Günümüzde akıllı evler için tasarlanan ev otomasyon ürünleri hızla yaygınlaşıyor. Daha güvenliğe konforlu bir yaşam sağlayan bu ürünler sayesinde, dünyanın herhangi bir yerinden evdeki cihazlara kumanda etmek mümkün olabiliyor. Telefon şebekesi aracılığıyla evdeki lamba, ısıtıcı, fırın, klima, bilgisayar gibi cihazlar uzaktan kolayca çalıştırılabiliyor.
Böyle bir sistemi kendi imkanlarınızla yapmanız çok da zor değil aslında.
Kendisini ilgi ve heyecanla tekip ettiğim Yavuz EROL bu yazısında sabit telefon veya cep telefonu yardımıyla elektriksel cihazları kontrol eden bir projeden bahsediyor.
PIC mikro denetleyici kullanılarak tasarlanan elektronik devre şifre destekli olduğundan yetkisiz kişilere karşı güvenli bir yapıya sahip. Ayrıca devre bağlantıları optik ve manyetik olarak telefon hattından yalıtılmış olduğundan elektriksel olarak emniyetli. Bu proje ile deneysel çalışmalar ve ev içi cihaz kontrol uygulamaları yapılabilir. Sistemin temel çalışma mantığı şekil 1’de görülmekte.
telefon tuş takımı ve frekans değerleri
PIC tabanlı uzaktan kontrol devresi, sistemin merkezi işlem birimi olarak görev yapar. Bu devre, telefon hattı yoluyla iletilen DTMF sinyallerinin kodunu çözer ve şifre bilgisini denetler. Şifrenin doğru olarak tuşlanması durumunda, cihazları kontrol etmesi için kullanıcıya yetki verir. Aksi halde kullanım izni vermez. Şifre ve komut bilgileri telefon hattı üzerinden DTMF sinyali şeklinde iletilir. Projenin ayrıntılarına geçmeden önce telefon şebekesi hakkında bilgi vermekte yarar var. Standart bir telefon şebekesinde her bir telefon, santral birimine bir çift bakır kablo ile bağlıdır. Telefon numarası santrale tonlu arama veya darbeli arama olmak üzere iki farklı şekilde iletilebilir. Günümüz telefon sistemlerinde yaygın olarak tonlu arama özelliği kullanılmakta. Tonlu arama, telefon üzerindeki her bir tuş için farklı frekanslı sinyaller gönderilerek yapılır. Bu sistem DTMF (Dual Tone Multifrequency)
yani iki tonlu çoklu frekans olarak da adlandırılır. DTMF sinyalleri telefon hattı üzerinden konuşma sinyali ile birlikte gönderilir ve alınır. Uygun kod çözücü entegreler (örneğin CM8870) kullanılarak DTMF kodu çözülür ve tuş bilgisi kolayca elde edilir.
Şekil 2’de 12 tuştan oluşan bir tuş takımı ve DTMF sinyaline ait frekans değerleri görülmekte.
DTMF sinyal şekli
Telefon üzerindeki 1 tuşuna basıldığında, telefon hattına 697 Hz ve 1209 Hz frekanslı iki sinyalin toplamından oluşan bir sinyal gönderilir. Şekil 3’de bu sinyallerin dalga şekli görülmekte. Benzer şekilde 0 tuşuna basıldığında 941 Hz ve 1336 Hz’lik bir ton çifti üretilir. Tuşlara ait frekans değerlerinin farklı olması, telefon ahizesinden duyulan sesin tonundaki değişimden de anlaşılır.
Şekil 3: DTMF sinyalinin dalga şekli
DTMF kod çözücü
Bu projede DTMF kod çözücü olarak CM8870 entegresi kullanıldı. Bu entegre elektronikçilerden kolayca temin edilebilmekte. Şekil 4’de görülen 18 bacaklı entegrenin çalışabilmesi için 7 ve 8 nolu bacaklara 3.579 MHz’lik bir kristal bağlamak gerekir.
