Üç Boyutlu Uzayda Hareket Algılama, Tespit Ve Kestirimi İçin Genişletilebilir Bir Donanım Tasarımı

Abstract

Hareketin tespiti ve ölçülmesi geçmişten günümüze farklı çözümler üretilen bir problem olmuştur. Bu problemin çözümüne hem hareket sonucu değişen konum bilgisini elde etmek için hem de hareketin sistemlerin çalışmasına olan etkisini modellemek için ihtiyaç duyulmuştur. Hareket tespitini algılamak için geliştirilen sistemlerden biri de ataletsel ölçüm sistemleridir. Atalet ölçüm sistemleri hızlanmayı ve açısal değişimi ölçen duyargalar ile yapılmaktadır. Geçmişte devasa boyuttaki aletlerle ulaşılmaya çalışılan çözümler çok yüksek maliyetli idi. Ayrıca bu çözümlerin uygulama alanı çok dardı. Son yıllarda mikro-elektro makine sistemleri teknolojisinde meydana gelen büyük gelişmeler ataletsel ölçüm sistemleri alanında da etkisini göstermeye başlamıştır. Bunun sonucu olarak eskiden çok büyük boyutlarda üretilen ataletsel ölçüm duyargalarının başarımı artarken boyutları da ters orantılı olarak ufalmış ve bu duyargalar günlük hayatta kullanılan birçok elektronik cihaza girmeye başlamıştır. Tüm bu olumlu etkilerinin yanında maliyetler de eskiye oranla oldukça düşmüştür. Atalet ölçüm sistemleri hareketli mekanik sistemlerin konumunun tespiti ve hareketin sistemin çalışması üzerine etkisini ortadan kaldırmak için kullanıldığı gibi gerçek dünyadaki üç boyutlu hareketlerin sanal ortama aktarılmasında da kullanılmaktadır. Bu sistemlerin avantajı dış dünyalarından bağımsız olarak ölçüm yapabilmeleridir. Hareketin tespitine yönelik yapılacak algoritma geliştirme ve sinyal işleme çalışmalarında başarım gözleme ve test aşamasında farklı donanımlar ile test yapılması gerekmektedir. Her ne kadar ataletsel ölçüm duyargalarının fiyatları düşmüş olsa da paket olarak geliştirilen çözümlerin fiyatları en az onlarca kat mertebesinde yüksektir. Bu durumda yüksek fiyatlar ve temin edilen donanım paketlerinin karakteristiksel kısıtları sebebiyle test imkânları azalmaktadır. Tüm bu sebeplerden dolayı test maliyetlerini düşürüp çeşitliliği arttıracak bir donanım geliştirmeye karar verilmiştir. Ayrıca toplanan verilerin iletimi için Bluetooth teknolojisi kullanılarak veri iletimi gerektirecek her türlü uygulamada kullanılabilecek kablosuz, uzun mesafesi ve yüksek veri aktarım kapasiteli donanım geliştirmeye karar verilmiştir.

Sensing and measuring motion of an object has become a problem which has been solved in various ways in years. The solution to this problem is required to detect displacement of an object and to model the impact of movement on operations of systems. Inertial measurement unit is one of the systems that developed to sense and measure motion. Sensors that detect acceleration and angular rate change are used to produce inertial measurement units. Previous solutions utilizing huge devices were expensive. In addition, it was hard to apply these solutions to different research areas. Improvements in MEMS technology has started to affect inertial measurement units in recent years. As a result, huge sized sensors are replaced with smaller and better performing sensors. These sensors started to take their place in most of electronic devices that are used in daily life. Beside these positive affects, costs become lower than before. Other than determining the position and movement of the moving mechanical system to eliminate the effect of such movements, inertial measurement units are used to simulate three dimensional movements of real world in virtual environments. The advantage of these systems is being independent from the outside world to be able to make measurements. Developing algorithms and signal processing applications to detect motion requires performance observation and testing with different hardware. Although prices of inertial sensors are low nowadays, inertial measurement packages are at least ten times more expensive than sensor prices. In this case, the high prices and restrictions due to the characteristics of the hardware package decreases testing facilities. Because of all these reasons, it is decided to develop hardware to reduce testing costs and increase variation of tests. Finally, using Bluetooth is decided to transmit collected data with wireless, long distance and high data rate communication. Another purpose and advantage of Bluetooth is having a wireless communication module to use in all kinds of applications that require data transmission.