Steer-by-Wire Nedir? 🚗 Elektronik Direksiyonun Geleceği

Steer-by-Wire Nedir? 🚗 Elektronik Direksiyonun Geleceği

Otomotiv teknolojisi her geçen gün daha dijital ve daha akıllı hale geliyor. Bu dönüşümün en dikkat çekici parçalarından biri ise “Steer-by-Wire” yani elektronik kontrollü direksiyon sistemleri. Peki bu sistemler nasıl çalışır? Neden giderek daha fazla araçta tercih ediliyor? Güvenli mi, pratik mi, pahalı mı? Tüm detaylara bu yazımızda değiniyoruz.

🧩 Steer-by-Wire Ne Demek?

Steer-by-Wire, geleneksel mekanik direksiyon sistemlerinde bulunan direksiyon mili, dişli kutusu ve bağlantı çubukları gibi mekanik bağlantıların yerini elektronik bileşenlerin aldığı bir sistemdir. Yani direksiyon simidi ile tekerlekler arasında artık fiziksel bir bağlantı bulunmaz.

Bu sistemde sürücünün direksiyonu çevirme hareketi sensörlerle algılanır, kontrol ünitesi (ECU) bu veriyi işler ve tekerleklere gerekli dönüş komutu, elektrik motorları aracılığıyla iletilir.

⚙️ Steer-by-Wire Nasıl Çalışır?

Steer-by-Wire sistemi genel olarak şu bileşenlerden oluşur:

• Direksiyon Açısı Sensörü: Sürücünün çevirdiği direksiyon açısını ölçer.
• ECU (Elektronik Kontrol Ünitesi): Alınan veriyi işler, gerekli komutları üretir.
• Aktüatörler: Tekerleklerin açısını değiştiren elektrik motorlarıdır.
• Geri Bildirim Mekanizması: Direksiyon simidine yapay kuvvet hissi verir (örneğin yol direncini hissettirme).

🛡️ Güvenlik Ne Durumda?

Direksiyon gibi kritik bir sistemin elektronikleştirilmesi doğal olarak bazı güvenlik endişelerini de beraberinde getiriyor. Ancak otomotiv sektörü, bu tür sistemlerin ISO 26262 gibi fonksiyonel güvenlik standartlarına uygun olarak tasarlanmasını zorunlu kılıyor.

Steer-by-Wire sistemlerinde yaygın olarak aşağıdaki güvenlik önlemleri alınır:

• Çift yedekli sensörler
• Çift işlemcili ECU’lar
• Acil durumlarda kontrolü sürücüye veren fail-operational yapılar
• Batarya veya enerji kesintisinde geçici mekanik kontrol opsiyonu (hibrit sistemler)

🚀 Avantajları Neler?

Steer-by-Wire sisteminin sunduğu avantajlar oldukça dikkat çekicidir:

• Ağırlık Azalması: Fiziksel bağlantılar ortadan kalktığı için sistem hafifler.
• Daha Az Yer Kaplama: Direksiyon miline ihtiyaç kalmadığı için tasarım esnekliği artar.
• Kişiselleştirilebilir Sürüş: Direksiyon sertliği, dönüş açısı gibi parametreler yazılımla ayarlanabilir.
• Otonom Sürüş Uyumlu: Elektronik sistem, otonom sürüş algoritmalarına kolayca entegre edilebilir.

🔧 Dezavantajları da Var mı?

Elbette. Her teknolojide olduğu gibi Steer-by-Wire sistemlerinin de bazı dezavantajları mevcut:

• Maliyet: Gelişmiş elektronik bileşenler nedeniyle ilk yatırım maliyeti yüksektir.
• Algısal Güven: Sürücüler fiziksel bağlantı olmayışını ilk etapta garipseyebilir.
• Enerji Bağımlılığı: Sistemin düzgün çalışması için sürekli elektrik beslemesi gerekir.

🔄 Geleneksel Direksiyon ile Farkları

Özellik	Geleneksel Direksiyon	Steer-by-Wire
Fiziksel Bağlantı	Var	Yok
Geri Bildirim	Doğal, mekanik	Yapay (force feedback)
Yedeklilik	Genelde yok	Elektronik yedeklilik
Tasarım Özgürlüğü	Kısıtlı	Yüksek

📈 Gelecekte Nerelerde Kullanılacak?

Şu anda Steer-by-Wire sistemleri çoğunlukla premium segmentte veya elektrikli araçlarda karşımıza çıkıyor. Ancak teknolojinin yaygınlaşmasıyla birlikte aşağıdaki alanlarda daha fazla görmemiz bekleniyor:

• Otonom Araçlar
• Ağır vasıtalar (otobüs, kamyon)
• Tarım ve inşaat araçları

🛠️ Hangi Markalar Kullanıyor?

