Kızıl Ötesi Veri iletimi

[Constantin]

Kızıl Ötesi ve Lazer ile Basit Giriş
Kızıl ötesi veri transferi, günümüzde pek çok televizyon, video gibi elektronik cihazların uzaktan kumandası ile cihaz arasındaki iletişimi sağlamakta kullanılmaktadır. Örneğin televiyonun sesini açmak istediğimiz zaman kumandanın ses açma düğmesine bastığımızda, ses açmak için gereken sinyali kızıl ötesi bir led yardımı ile televizyonun kızıl ötesi alıcısına göndermiş oluruz. Kızıl ötesi ışığının insan gözünün göremeyeceği bir frekanstadır. Bu tarz elektronik cihazlarda kızıl ötesi ışık kaynağı olarak Infrared ledler kullanılır. LED (Light Emiting Diode) yani ışık yayan diodlar, yapı itibari ile elektrik enerjisini ışığa çevirebilen kimyasal maddelerden oluşurlar. İçerdikleri kimyasal maddelere göre değişik renkler saçabilirler. Örneğin, Galyium Fosfid kullanılan LED ler yeşil ışık verir. Ledlerin çalışma voltajları içerdikleri maddeye göre değişiklik göstermektedir. Kızıl ötesi ledler, Galyium arsenid olarak adlandırılan bir maddeden yapılırlar ve genelde çalışma voltajları 1.5 volt civarlarındadır.
Bu arada konuya tam girmeden önce, eğer köşemizi ilk kez okuyorsanız. Burada anlatıcaklarımıza yabancılık çekmemeniz için, önce Elektronik Hobi ® (Elektronik Hobi ®) adresini ziyaret etmenizi ve en azından temel paralel port uygulamalarını incelemenizi tavsiye ediyorum. Geçen ay faaliyete geçirdiğimiz sitemizin içeriğini ve dizaynını sizden gelen öneriler doğrultusunda bu ay biraz değiştirdik. Artık isteyen herkes sitemize üye olarak istediği dökümanları ve dosyaları yayınlayabilecek. HTML bilgisine sahip ve FTP kullanabilen okurlarıma ise FTP sunucusuna bağlanabilme ve dosya upload etme yetkisi vereceğim. Bu konuları fazla bilmeyen kullanıcılar ise [email protected] adresine istedikleri dosyaları sitede yayınlamak üzere gönderebilecekler.
Artık konumuza geri dönebiliriz. Ledler kolayca bozulabilen devre elemanlarıdır. Eğer ledin çalışma geriliminin üzerinde bir voltaj uygularsak, yukarıda bahsettiğimiz bu maddeler reaksiyona girecek ve led bozulacaktır. Bu sebeple uygun bir direnç ile ledi bu tarz akımlardan korumak gerekmektedir.
Kızıl ötesi ledler genel olarak foto transistörlerin ışık kaynağı olarak kullanılırlar. Bunun sebebi bu tipteki transistörlerin kızıl ötesi ışığa daha hassas olmalarıdır. Foto transistörlerin normal transistörlerden tek farkı beyz ucundan yapılan tetiklemenin ışık şiddeti kullanılarak yapılmasıdır. Bu bakımdan genelde foto transistörlerin Beyz uçları kullanılmaz. Transistörün üzerinde küçük bir mercek bulunur. Tetikleme işlemi, bu merceğe ışık gönderilerek yapılır. Uygulanan ışığın şiddetine göre Emiter-Kollektör arasındaki iç direnç değişir ve yükün akımı kontrol edilebilir. Işığın şiddeti ile Emitör- Kollektör arası iç direnç ters orantılıdır. Yani Işık şiddeti arttıkça Emiter-Kollektör arası iç direnç düşecektir.
Bu ayki bölümümüzde kızıl ötesi kullanarak paralel port üzerinden basit bir tetikleme işlemi gerçekleştireceğiz. Bunun yanında gerçekleştireceğimiz basit tetikleme devresi sayesinde LAZER ışığı kullanarak basit bir hırsız alarmı uygulamamız olacak. Esasında bu konuyu seri port uygulamalarına geçtikten sonra anlatmayı planlıyordum. Fakat çok fazla istek geldiği için, basitte olsa bir uygulama gerçekleştirmek istedim. Daha ilerde seri porta değindiğimiz zaman bu konuyu daha ileri düzeyde bir daha inceleyeceğiz.
