MIT Application İnventor da Android Uygulaması Geliştirme

Bu zamana kadar android uygulama geliştirme arayüzü için java tabanlı eclipse üzerine kurulu SDK' yı kullanmıştık. Bu yazımızda daha basit bir şekilde uygulama oluşturulabilen MİT Üniversitesi tarafından hazırlanmış app. inv. kullanılacaktır. Daha önceden eclipse üzerinde yaptığımız aynı uygulamaların bu arayüz ile daha basit bir şekilde yapıldığını göreceğiz.

Öncelikle mit app. nasıl kullanılacağı hakkında bilgi verelim. Bu linkteki adrese girip sol üst kısmdaki "Create" butonuna tıklanır ve bir hesap ile oturum açılır. Gerekli anketleri doldurmanızı öneririm yoksa her defasında soracaktır. Aslında uygulama oluşturmak için gerekli işlem bu kadar. Ancak yapılan uygulamaların emulator yada usb bağlantısı ile telefon üzerinde çalıştırılabilmesi için bu sayfanın incelenmesi ve ilgili programların (App Inventor Setup, aiStarter) yüklenmesi gerekmektedir.

Bu aşamalardan sonra mit app inv ekranında ne, ne işe yarar bunları inceleyelim. Şekil 1 ' de uygulamanın oluşturulacağı çalışma ekranı gösterilmektedir.

Şekil 1

Bu ekranın sağ üst kısmında bulunan "My Projects" kısmından yapmış olduğunuz uygulamalara ulaşabilirsiniz. Yine sağ üstte bulunan "Designer" uygulamanın görsel kısmının oluşturulduğu çalışma sayfasını "Blocks" oluşturulacak uygulamada kullanılan buton, label vs. gibi aygıtların kontrol işlemlerin yapıldığı blok kodlama alanını açmaktadır. Üst kısımda bulunan "Build" butonu sayesinde hazırlanan uygulama bilgisayara indirilebilir yada QR kodu oluşturulabilir. Connect butonu sayesinde uygulamanın telefonda yada emulatörde çalıştırılması sağlanır. "Projects" butonu ile hazırlanan projelere ulaşılınabilinir, yeni proje yapılabilinir, internettten indirilmiş yada bir şekilde temin edilmiş proje kaynak dosyaları çalıştırılabilinir.

Çalışma sayfasının "Palette" başlığı altında bulunan aygıt isimleri sürüklenerek ekrana taşınır. Örneğiş Şekil 1' de Screen1 'e 1 adet buton eklenmiştir. Bu sol kısımdaki "User Interface" başlığı altındaki "Button" imgesinin Screen 1 içerisine sürüklenmesiyle yapılmıştır. Sağ kısımda bulunan "Properties" başlığı altındaki imgeler ile ekranda seçili aygıtların genişlik, uzunluk, renk, şekil, yazı boyutu veya rengi gibi temel özellikleri değiştirilebilmektedir. Bu alanda seçilen malzemenin boyutlarının belirlenmesinde önemli bir husus bulunmaktadır. "Width" yada "Height" başlıkları altından seçilen aygıtın (mesela buton) ekranda ne kadarlık alanı kaplayacağını 3 farklı seçenek ile belirleyebiliriz. Bunlar: Automatic, Fill parents, pixeldir. Bunlardan Fill parent seçilen aygıtın ekranın genişliğini yada uzunluğunu kaplaması için kullanılır. Pixel ise istenilen ölçülerde ne kadarlık piksel kaplayacağını yazmamızı sağlar.

Kontrol Kartı (Uçuş Kontrol Kartı)

Multikopter sistemlerinde kullanılan malzemeler arasında en önemli olanı kontrol kartıdır. Çünkü çok rotorlu araçlarda kontrol işlemi uçaklarda olan sistemlerden daha karmaşık ve zordur. Yapılacak hava aracının hangi amaçla kullanılacağına göre kontrol kartını seçmek gerekir. Bu sebepten kullanılan kontrol kartlarının özellikleri iyi analiz edilmelidir.

Piyasa da kullanılan kontrol kartlarından bazıları şu şekildedir:

•         Ardupilot

•         DJI Wookong Multi Rotor (WKM)

•         Paparazzi Pilot

•         DJI Naza

•         KK Multicopter

•         Multi wii

•         ZERO TECH

•         MegaWAP

•         Shrediquette

•         Open copter control

•         Mikrocopter

Pervane (Propeller)

          Hızın etkisiyle taşıma kuvvetini üreten taşıyıcı yüzeylere başka bir deyişle döner kanatlara pervane denir. Quadrokopterlerde 2 tip pervane kullanılır.

