Gömülü Sistemler Ölçme Teknikleri

    Mikrodenetleyiciler ile Ne Ölçülebilir?

    Arduino ile ya da diğer gömülü sistemler ailesinden herhangi bir mikrodenetleyici ile herhangi bir şeyi ölçebilmek, ölçmek istediğimiz şeyin ancak elektriksel bir değere çevrilebilmesiyle mümkün olabilmektedir. Tam nokta atışı konuşmak gerekirse voltaja çevirebildiğimiz herşeyi ölçebiliyoruz. Mikrodenetleyiciler kendisine verilen referans sayesinde ölçülmek istenen potansiyel farkı karşılaştırarak bir değer üretebilirler. Malesef ölçme anlamında yetenekleri ancak bu kadardır. Bir de zamanı bilirler, onu da üzerlerinde bulunan clock kaynağı sayesinde yaparlar. Bu da beraberinde sayma yeteneği kazandırır mikrodenetleyiciye. Netice olarak bir mikrodenetleyici sadece voltaj ölçebilir.

    Sensör Nedir, Ne İşe Yarar?

Net olarak bir mikrodenetleyicinin algılayabildiği (sense) tek şey potansiyel farktır. Sense demişken sensör kavramının da çıkış noktası ortaya çıkmış oluyor. Ölçmek istediğimiz büyüklüğü, mikrodenetleyicinin ölçebildiği potansiyel farka çeviren cihazlara sensör diyoruz. Bazıları sadece bir direnç olmak kadar basit olabilirken bazıları çok karmaşık-bütünleşik yapılar olarak karşımıza çıkabilmekte. 

    Bazen analog bir ölçme ile bazen dijital bir ölçme ya da sayma yöntemiyle bu ölçümler yapılabilir. Analog bir ölçüm yapılması gerekiyorsa bunun için mikrodenetleyicinin ADC : Analog to Digital Converter birimi kullanılır. O sebeple kullanacağınız mikrodenetleyicinin ADC birimini detaylıca öğrenmeniz gerekir. Sonuçta elde edilen veri, voltaj seviyesini belirten sayısal bir değer olur. Bu noktadan sonra iş matematiğe kalır, sensör ölçmek istediğiniz büyüklüğü nasıl bir algoritmayla potansiyel farka çevirmişse yaklaşık olarak tam tersi bir yol izleyerek ölmek istediğimiz büyüklüğün değerine ulaşırız.

    Ölçmede Hata Payları    

Ölçme denilince yalnız başına da gelmez, yanında bir de hata payı diye bir olayı getirir ve o da yalnız gelmez, genellikle kalabalık olur. Sensörün hata payı vardır, ADC 'nin hata payı vardır, kullandığınız algoritmanın bir hata payı vardır, vardır da vardır. Gürültü dediğimiz bambaşka bir olayımız da vardır onu da es geçemeyiz, bu noktada da imdadımıza filtreler yetişir, amaç genel olarak hata paylarını en aza düşürerek daha gerçekçi sonuçlara ulaşmaktır.

    Bu yazı serisiyle, vakit buldukça tüm ölçme tekniklerini paylaşıyor olacağım. Her biri için ayrı bir sayfa yazarak tüm sayfa linklerini bu yazının altında paylaşacağım. Sizlerin de ilgisini çeken incelememi istediğiniz sensörler olursa, yorumlara yazarak talebinizi iletebilirsiniz.

• Gömülü Sistemler - Mikrodenetleyici ile Voltaj Ölçme
• Mikrodenetleyicinin referans voltajı üzerindeki gerilimleri ölçme
• DHT 11 sensör ile sıcaklık ve nem ölçme
• LM35 Sensör İle Sıcaklık Ölçme

Direnç Parametreleri

 

    Direnç deyince akla bir tek resistans değeri mi gelir, genellikle öyle, biraz ilerlesek tölerans gelir, direncin değerinin yüzde kaç aşağı yukarı eksik fazla olacağı bilgisidir. 

