Mesleki teknik eğitim için internet üzerinden gerçek zamanlı aydınlatma laboratuvarı tasarımı
Real-time lighting laboratory design on the internet for vocational technical education
Yazar: ZÜHAL POLAT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NAZMİ EKREN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bilgi teknolojilerinin Mesleki Teknik Eğitim (MTE) alanında kullanımının artmasıyla öğrencilerin network ve ağ tabanlı gerçekleştirecekleri laboratuvar uygulamalarının gelişmesinin önü açılmıştır. Uzaktan kontrol edilebilen laboratuvarların geliştirilmesi için iki farklı seçenek sunulabilir: Sanal laboratuvarlar ve uzak laboratuvarlar. Sanal laboratuvarlar ile öğrencilerin bilgisayar tarafından benzetimi yapılan prosese erişmeleri sağlanır. Bu şekildeki bir yapıda, öğrenci ile sanal işlemin uzaktan etkileşimi mümkündür. Uzak laboratuvarlar ise sanal tabanlı uygulamalardan daha karmaşık ve pahalı olsa da, benzetimi yapılan veriler yerine gerçek verilerle çalışma olanağı sağlamakta ve öğrenciler açısından daha yüksek oranda motivasyon oluşturmaktadır. Uzak laboratuvarlar ağ tabanlı gerçek kurulumları ile cihazlara uzaktan erişim sağlayarak, öğrencilerin fiziksel olarak laboratuvarda bulunmalarına gerek kalmadan gerçek donanım ile doğrudan deney yapmalarını sağlayan uygulamaları içermektedir. Mali kaynak,  nitelikli personel, zaman, birebir öğrenme, uygulama alanı, iş güvenliği ve bakım uygulama laboratuvarlarının kurulumu sırasında karşımıza çıkan ve çözüm bekleyen sorunlardır. Uzak laboratuvar sistemlerinin kurulması ile bu olumsuz durumların ortadan kaldırılması hedeflenmektedir.
Aydınlatma teknolojisi eğitiminde öğrencilerin uygulama araçlarına, internet üzerinden gerçek zamanlı bir donanım ile ulaşarak kontrol etmesine imkan sağlayan ağ tabanlı bir aydınlatma laboratuvarı altyapısı sunulan bu tezde aydınlık seviyesi kontrolü gerçekleştirmek üzere Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (LabVIEW) Sanal Enstrümantasyon Programı kullanılmıştır.  Bu programda geliştirilen kullanıcı ara yüzü öğrencilere kameralar, sensörler ve denetleyiciler ile uygulamaları internet üzerinden kontrol etme ve izleme olanağı sunmaktadır. Sistemin uzaktan kontrolünü sağlayan National Instrument (NI) CompactRIO 9075 cihazı üzerindeki analog giriş ve analog çıkış ünitesine bağlı cihazların (LED'ler, floresanlar vb.) ve ölçüm cihazlarının (akım sensörü, ışık sensörü vb.) denetimi sağlanarak, veriler sunucu bilgisayara aktarılmaktadır. Sunucu bilgisayara aktarılan sinyaller ile LabVIEW programı kullanılarak oluşturulan gerçek enstrümanlar vasıtasıyla aydınlatma deneyleri gerçekleştirilmektedir. Ayrıca öğrencilerin eş zamanlı (senkron) olarak uygulama enstrümanlarına erişimini sağlayan bir internet sitesi tasarlanmıştır. Her bir kullanıcı bu internet sitesi üzerinden kendilerine ayrılan belli bir zaman diliminde, uygulamaları gerçekleştirebilmektedir. Aynı zaman dilimi içerisinde öğrenciler, sistemde kullanılan internet bağlantılı kamera aracılığıyla, laboratuvarın aydınlık seviyesini anlık olarak izleyebilmektedir. Model elde edilen verilerin kişisel olarak saklanmasını sağlamakta, gerekli analizlerin yapılmasını da desteklemektedir.