Şekil 4: DTMF kod çözücü
CM8870 bacak numaraları
CM8870 entegresi telefon hattından gelen DTMF sinyalinin kodunu çözdükten sonra Q1-Q4 adlı çıkışlarından 4 bitlik tuş bilgisini üretir (şekil5). Böylece tuş takımındaki hangi tuşa basıldığı CM8870’in çıkış uçlarındaki gerilim seviyesinden anlaşılabilir. Tuşa basılı tutulduğu sürece (yani DTMF sinyali alındığı sürece) entegrenin 15 nolu StD ucu lojik 1 bilgisi üretir. Q1-Q4 çıkışlarındaki ikilik kod, faklı tonlu bir DTMF sinyali alınıncaya kadar aynı kalır.
Şekil 5: CM8870 bacak numaraları ve isimleri
CM8870 Doğruluk Tablosu
Şekil 6’da CM8870 entegresinin doğruluk tablosu görülmekte. DTMF sinyalinin içerdiği ton çiftine göre çıkışta hangi ikilik değerin üretileceği bu tabloya göre belirlenir. Örneğin, DTMF kod çözücünün girişine uygulanan sinyal 697 Hz ve 1209 Hz’lik frekans bileşenlerini içeriyorsa, 4 bitlik çıkış bilgisi 0001 olur. Böylece, telefon başındaki kullanıcının 1 tuşuna bastığı anlaşılır.
Şekil 6: Doğruluk tablosu
Projede kullanılan PIC16F84A entegresi en popüler ve en yaygın olarak kullanılan mikro denetleyicilerden biridir. RISC mimarisine sahip bu mikrodenetleyici 18 bacaklı olup 13 adet giriş-çıkış portuna sahiptir. Ayrıca 64 byte EEPROM belleği ve 1K şasi program belleği bulunur. Şekil 7’de entegrenin bacak bağlantıları görülmekte. Gerek Fiyatının ucuz olması gerekse port sayısının yeterli olması nedeniyle uzaktan kontrol sisteminde PIC16F84A mikro denetleyicisi tercih edildi. Daha fazla ayrıntılı bilgi için PIC Nedir menüsünü inceleyebilirsiniz.
Şekil 7: PIC16F84A bacak numaraları ve isimleri
devre şemasını büyütmek için tıklayınız
Telefonla uzaktan kontrol sistemine ait devre şeması şekil 8’de görülmekte. Tasarlanan uzaktan kontrol sistemi, direkt olarak telefon hattına paralel bağlanır ve dünyanın herhangi bir yerinden telefon hattı aracılığı ile elektriksel cihazların kontrolünü sağlar. GSM veya Telekom şebekesine üye herhangi bir abonenin, cihazın bağlı olduğu telefon numarasını araması ile sistem aktif duruma geçer. Bu ilk aşamada PIC yazılımı yoluyla telefonun kaç kez çaldığı tespit edilir. Belirlenen çalma sayısına ulaşıldığında, sistem kullanıcıdan bir şifre girmesini bekler. Uygulamanın güvenliğini doğrudan etkilediği için şifre uzunluğunun 4 haneden az olmaması gerekir. 15 saniye süresince şifre girilmemesi durumunda telefon hattı otomatik olarak kapatılır. Böylece hattın lüzumsuz yere meşgul olması önlenir. Şifrenin doğru olarak girilip girilmediği PIC mikro denetleyici tarafından denetlenir. Girilen şifre yanlış ise sistem doğru şifre girilmesini bekler. Şifrenin doğru girilmesinin ardından * tuşuna basılarak cihaz kontrol aşamasına geçilir. Bu aşamada sistem kullanıcıdan komut bekler ve verilen komutları anında işler. İşlemi sonlandırmak için # tuşuna basılır.
Şekil 8’de verilen elektronik devre 4 ayrı birimden oluşur. Bunlar optik izolasyon devresi, manyetik izolasyon devresi, DTMF kod çözücü devresi ve röle sürme devresidir. Bu birimlerin ayrıntılı açıklaması aşağıda verilmekte.
optik izolasyon devresi
Şekil 9’da görülen optik izolasyon devresi, telefonun kaç kez çaldığını tespit etmek için kullanılır. Devredeki 4N25 opto-coupler entegresi, telefon hattı ile PIC devresi arasında optik bir izolasyon sağlar.
