Özet. Günümüzde otomasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılan kablosuz sensör ağları uygulamalarında genel anlamda sıcaklık, nem,CO2 vb. sensör ölçümüne dayanan verilerin bir bölgede toplanması ve bu toplanan verilerden elde edilen sonuçlara göre de gerekirse bir sistem için feedback yapılarak kontrol sağlanması sık gerçekleştirilen uygulamalar arasındadır. Veriler genellikle bir bilgisayar ortamında veri tabanında saklanır. Verilerin alınmasında ve gönderiminde kullanılan donanımlar ile bilgisayar yazılımının aynı haberleşme portu ve protokolünü kullanarak uyum içinde veri transferinin gerçekleştirilmesi sağlanmalıdır. Gerçekleştirilen çalışma ile c#.net dili MODBUS standardıyla haberleşen bir arayüz yazılımı modeli incelenmiştir.
Kablolu veri iletiminin maliyet, kurulum ve uzaklık gibi konularda kablosuz veri
iletim sistemlerine göre dezavantajlı durumda olması son yıllarda veri iletiminin
kablosuz olarak gerçekleştirildiği uygulamaların artmasına ve bu teknolojilerin hızla
gelişmesine neden olmuştur. Belirli alanlardaki sıcaklık, basınç, nem vb. değerleri
ölçüp bu verileri bir merkeze iletmekle görevli otonom sensörlerin oluşturduğu
kablosuz ağ sistemleri kablosuz sensör ağı olarak adlandırılır [
Tablo 1. Zigbee, Bluetooth ve Wi-Fi Karşılaştırılması [
Kategori Mesafe Genişleme Batarya Ömrü Karmaşıklık İletim Hızı Ağdaki Düğüm Sayısı Maliyet Güvenilirlik Kullanım Kolaylığı
Zigbee 50 -1600 m Otomatik Yıllar Basit 250 Kbps 65535 Düşük Yüksek Kolay
Bluetooth 10 m Yok Günler Karmaşık 1 Mbps 8 Düşük Yüksek Normal
Wi-Fi
50 m
Ağın varlığına bağlı
Saatler
Çok Karmaşık
1-54 Mbps
50
Yüksek
Normal
Zor
Arnil vd.(2010), kablosuz sensör ağlarının sağlık alanındaki bir uygulamasını
gerçekleştirmişlerdir. Fizyolojik data ve sinyaller kablosuz modüller kullanılarak
transfer edilmiştir. Çalışmada zeki hasta oda mimarisi adı verilen sistem sayesinde
hastaların vücut ısıları, anlık durumları (online ya da offline), bilgisayar ortamında
toplanmış ve izlenmiştir [
Gerçekleştirilen çalışmalarda sensörlerden alınan verilerin bir noktada toplanması ve buradaki yazılım ile izleme ve kontrol yapılması söz konusudur. Çalışmalarda verilerin iletiminde kullanılacak kablosuz haberleşme sisteminin donanım tasarımının hazır modüller ile ya da baştan tasarlanan gömülü sistem uygulamaları ile gerçekleştirildiği görülmektedir. Her iki yöntemde de verilerin toplandığı bilgisayar yazılımının mutlaka kullanılan sisteme göre yazılması gerekmektedir. Bu çalışmada bir kablosuz sensör ağı modeli oluşturulmuş ve bu model için c#.net dili ile yazılabilecek bir yazılımın akış diyagramı ile bir modellemesi yapılmıştır.
Bu çalışma modellenen kablosuz sensör ağı için zigbee kullanılmıştır. Zigbee
standardı koordinatör, düğüm ve router olmak üzere üç farklı aygıt içermektedir. Bir ağ
içerisinde birden çok düğüm veya router olabilirken sadece bir tane koordinatör olur.
