeletalTracking);  Televizyon açma / kapatma. runtime.VideoStream.Open(ImageStreamType.Video, 2,  Alarm açma/ kapatma. ImageResolution.Resolution640x480, ImageType.Color);  Klima açma/ kapatma. Kinect’in uygulamanın çalıştığı zaman bilgisayara USB  Kapı açma / kapatma. arabirimi ile takılı olması gerekmektedir. Kinect insan  Müzikçalar açma / kapatma. hareketlerini algıladığı zaman, tanımlı sınıfı aracılığı ile  Panjur açma / kapatma. parametreleri aktarmaktadır. WPF uygulaması içerisinde  Perde açma / kapatma. SkeletonFrame isimli sınıf Kinect cihazından gelen eklem hareketlerini saklamaktadır. Aşağıdaki örnek kod ile eklem hareketleri alınabilmektedir. (C#) SkeletonFrame skeletonSet = e.SkeletonFrame; SkeletonData data = (from s in skeletonSet.Skeletons where s.TrackingState == SkeletonTrackingState.Tracked select s).FirstOrDefault(); Kinect üzerinden gelen insan hareketlerinin hepsi bazen kullanılmamaktadır. Bu uygulamada daha önceden seçili hareketler ile komut verilebilmektedir. Bu yüzden Şekil 4: Gerçekleştirilen otomasyonun blok diyagramı SkeletonFrame isimli sınıftan gelen el hareketlerini süzmek gerekmektedir. Ufak bir sorgulama ile bu işlem gerçekleştirilmiştir. 64 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya 6. RF Röle Kontrol Kartı 7. Sistemin Çalışması Çalışmada kullanılan röle kontrol kartı, yazılım ile iletişimini Kinect teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilecek otomasyon RF alıcı verici devresi ile gerçekleştirmektedir. Bu kablosuz kullanıcı tarafından ilk kez kullanıma başladığı zaman Şekil alıcı devresi Şekil 5’da görüldüğü gibi röle kontrol kartı 7’de görüldüğü gibi bir açılış ekranı ile karşılaşmaktadır. üzerinde bulunmaktadır. Verici devresi ile yazılımın çalıştığı Kullanıcı ev içerisindeki sistemleri hangi uzuvu ile kontrol sistem üzerine USB arabirimi ile takılmıştır. edeceğini ellerini kullarak ekrandan seçmesi gerekmektedir. Seçim yapıldıktan sonra kayıtlı uzuvları kullanmaya başlayacaktır. Şekil 5: RF alıcı ve röle kontrol kartı Röle kontrol devresi üzerinden bulunan alıcı devresine, RF olarak sistemden veri aktaran verici devresi de Şekil 6‘de görülmektedir. Şekil 7: Kullanıcı uzuv seçim ekranı Kullanıcı başlangıçta seçtiği uzuvları ile kendisi karşılayan ekrandan görevleri seçebilmektedir. Örnek olarak ellerini kullanmak için seçen kullanıcı, Şekil 8 ‘de görüldüğü gibi müzikçaların açılması için sol eli ile görevin üzerinde 3 saniye beklemektedir. Süre sonunda “Görev” kutucuğu aktif olarak röle devresine görevi yollamaktadır. Röle devresi görevi yaptıktan sonra cevap komutu yollarak “Durum” kutucuğunu Şekil 6: USB RF verici kartı aktif hale getirecektir. Bu durumda görev sistem tarafından gerçekleştirilmiştir. Şekil 9 ‘da görevi alan röle kontrol Röle kontrol kartı üzerinde bulunan 8 adet röleyi aynı kartının istenin röleyi aktif duruma getirdiği görülmektedir. anda kontrol edebilen, durumlarını saklayabilen bir PIC devresi kart üzerinde bulunmaktadır. Bu PIC devresi üzerinde PIC16F877A entegresi kullanılmıştır. Bu entegre yazılımdan gelen komutlara göre hangi rölenin açılıp kapatılacağını belirlemektedir. Aynı zamanda rölelerin durumu hakkında yazılıma bilgi göndermektedir. Uygulama yazılımı tasarından kullanıcı hareketleri ile görevlerin biri seçerse, seçili görevin kodu aşağıdaki kodlar sayesinde verici devresi üzerinden PIC’e aktarılmaktadır. PIC ile gelen komuta göre röleyi aktif veya pasif yapabilmektedir. (C#) public bool Gonder(string islem) { Byte[] cikis = new Byte[9]; cikis [0] = 0; cikis [1] = 14; Şekil 8: Kullanıcının yazılıma komut verme işlemi cikis [2] = Convert.ToByte(islem); int bufferPointer; for (bufferPointer = 3; bufferPointer < 9; bufferPointer++) { outputBuffer[bufferPointer] = 255; } bool basarili; success = writeRawReportToDevice(cikis); return basarili; } 65 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Teşekkür 3234-YL1-12 No’lu proje ile bu çalışmayı destekleyen Süleyman Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Yönetim Birimi Başkanlığı’na teşekkür ederim. Kaynakça [1] İ.Göktaş, Akıllı Ev Teknolojisi, Gazi Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, 91s, 2006. [2] H.B. Stauffer, “Smart Enabling System for Home Automaiton Systems ”, IEEE Trans. on Consumer Electronics, Cilt: 37, No:2, s:29-35, 1991. [3] K. Lee and H. Lee, “Network-based Fire-Detection Şekil 9: Röle kontrol kartının çalışması System via Controller Area Network for Smart Home Automation”, IEEE Transactions on Consumer 8. Sonuçlar Electronics, Cilt: 04, s:1093-1100, 2004. [4] B. Bittins, “Supervision and regulation of home Son yıllarda endüstrinin artan gereksinimlerini karşılamak automation systems with smartphones”, Computer üzere görüntü işleme tekniklerine olan ilgi ve firmaların bu Modeling and Simulation UKSim Symposium, s:444- konulara ait yatırımları gün geçtikçe artmaktadır. Özelikle 448, Germany, 2010. insan vücudu hareketlerinin dijital ortamlara taşıyan teknolojilerde hızlı gelişmeler yaşanmaktadır. Bu [5] E. Dandan, “Ev Ortamında Çocuk Güvenliği Amaçlı teknolojilerin geneli literatürde, hareket temelli işlemler olarak Akıllı Gözetleme Sistemi”, Yıldız Teknik Üniversitesi, adlandırılmaktadır. Bunun en kullanışlı ürünü Kinect’tir. Yüksek Lisans Tezi, s:69, 2010. İnsan hayatını kolaylaştıran, gereksiz zaman kaybı gibi [6] J.Stowers and M. Hayes, “Quadrotor Helicopter Flight görülen birtakım işleri hızlı ve kolay bir şekil yapan böyle Control Using Hough Transform and Depth Map from a sistemler aynı zamanda kullanıcının güvenliğini de yüksek Microsoft Kinect Sensor,” IAPR Conference on Machine oranda sağlamakta, insanın kendine daha fazla zaman Vision Applications, Nara, JAPAN., s:9-31, 2011. ayırmasına neden olmaktadır. [7] M. Sergey, D. Berdnikov ,” Temporal Filtering For Gerçekleştirilen otomasyon uygulaması, kullanıcıların ev Depth Maps Generated by Kinect Depth Camera”, içerisindeki sistemleri temassız kontrol etmeleri Moscow State University, s:35-42, 2011. amaçlanmaktadır. Akıllı ev otomasyonlarına bakıldığında aynı [8] L. Xia, C.K. Aggarwal,” Human Detection Using Depth amaçla yapılmış sistemler görülmektedir. Bu sistemlerde Information by Kinect”, Department of Electrical and kullanıcının hareketleri kameraler ile görüntü işleme tekniği Computer Engineering, The University of Texas at kullanılarak yapılmıştır. Görüntü işleme tekniklerinin Austin, 2010. dezavantajı, kontrolün insan hareketi yerine bir nesne ile de [9] E. Santos, A.Cordosa, “Interaction in Augmented Reality yapılmasıdır. Bu sebeple kullanıcı yanlışlıkla istemediği bir Environments Using Kinect”,Symposium on Virtual işlemi yapabilmektedir. Ayrıca görüntü işleme tekniği, Kinect Reality, Cilt:8/11 s:112-120, 2011. teknolojisine göre daha yavaş çalışmaktadır. [10] M. T. Gençoğlu, “Akıllı Evler”, Fırat Üniversitesi, Sadece temassız hareketin dışında kontrol kartı, kumanda, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, s:1-10, 2011. telefon vb. gibi araçlarla ev sistemleri