Tez çalışmasında tasarlanan uygulamalar 2016-2017 eğitim-öğretim yılında aydınlatma tekniği dersinde eğitim gören toplam 40 öğrenciye tanıtılmış ve öğrencilere sistemi kullanma imkânı verilmiştir. Programı kullandıktan sonra öğrencilerden, beş alt ölçeği birleştiren ve 18 sorudan oluşan bir anket doldurmaları istenmiştir. SPSS istatistik programı ile, soru ve cevapların önem seviyelerini ve standart sapmalarını analiz etmek için anket sonuçlarına bir frekans testi uygulanmıştır. Sistemin öğrenci anketi için, güvenilirlik analizinin Cronbach Alfa değeri 0,87 olarak hesaplanmıştır (0,7'den büyük bir değer analizin güvenilirliğini göstermektedir). Anket sonuçlarına göre uzaktan erişim deneysel uygulamasına katılan öğrencilerin büyük bir kısmı (%97,5), uzaktan hazırlığın uygulamalı çalışmaları kolaylaştırdığını düşünmektedir. Yine öğrencilerin oldukça yüksek oranı uzaktan deneyleri gerçekleştirdiklerinde kişisel becerilerine katkı sağladığı (%92,5) ve teorik bilgilerini geliştirdikleri (%95) yönünde görüş bildirmişlerdir. Öğrencilerin genel itibari ile sistem hakkındaki görüşleri değerlendirildiğinde, tepkilerinin olumlu olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
The increased use of information technologies in the area of Vocational Technical Education (VTE) paved the way for the improvement of network and web oriented laboratory applications for students.  Two ways can be given for the improvement of the remote-controlled laboratories: Virtual laboratories and remote laboratories. Virtual Laboratories allow students to reach the process which is simulated by the computer. With this way of application, the interaction between the student and virtual operation becomes possible. However, remote controlled laboratories are more complicated and expensive than virtual oriented applications, they provide the opportunity to work with real data instead of simulated ones, and they have a higher motivation rate for students. Remote controlled laboratories include applications that allow students to directly perform experiments with real equipment without the need of student's physical attendance in the laboratory by ensuring the access to devices with their web oriented real setup. Financial source, qualified staff, time, one-to-one learning, application field, occupational safety, and maintenance are the main problems faced during the setup of application laboratories, and they still wait to be solved. Researcher's aim is to overcome these negative situations through the setup of remote-controlled laboratory systems.	
In this thesis which presents substructure of a web-oriented lighting laboratory that ensures opportunity for lighting technology education for students to reach application tools, and to control them with a real-time equipment over via internet, Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (LabVIEW) is used as a virtual instrumentation program in order to control the level of lighting. The user interface which is developed in this program enables students to control and to trace the cameras, sensors, and applications of controlling with using the internet.
The data are transferred to the server computer by ensuring the control of measuring devices (current sensors, light sensors, etc.) and the devices (LEDs, fluorescent armatures, etc.) that is connected to the analog input and output units of National Instrument (NI) CompactRIO 9075 device which enables to the remote system. Furthermore, by using the signals transferred to the server computer, lighting experiments are performed with real instruments which are formed by LabVIEW program. Besides, a website was designed in order to allow students to reach application instruments synchronously. Each user is able to carry out applications via this website in a given period of time. In the same period of time, students can follow the instantaneous light level of laboratory via web camera. The model ensures saving obtained data personally, and also supports to make the required analysis.  
The applications that are designed in thesis study was introduced to 40 students who took "Lighting Techniques" course in the 2016-2017 academic year, and a chance to use the system was given to students. After using the program, students were requested to join a survey that consists of 18 questions and integrates five subscales. By using the statistics program "Statistical Package for Social Science" (SPSS), a frequency test was applied to survey results in order to analyse standard deviations and the importance level of questions and answers. For the student survey, Cronbach Alpha value of the system's reliability analysis was calculated 0.87 (it is a criterion that shows the reliability of analysis as it is higher than 0.7). According to the survey results, the majority of the students (97.5%) who attended to remote access experimental application think that remote preparation facilitates the applicable studies. Likely, a quite high part of the students (92.5%) delivered the opinion that it contributes their personal skills when they perform remote experiments. Moreover, 95% of the students asserted that this application improves their theoretical information. When the students' general opinion about the system is considered, it is established that their response was positive.