18F4620 ve Enc28j60 ile İnternet Erişimli Digital Termostat

Bu projenin  öyküsü 1 yıl öncesine kadar uzanmaktadır. Geçtiğimiz yıl Eylül -Ekim aylarıydı. Çalıştığım iş yerinde soğuktan etkilenecek-donacak boruların çevresine ısıtıcı rezistans monte etmiş ve bunlara termostat bağlamıştık.

Termostat; üzerinde ayar butonları ve küçük 7 segment 4 adet display olan bir cihazdı. Çalıştırmak, durdurmak, çalışıp-çalışmadığını takip etmek ve sıcaklığını gözlemek için termostatın yanına kadar gitmek gerekiyordu.

Termostat bulunduğu yerde başka cihazlarda bulunmakta, bunların kontrolü için de geliniyor ve kontrol yapılıyor ama bu benim düşünceme tamamen ters bi durum. Yani 8-10 lokasyon alanında kameradan pompalara aydınlatmalardan transdüserlere kadar herşeyin uzaktan izlenebildiği bir yere getirip ilkel bi  termostat takılması  bence çok yanlıştı.

Kendimce    buna nasıl bi çözüm bulabileceğimi  araştırmaya başladım. İlk aklıma gelen, daha önce çalıştığım jeotermal serada uygulamaya koyduğum dorji modülleri ile uzaktan kontrol etmekti. Çünkü burada düşüncem, her Termostat başına pic+dorji kullanırım, komutların başına da termostat ayrımı yapacak id eklerim, tüm dorjilere göderirim ve sonrasında alıcı devrelerde id'si uyuşan devreyi aktif ederim diye düşünüyordum. Yani I2C iletişim mantığını değiştirip RF de uygulamak istiyordum.  Fakat sonra bundan da vazgeçmek zorunda kaldım, çünkü atladığım bir konu vardı. Ortamda  çok fazla gürültüye neden olacak etmenler vardı. Bu da güvensiz bir kontrol sistemi olacaktı.


Bu ve buna benzer sorunların en iyi çözümünün yerel ağ bağlantısı üzerinden kontrol etmek olduğuna karar verdim. Bunu da microchip firmasının üretmiş olduğu ENC28J60 Ethernet - Spi dönüştürücüsü ile yapabilirdim. Çünkü kullandığım CCS C Compilers içerisinde kütüphanesi mevcuttu.


ENC28J60:

Enc28J60

Enc28J60 için Datasheet sayfa 7'de bağlantı şeması bu şekilde verilmiş.
Burada;

Mcu: 18F4620
          I/O   = SPİ iletişiminin CS (chip Select) pinidir. Ben C0 pinini kullandım.
          SCK = SPİ iletişiminin clock pinidir.
          SDO = SPİ iletişiminin data çıkış pinidir.
          SDI  = SPİ iletişiminin data giriş pinidir.

Ben, birde ENC devresi ile uğraşmamak ve PCB ebatım büyümesin fazladan para ödemeyim diye şu modülü kullandım. 

PCB çizimini Diptrace ile yaptım

PCB 3D görüntüsü (Diptrace)

PCB 'leri çinde yaptırdım. Site ismi  JLCPCB 10x10 cm ölçülerde 10 ad pcb 2$, Gönderi 12,8 $ tuttu. Gerçekte sanki tam tersi gibi neyse artık o konuya girmeyelim.

JLCPCB tüm PCB aşamalarını takip etmemizi sağlıyor.

Nihayet PCB elime ulaştı, Gayet iyi görünüyor.

PCB arka tarafı.

Birkaç eleman lehimledim. Test aşamasında şuan çalışıyor.

Arka taraf. Renkli kablolar icsp bağlantısı. kırmızı soket Rs232 bağlantısı(opsiyonel).

 WEB:

18F4620 içerisine yazdığım program bu haliyle 3 ayrı ısıtıcıyı kontrol edebiliyor.  Bunlar sayfanın üst kısmında Isıtıcı A, B ve C sekmelerinden yapılıyor.  Isıtıcıya lokal ip ile 192.168.2.55 adresi üzerinden bağlanıyorum. Bu ip programlama esnasında ne yazarsanız odur. istersek modemden oto ip alacak şekilde de yapılabilir fakat her seferinde modem farklı ip vereceğinden sorun olur.