Kızıl Ötesi Alıcı - Verici ilişkisi
Kızıl ötesi alıcı-verici devreleri, verileri seri olarak iletirler. Bilgisayar üzerinde gerçek bir kızıl ötesi veri girişi yapmak istiyorsanız, seri port kullanmanız gerekmektedir. Seri sinyallerin, paralel sinyallerden farkı, gönderilen "1" ve "0" değerlerinin yanyana 8 'er bit şeklinde değil, peşpeşe tek ve sürekli bir sinyal şeklinde gönderilmesidir. Bu sinyaller tabiki belli zaman aralıklarında gönderimektedir. Bu nedenle bu tarz vericilerde bir zamanlayıcı yada diğer bir adıyla yüksek frekansta çalışabilen bir sayıcı kullanılmatadır. En sık kullanılan zamanlayıcı entegre devresi 555 'tir. Önümüzdeki yazılarda 555 entegresi ile bazı örnek uygulamalar gerçekleştireceğiz.
Verici (transmitter) üzerinde veriler bahsettiğimiz bu kızıl ötesi led yada ledler sayesinde 5 bit koda çevrilir. Bu bitler şu şekilde kodlanır;
http://www.elektronikhobi.com/infra_sinyal.jpg
Bu şekildeki seri iletişimde bu güne kadar öğrendiğimiz "1" ve "0" lojik sinyallerinin dışında, bir de "S" sinyali vardır. "S" sinyali sınırlayıcı olarak çalışır ve bütün 5 bitin gönderildiğini ifade etmek için kullanılır. Peşpeşe gönderilen bu sinyallerin hangisinin "1" hangisinin "0" yada "S" sinyali olduğu, ışığın milisaniyede gönderceği yanıp sönme zaman aralıkları ile bağlantılıdır.
"1", "0" ve "S" sinyalleri arasında 2:3:6 ilişkisi vardır. Tipik olarak "1" için 18 milisaniye, "0" için 27 milisaniye ve "S" için ise "54" milisaniyelik kızıl ötesi ışık uygulanmaktadır. Bu şekilde kodlanmış olan sinyaller siz kumandanın tuşuna bastığınız sürece gönderilir.
Alıcının (receiver), gönderilen darbenin "1", "0" yada "S" olup olmadığını anlamak için, peşisıra gelen bu sinyallerin zaman aralıklarını bulması gerkmektedir. Bu amaçla sabit ve yüksek frekansta çalışabilen bir sayıcı kullanılmaktadır. Bilgisayarınızın RS232 standartındaki seri portu dahili sayıcı içermekte ve RX pini sayesinde bu sinyalleri algılayabilmektedir.
"S" sinyali alındığında 5-bit kodun tamamı okunabilmiş demektir. Bir çok cihazda bu sinyal grubu alındıktan sonra bir önceki sinyal grubu ile karşılaştırır. Bu şekilde yansımalara ve sahte sinyallere karşı bir güvenlik elde edilir. Kullanılan alıcı entegre devrelerinin sayısal çıkışları genelde kanal değiştirme, ses kesme gibi işlemlerde, analog çıkışları ise ses ve benzeri ince ayarlamalar için kullanılır.
Bizim geliştireceğimiz uygulamada, foto transistörü uygulayacağımız ışık ile tetikleyeceğiz. Bu tetikleme ile paralel portun STATUS pinlerinden bir tanesini toprağa göndereceğiz. Dolayısı ile göndereceğimiz kızıl ötesi sinyalin herhangi bir şifre içermesi gerekmiyor. Fakat ben yinede seri port üzerinden çalışacak örnek bir infrared alıcı-verici devresini internet sayfamız üzerinden yayınlayacağım.
Foto transistörlerin doğrudan küçük yüklere bağlanabilmesi bir avantajdır. Fakat ısıya bağımlı olması ve ortamdaki ışıktan etkilenmesi ise bir dezavantajdır. Dikkat ederseniz uzaktan kumanda kullanan cihazlarının üzerinde siyah bir geçirgen plastik vardır. Bu şekilde infrared alıcı devresi gün ışığından korunmuş olur.
Hep filmlerde gördüğümüz bir lazerli alarm sistemleri vardır. Hatta hırsız özel bir gözlük takarak ortamdaki lazer ışıklarını görür ve arasından bu ışıklara değmeden geçmeye çalışır. Bizim gerçekleştireceğimiz projede bunun aynısı olacak. Uzaktan LAZER ışığı ile foto transistörü sürekli tetikleyeceğiz. Tetiklenen bu transistör sayesinde STATUS pinlerinden bir tanesini toprağa göndermek sureti ile düşük yapacağız.
http://www.elektronikhobi.com/lazer_cisim.jpg

Foto transistör ile lazer ışığı arasına bir cisim girdiğinde transistör tetiklemesi kesilecek ve STATUS pini yüksek olacak. Yazacağımız Visual Basic kodu ile paralel portun bu STATUS pinini kontrol edeceğiz ve ekrana araya cisim girdiği zaman bir uyarı mesajı yazdıracağız.Fakat hepsinden önce LAZER ışığından biraz bahsetmek istiyorum.