kontrol edilmektedir. Bunları birçoğu kullanıcıyı sabit noktalarda çalışabilmekte ya [11] V. Ricquebourg, V.Menga, D.Durand, D. Marhic,B. da kullanıcın konforuna yönelik değildir. Delahoche, C.Logé, “The Smart Home Concept : our immediate future”,2006. Hareket temelli işlemler elektronik cihazların vücut hareketleriyle kontrol edilebilmesi olarak tanımlanmaktadır. [12] G., Demiris,K. Brian, M.Skubic, M.Rantz, ,”Senior Bu teknoloji mühendislik, sanat, oyun ve eğitim gibi birçok residents perceived need of and preferences for “smart alanda etkili bir şekilde kullanılabilir. home” sensor technologies”. International Journal of Technology Assessmentin HealthCare, Cilt: 24, S:120- Bu uygulamayı gerçekleştirmek için kullandığımız Kinect 124, USA, 2008. cihazı yakın bir süreçte mobil cihazlar, bilgisayarlar vb. gibi teknolojilerle birleşerek tamamen temassız bir iletişim ortamı [13] C. Douligeris, “Intelligent Home Systems”, IEEE, 2005. sağlanması ön görülmektedir. Bu çalışma ile gelecek süreçte [14] B. Cincirop, “GSM Kontrollü Akıllı Ev Otomasyonu”, yapılacak uygulamalara referans olması planlanmaktadır. Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Konutta akıllılığın gerektirdiği bazı olumsuz durumlarında Lisans Tezi, S:68, Sakarya, 2009. ortaya çıktığı görülmektedir. Bu olumsuzluklardan bir çoğu, [15] K.İnal, M.A. Akçayol, ”GSM Tabanlı Akıllı Ev sistemin entegre bir yapıya sahip olmamasından kaynaklanan Uygulaması”, Gazi Üniversite Bilişim Teknolojileri sorunlardır. Ayrıca sistemlerdeki teknik yetersizlikler, bakım Dergisi, Cilt:2, S:39-45, Ankara, 2009. ve tamirin uzman gerektirmesi, herhangi bir problemin hangi [16] H. Hua, L. Bin, C.Yi, , “Interaction System of Treadmill üreticinin sorunu olduğunun anlaşılmaması vb. olumsuzluklar Games based on Depth Maps and CAM-Shif”, Huazhong da yaşanmaktadır. University of science and technology, China, 2011. [17] Kinect, İnternet Sitesi. http://www.xbox.com/en- GB/kinect. Erişim Tarihi: 31.03.2012. [18] A. Padilla, M. Hayashibe, P. Poignet, ,”Joint Angle Estimation in Rehabilitation with Inertial Sensors and its 66 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Integration with Kinect”, Annual International Conference of the IEEE EMBS, Cilt: 8/11, S:3479-3483. [19] M.Sidik, M.Sunar,I, Ismail, M. Mokhtar, “ A Study on Natural Interaction for Human Body Motion using Depth Image Data”, Workshop on Digital. Media and Digital Content Management, UTM ViCubeLab, Department of Computer Graphics and Multimedia Faculty of Computer Science and Information System, Universiti Teknologi Malaysia, Cilt: 26, S:97-102, Malaysia, 2011. [20] A.A. Süzen, “WPF ile Programlama”. Kodlab Yayın Evi, 13206, 400s., İstanbul, 2011. 67 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya EVLER VE SOĞUK HAVA DEPOLARI İÇİN SMS VE MİKRODENETLEYİCİ TABANLI BUZDOLABI - SOĞUTUCU ARIZA UYARI SİSTEMİ M.Serhat CAN1, Bülent TURAN2, Y.Selim ARI3, Ali AĞCA4 1Elektronik ve Otomasyon Bölümü, Mekatronik Programı Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Zile Meslek Yüksekokulu [email protected] 2 Elektronik ve Otomasyon Bölümü, Mekatronik Programı Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Zile Meslek Yüksekokulu [email protected] 3 Elektronik ve Otomasyon Bölümü, Mekatronik Programı Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Zile Meslek Yüksekokulu [email protected] 4 Elektronik ve Otomasyon Bölümü, Mekatronik Programı Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Zile Meslek