Şekil 9: Optik izolasyon devresi
manyetik izolasyon devresi
Telefon santrali tarafından gönderilen yüksek genlikli sinüsoidal zil sinyali, bu devrenin girişine uygulandığında devrenin çıkışından 0-5V genlikli kare dalga sinyal gözlenir. Optik izolasyon devresinin çıkışı PIC mikro denetleyicinin RA0 pinine bağlıdır. Telefon her çaldığında devre çıkışında yaklaşık 25 adet darbe (pals) görülür. Darbe periyodu 40 ms civarındadır. Darbe sayısı santralin yapısına göre farklılık gösterebilir. PIC mikro denetleyici bu darbeleri sayarak telefonun kaç kez çaldığını tespit eder ve darbe sayısı istenen değere ulaşmışsa telefon hattını otomatik olarak açar. Örneğin çalma sayı sı yazılımda 8’e ayarlanmış ise PIC toplam 200 adet darbe saymış olur. Telefon hattı ile DTMF kod çözücü arası
ndaki elektriksel izolasyon şekil 10’da görülen manyetik izolasyon devresi ile yapılır.
Şekil 10: Manyetik izolasyon devresi
dtmf kod çözücü devre
Dönüşüm oranı 1:1 olan hat trafosu (line transformer) ile sağlanan izolasyon sayesinde sistem toprağı telefon hattından tamamen yalıtılmış olur. Böylece DTMF kod çözücü entegresi elektriksel gürültülerden daha az etkilenir ve bir arıza durumunda telefon hattına zarar gelmez. Devredeki röle kontağı kapalı hale geldiğinde, 560 ohm’luk direnç telefon hattı uçlarına bağlanmış olur. Böylece bir kullanıcıya gerek olmadan hattın otomatik olarak açılması sağlanır. Diğer bir ifadeyle, telefon çalarken hat uçlarına 560 ohm’luk bir direnç paralel bağlanırsa telefon elle açılmış gibi etki yapar.
Şekil 11’de görülen CM8870 DTMF kod çözücü entegresi, telefon hattından iletilen DTMF sinyallerinin kodunu çözerek 4 bitlik sayısal bilgiye dönüştürür.
Şekil 11: DTMF kod çözücü devresi
röle sürme devresi
Entegrenin Q1, Q2, Q3, Q4 çıkışları PIC mikro denetleyicinin RB0-RB3 girişlerine; StD ucu ise RB4 girişine bağlı. Böylece telefon üzerindeki tuşlardan hangisine basıldığı PIC mikro denetleyiciye yüklenen program ile tespit edilir. Şekil 12’de görülen röle sürme devresi sayesinde 3 ayrı elektriksel cihaza uzaktan kumanda edilir.
Şekil 12: Röle sürme devresi
cihaz bağlantısı
Röle kontakları normalde açık halde olduğundan ilk anda cihazlar çalışır durumda değildir. Telefon tuşları aracılığıyla uzaktan komut verildiğinde uygun röleler PIC mikro denetleyici tarafından enerjilendirilir. Böylece röle kontaklarına bağlanmış olan ısıtıcı, lamba, fırın gibi elektriksel cihazlar çalışmaya başlar. Telefon üzerindeki 1, 2 ve 3 tuşları yardımıyla cihazlar çalıştırılır (ON); 4, 5 ve 6 tuşları ile cihazlar kapatılır (OFF). Örnek cihaz bağlantısı şekil 13’deki gibi yapılmalı.
0.75 veya 1mm2 kesitli kablolar ile bağlantı yapılabilir. Şehir şebekesi ile çalışırken elektrik
çarpma riski olduğundan bu tür bağlantıları yaparken çok dikkatli olmak gerekir. Mümkünse elektrik tesisat bilgisi olan bir kişiden yardım alınmalı.
Şekil 13: Cihaz bağlantısı
baskı devre lehim yüzeyi
Baskı devreyi büyütmek için üzerine tıklayınız.