1.      Saat yönü dönen (clockwise)

2.      Saat yönü tersi dönen (counter clockwise)

2 farklı dönüş yönüne sahip pervane kullanılmasının sebebi yukarıda da anlatıldığı gibi quadronun gövde üzerinde oluşturmuş olduğu anti tork etkisini yok etmektir. Fakat piyasada genelde imalat açısından kolay olması sebebi ile tek tip pervane üretilmesi,  istenen pervane ölçülerinin bulunmasını güçleştirmektedir. Bu sebepten farklı çözüm yolları olsa da en sağlıklısı uygun pervanelerin kullanılmasıdır.

Pervane seçiminde, kullanılan motorun özellikleri ana parametredir. Özellikle Kv değerine göre pervane seçimi yapılması ve motor özellik çizelgesindeki pervanelerin kullanılması verimlilik açısından önemlidir. Kv değeri küçük olan yani devir sayısı az olan motorlarda gerekli taşımayı oluşturması açısından Kv değeri büyük olan motorlara göre daha büyük pervane kullanılır. Şekil 1’de E-MAX BL 2826 tipinde bir motor ile kullanılması gereken pervaneler ve akım-voltaj durumlarına göre ürettiği itki değerleri bulunmaktadır.

Şekil 1

           Pervaneler, boy ve burulma açılarına göre isimlendirilirler. Yani üzerlerinde iki ayrı numara vardır. Örneğin 12x6 pervane demek 12 inch boyunda ya da çapında 6 inch burulma açısına sahip bir pervane demektir. Burulma açısı, pervanenin 360 derecelik dönüşünde ilerlediği mesafe değeridir. Bu değerler bazen mm cinsinden de verilmektedir. Fakat belirtilmediği durumlarda inch olarak kullanılır.

            Pervanelerde burulma açısına göre bazı özellikler elde edilir. Örneğin burulma açısı yüksek pervaneler yavaş süratlenip hızlı uçuş sağlarlar. Bunun yanında motor durduğunda pervane hızı geç yavaşlar. Burulma açısı küçük pervaneler ise çabuk hızlanırlar, yavaş uçuş sağlarlar, basit motor devir kontrolü sunarlar.

Modellerde kullanılan yapım malzemelerine göre pervane tipleri;

Ø  Naylon pervaneler

Ø  Plastik pervaneler

Ø  Karbon pervaneler

Ø  Karbon-fiber pervaneler

Ø  Ahşap pervaneler

Ø  Fiberglass pervaneler

Ø  Metal pervaneler

şeklindedir.

           Naylon ya da plastik pervaneler esnek olmaları sebebi ile kalitesizdirler. Fakat ucuz olmalarından dolayı özellikle ilk denemelerde, pervane kırımı fazla olabileceğinden kullanılmasında fayda vardır. Bu pervanelerin kullanılması durumunda kenarlarında kalan keskin çapaklar zımpara ile temizlenmelidir.  

           Ahşap pervaneler diğerlerine göre hafif ve az esnek olduklarından motor üzerine az yük bindirirler. Böylece diğer pervanelere göre daha yüksek devir sayılarına ulaşabilirler. Esnek olmaları sessiz çalışmalarına da bir etkendir. Fakat yeni başlayanlar için uygun değildirler. Çünkü çok çabuk kırılırlar.

Karbon-fiber pervaneler hafif, esnek olmayan verimli pervanelerdir. Tek dezavantajı fiyatlarının yüksek olmasıdır.

Fiberglass pervaneler karbon ve ahşap pervanelere göre ucuz plastik pervanelerden verimli, ağır ve esnek pervanelerdir. Kullanılması halinde keskin yüzeyleri zımparalanmalıdır. 

Şekil 2

Fırçasız (Brushless) Motorlar

Elektrik motorları elektriğin manyetik alan özelliğini kullanarak elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren makinelerdir. Fırçasız motorlar adından da anlaşılacağı gibi fırça olmadan elektronik aksamlar içeren motorlardır. Bunların, fırçalı motorlardan farkı akım çeviricilerin fırça değil elektronik olmasıdır. Daha sessiz çalışmaları, fırçaların meydana getirdiği sürüklemenin ve ısıdan kaynaklanan kayıpların, fırçaların meydana getirdiği kıvılcımların olmaması, kolay soğutulabilmeleri fırçalı motorlara göre  üstünlükleridir.