Yüksekokulu [1],[2]. Buna karşın buzdolabı arızasının bildiriminin Özetçe bulunmayışı bir eksiklik olarak görülmüştür. Akıllı ev otomasyon sistemleri incelendiğinde, gaz kacağı Bu çalışmada, buzdolabı arızaları (elektrik kesilmesi, kart alarmı, yangın alarmı, hırsız alarmı, aydınlatma, havalandırma bozulması, soğutucu arızası) ve dolayısıyla sonrasındaki ve ısıtma sistem kontrolleri vb. çözümler bulunmaktadır. istenmeyen sonuçlarının giderilmesi için, olası arıza Evlerde düşünülmesi gereken başka bir konu, ev sakinlerinin durumlarında SMS ( Short Message Service = Kısa Mesaj evde bulunmadıkları dönemlerde (kısa/uzun süreli tatiller Servisi ) yolu ile belirtilen numaraya arıza bilgisini iletecek bir v.b.), elektrikli cihazların çeşitli sebeplerle bozulması ve sistemin oluşturulması amaçlanmıştır. Çalışma aynı zamanda, sonrasında istenmeyen sonuçların ortaya çıkmasıdır. Çalışma sadece ev uygulamaları ile sınırlı kalmayıp, soğuk hava ile evlerdeki buzdolapları için ve soğuk hava depolarındaki depoları içinde çözüm sağlayabilecektir. Ayrıca, bu soğutucular için olası arıza durumlarında SMS ile bilgi çalışmanın buzdolabı ve soğutucu üreten firmalar için yeni bir verecek bir ürün geliştirilmiştir. Ürün, ev tipi bir buzdolabı ürün modeli fikri getireceği düşünülmektedir. üzerinde test edilmiş ve başarı elde edilmiştir. Buzdolabı ( veya soğutucu ) için olası üç arıza üzerinde durulmuştur. Bunlar; 1. Giriş 1. Elektrik Yok ( Elektrik kesintisi, sigorta düşmesi v.b. sebeplere bağlı olarak ) Teknolojideki gelişmelerle birlikte insanların gereksinimleri ve beklentileri de değişmektedir. Yine bu gelişmeler 2. Kart Arızası ( Gerilim dalgalanması, sıcaklık v.b. doğrultusunda, haberleşme sistemlerinin ve ürünlerinin sebeplere bağlı olarak ) gelişmesi bu beklentileri çeşitlendirmekte ve beklentilere ivme 3. Soğutucu Arızası ( Gaz kaçağı, dolap motoru arızası kazandırmaktadır. Özellikle mobil iletişimin hızlı gelişip v.b. sebeplere bağlı olarak ) yaygınlaşması, evlerde, ofislerde, alış veriş merkezlerinde, kurumsal yapılarda güvenlik ve uyarı sistemlerinin etkinliği Elektrik kesintisi arızası diğer iki arıza kaynağına göre artırmıştır. Mobil iletişim sayesinde ev dışındaki başka bir daha sık karşılaşılacak arızadır. Gün içerisinde gerçekleşme yerden sadece bir SMS ile kombi ayarlanabilmekte, sayısı ve süresi de çok değişkendir. Bu arıza, şehir elektrik havalandırma çalıştırılabilmekte, çiçekler sulanabilmekte hatta şebeke kesintisine, buzdolabı linye hattı koruma sigortasının ev içi görüntülenebilmektedir. atmasına bağlı olarak ortaya çıkabilmektedir. Sistem, elektrik kesintisi durumunda belli bir süre beklemekte ve bu süre Hali hazırdaki ev otomasyon sistemlerinde, gaz kacağı sonunda elektrik gelmediyse, ilave bir süre bekledikten sonra alarmı, yangın alarmı, hırsız alarmı, aydınlatma, havalandırma SMS göndermektedir. ve ısıtma sistem kontrolleri vb. çözümler bulunmaktadır 68 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya Göz önüne alınan ikinci arıza, buzdolabı elektronik kart 2x16 karakterlik LCD ekran PIC16F877‟nin D portuna arızasıdır. Elektrik dalgalanmaları, gerilim uzun süreli bağlanmıştır. yükselmesi veya düşük seyretmesi, rutubet, toz ve sıcaklık gibi Dolabın ne kadar süre ile devre dışı ( uyku ) kaldığını genel kart arıza kaynaklarına bağlı olarak oluşabilmektedir. tespit etmek için DS1302 gerçek zaman entegresi, Buzdolabının elektrik besleme hattında 220 Volt AC şebeke mikrodenetleyicinin B portuna bağlanmıştır. gerilimi olsa bile, kartın bozulması durumunda buzdolabı doğru çalışmayacaktır. Bu durumda buzdolabı motoru Buzdolabı beslemesinde elektrik varlığını tespit etmek için devreye ya hiç girmeyecektir, ya da sürekli devrede kalacaktır. 