Lazerler:
Lazerler, anahtarlıklara koymak sureti ile sinemalarda perdeye sıkarak seyircileri uyuz etme amacı ile üretilmiş bir tür kırmızı ışıktır :-) En azından bir çok vatandaşımız lazer ışığını ilk kez bu şekilde görmüştür. Kimisi ise lazeri ölümcül bir ışık olarak düşünür. Gelelim bilimsel tanımına; Sıradan kaynaklardan elde edilen ışıklar rastgele fazlarda yayılır ve ışık tek renkli bile olsa bir miktar yok olma oluşur. Lazer ışığı ise tam fazdadır ve yok olma yerine destekleme oluşmaktadır. Bir lazer ışığı elde etmek için normal seviyeden daha çok atomu uyarılma seviyesine çıkarmak gerekir. Buna population inversion (nüfus evrilmesi) denir. Bir atomu ısıtma gibi yollarla elektronlar dıştaki yörüngeye kayarlar. Örneğin bir hidrojen atomunu 1. seviyeye çıkarmak için 10eV gerekir. Bir madde ısıtıldığında atomlar yüksek seviyelere uyarılır ve düşerler. Yüksekten düşüğe ve düşükten yükseğe yapılan her geçişte değişik bir dalga boyu yayılır. Bütün bunların birleşimi olarak ısınan bu maddenin parladığını görebiliriz. Lazer ışığı ise sadece tek bir geçişten elde edilir ve bu yüzden doğası gereği tek renklidir. Tipik bir lazer, flaş tüpü ile çevrilmiş bir yakut çubuktan oluşur. Çubuğun uçları birbirine paraleldir. Bir ucu ayna ile gümüşlenmiş, diğer ise yarım gümüşlenmiştir.
Transistörü tetiklemek için lazer ışığını kullanabileceğimiz gibi, basit bir kızıl ötesi led de kullanabiliriz. Kızıl ötesi led kullanmak istiyorsanız kendinize kızıl ötesi ışık saçan basit bir devre yapabilirsiniz. Bunun için gereken tek malzeme bir adet kalem pil, push buton ve bir adet infrared led. Unutmayın ki bu devre bir verici devresi değildir. Sadece kızıl ötesi ışık saçmaya yarayacaktır. Biz kızıl ötesi ışığı transistörü ve dolayısı ile S6 pinini tetikleme amaçlı kullanacağımızdan, gerçek bir verici devresi yapmamıza ve zamanlıyıcı entegre kullanmamıza gerek yoktur.
Transistörü tetiklemek için lazer kullanırsak neredeyse 100 metreden bile transistörü tetikleyebiliriz. Fakat kızıl ötesi led ile bu mesafe oldukça kısalacaktır. Piyasada kolaylıkla bulabileceğiniz lazer kalemleri ya da anahtarlıkları kullanarak, foto transistörü uzaktan tetikleyebilirsiniz.
STATUS Pinleri ile veri girişi:
Gerçekleştireceğimiz uygulama STATUS paralel portununuzun STATUS pinlerinden bir tanesini kullanacağız. Daha önce geliştirdiğimiz ve sitemizden de yayınladığımız veri giriş uygulamasını okumayanlar için kısaca STATUS pinleri ile veri girişine değineceğim
STATUS portu sayesinde, 15 - 13 - 12 - 11- 10 numaralı pinlerden, 5 bit sayısal giriş yapabiliriz. STATUS portu paralel portunuzun taban adresinin +1 fazlasında bulunmaktadır. Örneğin paralel portunuzun taban adresi h378 ise STATUS portu h379 da bulunacaktır. Veriyi paralel portun şeklinde gözüktüğü gibi S6, S5, S4, S3 pinlerinden herhangi bir tanesi ile gerçekleştireceğiz. Bu pinlerden herhangi bir müdahale bulunmadan okuyacağınız lojik değer "1" olacaktır. Eğer voltmetrenizle bu pinlerdeki voltajı ölçerseniz +5 Volt civarında olduğunu göreceksiniz. Burada S7 pinini kullanmayacağız çünkü, daha öncede bahsettiğimiz gibi bu pin donanım tarafından terslenmiştir. Yani hiç bir müdahale etmediğimiz halde bu pinin durumu "0" (düşük) tür.
Ben buradaki uygulamamızda S6 pinini kullandım. Aşağıdaki program örneği ise bu pinin adresleri için yazılmıştır.STATUS portundaki veriyi Visual Basic altında okumak için yine INP komudunu kullanacağız. Kullanımı,
inp(taban_adres+1)
şeklindedir.
