T.C. Mİllî Eğİtİm BakanlIğI
NİĞDE / MERKEZ - Niğde Mesleki Eğitim Merkezi
MESLEKİ EĞİTİMDEN PROJE ATAĞI
—MESLEKİ EĞİTİM MERKEZİ’NDE TÜRKİYE’DE İLK DEFA DÜŞÜK MALİYETLİ GPS CİHAZI ÜRETİLDİ
—İLDE VE BÖLGEDE BİRİNCİ OLAN PROJE ANKARA’DA YAPILAN YARIŞMA SONUCU 50 BÖLGE BİRİNCİSİ PROJE İÇERİSİNDE 4. OLMUŞTUR. ANKARA´DA YAPILAN YARIŞMA GÖRÜNTÜLERİ İÇİN TIKLAYINIZ
Milli Eğitim Bakanlığının ilk defa geçen yıl ülke çapında mesleki okullar arsında başlatmış olduğu Proje Tabanlı Beceri Yarışması bu yıl 30 Mart 2007 tarihinde il düzeyinde mesleki okullar arasında yapılmıştır. Niğde Mesleki Eğitim Merkezi olarak, yarışmaya yaklaşık 4 aylık bir zaman içerisinde okulumuz elektrik bölümü danışman öğretmeni Halil Fikret TURGUTLU ve bölüm öğrencileri tarafından tasarlanarak ortaya konulan çok amaçlı GPS cihazı ile katılım sağlanmış ve ilimizde birinci olmuştur.
Daha sonra 11 Nisanda Adana bölgesine davet edilen okulumuz, 9 ilin bölge düzeyindeki mesleki okulların katılımı ile gerçekleşen yarışmada bölge birincisi olarak 1–4 Mayıs 2007 tarihinde Ankara’da yapılacak olan Proje Tabanlı Beceri yarışmasına katılmaya hak kazanmıştır.
PROJENİN ADI: ÇOK AMAÇLI GPS CİHAZI TASARIMI ve UYGULAMALARI
HAZIRLAYAN: NİĞDE MESLEKİ EĞİTİM MERKEZİ
Öğrenciler: Bayram AYVAZ Mustafa B. CİNGİTAŞ
Danışman Öğretmen: Halil Fikret TURGUTLU
Niğde, 2007
I. GİRİŞ
I.1. PROJENİN AMACI:
Günümüzde kullanımı oldukça yaygınlaşmaya başlayan (GPS) Küresel Konum Belirleme Sistemleri, ilk olarak A.B.D.’de askeri amaçlı olarak kullanılmaya başlamış olmakla birlikte haritacılık, denizcilik, güvenlik sistemleri, meteoroloji, jeoloji gibi çok değişik alanlarda sivil amaçlı olarak ta kullanılmaktadır. Amerika Birleşik Devletlerinde yapılan araştırmalar sonucunda yalnızca A.B.D.’de 150.000 GPS teknisyenine ihtiyaç duyulduğu görülmektedir. Ülkemizde GPS teknolojisini kullanan firmalar, ürünlerini oldukça yüksek fiyatlarla yurtdışından temin etmektedirler.
Bu projede açık kodlu, geliştirmeye uygun, çok amaçlı kullanılabilirliği olan grafik ekranlı bir GPS alıcı-verici cihazının donanımsal ve yazılımsal olarak gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Kullanılabilecek bütün alanlar için bir prototip ortaya konulacak ve çeşitli uygulama örnekleri ile görsel olarak çalışması gösterilecektir. Ülkemizde bu tür bir yerli üretim GPS cihazının olmayışı projemizin önemini artırmaktadır.
II. GPS NEDİR?
“Global Positioning System” veya kısa adıyla GPS, 1970´li yıllarda A.B.D. Savunma Bakanlığı tarafından askeri amaçlı olarak geliştirilen bir sistemdir. Dilimizdeki karşılığı “Küresel Konum Belirleme Sistemi” dir. Dünyanın neresinde olursanız olun, bu sistem sayesinde hangi enlem, boylam ve yükseklikte bulunduğunuz bu sistem sayesinde kolaylıkla bulunabilmektedir.