Fırçasız motorlar diğer DC motorlar gibi direk bataryaya bağlanarak çalıştırılamazlar. Böyle bir yanlışlığın yapılması motorun yanmasına neden olur. Bu sebepten fırçasız motorların çalıştırılabilmesi için ESC’lere ihtiyaç duyulur.

Fırçasız motorlar inrunner ve outrunner olmak üzere ikiye ayrılırlar. Inrunner motorlar, rotoru motorun merkezinde olan sabit sargıları dış kısımda bulunan motorlardır. Yani motorun dış çeperi sabitken iç kısmı hareket eder. Outrunner motorlarda ise motor sargıları motorun merkezinde ve sabitken, rotor üzerinde mıknatısları da barındıracak şekilde motorun dış çeperindedir.Yani motorun dış kısmı hareket ederken iç kısmı sabittir. Genellikle multikopter sistemlerinde kullanılan fırçasız motor tipleri outrunnerdır (Şekil 1).

           

Şekil 1

            Motor etiket bilgileri

Motorların özelliklerini içeren bazı parametreler vardır. Bunlardan ilki V kısaltmasıyla anılan elektrik akımının basıncı olarak tanımlanan potansiyel farktır. Yani kısaca gerilim değerini gösterir. Modelcilikte kullanılan motorlar üzerinde ya da özellik tablosunda genellikle voltaj değerleri lipo pil hücre sayısına göre verilir.

İkinci parametre akım değeridir. A kısaltmasıyla anılan amper bir noktadan birim sürede akan elektrik yük miktarını gösterir. Yani birim zamandaki yük miktarına akım denir. Bu parametreye göre ESC ve pil simi yapılır.

Üçüncü parametre güç değeridir. W kısaltmasıyla anılan watt motorun pervaneyi çevirebilmesi için ihtiyaç duyacağı gücü ifade eder. Akım ve gerilimin çarpılmasıyla elde edilir.

Kv değeri fırçasız elektrik motorları için geçerli olan devir katsayısını gösteren değerdir. Voltaja göre devir sayısının hesaplanmasını sağlar. Yani motorun 1V başına 1 dakikada çevireceği devir sayısını gösteren parametredir. Örneğin 10 V ile çalışan bir motorun Kv değeri 700 ise bu motorun dakikadaki devir sayısı= 10x700=7000 devir/dakika’ dır. Genellikle dev/dakika yerine rpm (revolution per minute) kullanılır.

Diğer bir parametre Kt değeri diye tabir edilen tork katsayısıdır. Bu değer bir motorun amper başına vereceği tork değerini ounce-inch cinsinden ifade eder. Örneğin 0,60 oz-inc/A Kt değerine sahip bir motor 10 A de 6 oz-inc tork verir.

Kv değeri ile Kt değeri arasında ters orantı vardır. Yani Kv değeri yüksek olan bir motorun amper başına vereceği tork değeri düşük olur. Bu sebepten yüksek Kv değerli motorlarda tork değerinin artırılması için küçük pervaneler ya da ek dişli sistemleri kullanılmalıdır.

Fırçasız motorların etiketlerinde ya da özellikler tablosunda optimum verim için kullanılması gereken pervane ölçütleri de belirtilir. Kullanılacak pervanelerin bu özellikler dahilinde olması verimi artırmaktadır.

ESC (Elektronik Hız Kontrolcüsü)

          Fırçalı ve fırçasız motorların hızını ayarlayan, hız kontrol ünitesidir. Diğer bir ifade ile  pilden aldıkları elektrik enerjisini, alıcının gaz kanalından aldığı sinyal ile sürerek motorlara ileten ve motor devrini kontrol eden hız kontrolcüleridir.

Elektrikli DC motorlarda (fırçalı motorlar) motor hız kontrolü, voltaj kontrolü ile gerçekleşir. Voltajın artırılıp azaltılmasına göre motor hızı değişir. Bu işlem fazlasıyla zor ve ısı açığa çıkaran verimsiz bir yöntemdir.