Sayfa da herbir ısıtıcı (A,B,C) nın ölçülen sıcaklık değeri, ayarlanan sıcaklık değeri ve ısıtıcı durumu gibi bilgiler yer almaktadır. Bu bilgiler silinmemesi için MCU'nun eeprom belleğinde saklanmaktadır. Bu nedenle enerji kesilse bile silinmez ve MCU işleme kaldığı yerden devam edebilir. Aynı şekilde web sayfası ilk açıldığında HTML alanlarının boş kalmaması için javascript kodu içerisine eklediğim sorgu fonksiyonu MCU dan değerleri alıp sayfayı doldurmaktadır.  Bu sayede MCU içerisindeki ayar parametreleri görülmektedir. Eğer web sayfasına MCU içerisinde değerleri sorup doldurmasaydık aşağıdaki gibi hoş olmayan görüntü olacaktı.

 Yukarıda görüldüğü üzere sayfada boşluklar var. Sayfa açıldığında ilk değerleri istemek bu nedenle önemli.

Isıtıcı durumu kısmında iki farklı fonksiyon bulunmaka. Bunlar,
OTO: Isıtıcının otomatik modda; yani, set değerini gözeterek ısıtıcıyı devreye sokup çıkartıyor.
MAN: Isıtıcının manuel modda; ısıtıcı, ISITICI ON ve ISITICI OFF butonları ile devreye alınır. Set değerine bakılmaksızın ssdece verilen komutu uygular. Oto moddayken bu butonlar komut almaz.

Yesil Renk: Üzerinde yazan OTO-MAN durumuna göre ısıtıcının şuan devrede olduğunu gösterir.
Kırmızı Renk: Üzerinde yazan OTO-MAN durumuna göre ısıtıcının şuan devre dışı olduğunu gösterir.

Ayrıca bir diğer özellik ise manuel moddan otomatik moda alındığında , manuel konumdayken ısıtıcının on yada off durumu neyse, otomatik moddan manuel moda alınca eski manuel çalışma şekline devam eder.

18F4620 içerisine yazdığım program bu haliyle 3 ayrı ısıtıcıyı kontrol edebiliyor.

Lokal ip dışında internet üzerinden kontrol etmek için modem üzerinden 80 portunu 192.168.2.55 adresine yönlendirmemiz gerekmektedir.

LCD Ekranlı, Alarmlı Saat

12864B_GLCD

GLCD Ekran

GLCD Ekran Arka Taraf

Grafik LCD : Grafik LCD olarak Winstar firmasının WG12864B-TMI-V#N ekranını kullandım. 

Bu ekranın;

5V çalışma gerilimi, 2,4" ekran boyutu, NT7108 konrolcüsü, 8 bit data hattı, Led arka plân aydınlatması,  2.54mm 20 pin SIL bağlantı, -20 ile +70°C arasında sıcaklıkta çalışabilme gibi özellikleri vardır.

GLCD Ekran Pins

VDD           :  +5 V  Besleme
GND           :  - Besleme
Vo               : Ekran kontrast ayar pini
DB0~~DB7: Ekran data pinleri
CS1             :GLCD bank 1 secme ucu
CS2             :GLCD bank 2 secme ucu
RST            :Ekran reset pin
R/W            :Ekran okuma yazma mod pini
DI               :Ekran data-komut seçim pini
E                 :LCD aktif pini
Vee             :Negatif voltaj pini
LIGHT      :LCD arka aydınlatma (5v)

 DS 1302 RTC ENTEGRESI

DS1302 RTC Görünümü

1302 pinout

Vcc2=    Normal Besleme.
Vcc1=    Pil'den Besleme.
X1-X2= 32,768 KHz Crystall.
GND=   0 V Besleme.
CE=       Giriş pini. Entegreyi aktif etme pini.
I/O=       Giriş-Çıkış Pini. Data ve komutlar bu pinden okunup-yazılmaktadır.
SCLK=  İletişim protokolü pals giriş ucu.

