Arazi uygulamaları için çok noktalı veri toplama ve kablosuz iletim sistemi geliştirilmesi ve uygulanması
Design and implemention of multipoint data collection and wireless tranmission system for terrain applications
Yazar: SEYMUR SHUKUROV
Danışman: PROF. DR. UĞUR BAYSAL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Ulaşılması zor olan, gerekli altyapının bulunmadığı alanlarda sistem kontrolü ve takibini sağlamak ciddi bir sorundur. Bu sorunu çözmek için kablosuz iletişim sistemleri tercih edilmektedir. Bunun en önemli nedenlerinden bazıları bu sistemlerin düşük maliyetli, kurulumunun kolay olması ve bakım ihtiyaçlarının minimal seviyelerde olmasıdır. Bu sistemler genellikle birkaç merkezi istasyondan ve bunlara bağlı ikincil istasyonlardan oluşmaktadır.
Bu tez kapsamında açık veya kapalı alanda çalışacak, anlık olarak 4 analog voltaj değerini okuyabilme kapasitesine sahip ve kablosuz haberleşen sensör birimlerinde oluşan Kablosuz Sensör Ağı (KSA) tasarlanmış, 1 Merkez 3 İkincil İstasyon olmak üzere toplam 4 biriminden oluşan KSA prototipi üretilmiş ve başarıyla test edilmiştir. 
Sistem kablosuz haberleşme için kullanıma açık ISM bandı frekanslarını (2.4 - 2.5 GHz) kullanmaktadır. Bu bandı kapsayan ve frekans, haberleşme hızı, çıkış gücü gibi iletişim kanalı ayarlarını yapmaya izin sağlayan nrf24l01 modülü alıcı-verici olarak kullanılmıştır. Bu birim SPI haberleşmesi ile işlemciden sayısal verileri okuyarak onları paket haline getirip uygun birime göndermektedir. Bu birim 1000 metreye kadar haberleşmeyi desteklemektedir ve yapılan testlerde bu özellik başarılı bir şekilde test edilmiştir. Sensör birimlerinde işlemci olarak dahili Analog-Sayısal Dönüştürücü (ASD) barındıran Atmel şirketine ait mikrodenetleyici kullanılmıştır. Dahili ADÇ sayesinde voltaj örneklenmesi için ek devre elemanlarına gerek duyulmamıştır ve hem güçten, hem de boyutlardan tasarruf edilmiştir. Bunun dışında her birimde 4 adet yeniden şarj edilebilir AA pil bulunmaktadır. Merkezi istasyonda bunlara ek olarak alınmış verilerin kaydedilmesi için hafıza kartı ve okuyucusu ile zaman senkronizasyonu için saat modülü bulunmaktadır. Bu birimler sayesinde alınmış veriler tarih ve saat değerleri ile beraber hafıza kartına 'text' dosyası halinde kaydedilmektedir. Modüler yapısı sayesinde istenildiği zaman merkezi istasyon kullanıcı bilgisayarına bağlanarak seri haberleşme ile anlık olarak sensör birimlerden alınan voltaj değerleri izlenebilir. Bu amaçla MATLAB kullanıcı arayüzü geliştirilmiş ve başarılı şekilde test edilmiştir. Son olarak sistem gerçek kullanım koşulları altında farklı arazi ortamlarında test edilmiş ve sistemin düzgün çalıştığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
It is a serious problem to provide system control and follow-up in areas that are difficult to reach and where there is no necessary infrastructure. Wireless communication systems are preferred to solve this problem. Some of the most important reasons for this are low cost, easy to install, and minimal maintenance requirements. These systems usually consist of a few central stations and their secondary stations. In this thesis, Wireless Sensor Network (WSN) prototype consisting of total 4 units (1 Central and 3 Secondary) has been designed and manufactured. Sensor units communicate using wireless communication and have capacity to read 4 analog voltage values in real time mode. They can be places in both open and closed areas. The system uses the open ISM band frequencies (2.4 - 2.5 GHz) for wireless communication. The nrf24l01 module, which working range includes this band and allows to make communication channel settings such as frequency, communication speed, output power, is used as a transceiver. This unit reads the numerical data from the processor by SPI communication and packs them into a suitable packages ready to be sent. This unit supports up to 1000 meters of communication and this property has been successfully tested. The sensor units use a microcontroller from Atmel which houses a built-in Analogue to Digital Converter (ADC) as a processor. Thanks to the internal ADC, additional circuitry is not required for voltage sampling and both power and size are saved. Apart from this, there are 4 rechargeable AA batteries in each unit. In the central station, there is a memory card with the reader for reading out the received data and a time module for time synchronization. The received data are recorded in the 'text' file on the memory card together with the date and time data. Thanks to the modular structure, the central station can be connected to the user's computer at any time and the voltage values received from the sensor units can be monitored instantaneously by serial communication. For this purpose, the MATLAB user interface has been developed and tested successfully. Finally, the system has been tested in different terrestrial environments under actual working conditions and it has been observed that the system works as expected.