Steer-by-Wire sistemlerini uygulayan bazı öncü üreticiler:

• Infiniti: Q50 modelinde Direct Adaptive Steering teknolojisi
• Tesla: Cybertruck için yoke-style steer-by-wire planı
• Nissan: Otonom test araçlarında yaygın kullanım

🧠 Yazılım ve Kalibrasyonun Rolü

Steer-by-Wire sistemlerinde yazılım; sürücü geri bildirimi, dönüş sertliği, direksiyon davranışı gibi pek çok unsuru belirler. Bu nedenle yazılım kalibrasyonu hem güvenlik hem sürüş keyfi açısından kritik rol oynar.

Yapay zeka destekli sistemlerde, sürücünün sürüş stiline göre adaptif davranışlar bile mümkün hale gelmektedir.

🔮 Sonuç: Direksiyonun Geleceği Burada mı?

Steer-by-Wire sistemleri otomotiv endüstrisinin dijitalleşmesinin önemli bir parçası. Hem otonom sürüşe hazırlık, hem de kullanıcı deneyimini artırmak açısından ciddi potansiyel taşıyor.

Ancak yaygınlaşması için hem maliyetlerin düşmesi hem de kullanıcı güveninin artması gerekiyor. Önümüzdeki yıllarda bu sistemin daha fazla modelde karşımıza çıkması oldukça muhtemel. 🚘

🔖 Terimler Sözlüğü

Terim	Açıklama
ECU	Electronic Control Unit, kontrol birimi
Aktüatör	Elektriksel komutla mekanik hareket üreten bileşen
Force Feedback	Geri bildirim için uygulanan yapay direnç hissi
ISO 26262	Otomotiv için fonksiyonel güvenlik standardı

📌 Ekstra Kaynaklar

• Nissan Direct Adaptive Steering
• Infiniti Steer-by-Wire Teknolojisi
• NHTSA Elektronik Sistemler Sayfası

C Dilinde Moving Average Filter (Hareketli Ortalama Filtresi) Nedir, Nasıl Uygulanır?

Hareketli Ortalama Filtresi (Moving Average Filter), sinyal işleme ve veri analizi alanlarında en çok tercih edilen basit ve etkili filtrelerden biridir. Gürültülü verilerin pürüzsüzleştirilmesi, ani değişimlerin yumuşatılması ve sensör okumalarının stabilize edilmesi gibi birçok uygulama alanında kullanılır. Özellikle gömülü sistemlerde, mikrodenetleyicilerde ve gerçek zamanlı uygulamalarda, C dili ile kolayca uygulanabilir olması sayesinde oldukça popülerdir.

Hareketli Ortalama Filtresi Nedir?

Kısaca, hareketli ortalama filtresi, belirli bir pencere (örneğin N örnek) içerisindeki verilerin aritmetik ortalamasını alarak yeni bir çıktı üretir. Böylece, kısa süreli gürültüler ve ani değişimler filtrelenmiş olur.

Matematiksel olarak:
Y[n] = (X[n] + X[n-1] + ... + X[n-(N-1)]) / N
Burada:

• Y[n]: Filtrelenmiş çıktı

• X[n]: En yeni giriş değeri

• N: Pencere boyutu (window size)

---

Avantajları ve Dezavantajları

Avantajlar:

• Basit ve hızlı algoritma

• Bellek ve işlemci gereksinimi düşük

• Gerçek zamanlı uygulamalara uygun

Dezavantajlar:

• Ani değişimleri geciktirir (faz kayması)

• Büyük pencerelerde tepki yavaştır

• Herkese uyan tek boyutlu çözüm değildir; pencere boyutu dikkatle seçilmelidir

---

C Dilinde Moving Average Filter Nasıl Uygulanır?

Aşağıda, hareketli ortalama filtresinin C dilinde farklı şekillerde uygulanışı anlatılmaktadır.

1. Temel Uygulama: Döngüyle Ortalama Alma

Kullanımı:

Eksisi:

Her yeni örnekte tüm pencereyi toplar, bu da işlemciyi yorar.

---

2. Kayan Pencere ile Optimizasyon (Dairesel Buffer Kullanımı)

Dairesel (circular) buffer ve kayan toplam yaklaşımıyla işlem yükü azaltılabilir.

Kullanımı:

Avantajı:

• Her örnek için sadece iki toplama/çıkarma işlemi gerekir.

