LO G I N
SIGN UP
Bulanık mantık ve PIC kullanılarak bir klima sisteminin
kontrolü
MEHMET AKİF ERSOY …, 2010
Ibrahim Cayiroglu
Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DERGİSİ
MAKUFEBED (2010) 2: 167-180
Bulanık mantık ve PIC kullanılarak bir klima sisteminin kontrolü
Hande ERKAYMAZ 1* & İbrahim ÇAYIROĞLU1
1
Karabük Üniversitesi T.E.F. Elekt. ve Bilg. Eğt. Böl, KARABÜK. (*Sorumlu yazar e-mail:
herkaymaz@karabuk.edu.tr)
o
. Buyapılmı
çalışmada,
bulanık
mantıkğusistemi
ilesıcaklı
PIC programlanarak,
bir klimatutmaktadır.
sisteminin
Özet:
kontrolü
bulundu
ortamın
ştır. Sistem
ğını 19 - 23 C arasında
Giriş değişkenleri olarak nem ve sıcaklık de ğerleri dış ortamdan SHT11 sensörü ile alınmakta
ve bulanık mantık sistemi ile programlanmı ş olan PIC 16F876’ya aktarılmaktadır. Çıktı
değerlerine bağlı olarak ısıtıcı yada soğutucu fanlar gerekli iklimlendirmeyi sa ğlayacak
şekilde çalıştırılmaktadır.
Anahtar Kelimeler: Bulanık Mantık, iklimlendirme, klima, PIC
Control of an air conditional system with fuzzy logic and PIC using
Abstract: In this study an air conditioner system was put into practice as programming PIC
by fuzzy logic system. The system keeps temperature of atmosphere between 19 – 23 oC. As
input variable damp and heat values are taken by sensor called SHT11 and they are
transmitted to PIC 16F876 which programmed by fuzzy logic system. Heater and cooler fans
work as required climate
Keywords: Fuzzy logic, climate, air conditional, PIC
http://edergi.mehmetakif.edu.tr/makufebed
167
MAKUFEBED (2010) 2: 167-180
Giriş
Klasik kontrol sistem tasarımındaki ilk adım, kontrol edilecek sistemin transfer
fonksiyonunun tam olarak elde edilmesidir. Ba şka bir deyişle matematiksel modelinin
oluşturulmasıdır. Ayrıca uygun ve etkin bir kontrol sa ğlamak için sistem parametrelerinin
zamanla değişmemesi istenir. Fakat uygulamadaki sistemlerin pek ço ğu bilinmeyen
parametrelere veya kompleks ve lineer olmayan karakteristiklere sahiptirler. Gerçi sistem
parametrelerinin değiştiği veya sistemde lineerlikten sapma oldu ğu durumlar için adaptif
kontrol yöntemleri gerçekleştirilmiştir; fakat bu tip kontrol sistemleri genellikle kompleks
olmaları ve hesaplamalarda uzun zaman almaları sebebiyle gerçek zaman uygulamalarında
sorunlar çıkarmaktadır. Bu tip uygulamalarda, uygulama alanındaki uzman ki şilerin bilgisi
klasik kontrol sistemlerinden daha faydalı ve etkili olabilmektedir.
O yetene
W NğLO
D Pkontrol
D F sisteminin içine sokabilecek
Bu yüzden insan dü şD
ünme
ini ve A
bilgisini
bir kontrol yöntemi olan Bulanık Mantık Denetleyicisi (Fuzzy Logic Controller, FLC) iyi bir
çözüm olabilmektedir. Bulanık mantık yakla şımı, makinelere insanların özel verilerini
işleyebilme ve onların deneyimlerinden ve önsezilerinden yararlanarak çalı şabilme yeteneği
işleyebilme ve onların deneyimlerinden ve önsezilerinden yararlanarak çalı şabilme yeteneği
verir. Bu yetene ği kazandırırken sayısal ifadeler yerine sembolik ifadeler kullanılır. İşte bu
sembolik ifadelerin makinelere aktarılması matematiksel bir temele dayanır. Bulanık mantık,
klasik mantığın aksine iki seviyeli de ğil, çok seviyeli i şlemleri kullanmaktadır (Elmas, 2003).
Temel olarak FLC sistemleri Şekil 1'de görüldü ğü gibi dört temel arabirimden oluşur.
