---

Projenin amacı ultrasonik ses ile soğuk buhar elde etme tekniği ile çalışan, mikroişlemci kontrollü yeni bir nebulizatör tasarlamaktır. Proje iki dönemliktir. İlk dönem nebulizatörü oluşturan kristal osilatör ve diğer analog kısım tamamlanmıştır. Bu dönem ise devre mikrodenetleyici (MCS-51 ailesi – 80S8252) tabanlı, PWM (pulse width modulation) kontrollü hale getirilmiştir. Ultrasonik nebulizatör buhar yaratmak için 1Mhz den daha yüksek frekansta titreşim yapan piezoelektrik kristal kullanır.Kristal transducer, quartz-barium titanyum gibi malzemeden yapılmıştır ve elektrik sinyallerini sese dönüştürür. Transducerin hemen üzerindeki sıvıya odaklanan ses demeti dalgalar yaratır. Frekans ve genlik yeterince güçlü olduğunda, dalga tepesi su parçacıklarından oluşan bir fıskiye gibi sıvının yüzeyine ulaşır.

Bitirme projemde ultrasonik nebulizatör cihazlarında kullanılan piezoelektrik kristalin vurum genişlik modulasyonu (PWM) ile kontrol edilebilmesi için geliştirilen bir yazılım ve gerçekleştirilen cihazın donanımı ile ilgili özellikler sunulmaktadır.

Tasarlanan osilatör devresi ile piezoelektrik kristal, 1.7MHz’de 32W/m2 gücünde ultrasonik ses dalgaları üretmekte ve bu sayede su yüzeyinden 0.1mm düzeyinde parçacık kopması sağlanmaktadır. Kristalin güç kontrolü, 100Hz frekansında vurum değişimlerini kullanan PWM ile sağlanmaktadır. Bu sayede soğuk buhar yoğunluk değişimleri sayısal olarak kontrol edilmekte ve analog devre elemanlarından kaynaklanan doğrusal olmayan güç değişimleri engellenmiş olmaktadır.

Donanım çalışmalarında Proteus devre ve PCB cizim paket programları, yazılım çalışmalarında ise C programlama dili ve Keil C Derleyici paket programı kullanılmıştır.

Ultrasonik nebulizatörün en çok kullanıldığı yer yoğun bakım üniteleridir. Ultrasonik nebülizatör bu ünitelerde odaların nemlendirilmesi için kullanıldığı gibi, solunum yolları ile sıvı ilaçların buharlaştırılarak verilmesi, suni solunum ve oksijen destek sistemlerine bağlanmış hastaların soluyacakları havanın nemlendirilmesine kadar pek çok amaçla kullanılır.

2. Sisteme Genel Bakış:
2.1 Sistem Özellikleri:
Şekil 4’de tasarımlanan ultrasonik nebulizatör sistemine ait blok diyagram verilmiştir. Osilatör devresi piezoelektrik kristalin rezonans frekansı olan 1.7Mhz’te titreşmesini sağlamak için geliştirilmiş olup 8052 mikrodenetleyicisi tarafından PWM tekniği ile kontrol edilmektedir. Ayrıca yüksek akım devresi de kristalin yanmasını engellemektedir. Kristal su tankının altına su ile temas edecek şekilde yerleştirilmiştir.

Elde edilen soğuk buharın kademeli olarak çalıştırılabilen fan motoru sayesinde değişken hızlarda hastaya verilebilmesi mümkün olmaktadır. Seviye sensörü sayesinde su tankı içindeki sıvının belli seviyenin altına inmesi engellenmekte ve suyun biterek kristalin yanmasının önüne geçilmektedir.

Arayüz devreleri sayesinde kullanıcının sistemi kullanabilmesi kolaylaştırılmıştır. Sisteme ayrıca nem sensörü ve zamanlayıcı devreleri eklenerek sistem daha fonksiyonel hale getirilebilir ve amaca yönelik kullanım kolaylığı sağlayabilir. Sayısal göstergeler sayesinde soğuk buhar yoğunluğu ve fan hızı sürekli olarak izlenebilmekte gerektiğinde ilgili tuşlar kullanılarak arttırılıp azaltılabilmektedir. Fan dönüş hızı için 9, ve buhar yoğunluk kontrolü için

9 kademe ayrılmıştır.