• Özellikle gömülü sistemlerde çok daha hızlıdır.

---

3. Uygulama Alanları

• Sensör verilerinin düzeltilmesi (ör. sıcaklık, ivmeölçer)

• Finansal zaman serilerinde veri yumuşatma

• Gürültülü sinyal filtreleme (ör. ADC verisi)

• Otomotivde, tıbbi cihazlarda, endüstriyel kontrol sistemlerinde

---

Pencere Boyutu (Window Size) Nasıl Seçilmeli?

• Küçük pencere (örn. 3–5): Ani değişimlere daha duyarlı, az gecikme.

• Büyük pencere (örn. 20–50): Daha yumuşak sonuç, daha fazla gecikme.

Kullanım amacınıza ve verinizin doğasına göre pencere boyutunu dikkatli seçmelisiniz.

---

Kodun Tamamı: Basit Moving Average Filter Kütüphanesi

Sonuç

Hareketli ortalama filtresi, basitliği ve etkililiğiyle öne çıkan bir filtreleme yöntemidir. C dilinde uygulanması da oldukça kolaydır. Kodunuzu ve pencere boyutunuzu ihtiyacınıza göre optimize ederek, birçok gerçek zamanlı uygulamada başarılı sonuçlar elde edebilirsiniz.

Sen de uygulaman için yukarıdaki örnekleri kolayca entegre edebilirsin!

HAL Kütüphanesine Giriş: Neden ve Nasıl Kullanılır? #STM32Tips

STM32 mikrodenetleyicileriyle tanıştıysanız, muhtemelen şu soruyu sormuşsunuzdur: "Bu kadar pin, register ve ayar varken ben nasıl başa çıkacağım?" İşte tam bu noktada HAL kütüphanesi sahneye çıkıyor—adeta STM32’nizi elinizden tutup "Korkma, ben buradayım!" diyen bir rehber gibi. Bu yazıda, HAL’in ne olduğunu, neden hayat kurtardığını ve nasıl kullanıldığını keyifli bir dille anlatacağım. Hazırsanız, kahvenizi alın, 4 dakikalık bir STM32 macerasına çıkıyoruz!

HAL Nedir? Donanımın Dostu!

HAL, yani Hardware Abstraction Layer (Donanım Soyutlama Katmanı), STM32’nin karmaşık donanım detaylarını sizin için sadeleştiren bir kütüphane. Register’larla boğuşmak, bit kaydırmalarıyla uğraşmak yerine, HAL size "Şunu yap!" dediğinizde donanımı usulca ayarlayan bir sihirbaz sunuyor. STMicroelectronics’in geliştirdiği bu araç, yüzlerce STM32 modelinde tutarlı bir kod yazma deneyimi sağlıyor. Yani, ister STM32F103 ile LED yakıyor olun, ister STM32H7 ile uçuk projeler peşinde koşun, HAL sizin sırtınızı kolluyor.

Neden HAL Kullanmalısınız?

Diyelim ki bir GPIO pinini çıkış yapmak istiyorsunuz. Eski usul register programlamada, önce datasheet’e dalar, GPIOA_CRH register’ını bulur, sonra bitleri elle ayarlardınız—tam bir bulmaca! HAL ile ise sadece HAL_GPIO_Init() diye bir fonksiyon çağırıyorsunuz, pin hazır! Peki, HAL’i seçmek için başka neler var?

• Hız: STM32CubeMX ile birleştirince saniyeler içinde proje başlatırsınız.
• Taşınabilirlik: Kodunuzu başka bir STM32’ye taşıyın, çoğu şey çalışmaya devam eder.
• Kolaylık: "Bu timer nasıl PWM üretir?" diye düşünmek yerine, HAL’in hazır fonksiyonlarına güvenin.
  Kısacası, HAL sizi donanımın derinliklerinden çekip çıkarır ve "Projenize odaklan!" der.

Nasıl Başlarız? İlk Adım: LED Yakalım!

HAL’in büyüsünü anlamak için bir LED yakma örneği yapalım. STM32CubeMX’i indirin (ücretsizdir, ST’nin sitesinden kapın), bir STM32 kart seçin—mesela Nucleo-F103RB.

1. CubeMX’te Ayar Yapın:
• GPIO sekmesine gidin, LED’in bağlı olduğu pini (örneğin PA5) "GPIO_Output" olarak seçin.
• "Project Manager"dan kodu oluşturun, bir IDE’de (Keil, STM32CubeIDE) açın.
2. Kodu İnceleyin: CubeMX, HAL’in temellerini sizin için hazırlar. main.c içinde şuna benzer bir şey görürsünüz:

HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // PA5’i hazırlar 

3. LED’i Yakın: while(1) döngüsüne şu satırı ekleyin:

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // LED yanar! 