Bilgi
Tabanı
Bulanıklaştırma
Sonuç
Çıkarım
Durula ştırma
Arabirimi
Mekanizması
Arabirimi
Kontrol
Edilen
Sistem
Şekil 1. Bulanık Mantık Denetleyicinin blok
diyagramı
Burada bilgi tabanı; uygulanacak olan sistemin de ğişkenlerini ve bu değişkenler
hakkındaki bilgileri içerir. Bulanıklaştırma arabirimi, gelen bilgilerin dilsel niteleyicilere
http://edergi.mehmetakif.edu.tr/makufebed
168
MAKUFEBED (2010) 2: 167-180
dönüştürüldüğü bölümdür. Sonuç çıkarım mekanizması, giri ş ve çıkış bulanık değerlerinin
incelenerek bulanık kontrol kurallarının de ğerlendirildiği bölümdür. Durulaştırma arabirimi
ise bulanık değerlerin sayısal değerlere dönüştüğü bölümdür.
Günümüzde çevremizdeki bir çok kontrol i şlemleri, mikroişlemci yada mikro
denetleyiciler tarafından yapılmaktadır. Mikroi şlemciler işlemleri gerçekleştirebilmek için
birçok çevresel birim elemanına (I/O, RAM gibi) gerek duymaktadırlar. Mikrodenetleyiciler
(Perhipheral Interface Controller, PIC) ise I/O, RAM gibi gerekli ünitelerin hepsinin tek bir
chip içerisinde üretilmiş biçimidir.
Yapılan bu çalı şmada bulanık mantıkla çalı şan bir klima kontrol devresi
hazırlanmıştır. Devrede kontrol PIC ile sa ğlanmıştır. Dışarıdan nem ve sıcaklık SHT11
sensörü ile alınmakta ve bu giri ş değerlerine bağlı olarak so ğutucu ve ısıtıcı fanlardan uygun
olan seçilip gerekli devirde çalı şmaları sağlanmaktadır. Sistem gerçek bir klima sistemine
adapte edilebilecek şekilde düşünülmüş olup, başlangıç set değerleri yaklaşık olarak
alınmıştır. Kontrol devresi gerçek bir klima sistemine ba ğlandığında bu set değerleri
ayarlanabilmektedir.
Literatür Taraması
Bulanık mantık, iklimlendirme sistemlerine çok sayıda uygulanmı ş olup bu kontrol sisteminin
PIC’le kontrol edilmesi üzerine daha az sayıda çalı şma yapılmıştır.
Özek ve Sinecen bulanık mantık ile bir klima kontrol sistemi tasarlamı ştır. Yapılan
kontrol sistemi hazırlanan bir bilgisayar programı ile simule edilmi ştir (Özek&Sinecen,
2004). Egilegor ve Uribe ortamın iklimlendirme şartlarını kontrol etmek için üç tane
simulasyon yapıp bunları karşılaştırmışlardır. Bu kontrol tipleri; normal termostatik kontrol,
bulanık mantık kontrolü, yapay sinir a ğları adapte edilmiş bulanık mantık kontrolleridir
(Egilegor&Uribe, 1997). Bir ba şka çalışmada, bir test odasında aydınlatma ve sıcaklık
derecesini bulanık mantıkla kontrol eden bir sistem gerçekle ştirilmiştir (Lah. ve di ğ., 2004).
Amaç binanın termal ve görsel durumunun kontrol edilen enerji ile uyumlulu ğunu
sağlamaktır. Benzer bir çalı şmada (Dounis&Manolakis,2000) sıcaklı ğın bulanık mantıkla
kontrol edilen bir sistem tasarlarken, Chena ve di ğ., (2005) klimalı odalardaki sıcaklı ğın
bulanık regresyon analizini yapmı şlardır. Farklı bir çalışmada bulanık kural tabanlı bir uzman
sistem geliştirilmiştir. Vücut sıcaklı ğının kontrol edildiği bu sistemde insan vücudu bir
bulanık mantık kontrolcüsü olarak dü şünülmüştür. Bu sistemde insan sıcaklı ğı üzerinde
çalışılmıştır (Duan, 1999). Diğer bir çalışmada binalardaki sıcaklık ve havalandırma için
http://edergi.mehmetakif.edu.tr/makufebed
169
MAKUFEBED (2010) 2: 167-180
bulanık denetleyici tasarlamı ştır. Tasarım esnasında ölçüm yerinden alınan de ğerler bulanık
mantık kontrolcüsüne aktarılmı ştır (Michel&El-khoury, 2006). Zupan čič ve diğ., (2005) test
odasındaki sıcaklı ğın gelişmiş bulanık kontrolünü yapmı şlardır. Sistemin matematiksel
modeli çıkarılarak MATLAB programına aktarılmı ştır. Şenol bir bulanık mantık kontrolcüsü
tasarlamıştır. Çalıştığı su ısıtıcı sistemde hem sıcaklık hem de su yüksekli ğini kontrol etmiştir
(Şenol, 2000). Di ğer bir çalışmada bir klima sisteminin bulanık mantık ile denetleyen bir
sistem tasarlanmıştır. Bu çalışmada matematiksel modeli zor ve karma şık olan bir sistem
modellemiştir (Özek&Sinecan, 2003).