Maxim_Dallas firmasının üretmiş olduğu; içerisinde, 2100 yılına kadar takvim bilgilerinin kayıtlı olduğu entegredir. Entegrenin CE, I/O ve SCLK pinleri dahili olarak 40KOhm direnç ile Pull-Down bağlantı yapılmıştır. Vcc2 normal besleme girişidir. Vcc1 Pilden besleme girişidir. Eğer Vcc2 gerilimi, Vcc1 geriliminden 0,2V fazla ise, Entegre  Vcc2 'den beslenmeye başlar. 2V ile 5,5V arasında gerilimde çalışabilir. Pil ile 2V beslemede yaklaşık 110nA (nanoAmper)  akım çeker. X1-X2 pinleri arasına 32,768 KHz kristal bağlanmalı ve kristal gövdesi GND'ye irtibatlandırılmalıdır. (Bkz:Sayfa5-Figure2).

PROGRAMLAMA

Devre genel olarak 1 adet PIC16F877A, 1 adet Ds1302,1 adet CR2032 pil, 1 adet Buzzer, 1 adet GLCD ve biri Set, biri de Arttır/Up butonu olmak üzere 2 adet butondan oluşmaktadır. Tabi bunun yanında enerji besleme katını da ilave etmem gerekir.

Ana Ekran

Ana ekranda, Tarih, Saat, Haftanın günü ve ayarlanan alarm saatleri görünmektedir.  Büyük punto saati göstermektedir. Altta; 15:15 ayarlanan 1. alarm, 14:21 ise ayarlanan 2. alarmdır. Eğer; ana ekranda iken up butonuna basılırsa alarmlar aktif yada pasif edilebilir. Alarm saatlerinin başında bulunan yuvarlak (radio button) kısımlar alarmların aktif/pasif edilme durumunu gösterir. Alarm; yuvarlağın, içi boş ise pasif, içi dolu ise aktiftir. 

Ayarlanan alarm zamanı geldiğinde 1 dk boyunca alarm çalar.Alarm susturulmak istendiğinde UP butonuna basmak yeterlidir. Ayrıca her saat başı 4 adet, her buçuk'da da 2 adet dit sesi çalar. 

Enerji kesilip-gelme durumunda DS1302 pilden beslendiği için saat bilgisini kaybetmez. Ayarlanan alarm saat bilgileri de pic'in dahili eepromunda kayıtlı olduğu için alarm bilgileri de korunur. Kısacası uzun süre olsa dahi enerji kesintilerinden devre etkilenmez. Fakat enerjisiz durumlarda alarmın çalmayacağı unutulmamalıdır.

Menü=1 Saat Ayar Ekranı

Ana ekrandayken SET tuşuna basıldığında saat ayar ekranı gelmektedir. Up butonu kullanılarak saat ayarlaması yapılır. Buradan sonraki tüm menüler aynı şekilde SET ve UP butonlarına basarak ayarlanır.

Menü=2 Dakika Ayar Ekranı

Menü=3 Ay'ın Günü Ayar Ekranı

Menü=4 Ay Ayar Ekranı

Menü=5 Yıl Ayar Ekranı

Menü=6 Gün Ayar Ekranı

Menü=7 Alarm-1 Saat Ayar Ekranı (Alarm-2 Aynısı)

Menü=8 Alarm-1 Dakika Ayar Ekranı

YAZILIM 

16F877A mikrodenetleyicisine yüklenecek olan Hex dosyası ve devrenin kurulacağı  PCB çizimi linklerden ulaşılabilir. Pcb kendi çizimimdir. Saat'i bunun üzerinde çalıştırdım. Linkdeki dosyaların şifresi         abdullah.tekin            dir. PCB linkindeki dosyayı herhangi bir pcb firmasına gönderirseniz size hazırlayıp gönderebilir.

3D kart görüntüsü

PCB genel amaçlı kullanım için tasarım yapıldığından çok fonksiyoneldir. Bunlar;

PicAnalog girişine bağlı 8 Adet Analog giriş (Sıcaklık, Basınç, Gerilim vs ölçümü)
Analog enstrumanlar için ayrı besleme girişi.
PicUart çıkışına bağlı Dorji DRF7020D20 için hazır soket bağlantısı,
PicUart çıkışına bağlı extra soket SIL4 (Vcc-Tx-Rx-Gnd),
Pic Port-D çıkışında 2 adet GLCD soketi SIL20 (Winstar 12864 TypeA ve B'ye göre ).
Kart beslemesi için 10VA- 12V Trafo ve 78K05.
DS1302 Rtc entegre.
CR2032 pil soketi.
7 adet extra giriş-çıkış pini.