HAL_Delay(500); // 500ms bekler 

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // LED söner 

HAL_Delay(500); 

Kodu derleyin, karta yükleyin ve voilà—LED yanıp sönüyor! HAL, tüm register sihirlerini sizin için yaptı.

Küçük Bir Bonus: HAL’in Sınırları

HAL mükemmel mi? Eh, her süper kahramanın bir zayıf yanı var. Küçük, hız kritik projelerde register seviyesinde kontrolü tercih edebilirsiniz—HAL biraz fazla "nazik" kalabilir. Ama başlangıç ve orta seviye projeler için? Kesinlikle bir naber! Üstelik, daha fazla hız gerektiğinde HAL’i LL (Low Layer) kütüphanesiyle karıştırabilirsiniz.

Son Söz: HAL ile İlk Adımı Atın!

HAL kütüphanesi, STM32 dünyasına giriş biletiniz. Karmaşayı bırakın, yaratıcılığınızı konuşturun. Bir LED yakmakla başlayın, sonra UART, timer

 Kaynaklar

1. http://www.emcu.it/STM32Cube/STM32Cube.html

POWERB Alkaline LR03 AAA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Bu yazıda testimizi 250 mA seviyesinde gerçekleştirdik. 250 mA sabit akımda voltaj grafiği 800 mV'u yaklaşık 2,4 saatte kesiyor. Bu durumda POWERB Alkaline LR03 AAA pilin kapasitesi 2,4 h*250 mA hesabından 600 mAh olarak bulunur.

Test düzeneği ve ölçüm ile ilgili konulara buradaki yazıdan ulaşabilirsiniz.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Pil Kıyaslama Yazıları

• Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi
• Panasonic Alkaline Power LR6 AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @500mA
• Panasonic General Purpose Zinc Carbon R6BE AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA
• Duracell Alkaline LR14 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Duracell Alkaline LR14 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Bu yazıda testimizi 250 mA seviyesinde gerçekleştirdik. 250 mA sabit akımda voltaj grafiği 800 mV'u yaklaşık 19,8 saatte kesiyor. Bu durumda Duracell Alkaline LR14 pilin kapasitesi 19,8 h*250 mA hesabından 4950 mAh olarak bulunur.

Test düzeneği ve ölçüm ile ilgili konulara buradaki yazıdan ulaşabilirsiniz.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Pil Kıyaslama Yazıları

• Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi
• Panasonic Alkaline Power LR6 AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @500mA
• Panasonic General Purpose Zinc Carbon R6BE AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Panasonic General Purpose Zinc Carbon R6BE AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Bu yazıda testimizi 250 mA seviyesinde gerçekleştirdik. 250 mA sabit akımda voltaj grafiği 800 mV'u yaklaşık 1,4 saatte kesiyor. Bu durumda Panasonic General Purpose Zinc Carbon R6BE AA pilin kapasitesi 1,4 h*250 mA hesabından 350 mAh olarak bulunur.

Test düzeneği ve ölçüm ile ilgili konulara buradaki yazıdan ulaşabilirsiniz.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Pil Kıyaslama Yazıları

• Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi
• Panasonic Alkaline Power LR6 AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @500mA

Panasonic Alkaline Power LR6 AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @500mA

Bu yazıda testimizi 500 mA seviyesinde gerçekleştirdik. 250 mA standardına göre yapılmadığı için katalog değeri olan kapasite değeri değildir ancak 500 mA sabit akımda Panasonic Alkaline Power LR6 AA pilin kapasitesi 1050 mAh'dir. 250 mA için daha yüksek olması gerekmektedir. İlgili grafikler ve veri setleri aşağıdadır.

Test düzeneği ve ölçüm ile ilgili konulara buradaki yazıdan ulaşabilirsiniz.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Pil Kıyaslama Yazıları

• Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi

Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Çeşitli veri toplama işleri için tasarladığım esdaq ve elektronik yük olarak kullandığım Pratic Load Bank kartlarını kullanarak batarya değerlendirmesi yapabilmek adına bir düzenek ve LabVIEW ortamında demo bir program oluşturdum. Demo programına buradaki link üzerinden erişebilirsiniz (Özel bir amaca tasarlanmadığı için düzen problemleri vardır). Kullandığım pil yuvası da 3D yazıcıdan çıkartılmış bir yuvadır. Düzeneğin bir görseli aşağıda verilmiştir.