            Multikopter sistemlerinde kullanılan fırçasız motorlar bilinen 3 fazlı motorlardır. Bu motorlarda kullanılan ESC’ler daha kompleks olup, pilden aldığı DC gerilimi 3 fazlı AC (Alternatif akım) gerilime çevirerek ve kumandadan gönderilen sinyale göre devri değiştirerek motoru sürerler. Fırçasız motorlarda kullanılan bu ESC’ler motor devrini PWM (pulse width modulation) yöntemiyle değiştirirler. Bu yöntem sayesinde fırçalı motorlarda kullanılan voltaj- hız ilişkisi ile devir değiştiren ESC’lerin meydana getirdiği ısı problemi ve verimlilik sorunu kısmen ortadan kalkar. PWM metodu darbe genişlik modülasyonu olarak bilinir. Kumandadan alınan dijital sinyalin pulse genişliği değiştirilerek, motora giden gerilim değeri dolaylı yönden frekans kontrolü ile yapılır. Pulse genişliğini değiştirme işlemi ESC nin çıkış akımını sürekli açıp kapatmasıyla gerçekleşir. Yani motora giden voltaj çıkış akımının ne kadar süre gönderilip ne kadar süre kesildiğiyle alakalıdır. Örneğin, 1 saniyelik zaman süresince 10 V pile bağlı bir ESC-motor bağlantısında kumanda gaz kolu %60 da iken, ESC akımı, saniyenin 6/10 unda açacak 4/10 unda kapatacaktır. Böylece motora sürekli 10 V gitmeyecek ve 1 saniyede giden voltajın ortalamasına göre motorun devri değişecektir. ESC’ lerde 1 saniyedeki akım değişiminin yüksek olması istenir. Yani ESC’lerin üzerlerinde yazan KHz değerleri ne kadar yüksekse yenileme frekansı denilen saniyedeki akım açma kapama sayısı da o kadar fazla olur. Bu sebepten tercih edilecek ESC’nin yenileme frekansı yüksek olmalıdır. Fırçasız motorlarda kullanılan ESC’lerin girişinde 2, çıkışında 3 motor kablosu 3 BEC ve 1 sinyal kablosu bulunmaktadır (Şekil 1). Girişte bulunan 2 kablo, kırmızı uç + eksi uç – olmak üzere pile bağlanır. Çıkıştaki 3 kalın kablo motorlara bağlanır ve herhangi ikisinin yerinin değiştirilmesiyle motor yönü değiştirilebilir. Diğer 3 ince kablodan kırmızı ve siyah olanı ESC içerisindeki 5V, 3A ya da 5A çıkış veren regülatör devre çıkışlarıdır. 5V’u sağlayan regülatör devresine BEC (battery eliminator circuit) ya da UBEC de denilmektedir. Alıcıları ya da kontrol kartlarını beslemek için kullanılan bu çıkışlar alıcı kanallarına bağlanır ve 5V ile çalışan sistemleri, kontrol kartlarını besler. Diğer beyaz ya da sarı renkli ince kablo ESC sinyal kablosudur. Alıcının sinyal çıkışına bağlanarak ESC’ye vericiden gönderilen sinyali iletir. Böylece ESC motorun hızını kumandadan gönderilen sinyale göre değiştirir.

Şekil 1

           ESC voltaj değerleri genellikle kullanılabilecek lipo pillerin hücre sayısına göre üzerlerinde yazar. Bu sebepten kullanılacak ESC ile lipo pil arasında uyum olması gerekir.

           ESC akım değeri bir ESC’nin verebileceği maksimum akımı ifade eden değerdir. Bazı ESC’lerde sürekli ve yanma akımı şeklinde 2 değer verilebilir. Bunlardan sürekli olan yani az olan değer ESC’nin sürekli olarak motora verebileceği akım değerini yanma akımı ise anlık olarak verebileceği akım değerini gösterir. Bu yüzden ESC seçiminde kullanılacak motorun maksimum çekeceği akım değeri dikkate alınmalıdır. Ayrıca ESC akımının motorun çekeceği maksimum akımdan %10 fazla olması ısınmaları ve ESC’nin yanma riskini de azaltabilir.

           ESC’ler barındırdıkları bazı özellikler sayesinde programlanabilirler. Bu konu uygulama alanında detaylıca anlatılmıştır.

Multikopterlerde Kullanılan Malzemeler

Multikopterlerde temel olarak kullanılan malzemeler şu şekildedir;

Ø  Lion polimer piller

Ø  Elektronik hız kontrol ünitesi (ESC)

Ø  Fırçasız (brushless) motor

Ø  Pervane

Ø  Kumanda (alıcı-verici)

Ø  Kontrol kartı

Ø  Sensörler (GPS, IMU, akselerometre, gyroskop, barometrik basınç sensörü, sıcaklık  sensörü, rpm  sensörü)

Ø  Telemetri sistemi(isteğe bağlı)

Ø  Kamera sistemi (isteğe bağlı)

Bu malzemeler sırasıyla diğer yazılarda incelenecektir.