PCB üzerinde saat devresini çalıştırabilmek için;

R1-R5-R6:   10K
PIC:             16F877A
RTC:            DS1302
Y1:               20 MHz Kristal
Y2:               32,768 KHz Kristal
C1-C4:         100 uF  35V
C3-C2:         22pF
C7-C8:         100nF
B1:               CR2032 PİL
GLCD_B:   128x64 LCD Ekran
7805:            MC7805ACK

POT:            50K POT
LCD_LIGHT: Pinler kendi arasında birleştirilirse Lcd Ekran ledi yanar.
PT150 Vcc:  Bu pinin + ile gösterilen kısmına +5V bağlanacak.
Pwr:             Power Ledi

D2-D5:         1N4001 vb.

RST:             Pic reset buton bağlantısı
ICSP:           Icsp programlama bağlantı noktası. PGD ve PGC pull-down yapılmalı.
                      (soldan-sağa= Vpp-Vcc-GND-PGD-PGC )
Trafo:          12V 10VA trafo ( PCB programında trafo kılıfını kendim çizdim)
AN0:            An-Vcc Pinleri arasına Set butonu bağlanacak.
AN1:            An-Vcc Pinleri arasına Up butonu bağlanacak.
AN2:            An-Gnd Pinleri arasına 5V buzzer bağlanacak. AN girişler 5mm SIL3 header/klamens                         uyumludur.

PCB üzerinde diğer kısımlar opsiyoneldir.

HC-SR04 ile mesafe ölçümü (Linux + Python)

Amaç: Raspberry Pi2 ile HC-SR04 ultrasonik sensör kullanarak mesafe ölçümü yapmak.

Elektronik malzemelerimi karıştırırken HC-SR04 ultrasonik sensöre rast geldim. Bu sensörü geçen yıl almıştım, o zamanlar su deposunda su seviyesini hassas olarak nasıl ölçebilirim diye arayış içindeydim. Fakat nedense bu sensör ile ilgili hiç çalışma yapmamışım. Bu nedenle basit bir mesafe ölçüm uygulaması yapmaya karar verdim. Bunu da breadbord üzerinde devreyi kurup python script kullanarak yapabilirim diye düşündüm. Yalnız dikkat edilmesi gereken bir nokta var o da Raspberry i/o pinleri 3,3V ile çalışmakta, Sensör ise 5V ile çalışmakta. Dolayısıyla sensörden Raspberry'e giren pine gerilim bölücü dirençler eklememiz gerekmektedir.

HC SR04 Ultranic mesafe sensörü

Vcc: +5V
Trig: Tetikleme pinidir. Bu pinden 10 us (mikro saniye)  lojik 1 seviyesinde tutulması gerekmektedir.
Echo: Mesafe bilgisi alınan pin.
Gnd: 0V

Modülün çalışması;

Modüle Vcc ve Gnd pinlerinin irtibatı yapıldığında çalışma için hazır hale gelmektedir. Modül üzerinde görüldüğü üzere bir adet ultrasonic ses yayıcı (solda) bir adette ses alıcı (sağda) hoparlör-mikrofon bulunmaktadır. Modül ile ölçüm yapabilmek için Trig pinini 10 us boyunca lojik 1 seviyesinde tutmak ardından lojik 0 seviyesine çekmek gerekmektedir. Lojik 0 seviyesine çekilince modül ortama  40 kHz frekansında  8 adet ses dalgası yaymaktadır. Gönderilen ses dalgaları herhangi bir engele çarpıp geri döndüğünde modül bu ses dalgalarının havada kalma süresini hesaplayıp Echo pininden bize bildirir.
Ses dalgalarının havada kalma süresi ne kadar ise o kadar sürede Echo pini lojik 1 durumunda kalır ardından tekrar lojik 0 konumuna döner.

Burada dikkat edilmesi gereken konu gönderilen ses dalgalarının geriye döndüğünde 2 kat yol katettiğidir. Dolayısıyla hesaplanacak mesafe değerinin yarısının alınması gerektiğidir.

Havada ses dalgaları 343,2m/sn hızla yolalır.
Sensör ölçüm aralığı 2cm ile 4mt arasındadır.