2.2 Sistem Blok Diyagramı


3. 80C51 MİKROİŞLEMCİ GENEL ÖZELLİKLERİ

3.1 8051 Ailesinin Temel Özellikleri

8051 Intel MCS-51 ailesinin üretilen ilk mikrodenetleyicisi ve tüm MCS-51 ürünlerinin temel çekirdeğidir. Bu çekirdeğin genel özellikleri şunlardır:

· kontrol uygulamalarına yönelik 8-bit CPU
· yoğun Boolean işlemler (tek-bit lojik işlemler) yapabilme özelliği
· 64K program hafıza (program memory) adres alanı
· 64K veri hafıza (data memory) adres alanı
· 4K tümdevre-üzeri (on-chip) program hafıza
· 128 byte tümdevre-üzeri veri RAM
· 32 tane iki yönlü adreslenebilir I/O hatları
· 2 tane 16-bit zamanlayıcı/sayıcı (Timer/Counter)
· full dublex UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter ) iki öncelik seviyesine sahip 6 kaynak/5 vektörlü kısmi donanım yapısı


Şekil 1'de görülen 8051 çekirdeğine ekler 83C51FB (16K EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)) ve 83C51 FC (32 K EPROM) gibi yeni ürünlerde mevcuttur. Bunun yanında 8051 çekirdeği 128 byte veri hafıza ve iki zamanlayıcı/sayıcıya sahipken ailenin birçok diğer ürünü 256 byte veri hafızaya ve 3 tane zamanlayıcı/sayıcıya sahiptir. Bunların yanında 8051'in 8031, 8032 ya da 8052 gibi değişik özelliklere sahip versiyonları da bulunmaktadır. Bu versiyonlarda (örneğin 8031'de) dahili RAM'in yanında SFR

(Special Function Register) içermektedir. SFR'lar akümülator (ACC) ve B saklayıcısı ile CPU bayraklarını (flags) içeren PSW (Program Status Word ) içermektedir (Şekil 2'ye bakınız).

8031 devirli birimlerinin programlanması uygun kontrol kelimelerinin bu birimlere ait SFR'lara yazılmasıyla gerçekleştirilir.

Bunun yanında mikroişlemciler ROM hafızaları ile birbirlerinden ayrılırlar. 8051 ve 8052, 8031 ve 8032'nin özelliklerine ek olarak 4Kve 8K fabrika maskeli (factory masked) dahili ROM'lara sahiptir. Bu tür ROM'lar kullanıcı tarafından programlanamaz. Kullanıcı programını üretici firmaya göndermelidir ve üretici mikrodenetleyicileri üretim sırasında programlar. Bu yüzden fabrika maskeli ROM'ların üretimi az miktarlar için ekonomik değildir. Bunun yanında 8751 ve 8752 gibi EPROM'lu işlemciler ise pencereli seramik ve penceresiz plastik kılıflarda sunmaktadır. Pencereli ürünler deneysel çalışmalar, program geliştirme veya az miktardaki üretimler için daha uygundur. Penceresiz ürünler ise silinememektedir ve bunlar genellikle bir kere programlanabilir (One-Time-Programmable OTP) olarak adlandırılırlar. Eğer kullanıcının programı mikrodenetleyicinin dahili ROM'una sığar ve dahili RAM de yeterliyse mikrodenetleyici bir kontrol sistemi oluşturmak için ek bir donanıma ihtiyaç duymaz ve bu yüzden mikrodenetleyiciler kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılırlar.

Bunların yanında son olarak 8051 ailesinin CMOS ürünleri HMOS karşıtından daha az akım çeker. CMOS devrelerindeki güç tasarrufunu arttırmak için iki güç azaltma modu da eklenmiştir:

Şekil2.

· programla başlatılan boşta modu: CPU çalışması durdurulur, RAM ve diğer tüm devre üstü birimler çalışmaya devam eder ve tam çalışma akımına göre çekilen akım %15 azaltılır.