220 Volt röle kullanılmıştır. Rölenin kapalı kontağı üzerinden Bu durumda sistem bir kart arızasını tespit etmekte, kart 5 Voltluk gerilim 10 K direnç ile mikrodenetleyicinin C arızasını gösterir bir SMS göndermektedir. portunun 4. ucuna uygulanmıştır. Üçüncü arıza ise buzdolabı soğutucu sistemi arızasıdır. Bu SMS gönderimi için Siemens C55 cep telefonu arıza, yukarıda bahsedilen kart arızasına, buzdolabı motoru kullanılmıştır. Cep telefonunun seri bağlantı uçları, arızasına ve soğutucu gaz sisteminden kaynaklanan sebeplere PIC16F877 RX ve TX uçları olan RC7 ve RC6 numaralı bağlı olarak ortaya çıkabilmektedir. Bu arıza, buzdolabı uçlarına bağlanmıştır. Mikrodenetleyici ile cep telefonu kabinine yerleştirilen LM35 sıcaklık sensörü ile tespit arasındaki haberleşme gerilim seviyelerinin uygunlaştırılması edilmeye çalışılmıştır. LM35 ile ölçülen sıcaklık değeri için aşağıdaki ara devre parçası kullanılmıştır. normal değerler dışında ise sistem soğutucu arızasını görüp bir SMS göndermektedir. Yukarıdaki üç farklı arıza durumundan birinin/birkaçının oluştuğu durumlarda, sistemin belirtilen numaraya ilgili arıza mesajını göndermektedir. Diğer akıllı ev sistemlerinde olduğu gibi, sistemin çok karmaşık olmaması, I/O ( giriş-çıkış) sayısının çok olmaması, sistem maliyetinin düşük tutulmak istenmesi gibi sebeplerden ötürü çalışmada kontrol işlemleri için mikrodenetleyici kullanılmıştır. Kullanım alanının geniş olması, program geliştirme araçlarının kolay erişilebilir olması gibi sebeplerden Şekil 1: PIC ile Siemens C55 seri haberleşme ara yüzü ötürü, mikrodenetleyici olarak Microchip firmasına ait PIC16F877 kullanılmıştır. Elektrik kesintileri durumunda sistemin çalışmasını sürdürebilmesi için, cep telefonu ve akü şarj ünitesi sisteme Kontrol kartı ile iletişimi sağlamak amacıyla, kablolu dahil edilmiştir. Sistemin donanım şeması aşağıda verilmiştir. iletişim ağları, kablosuz iletişim ağları veya optik ( kızılötesi ) iletişim ağları kullanılabilir [3]. Kablolu iletişimin kullanıldığı bazı çalışmalarda DTMF ( Dual Tone Multi Frequency ) iletişim sistemi kullanılırken [2],[4],[5] kimi uygulamalarda TCP/IP iletişim sistemi kullanılmıştır [6]. Uygulamanın gereksinimlerine göre DTMF‟nin ve TCP/IP‟nin birlikte kullanıldığı çalışmalar da mevcuttur[7]. Çalışmada, kablosuz mobil iletişim ortamlarından GSM (Global System for Mobile Communications ) sistemi tercih edilmiştir. Sistem arıza bilgilerinin GSM ortamında SMS yolu ile iletilebilmesi için, SMS yapılarından olan PDU formatı kullanılmıştır. Mobil iletişim aracı olarak, PDU formatını desteklemesi ve [1] numaralı referans çalışmada tecrübe edilmiş olması sebebiyle Siemens C55 cep telefonu kullanılmıştır. 2. Sistem Donanımı Sistemde, tüm hesap ve kontrol işlemlerini gerçekleştirmek amacıyla PIC16F877 mikrodenetleyicisi, 4 Mhz kristal osilatörlü kullanılmıştır. PIC16F877‟nin A portunda bulunan analog kanallardan birincisine LM35 sıcaklık sensörü, ikinci analog kanala akım sensörü bağlanmıştır. LM35 sıcaklık sensörü buzdolabı sıcaklık bilgisini sağlarken, akım sensörü buzdolabının zaman zaman devreye girip girmediğini ( buzdolabı elektronik kartı Şekil 2: Sistemin donanım bileşenleri veya motor arızası ) tespit etmek amacıyla kullanılmıştır. Arıza kodlarının görüntülenebilmesi