Sonar.py adında dosya oluşturup kodları yazmaya başlıyoruz.

• import RPi.GPIO as GPIO
• import time

Gpio ve zaman kütüphaneleri python scripte dahil ediliyor. 

• GPIO.setmode(GPIO.BCM)

 Kullandığımız kartın üzerinde 40 adet pin (bağlantı noktası - DIL20 Header) bulunmaktadır. Bu bağlantı noktalarının herbirine ait 2 farklı ismi vardır. Burada kullanılan kart üzerindeki i/o çiplerine göre isimlendirme yapılacağı belirtilmiştir.

•  TRIG = 23
•  ECHO = 24

 Trig pini olarak 23, Echo pini olarak 24 numaralı pinler kullanılacaktır. Script içerisinde Trig yazan yer 23 numaralı pin anlamı taşımaktadır.

• GPIO.setup(TRIG,GPIO.OUT)

Trig pininin bağlı olduğu pin çıkış olarak ayarlanıyor. Bu ayarlama yapılmazsa ilgili pinden çıkış alamayız.

• GPIO.setup(ECHO,GPIO.IN)

Echo pini giriş olarak ayarlanıyor.

• GPIO.output(TRIG, False)

 Çıkış olarak ayarlanan pinlere ilk değer olarak lojik 1 yada lojik 0 olarak değer vermezsek kararsızlaşır ve rastgele değerler alır. Burada Trig pini ilk değer olarak lojik 0 yani Gnd seviyesine çekilmiştir. True lojik 1 False lojik 0 ile aynı anlama gelmektedir. İstenildiğinde 
GPIO.output(TRIG, 0) şeklinde de  yazılabilir.

• time.sleep(2)

Ölçüme başlamak için gecikme veriliyor. 

•  GPIO.output(TRIG, True)
•  time.sleep(0.00001)
•  GPIO.output(TRIG, False)

Trig pini lojik 1 yapılıyor, Ardından 10 us bekleniyor ve lojik sıfır yapılıyor. Bu sayede sensör ölçüme başlıyor.

• while GPIO.input(ECHO)==0:
•     start_palsi = time.time()

Burada echo pini lojik sıfır olduğu sürece programın bu kısımda bekletilmesi için while döngüsü kullanılmıştır. Bu esnada sensör ortama 8 adet ses dalgası göndermiştir. Bu ses dalgaları engele çarpıp sensör tarafından alındığında Echo pini lojik 1 seviyesine çıkacaktır. Bu nedenle burada biz , Echo pini lojik 1 olduğu andaki zaman bilgisini start_palsi değişkenine aktarıyoruz.

• while GPIO.input(ECHO)==1:
•    stop_palsi= time.time()

Echo pini lojik 1 konumunda kaldığı süre boyunca while dögüsü işleyecektir. Ne zaman lojik 0 olduysa döngüden çıkılacak dolayısıyla son döngü işleminde zaman bilgisi stop_palsi değişkenine aktarılmış olacaktır.

• zaman = stop_palsi - start_palsi

Şimdi gelelim en kolay kısma. Echo pininin lojik 1 de kalma süresi bizim ses dalgalarımızın engele çarpıp geri dönme süresiydi. O zaman stop_palsi değişkeninde saklanan saat(zaman) bilgisinden start_palsi değişkeninde saklanan zaman değerini çıkarttığımızda geçen zamanı buluruz.

Şimdi biraz matematik çalışalım. Hız = Uzunluk(m) / zaman(sn) yani bir cismin, nesnenin hızını bulabilmek için birim zamanda katettiği mesafeyi bilmemiz yeterli. Fakat ses dalgaları engele gidip geri geliyordu bu nedenle zaman değerini 2'ye bölmek gerekiyor.

Ses dalgaları havada 343,2m/s hızda yol alıyordu.Bu da 34320 cm yapıyor.  Bunu da
mesafe=17160 x zaman şeklinde yazabiliriz. Zaman bilgisini de ölçümden alıyoruz. Geriye sadece hesaplamak kalıyor.

• mesafe = zaman * 17160
• mesafe = round(mesafe, 2)

Yukarıdaki bilgiler dahilinde        mesafe = zaman * 17160    formülü ile mesafe değeri hesaplanmış 2. komutta ise ölçülen mesafe değerinde ondalık hane sayısı ayarlanmıştır. Örneğin ölçüm değeri virgülden sonra 4 hane olmasını isteseydik     mesafe = round(mesafe, 4)      komutunu yazmak gerekecekti.