Oluşturulan yapının şema gösterimi de aşağıda verilmiştir.

Bu çalışmadaki amaç bataryaların farklı durumlarda gösterdiği davranışı kayıt altına almak ve SoC, SoH gibi hesaplamalar için girdi vermeyi sağlayabilmek.

Öğrendiğim kadarıyla kalem pil diye adlandırdığımız AA boyutta 1.5 V piller 250 mA sabit akımda 0.8 V a kadar geldiği süre üzerinden standard kapasite ölçümü yapılır. Bu şekilde bakınca örneğin 250 mA sabit akıma ayarlanmış bir pil 10 saat boyunca 250 mA akımı sağlarsa 10*250 hesabı üzerinden 2500 mAh kapasiteye sabittir denir.

Aşağıda verilerini paylaştığım pil testinde sabit 250 mA akım altında yaklaşık 6 saatlik bir deney gerçekleştirilmiştir. Pil gerilimi ~6. saatte 800 mV a gelmiştir. Bu verilerin ışığında pilin kapasitesini 6 h*250 mA=1500 mAh olarak hesaplayabiliriz. Bu hesap çekilen akım değerine göre değişecektir. Örneğin testi 500 mA ile yaparsak kapasite <1500 mAh olacaktır. Test 100 mA ile gerçekleştirilirse de kapasite >1500 mAh olacaktır.

İlerleyen süreçlerde farklı pillerin farklı akım değerlerinde testlerini girmeye çalışacağım. Yine de belki işe yarar diye yaptığım testin tüm verisini ham olarak aşağıdaki link üzerinden paylaşıyorum.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Kapasitör Dolum Eğrisi ve Ölçüm Metodu

Kondansatör (capacitor) üzerinde elektrik depolayabilen bir pasif elektronik elemandır. Kondansatörün kapasite değeri Farad birimi üzerinden değerlendirilir.

Kondansatörün dolum eğrisi aşağıdaki gibidir. Kontansatör herhangi bir t anında bir R1 direnci üzerinden enerjilendirildiğinde (step input) üzerindeki voltaj değişimi Vout gibi davranır. Vout'un herhangi bir andaki değerini hesaplamak için aşağıdaki görselde verilen ilk formül kullanılır. Bu formülde belli bir zamandaki voltajı hesaplarken Vin, e, R, C ve t sait olacağı için ilgili zamandaki voltaj değeri bulunabilir.

Aynı formülde t ifadesini çekerek kutu içerisindeki ifade elde edilir. Bu ifade bize şunu söyler. R, Vin sabit ve Vout belirlenen bir değer ise, dolum eğrisinin Vout değerine ne kadar sürede geldiğini ölçebilirsek gömülü bir sistem üzerinde kapasitör ölçümü yapılabilir. Vout değeri Vin/2 veya Vin/e seçilebilir. Çok yüksek veya düşük Vin değerleri ölçüm açısından sağlıklı olmayabilir.

Osiloskop üzerinden alınmış bir kapasitör dolum görseli aşağıdaki gibidir. Bu görselde;

• Sarı: Kapasitör dolumunu tetikleyen sinyal.
• Turkuaz: Kapasitör dolum voltaj grafiği.
• Pembe: Kapasitör ile 1.65 V luk sabit bir değer üzerinden kurulan karşılaştırıcı devresinin çıkışı.

Algoritma tarafında tetikleme sinyalini verdikten sonra karşılaştırıcının düşen kenarına kadar geçen süre bize kapasitör değerini hesaplamak için gereken zaman bilgisini verir. Aşağıda görseli verilen testte R=1kOhm, C=470nF seçilmiştir. Bu durumda kapasitör voltajının 1.65 V'a gelmesi 325us sürecektir. Aynı süreyi osiloskop görselinden de görebilirsiniz. (Cursorlar ile işaretlememek eksiklik olmuş)

Son söz olarak, kondansatör ölçümü için daha farklı ölçüm yöntemleri de mevcuttur. Bu yöntemlere örnek olarak kondansatörlere belirli frekans değerlerinde sinyal uygulanır. Bu sinyallerin değişimi üzerinden kondansatör değerine karar verilir. Ölçüm yöntemlerinin tamamında zaman tabanlı işlemler olduğu için kondansatör ölçümü zamana bağımlıdır ve direnç ölçümüne nispeten uzun sürer.

Kaynaklar:

• https://www.elektrikde.com/kondansator-ve-cesitleri-nelerdir/

Safety ve Security Kavramları

Bu yazıda safety ve security kavramlarını inceleyeceğiz. Türkçede emniyet ve güvenlik şeklinde yer yer ifade edilse de net bir karşılık olmadığı için bu yazıda ingilizce terimler kullanılacaktır.