Mesela 10K bir direnç için %5 töleransla 

10.000 x 0,95 'ten 9K5 

ya da 10.000 x 1.05 'ten 10K5 

gelebilir demek, hassas işler için, töleransı düşük dirençler seçmek lazım demek ki..

Hemen bir senaryo yazalım bu töleransla ilgili, 0-100V ayarlı çıkışa sahip bir güç devremiz olsun, (maksimum 100 ki hata payını yüzde olarak direkt elde edelim) devremizin çıkışını 5v TTL seviyesinde işlem gören bir mikrodenetleyici ile ölçüyor olalım, ne yapalım? çıkışı direk ADC ye girelim mi? :) yok yok girmeyelim çıkışın 100v olduğu yerde bize 5v verecek bir voltaj bölücü kullanalım(bu noktada çıkışın asla 100v u aşmayacağı kabulu vardır), basit olsun diye 95K ve 5K (±5% tölerans olsun) dirençler seçelim, voltaj bölücüyü anlatmaya gerek var mı? 5K gnd ye bağlı aşağıdan, yukarıdan ADC ye gidiyor ve 95 K ya gidiyor, 95 K nın diğer ucu çıkışın + ucuna. Bu konfigurasyonda tölerans sıfır dersek çıkış 100v iken ADC ye tam tamına 5V gider. En kötü senaryoya bakalım:

5K, 5.25(5x1,05)K; 95K da 90.25(95x0,95)K oldu diyelim; ADC ye 5.497v => (100Vx5.25K)/(5.25K+90.25K)

 gider (burada ADC bunu tabii ki okumaz, okuduğunu varsayalım) ve biz bunu bu konfigurasyonda 109.94V olarak okumuş oluruz, => [(95k+5k)x5.497v]/5k

5K, 4.75K;95K da 99.75K oldu diyelim; ADC ye 4.545v gider  ve biz bunu bu konfigurasyonda 90.9V olarak okuruz, yanisi 100v; 9.94v yukarı, 9.1v aşağı gidebilir; toplamda 19.04V hatamız olabilir 100V için, bu da kabaca %19 hata payı demektir !? kabul edilebilir mi? tasarladığınız devrenin bilgi kağıdında, hata payı satırına 19% yazabiliyosanız/yazmanıza müsade ediliyorsa olabilir, ne diyelim.

    Temperature Coefficient, sıcaklık katsayısı ne ola ki? bazı datasheetlerde T.C.R olarak kısaltılmıştır, birimi ppm/°C ya da ppm/K(kelvin), ppm den kasıt: "parts per million/per degree Centigrade", diyelim ki bu parametre ±200 ppm/°C olsun, şair burada diyor ki, her 1 derece değişiminde, bu direncin değeri her 1M ohm için maksimum 200 ohm değişir, yanisi direncimiz 1MOhm ise her bir derecelik sıcaklık değişimi için 200ohm direnç değeri değişir ±200ohm, yine hassas noktalarda göz önüne almak gerek, küçük TCR değerli dirençler tehcih etmek gerek. Ayrıca, yukarıdaki senaryoda yaptığımız matematiği burda da yaparak bu hata payından tasarımımızı kurtarabiliriz, ortam sıcaklığını ölçmek, oda sıcaklığından farkını alarak TCR değeriyle gerekli matematik sonucu direncin o sıcaklıktaki değerine göre ADC okuması yapılabilir.

    Power Dissipation: birimi watt(W), güç dağılımı ? direncin overheat olmadan nominal olarak harcayacağı maksimum güç, bunun üzerinde ısınmaya başlarım diyor. Bir örnek alalım; 1K direncimiz 1/8W gücünde (0.125w) olsun, o vakit bu arkadaş için I.V maksimum 0,125 olabilir, I nerden gelir V/R den, R zaten sabit, o zaman (0.125 = V²x1000'den) bu arkadaş üzerine düşürebileceğimiz maksimum potansiyel fark; 11.18V u geçmemelidir.

    Power De-rating: güç azalması, neye bağlıdır? elbette sıcaklığa, mühendis miyiz meteorolog mu Allah-u Alem her yerde dertsin sıcaklık.

Direnç Hesaplayıcı

...Devam edecek...