· programla başlatılan güç azalt modu: Bütün tümdevre üzerindeki çalışma durumu askıya alınır. Tümdevre üzerindeki çalışma durumu askıya alınır. Tüm devre üzerindeki RAM verisini saklamaya devam eder. Bu durumdaki bir tümdevre tipik olarak 10mA'den daha az akım çeker

3.2 Tümdevre 8051 ve Fonksiyonları
8051 işlemcinin 40 ucu vardır. Bu uçların blok ve tüm devre diyagramları Şekil 3'te verilmiştir.Bu uçları genel olarak tanımlayalım:

VCC: besleme gerilimi
VSS: tümdevre toprağı

Port0(P0): 8-bit open-drain iki yönlü I/O portudur. P0 uçlarına l yazılması ile yüksek empedanslı giriş uçları olarak kullanılabileceği gibi harici program hafıza ve veri hafızaya erişimlerde seçmeli (multiplexed) düşük değerli adres/Veri yolu (AD7-AD0) olarak kullanılabilir. Bunun yanında EPROM'lu ürünlerin programlanmasında işlem kod byte'larını alır, ROM ve EPROM program doğrulamasında (verification) işlem byte'ları buradan dışarı çıkar.

Port1(P1): 8-bit dahili pull-up dirençlere sahip iki yönlü I/O portudur. Uçlara program ile lojik l yazılan P1 dahili pull-uplar ile yüksek lojik 1 seviyesine çekilip giriş portu olarak kullanılabilir.

EPROM'lu ürünlerin programlanmasında ve ROM ve EPROM'ların program doğrulama işlemlerinde P1 düşük değerli adres byte'larını alır. Bunun yanında dahili pull-uplar sayesinde harici olarak pull-uplar tarafından düşük seviyeye çekilen uçlardan akım tümdevreden dışarı doğru çıkar.

Port2(P2): 8-bit dahili pull-up dirençlere sahip iki yönlü I/O portudur. P2, P1 ile aynı işlemler uygulanarak giriş portu olarak kullanılır ve akım dışarı doğru çıkar. Harici program hafızadan okumalarda ve 16 bit adresler kullanan (Movx @DPTR) harici veri hafızaya erişimlerde P2 yüksek değerli adres byte'nı çıkarır. P2 dışarı lojik bir göndermede dahili pull-up dirençlerini kullanır. 8 bit adresler kullanan (Movx @Ri) harici veri hafızaya erişimlerde P2 SFR içeriklerini dışarıya gönderir. P1'in aksine P2 EPROM'lu ürünlerin programlanmasında, ROM ve EPROM'ların program doğrulama işlemleri sırasında yüksek değerli adres byte'nı alır.

Port3(P3): P3, P1ve P2 ile aynı yolla giriş portu olarak kullanılabilir ve akım dışarı doğru çıkar. Ayrıca aşağıdaki tablodaki alternatif fonksiyonları da P3'ün bitleri yönlendirir.

RST: Osilatör çalışırken iki makine çevrimi kadar bu uç üzerindeki bir yüksek (lojik 1) seviye işlemciyi sıfırlar.

ALE /PROG: Bu çıkış sinyali harici hafızaya erişimlerde adresin düşük değerli byte'nı çıkıştaki adres latch'ine tutturmada kullanılır. Bu uç aynı zamanda EPROM'lu ürünlerin programlanmasında program darbe girişidir.(PROG)

PSEN(Program Store ENable): Bu çıkış harici program hafızadan okuma sinyalidir. PSEN harici program hafızadan okumalarda her makine çevriminde iki kere aktif olur. Harici veri hafızaya her erişimde PSEN sinyalinin iki aktif durumu geçilmektedir. PSEN dahili programı hafızalardan okumalarda aktif değildir.