Sistem Modellemesi
D O W N LO A D P D F
Bir klima tesisatında oda sıcaklı ğı ve nemin tam olarak kontrol edilmesi hedefinin yanı sıra
giren hava sıcaklı ğının en az 19 ºC olması ve giren hava neminin % 80’i a şmaması garantiye
alınmalıdır (Şekil 2) [12]. Bu ise ço ğu zaman oda havası ile dı ş ortamdan alınan hava komuta
edilerek gerçekleştirilir.
Şekil 2. İyi bir ortam havası için konfor şartları.
Bir klima tesisatında konfor şartlarını elde etmek için karı ştırıcı, dış havayı oda
havasının bir kısmıyla karı ştırarak tekrar ortama verir. Kullanılan so ğutucu kısım sayesinde
düşük hava sıcaklı ğı istendiğinde giren hava so ğutulur ve aynı zamanda açı ğa çıkan fazla nem
http://edergi.mehmetakif.edu.tr/makufebed
170
MAKUFEBED (2010) 2: 167-180
alınır. Isıtıcı kısım sayesinde hava sıcaklığı istenilen değerlere çekilir fakat bu esnada kuruyan
hava, nemlendirici sayesinde tekrar normal de ğerlere çıkarılır.
Kontrol sisteminin analitik yollarla matematiksel modelinin olu şturulması,
nicelendirilmesi bir klima sistemi için zor ve karma şıktır. Fakat bu sistemin kontrolü ve
modellemesi bulanık mantık kullanarak oldukça kolayla şmaktadır.
Bu çalışmada hazırlanan devre ile ortam sıcaklı ğının ve neminin ölçülmesinin
ardından, bulanık mantık sistemiyle hesaplamalar yapılarak, ortamın durumuna göre ısıtıcı
yada so ğutucu sistemlerden hangisinin çalı ştırılacağına karar verilmekte, çalı ştırılacak
sistemin hangi performansla çalı ştırılacağı belirlenmekte ve kullanıcının hiç bir müdahalesine
gerek duymadan tüm sistem kontrol edilmektedir. Burada geli ştirilen kontrol devresi çıkı şları
ısıtıcıyı ve soğutucu kontrolünü simüle etmek üzere iki tane fana ba ğlanmıştır. Bu fanlar
dışarıdan alınan sıcaklık ve nem de ğerlerine bağlı olarak kontrol edilmekte ve her türlü klima
sisteminde de kullanılabilecektir. Şekil 3’de sistemin blok diyagramı Tablo 1’de ise sistemin
giriş ve çıkış değer aralıkları verilmiştir. Buna göre sisteme girdi olarak alınan nem ve
0
sıcaklık değerleri ne olursa olsun, ortamın sıcaklı ğı 19-23 C arasında tutulmak üzere kontrol
gerçekleştirilmektedir.
Çıkış
Giriş
Sıcaklık
SHT11
C
IP
Soğutucu
Fan
Isıtıcı
Fan
Nem
Şekil 3. Sistemin Blok Diyagramı
http://edergi.mehmetakif.edu.tr/makufebed
D O W N LO A D P D F
171
D O W N LO A D P D F
D O W N LO A D P D F
D O W N LO A D P D F
D O W N LO A D P D F
D O W N LO A D P D F
Sorry, preview is currently unavailable. You can download the paper by clicking the button above.
Find new research papers in: Physics Chemistry Biology Health Sciences Ecology Earth Sciences Cognitive Science
Mathematics Computer Science
D O W N LO A D P D F