Safety, emniyette olma ve potansiyel tehlikelerden korunma durumudur. Safety, kabul edilebilir bir risk düzeyine ulaşmak için bilinen tehlikelerin kontrolünü de ifade eder. Safety, genellikle sistemlerin kendileri kaynaklı oluşabilecek tehlikeli durumlarını ve bu durumlardan kaçınmayı ifade eder.

Security, sistemin dışından gelecek, sistemin doğal işleyişini bozmak veya sistem içerisinde tutulması gereken her türlü bilginin, sistemin izni haricinde alınması/erişilmesi durumudur. Security açısından sistemler değerlendirilirken riskler, tehdit modelleri ve saldırı yöntemleri analiz edilir. Sonrasında sistem security açısından da güvenli bir noktaya gelmesi gereken aksiyonlar planlanır ve devreye alınır.

ADC Nedir? Analog to Digital Çevrim İşleminde Karşılaşılan Hatalar Nelerdir?

 ADC (Analog-to-digital converter, Analogtan Dijitale Çevirici) analog verileri dijital verilere çeviren çevre birimleridir. ADC yapıları gerçek dünyadan dijital dünyaya veri almanın en bilinen yöntemidir. ADC yapıları sinyalleri tanımlanmış zaman aralıklarında alır ve ADC çözünürlüğü ölçüsünde quantize eder. Böylece ADC yapıları, dijital hesaplamalar için zamanda ve genlikte quantalanmış/ayrılmış veriler sağlar.

ADC işlemine örnek olarak ses verisinin dijitale çevrilmesi verilebilir. Ses sinyali ile mikrofon üzerindeki gerilim değişir. Bu gerilim değeri ADC tarafından okunarak ses sinyali dijitalleştirilmiş olur. İşlemciler üzerinde bu dijital veri işlenerek anlamlı bir bilgiye çevrilir.

ADC farklı tiplerde tasarlanabilir. Mikrodenetleyicilerde en yaygın kullanılan ADC tipleri SAR ve ΔΣ ADC tipleridir.

Farklı ADC çözünürlük ve ölçüm frekanslarına ait tablo aşağıdaki gibidir.ADC'nin çözünürlüğü Vcc/(2^bit) formülü ile bulunur. Örneğin 5 V ile çalışan 12 bitlik bir ADC'nin çözünürlüğü;

5 V/(2^12) = 5 V/4096 = 1,22 mV'dur.

Kısa bilgi olarak ADC'nin tersi yönde çalışan DAC yapıları da vardır. DAC yapıları işlemciler içerisindeki dijital verilerin analog verilere döndürülmesi için kullanılır. Bu iki yönlü dönüşüm aşağıdaki görselde verilmiştir.

ADC Hata Tipleri

ADC ölçümlerinde, ölçüm yapılan ADC yapısına göre çeşitli hata tipleri oluşabilir. Bu hatalar 3 ana başlıkta toplanabilir.

Doğrusallık Hatası

İdeal durumda ADC'nin normalde gerilime göre oransal bir çıkış vermesi gerekir. ADC'nin iç yapısına ve çevresel etkilere göre ADC üzerinde farklı aralıklarda farklı oranlar ortaya çıkabilir. Bu durumda doğrusallık hatası ortaya çıkar. Bu etkinin grafiksel gösterimi aşağıdaki gibidir.

Kazanç Hatası

ADC üzerinde kazanca bağlı değişen bir kazanç hatası ortaya çıkabilir. Bu ADC'nin o anki değerine göre oransal olarak artan bir hata tipidir. Bu durumda kazanç hatası ortaya çıkar. Bu etkinin grafiksel gösterimi aşağıdaki gibidir. Bunu kompanze etmek için ADC ölçümü bir katsayı ile çarpılabilir.

Dengeleme Hatası

ADC üzerinde belli bir dengeleme/ofset hatası ortaya çıkabilir. Bu ADC'nin herhangi bir andaki değerine göre sabit bir değer ekler. Bu durumda dengeleme hatası ortaya çıkar. Bu etkinin grafiksel gösterimi aşağıdaki gibidir. Bunu kompanze etmek için ADC değerine belli bir sabit değer eklenebilir.

Referanslar:

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Analog-to-digital_converter

Sensör ve Transducer Nedir? Farkları Nelerdir?

Sensör ve transducer yer yer iç içe giren ve karışan kavramlardır. Bu yazıda bu iki kavram arasındaki benzerlik ve farklılıklardan bahsedeceğim.