GPS sistemi dünyadan 17,600 kilometre yukarıda yörüngeye oturtulan (sayıları sürekli artan) 30 adet uydudan oluşur. Bu uyduların yörüngesi, dünya üzerindeki herhangi bir noktanın herhangi bir zamanda en az üç uyduyu görebileceği şekilde ayarlanmıştır. Dünya üzerindeki herhangi bir noktanın kesin yerinin belirlenmesi ancak üç uydudan gelen sinyallerin birleştirilmesiyle mümkündür. 4. uydu ile yükseklik bilgisi alınır. 5.uydu ile de diğer uyduların nerelerde olduğu bilgisi alınabilir. Görülen uydu sayısı arttıkça alınan verilerin doğruluğu artar.
1. Konum bilgisi (Enlem, Boylam) 2. Rakım (Deniz seviyesinden yükseklik) 3. UTC gerçek saat/tarih bilgisi 4. Anlık hız (hareketli iseniz) 5. Hareket yönü (elektronik pusula olarak kullanılabilir)
III. PROJENİN HEDEFLERİ :
1- GPS uydu sinyallerinin (NMEA 0183 protokolünde) alınması ve işlenmesi, 2- Gerçek zamanlı UTC atom saati bilgilerinin alınması, ve işlenmesi 3- Bulunduğumuz noktanın koordinatlarının (enlem, boylam, rakım) bulunması, 4- GPS ile iki nokta arası mesafenin hesaplanıp ekranda gösterilmesi, 5- Koordinatları bilinen bir noktanın (hedef) bulunması, 6- Hareket yönü tespiti (Elektronik pusula), 7- Hareket halindeki arabalar için hız sınırı uyarı sistemi, 8- Yukarıda belirtilen ilgili çalışmaların bir arada toplandığı bir GPS cihazının donanımsal olarak tasarımı (baskı devre, LCD ekran yerleşimi, kutulama).
IV. PROJENİN HAZIRLIK ve GERÇEKLEŞTİRİLME AŞAMALARI:
Proje konusunun belirlenmesinde, ülkemizde GPS sistemleri ile ilgili çalışmaların çok ileri düzeyde olmaması etkili olmuştur. Konuyla ilgili Niğde’de haritacılık alanında faaliyet gösteren Onay Mühendislik A.Ş. ve güvenlik sistemleri üzerine faaliyet gösteren BTG Bilişim Ltd. Şti. yetkilileri ile yapılan görüşmelerde bu tür bir çalışmanın oldukça faydalı olacağı sonucuna varılmıştır.
Proje başlangıcından itibaren bir çalışma planı ve iş bölümü yapılarak bu plan doğrultusunda çalışmalar sürdürülmüştür.
Öncelikle, GPS sistemlerinin çalışma prensibi, Dünyada ve Ülkemizde kullanım alanları ile ilgili internet ortamından ve yazılı kaynaklardan genel bilgi taraması yapılmıştır.
Araştırma ve incelemeler sonucunda proje için gerekli olan malzeme listesi çıkarılmış ve tedarik edilmiştir. Projede kullanılan malzemeler aşağıya çıkarılmıştır:
Projemizin temelini oluşturan PIC18F452 mikrodenetleyicisi için program yazımında, Mikroelektronika firmasının geliştirmiş olduğu MikroBasic derleyicisi kullanılmıştır. Bu yazılım tamamen kendine özgü özellikler içermekte ve kodları başka uygulamalar için geliştirilebilir özelliktedir.
Mikrodenetleyici için geliştirilen programın yazılmasına Gps alıcı ile iletişim kurularak bilgilerinin okunması ile başlanmış ve proje hedefleri doğrultusunda, her aşamada yeni bir özellik eklenmiştir. Yazılan programların mikrodenetleyiciye yüklenmesi ve deneme işlemlerinde Easypic mikrodenetleyici geliştirme kartı kullanılmıştır. Bütün denemeler yapıldıktan ve sonuçlar alındıktan sonra ise elektronik devre ve baskı devresi çizilmiş, plakete aktarılmıştır. Aşağıda görülen resimlerde yapılan bu işlemler gösterilmiştir.