• print "Olculen Mesafe:",mesafe,"cm"
• GPIO.cleanup()

Son olarak print komutu ile ölçülen değer ekrana yazdırılıyor ve devamında gpio'lar (pinler) sıfırlanıyor.

Gerilim Bölücü devre

Sonar.py dosyasını python ile çalıştırıyoruz.

HC-SR04 Görüntüsü

Devreyi Bread-Board üzerine kurdum.

Sensör önüne karton kutu koyup teste başlıyoruz.

Mesafeyi 12,3 cm olarak ölçüyoruz.

Karton kutuyu biraz uzaklaştıyoruz.

Mesafenin 30,6 cm olduğunu görüyoruz.

Web Tabanlı Otomasyon (Raspberry_Pi + Linux + PHP + Python)

Amaç : Ev, Ofis, Tarla vs. yerlerdeki uzaktan kontrol etme ihtiyacı olan  klima, kombi, aydınlatmalar, doğalgaz, bahçe sulaması gibi cihazları kontrol etmek.
Kontrol işlemi internet üzerinden web arayüzü kullanılarak yapılacak. Local kısımda kontrol ise Kart üzerinde bulunan Dokunmatik Lcd ekran, Monitör üzerinden yapılacaktır. Local ve web üzerinden verilen komutlar birbiri ile senkronize çalışacak. yani web üzerinden verilen komut local ekrandan, Local ekran üzerinden verilen komut ise web üzerinden aynı anda okunabilecek.


Şimdi kullanacağımız sistemi inceleyelim.

Raspberry Pi2: Üzerinde ARM Cortex A7   4 çekirdekli 900MHz işlemci, 1GB SDRam, Hdmi, Ses, Ethernet Portu 10/100, MicroSD kart yuvası, 4 adet USB portu bulunan 86mm x 56mm ölçülerinde karttır. Kartın Türkiye dağıtıcısı Samm Teknoloji'dir.
Kart alındığında tek başına herhangi bir işe yaramamaktadır. Yanında 1 adet Class10(Tavsiyem) SDCard ve adaptör gereksinimi olmaktadır. Sd kart içerisinde yüklü olarak Linux Debian sürümünün Raspberry için uyarlanmış versiyonu olan raspbian sürümü bulunmaktadır. Eğer elinizde Class10 Sd kart var ise buradan raspbian sürümünü indirebilirsiniz. İndirilen dosyayı SD karta yazmadan önce Sd Card Formatter Programını kullanarak kartı formatlamak gerekiyor. Ardından disk imager kullanarak karta yükleyebilirsiniz.

Eğer Raspberry'e takacağınız LCD ekran yada Hdmi çıkışına bağlayacağınız Tv yada monitörden bunun gibi görüntü alıyorsanız buraya kadar anlatılanları sorunsuz yaptınız demektir

.








Sıra geldi gerekli ayarları yapmaya. Eğer elinizde Lcd ekran/Tv yada Monitör var ise kart üzerindeki usb portlarına fare/klavye takıp kullanabilirsiniz. Ethernet portuna da modemden gelen kabloyu bağlamalısınız.
Eğer elinizde Lcd ekran, Monitör/Tv yok ise SSH bağlantısı kurarak bilgisayar monitörü üzerinden gerekli ayarlamaları yapabilirsiniz. Bunun için Putty gibi programa ihtiyacımız var. Öncelikle Raspberry'nin ethernet portuna modemden gelen kabloyu bağlayınız ve ardından modemden almış olduğu local ip'yi öğreniniz. 192.168.*.*** şeklindedir. Putty ekranında Hostname yazan yere bu ip'yi yazın. Port kısmına 22 giriniz. SSH işaretli olduğunuza emin olun. Sol tarafta Connection->SSH->X11 altında Enable X11 Forwarding işaretleyip Open yazan yere tıklayınız.

Open tıkladıktan sonra Putty ekranı resimde göründüğü gibi olması gerekiyor.  Burada kullanıcı adı kısmına Pi yazıp entere basıyoruz.

 Ardından bize parola soruyor buraya da raspberry girip enter diyoruz.