ve gerek duyulduğunda dolap sıcaklık bilgisine ulaşılabilmesi amacıyla 69 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, 26-28 Eylül 2013, Malatya 3. Sistem yazılımı 3.1. SMS ve PDU formatı Mikrodenetleyici programlama ara yüzü olarak CCS C SMS ( Short Message Service = Kısa Mesaj Servisi ), ETSI programı kullanılmıştır. Çalışmada olası üç arıza durumu ( European Telecommunications Standards Institute ) sonrasında yapılacaklar, aşağıdaki algoritma ile sağlanmıştır. tarafından standartlaştırılmıştır (GSM 03.40 and 03.38 ). Bu standarda göre SMS en fazla 160 karakter içerebilir. Bir SMS Algoritmada, öncelikle elektrik şebekesinde elektrik olup göndermenin iki yolu vardır. Bunlar PDU ( Protocol olmadığına bakılır. Eğer sistemde elektrik yoksa, belirlenen Discription Unit ) ve Tekst modu. [8] süre kadar beklenir ( bu dolap/soğutucu ebat ve kapasitesine göre değişir) ve süre sonunda elektrik yoksa, “Elektrik Bu çalışmada, SMS modu olarak PDU kullanılmıştır. Kesildi” mesajı alıcıya gönderilir. Eğer elektrik tekrar gelecek PDU‟nun bir kodlama yapısı vardır. Bu yapının anlaşılması olursa, alıcıya “Elektrik Geldi. Dolap Son … Saat…..Dakika için aşağıda bir örnek verilmiştir. Çalışmadı. Dolap Sıcaklığı….” mesajı gönderilir. 079109558900080011000C910945568856640000AA104576 Elektrik kesintisi yoksa, ikinci adım olarak dolabın 794D97A7D7A065799E6693D3 belirlenen süre içerisinde devreye girip girmediğine, Bu örnek kodda, dolayısıyla dolabın çalışıp çalışmadığına ( motorun akım SMSC numarası +905598008000 ( Avea ) [9] çekip çekmemesi akım sensöründen ) bakılır. Eğer dolap son belirlenen süre içerisinde ( 7-10 saat) devreye girmişse dolap Alıcı numarası +905465886546 çalışıyordur ve üçüncü adıma geçilir, şayet son belirlenen SMS mesajı Elektrik Kesildi kadarlık süre içinde dolap devreye girmemişse ilave bir bekleme süresi kadar beklenir ve hala soğutucu devreye SMS Mesaj uzunluğu 16 girmemişse, “Kart Arızası” mesajı alıcıya gönderilir. Yukarıdaki PDU kodu, [8] numaralı referansta bulunan Üçüncü adım olarak dolap sıcaklığı kontrol edilir. Eğer PDU çevirici ile otomatik olarak elde edilmiştir. PDU format dolap yüksek değerlerde ise ( t>4-5 ˚C ) belirli bir bekleme yapısının daha iyi anlaşılması için [1] numaralı referans süresinden sonra, “Soğutucu Arızası” mesajı alıcıya incelenmelidir. gönderilir. PDU formatında, mobil iletişim hizmeti veren firmaya ait Sistemin algoritması aşağıdaki gibidir. SMSC ( short message service center = kısa mesaj servis merkezi ) numarası bulunmalıdır. Yukarıdaki örnekteki SMSC numarası [9] numaralı referanstan elde edilmiştir. Yukarıdaki PDU kodunun PIC16F877 üzerinden Siemens C55 cep telefonuna gönderilmesi için, CCS C „de aşağıdaki örnek C kodu yazılmalıdır. } delay_ms(5000); fprintf(gsm,"AT+CMGS=28"); //Toplam iletilecek mesaj uzunluğu =28 delay_ms(3000); fputc(0X0d,gsm); delay_ms(3000); fprintf(gsm,"079109558900080011000C9109455688566 40000AA104576794D97A7D7A065799E6693D3"); delay_ms(3000); fputc(0X1A,gsm); delay_ms(3000); } 4. Sonuçlar Bu çalışmada, daha önce yapılan benzer çalışmalardan farklı olarak, evlerde ve soğuk hava depolarında kullanılan buzdolabı/soğutucular için oluşabilecek elektrik kesintisi, kart arızası ve soğutucu sistemi arızaları için PIC ( peripheral interface controller ) ve SMS tabanlı bir uyarı sistemi tasarlanmıştır. Çalışmada bahsedilen olası üç arıza durumu, bir ev tipi Şekil 3: Sistem algoritması buzdolabı üzerinde test edilmiştir. Testler sonucunda, her üç 70