V. PROJENİN SONUÇLARI :
1. Gps uydu sinyallerinin alınması ve yorumlaması ile ilgili çalışma tamamlanmış ve başarılı sonuçlar alınmıştır. Gerçekleştirilen cihazın fonksiyonlarına ait blok diyagram aşağıdaki gibidir;
UYDULAR
GPS uydularından alınan veriler, GPS alıcı (receiver)’lar ile alınmaktadır. GPS alıcı ise bu verileri NMEA protokolleri ile verebilmektedir. Bizim bu projede kullandığımız alıcı Sony chipset’e sahip, aldığı verileri NMEA-183 ve RS-232 seri haberleşme protokolü ile 4800 baud hızında dışarıya verebilen OEM tipli bir alıcıdır. Alıcı çıktısı örnek olarak aşağıdaki gibidir:
$GPGSV,3,1,12,05,19,149,35,06,69,029,00,07,68,340,35,10,28,056,48*71
$GPGSV,3,2,12,12,18,145,25,16,14,316,42,18,14,176,00,21,58,233,00*76
$GPGSV,3,3,12,24,22,047,44,25,22,275,00,30,51,156,29,31,28,264,00*7E
$GPRMC,103313,A,3758.1638,N,03441.1396,E,000.0,181.9,010107,,,A*7F
$GPGGA,103314,3758.1638,N,03441.1396,E,1,06,01.1,01231.3,M,032.3,M,,*4A
$GPGSA,A,3,05,07,10,16,24,30,,,,,,,02.0,01.1,01.6*06
Bu veriler, programlanan bir PIC18F452 mikrodenetleyicisi ile alınmış işlenmiş ve ekrana çıktı olarak yansıtılması sağlanmıştır. Gerçekleştirilen cihazın görüntüsü aşağıdaki gibidir;
2. Gerçek saat ve tarih bilgileri alınmış ve bu bilgiler, hem UTC olarak hem de yerel saat ve tarih bilgileri hesaplanarak lcd ekranda gösterilmiştir. Yaz ve kış saati için otomatik hesaplamalar yapılmıştır.
3. Gerçekleştirilen cihaz ile bulunduğumuz konumun koordinatları (enlem, boylam ve rakım) 2 metre hassasiyetle bulunabilmektedir.
4. 2 nokta arası mesafe, cihaz tarafından metre cinsinden hesap edilebilmekte ve otomatik olarak ölçülebilmektedir.
Elde edilen konum bilgileri sayesinde, dünya üzerinde herhangi iki nokta arası mesafe ölçümü hesaplanmıştır. Bu işlem için hedef menüsünden bir hedefin koordinatları girilmelidir. Koordinatlar coğrafi koordinat sisteminde alınmakta ve mesafe ölçümleri için Türkiye’de benimsenen WGS-84 datumuna göre harita mühendisliğinde kullanılan çeşitli formüller kullanılmıştır. Aşağıda dünya üzerinde herhangi bir P noktasının durumu gösterilmiştir.
Aşağıdaki resimde ise hedef belirleme menüsü görülmektedir. Tuş takımı yardımıyla enlem ve boylam değerleri değiştirilebilmektedir.
5. Dünya üzerinde herhangi bir noktada iken, koordinatları belli olan bir noktanın bulunması işlemi yapılabilmektedir. Hedefin bize göre olan konumu (hangi yönde olduğu ve ara mesafesi) 128x64 piksel çözünürlükte bir Grafik Lcd Ekran üzerinde görsel bir hale getirilmiştir. Hedefin çok uzak bir mesafede olması ve ekrana sığmaması durumuna karşı ise zoom (yakınlaştırma) özelliği eklenmiştir. Ayrıca hedefe (mesafesi ayarlanabilir) yaklaşma anında sesli bir uyarı sistemi de eklenerek hedefin bulunması kolaylaştırılmıştır. Bu işlemin gerçekleştirilebilmesi için ayarlar menüsünden ilgili seçenek aktif (ON) yapılmalıdır;
6. Hareketli bir araçta veya yürümekte iken Lcd ekranda hareket yönünün ve anlık hızın (km/h olarak) ve hedef mesafesinin gösterilmesi sağlanmıştır.
7. Hareketli bir araçta iken ayarlanabilir bir hız sınırına göre sesli uyarı sistemi gerçekleştirilerek, aşırı hızdan kaynaklanan trafik kazalarının önlenmesi amaçlanmıştır. Bu işlemin gerçekleştirilebilmesi için ayarlar menüsünden ilgili seçenek aktif (ON) yapılmalıdır;
8. Gerçekleştirilen Gps projesinin elde taşınabilir bir cihaz olarak kullanılabilmesi için baskı devresi, malzemelerin yerleşimi tamamlanarak bir kutu içerisine alınmıştır.
9. Gerçekleştirilen proje çalışması ile ortaya konulan cihazın, yeni ve farklı kullanım alanlarına yönelik uygulamalar için geliştirilmeye uygun olan bir donanım ve yazılımının olduğu görülmüştür.
