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