Paralel portun S6 STATUS girişini kontrol eden Visual Basic Programı
Dim oku as Boolean,adres as integer
Private Sub Command1_Click()
oku = False 'döngüyü durdurmaya yarayacak
End Sub
Private Sub Command2_Click()
adres= &h378 'paralel portunuzun taban adresi
oku = True
Dim okunan_deger As Integer
Do
okunan_deger = Inp(adres + 1) ' STATUS portlarına dokunmadan okunacak değer 127 olmalıdır.
a = DoEvents()
If oku = False Then Exit Do ' Eğer oku butonuna basılırsa döngü duracaktır.
If okunan_deger = 63 then MsgBox "Cisim tespit edildi",vbOkOnly+vbExclamation,"Uyarı": Exit Do
'S6 pinini toprakladığımız zaman status portunun değeri 63 olacaktır. Detaylı bilgi için sitemizden veri girişini inceleyiniz.
Loop
End Sub

Gerçekleştireceğimiz uygulama genelde kızıl ötesi kumandaları test etmek için kullanılan basit bir devreden yararlanacağız. Bu devreye ek olarak STATUS portunun S6 pinini kullanıyoruz. Devre için kullanacağımız malzemeler oldukça kolaylıkla ve ucuza bulunabilir türdendir.
Malzemeler:
Q1 BP109 (ya da uyumlu foto transitör)
Q2 BC238C ya da BC547 transistör
D1 Kırmızı Led
R1 390 ohm 0.25W
Devrenin çalışma prensibi oldukça basit. Foto transistörü (Q1) ışık (lazer yada kızıl ötesi) ile tetikliyoruz. Böylece foto transistör iletime geçiyor. Ardından da Q2 transistörü iletime geçiyor ve + 9 Volt normal ledin (+) anotuna akıyor. Yani buradaki NPN transistörü yükseltici amaçlı kullanmış oluyoruz. NPN transistörde iletime geçtiğinde S6 pininden gelen ve transistörün kollektörüne bağlı lojik voltaj da toprağa ulaşmış oluyor. Transistörün Emitörüne bağladığımız normal led ve direnç sayesinde, alıcı devre herhangi bir sinyal algıladığında, yani foto transistör iletime geçtiğinde bu led yanacaktır.
http://www.elektronikhobi.com/infra_sema.jpg
Evinizdeki televizyonun uzaktan kumandasını foto transistöre yakın bir şekilde tutarak herhangi bir tuşuna bastığınızda ledin yandığını ve transistörün iletime geçtiğini göreceksiniz. Devreyi tamamladığınızda, herhangi bir ışık göndermediğiniz halde bu led hafifte olsa yanacaktır. Bunun sebebi bulunduğunuz ortamın ışığıdır. Eğer karanlıkta denerseniz foto transistöre herhangi bir ışık gelmedikçe ledin hiç yanmadığını göreceksiniz. Ortam ışığına rağmen lazer ile yaptığınız tetiklemede ledin en parlak halini elde edeceksiniz. Led tam parlaklıkta yandığı zamanda S6 pini toprağa ulaşmış ve düşük olmuş demektir.
Hazır toprağa ulaşmaktan bahsetmişken değinmek istiyorum. Son dönemde bana en çok sorulan sorulardan bir tanesi, neden paralel port üzerinde 8 tane ayrı toprak pininin olduğu idi. Bu konuya biraz açıklama getirmek istiyorum. Her devrede akım, kaynağına geri dönmek zorundadır. Bir çoğunuz toprak hatlarının voltajı olmadığını düşünüyor olabilirsiniz. Ancak her bir hattın bir empedansı vardır ve her kablodaki akım bir voltaj meydana getirir (indükler). Bir toprak girişi çeşitli sinyaller tarafından paylaşıldığı zaman, her bir giriş diğerlerinin neden olduğu toprak voltajını farkedecektir. Toprak akımları en düşük direnç gösteren yolu takip edecektir. Dolayısı ile bir akımın belli bir telden geçmesini garanti etmek söz konusu olamaz. Çok sayıdaki toprak hattı toprak dönüşlerinin genel empedansını düşürecektir. Bu da toprak akımlarını küçültür. Paralel port üzerindeki 8 toprak hattından 7 sini kaldırıp hepsini tek bir tanesine bağlamak mümkündür. Bu durumda düşük hızda ve kısa mesafede arabirimin çalışması muhtemeldir. Tabiki hassas uygulamalar ve arabirimler için 8 ayrı pinle topraklamayı tercih etmekte fayda vardır.

http://www.elektronikhobi.com/infra_board.jpg