EA/VPP(External Access-EA): bu uç lojik sıfır olduğunda işlemci harici program hafızadaki hafıza hücrelerini 0000h'tan FFFFh'a kadar okuyacak duruma getirilir. EA sinyali mutlaka 1 ya da 0 sıfır durumunda olup boşta bırakılmamalıdır. Bu uç ayrıca EPROM'lu ürünlerin

programlanmasında programlama besleme voltajını (VPP) alır.
XTAL1: Osilatör girişi
XTAL2: Osilatör çıkışı

3.3 8051 Ailesini Hafıza Yapısı

8051 işlemcilerin şekil 4'te görüldüğü gibi hafıza yapısı sadece okunabilen program hafıza ve okunup yazılabilir veri hafızadan oluşur. Harici program hafıza okuma sinyali PSEN'ken, harici veri hafızaya hem okunup hem yazılabildiğinden RD ve WR sinyalleri üretilir.
8051 işlemcileri şekil 4'teki gibi 64K veri hafıza ve 64K program hafıza adresleyebilmektedir. Böylece toplam 128K hafıza mikrodenetleyiciye eklenebilmektedir. Ayrı program ve veri hafızalar Harvard mimarisinin bir özelliğidir.
Bir hafıza bloğu hem veri hem de program hafıza olarak hafıza haritasına yerleştirilebilir. Şekil 5'de olduğu gibi RD ve PSEN sinyalleri bir AND kapısı birleştirilip kapı çıkışı harici program/veri hafıza sinyali olarak kullanılarak harici veri ve program hafıza birleştirilebilir.

Bu sayede iki çıkıştan biri düşük olduğunda AND kapısından çıkış da düşük olacaktır. Bu sayede aynı hafıza bloğundan okuma işlemi gerçekleştirilir. Bu tür hafızaların birleştirilmesi Von Neumann mimarisi diye bilinen klasik mimari modelin temel özelliklerinden biridir.
Harvard mimarisinin avantajı mikrodenetleyicinin hafıza kapasitesini iki katına çıkarması ve program ve veri hafızaların ayrılması ile mikro denetleyicinin güvenirliğini arttırmasıdır. Bununla beraber geliştirilen kodun program hafızaya bir çok kere yüklendiği program geliştirme sistemleri için Von Neumann mimarisi kullanılarak program kodu hafızaya veri byte gibi olarak yazılabilmekte ve okunabilmektedir.

4. YAZILIM VE DONANIM ÖZELLİKLERİ
4.1 Genel Yapı
Mikrodenetleyici, yazılımı olmadan hiçbir devreyi kontrol edemez. Yazılım ile tüm giriş ve çıkış parametrelerini kontrol etmek mümkündür.Sistemde genel olarak, led kontrol, seven segment display kontrol, wait (zamanlama) konrol, push-button kontrol, PWM kontrol alt programları vardır.

Bu programcıklar ardışık biçimde çalışarak sonsuz bir döngü içersinde,mikroişlemcinin hızıyla orantılı olarak çalışırlar. Sistemin yavaş veya hızlı çalışması wait alt programındaki parametrelere bağlıdır.

Bu döngü içersinde herhangi bir girdideki (örn. Push-buttona basılması) değişiklik döngü sırası gelen alt programın da değişmesini sağlayacak, bununla birlikte mikrodenetleyicinin portlarından istenilen özellikte çıktı alınabilecektir.

Mikrodenetleyici için yazılan C kodu ek1 de verilmiştir. Keil paket programı ile C dilinde yazılan yazılım makine diline çevrilmiştir.
4.2 PWM (Pulse Width Modulation) Tekniğinin Uygulanması

Genellikle dc motor hız ayarlamasında kullanılan bir tekniktir. Motora değişik oranlarda açılıp kapanan sinyaller verilir. Bunlar kare dalga sinyaller olabilir. Şekilde de görüldüğü gibi sinyalin zamanlamasının değişmesi, ortalama gerilimi değiştirmektedir.


Şekil 5. PWM tekniği ile ortalama voltajı değiştirilmesi.

PWM tekniğin mikroişlemci ile uygulaması oldukça basittir. Mikroişlemciler zaten 1 ve 0 lar ile çalışmaktadır. Herhangi bir porttan 1lerin 0lara oranı ile oynayarak çıkış almak ve ortalama voltajı değiştirmek mümkündür. EK1 de verilen programda PWM tekniği ayrıntılı olarak incelenebilir.