Sensörlerden alınan veriler düğümler vasıtası ile koordinatöre iletilir. Koordinatör ise
bilgisayara bağlı olarak iki yönlü çalışabilir. Yani hem düğüm modüllerinden aldığı
verileri bilgisayara hem de bilgisayardan aldığı komutları düğüm modüllerine
iletebilir. Router ise kablosuz haberleşmede sinyal gücünün zayıfladığı bölgelerde sinyali
güçlendirmek için kullanılabilir [
Şekil 1’de tasarlanan modelde bir adet düğüm modülü ve bir adet koordinatör görülmektedir. Düğüm modülü sayısı toplanacak verinin çokluğuna göre artırılabilir. Düğüm modülü sadece veri iletme görevini görebileceği gibi vana, ısıtıcı, soğutucu, alarm vb. birçok cihazında kontrolünü sağlayabilir. Düğüm modülü içerisinde sıcaklık, nem ve CO2 sensörleri yer almaktadır. Sensörlerden okunan veriler LCD ekranda okunabilir ve zigbee modül sayesinde koordinatöre iletilebilir. Koordinatör birimi mikro denetleyici, zigbee haberleşme modülü ve seri haberleşme biriminden oluşur. Sensör ağı içinde bulunan tüm düğüm modülleri ile haberleşme yaparak veri alışverişini sağlar. Koordinatör birimi sistem yazılımı ve veri tabanının yüklü olduğu bilgisayar ile seri haberleşme yoluyla bağlanır. Sistem yazılımının kontrolünde çalışmaktadır.
Şekil 1. Kablosuz sensör ağı modeli
Koordinatörün bağlı olduğu bilgisayarda çalışan yazılım modeli ve algoritması bu bölümde ele alınmıştır. Elde edilen verilerin saklanması amacıyla bir veri tabanı kullanılmalıdır. Tasarlanan yazılımın görevleri aşağıdaki maddeler ile ifade edilebilir.
Koordinatör birimlerinden seri haberleşme yoluyla alınan çevresel değişken verilerinin veri tabanına depolanması, Alınan veriler ile ilgili hesaplama işlemi yapılacaksa bunun gerçekleştirilmesi, Elde edilen verilerin grafiksel olarak gösterilmesi ve belirli kriterlere göre arama gerçekleştirilmesi,
Eğer düğüm birimine bir kontrol bilgisi iletilecek ise bu bilginin gönderilmesi. Koordinatör ile bilgisayar yazılımı arasında verilerin senkronize olarak alınabilmesi amacıyla kullanılabilecek farklı haberleşme standartları mevcuttur. Bu çalışmada tasarlanan modelde, açık kaynaklı ve seri haberleşme standardı kullanan bir endüstriyel bus protokolü olan Modbus RTU kullanılmıştır. Modbus ağ içerisinde bir adet master ve buna bağlı slave cihazlar bulunabilir. Slave cihaz sayısı en fazla 247’ye kadar desteklenebilmektedir.
Şekil 2’de görülen sistemin akış diyagramında üç farklı düğüm modülünden
koordinatöre veri alındığı farz edilmiştir. Gerçekleştirilen çalışma üç düğüm birimi
içerdiği için sistemde üç adet slave cihaz yer almıştır. Sistemin Modbus haberleşmesi
için açık kaynak olan nmodbus kütüphanesi kullanılmıştır [
Gerçekleştirilen çalışma ile modbus seri haberleşme protokolünün C# dilinde kullanımına ait bir algoritma geliştirilmiş ve kablosuz sensör ağı kullanımı durumunda uygulanmasına yönelik bir çalışma yapılmıştır. Kablosuz sensör ağlarının birçok avantajı olmasının yanında bu çalışma için en önemli avantajı düğüm sayısının artırılabilir oluşudur. Geliştirilen algoritmada üç düğüm düşünülmüş fakat düğüm sayısının artışı algoritmanın işleyişini değiştirmeyecektir. Düğüm modüllerinde bu çalışmada üç sensör düşünülmüştür. Bu sayıda artırılabilir ve bu algoritmayı değiştirmeyecektir. Çalışmada bir vananın kontrol edildiği düşünülmüştür. Bu kontrol on-off olabileceği gibi kademeli olarak da donanıma göre değişiklik gösterebilir. Ayrıca yazılımda kontrol edilen vana bulanık mantık ile modellenerek kontrol edilebilir.
Şekil 2. Sistem Arayüz yazılımı akış diyagramı