[2]

Sensör

Sensörler fiziksel dünyadaki değişiklik veya olayları algılayan, bu bilgileri bir çıkış sinyaline çeviren yapılardır.[1] Çıkış sinyali farklı formlarda olabilir.

Sensörlere verilebilecek en basit örnek klasik tip termometrelerdir. Bunlar sıcaklığı ölçer ve kalibre edilmiş civa dolu cam borusu ile kullanıcıya gösterir. Elektriksel sistemlerde bu yapılar okunan fiziksel değerin analog veya dijital şekilde verilmesi olarak değerlendirilebilir.

Transducer

Transducerlar enerjiyi bir formdan başka bir forma çeviren yapılardır. Transducerlar iç yapılarında sensör barındırır. Transducer için en basit örnek mikrofon ve speaker olabilir. Mikrofon ses sinyalini alarak elektrik sinyaline çevirir. Speaker ise elektrik sinyalini alır ve sese çevirir. Burada mikrofon sensör, speaker actuator görevindedir. Amplifier ise sadece girişteki elektriksel sinyali güçlendirerek çıkışa iletir.

Aradaki Önemli Farklar

• Sensör fiziksel değerleri kullanıcıların değerlendirebileceği veya anlamlandırabileceği formata çevirir. Transducerlar fiziksel değeri başka bir fiziksel değere çevirir.
• Sensör kendisinden başka bir alt sistem bulundurmayabilir. Transducerler içlerinde en az bir sensör ve çıkış sinyalini/fiziksel değerini sürecek bir sinyal koşullama birimi içerir.
• Sensörün birincil görevi fiziksel değeri anlamlı bir değere çevirmektir. Transducerın birincil görevi ise fiziksel değeri diğer değere dönüştürmektir.
• Sensör örnekleri: Barometre, accelerometre (ivmeölçer), gyroscope (dönüölçer).
• Transducer örnekleri: Thermocouple, thermistor, antenler.

Referanslar:

[1] https://www.electronicshub.org/sensors-and-transducers-introduction/

[2] https://www.stechies.com/difference-between-sensor-transducer/

Accuracy, Precision & Resolution Kavramları (Doğruluk, Hassasiyet, Çözünürlük)

Accuracy, Precision ve Resolution kavramları ölçüm sistemlerinde sıklıkla karşımıza çıkan ifadelerdendir. Aynı zamanda bu sistemler için kullanılan sensörlerde de benzer ifadelere rastlayabilirsiniz.

[1]

Bir ölçüm sisteminin performansı sistemin aynı şartlarda aynı sonucu vermesi ile ölçülebilir. Bu durumu başlıkta yer alan kavramlarla açıklayabiliriz.

Accuracy, doğru ölçüme ne kadar yakın olduğunuzu ifade eder.

Precision, arka arkaya alınan ölçümlerde ne kadar tutarlı olduğunu, aynı veya yakın değeri verdiğini ifade eder.

Resolution, ölçümün adım aralığıdır. Örnek olarak 3.3V bir sistemde 12 bit ölçüm alacaksanız çözünürlüğünüz (3.3/4095)V kadardır.

Bu kavramların anlatımını güçlendirmek için aşağıdaki görsel oldukça faydalıdır. Görselde hedefin orta noktası olması gereken ölçüm değeridir. Etrafındaki yıldızlar ise ölçüm değerleridir. Bu 4 görseli sınıflandıracak olursak;

• Sol Üst: Yüksek accuracy, düşük precision. (Tolere edilebilir)
• Sağ Üst: Yüksek accuracy, yüksek precision. (En iyi durum)
• Sol Alt: Düşük accuracy, düşük precision. (En kötü durum)
• Sağ Alt: Düşük accuracy, yüksek precision. (Tolere edilebilir)

Biz tasarladığımız ölçüm sistemlerinde yüksek accuracy ve precision bekleriz. Bu ölçüm sistemimizin performansını yüksek seviyede tutmamızı sağlar ancak bunun mümkün olmadığı durumlarda çeşitli tolerans metotları geliştirmek gerekir. Çünkü geliştirilecek uygulamaya uygun ölçüm sistemini tasarlamak için fiyat/performans kriterinden dolayı en iyi durumu oluşturacağınız sistemi oluşturamayabilirsiniz.

Bu durumda accuracy durumunu tolere etmek için sistem karakteristiğine uygun bir offset değeri veya dinamik bir sistem için offset fonksiyonu oluşturulur. Böylece ölçüm istenilen noktaya çekilebilir.