4.3 Tuş Takımı Kontrolü

Tasarlanan yazılımda tuş takımı için sürekli tarama metodu kullanılmıştır. Herhangi bir tuşa basılması, mikroişlemcinin portlarından birinin 1 yapılması anlamına gelir. Bu ise

programda sürekli kontrol edilerek beklenen bir durumdur. Tesadüfi tuşa basılmaları önlemek için program bu 1 durumunun bir süre beklemesini ister. Bu süre sonunda tuşa basıldığını algılayarak istenilen komutları yapması sağlanır. Tasarlanan programda tuşa basıldığında PWM parametrelerinin değiştirilmesi sağlanmıştır.

4.4 Gösterge Kontrolü
Seven segment display ile 0 dan 9 a kadar olan sayıları A dan F e kadar olan harfleri görüntüleyebilmek mümkündür.

Şekil 6. Seven segment display bacak bağlantıları
Örneğin 1 rakamı yazmak istediğimizde 10 ve 8 numaraları bacaklara gerilimvermemiz gerekir. Devremizde her bir bacak için bir port ayrılmıştır. Bu sayede yazılım ile göstergeyi kontrol etmek ve istenilen harf yada rakam ı oluşturmak mümkündür.

5. TASARIM VE SİSTEMİN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ
5.1 Sistemin Gerçekleştirilmesi
Sistemin devre şeması 5.2 de verilmiştir. Mikroişlemci devresi delikli kart üzerine lehimlenerek oluşturulmuştur. Birinci dönemki projemizde bitirdiğimiz nebulizatör kartı ile beraber metal kutu içersine monte edilmiştir. Buton ve göstergeler ön yüze yerleştirilmiş sistem hastanelerde kullanıldığı şekli ile ayaklı ve tekerlekli olarak tasarlanmıştır. Devrede kristali kontrol için bir röle ve fan kontrolü için ise kaskat bağlanmış BC139 entegreleri kullanılmıştır.

6. SONUÇLAR
Bu projenin amacı hastanelerde gerekli olan ve Türkiye’de sınırlı üretimi olan, çoğunlukla yurt dışından ithal edilen bir cihazın öncelikle imal edilebileceğini ve maliyetinin düşük olacağının ispatlanması idi.
Soğuk buhar ortam nemlendirmeyle beraber sinema, tiyatro ve konserlerde sis üretmek amacıyla da kullanılabilir. Ayrıca maliyetinin düşürülmesi yolları araştırılıp mikroişlemci otomatik kontrolünü sağlarsak sabit bir nem oranına ihtiyaç duyulan her yerde kullanabiliriz. Cihaz bu haliyle sadece hastanelerde değil günlük hayatımızda ve hatta evlerde bile kullanılabilir.
Bugün teknolojinin geldiği seviye görüldüğünde teknolojik gelişmelere ayak uydurmamızın gereği daha açık olarak ortaya çıkmaktadır. Bu cihazı yaparak ultrasonik ses nedir, nasıl üretilir, nasıl yayılır vb. gibi konularda bilgi sahibi oldum. Bununla kalmayarak biyomedikal cihazlarda çok sıklıkla kullanılan mikrodenetleyiciler ve yazılımları konusunda yeteneklerimi geliştirdim. Böylece bu bilgimizi başka alanlarda kullanma ve hatta ilerki safhalarda ultrason cihazı yapımına kadar gidebilecek bir araştırma faaliyetinin temelini atmış olduk.

---

---

8051 ağırlıklı anlatılmış,piezo tarafı eksik,pek doyurucu bir yazı değil...

---

Başa dön

---

Aslında güzel çalışma ama anlatımda biraz farklılık var.Teşekkürler

---

Başa dön

---

fazla detaylandırılmadan temelden anlatılmış

---

Başa dön

---

1 MHz nasıl ses dalgası olur anlamadım

---

Başa dön

---

Slm,

Arkadaşlar devreyi yapan veya devrenin piezo kısmının şeması + Malzeme temini konusunda bilgisi olan arkadaş varmı acaba ?

---

Başa dön