Precision konusunda bir iyileştirme yapmak için de dijital ve analog filtreler yardımı ile bu kriter arttırılabilir.

Resolution değeri sistemin karakteristiği ile direkt ilgilidir ve üzerinde herhangi bir işlem yapamayız. Precision iyileştirme için yapılacak filtreleme fonksiyonları resolutiondan oluşacak kayıpları da bir ölçüde iyileştirebilir.

Referanslar:

[1] https://keydifferences.com/difference-between-accuracy-and-precision.html

Lineer/Proportional/Oransal Çıkışlı Bir Analog Sensörün Okunması, Sensör Okuma ile ilgili Temel Mantıklar

 Sensör verilerinin okunması ve anlamlandırılması kontrol sistemleri için en temel girdiyi oluşturur. Sensör bilgileri, sensörün tipine, iç yapısına, ölçtüğü fiziksel niteliğin davranışına göre farklılık gösterebilir. Sensör çıkışları lineer veya bir polinoma bağlı olabilir.

Bu yazı kapsamında lineer çıkışlı sensörler hakkında detaylı bir açıklama yaptıktan sonra polinomsal çıkışlı bir sensör hakkında da kısa bir yorum yapıp bitireceğim.

Lineer çıkışlı analog bir sensöre örnek olarak SS495B ve LM35 üzerinden ilerleyeceğiz. Aşağıda gördüğünüz görselde SS495B'nin gauss/çıkış voltaj grafiği verilmiştir. Bu sensörün ölçüm yaptığı fiziksel nitelik ile çıkış voltajının lineer olduğu grafikten bellidir. Çıkış gerilimi gauss değerine göre lineer olarak artıp azalır.

SS495B Çıkış Karakteristiği

Bu şekilde çıkış veren sensörler çok basit bir matematiksel formülle tanımlanır. ADC değerini okuyup voltaja çevirdikten sonra, gerilim değerinden ilgili fiziksel değere geçilir. Bu örnekte o değer gauss'tur.

Grafikten görüldüğü gibi sensör 0.5V-4.5V arasıda tanımlıdır. Aralık dışıda bir değer okunması halinde uygulamanın çeşidine göre bir senaryo planlanır. Bu aralıkta da direkt bir eğik doğru formülü ile tanımlanır. Bu formül;

Gauss = ( Vout - 2.5 ) * ( 640 / 4.5 )

şeklindedir. Bu formüldeki ( 640 / 4.5 ) ifadesi grafiğin eğimidir. Bu değer sayısal olarak sadeleştirilip sadece bir çarpım ifadesi şeklinde de yazılabilir.

LM35 sensörü de sıcaklığa bağlı lineer çıkış veren bir sensördür. Bu sensörün datasheetinde çıkış aşağıdaki şekilde ifade edilmiştir. Sensör 2°C-150°C aralığında her bir derece için 10mV çıkış verir.

LM35 Çıkış Karakteristiği

Bu bilgilerden hareketle bu sensörün çıkışını santigrat derece şeklinde ifade etmek için aşağıdaki formül kullanılır.

Temperature = 2 + ( Vout / 0.01 ) = 2 + ( Vout * 100 )

İki ayrı sensör değerinin nasıl dijital veriye çevrildiğini bu iki örnekle özetlemiş olduk. Bir de polinomsal çıkış veren sensörler vardır. Bunlar için en yaygın örnekler NTC tipi sıcaklık sensörleri olabilir. Bu sensörlerin direnç değerleri sıcaklığa bağlı değişir ve en basit şekilde başka bir direnç ile seri bağlanarak orta noktanın gerilimi üzerinden bir dönüşüm yapılır. Burada ilk olarak basit gerilim bölücü mantığından sıcaklık sensörünün direnç değeri bulunur ve bu direnç değeri -nispeten- kopleks bir matematik denkleminden geçerek sıcaklık elde edilir. Bu denklem "Steinhart and Hart Equation" olarak adlandırılır. Burada yer alan A, B ve C sabitleri ilgili sensörün datasheetinde verilir. R değeri ise NTC'nin o anki direnç değeridir.

Bir NTC'nin direnç değerinin sıcaklığa bağlı değişimini gösteren grafikte aşağıdaki gibidir. Grafikte görünen PTC, NTC ile ters çalışan ama aynı amaçla kullanılan bir sensör türüdür.

Bu yazı kapsamında sensör okuma ve okunan değerleri fiziksel değere çevirme hakkında genel bilgiler vermeye çalıştım. Umarım faydalı olur. Çalışmalarınızda başarılar.