Mini İnsansız Hava Aracı Yazılımı (Danışman: Doç. Dr. Atilla Ergüzen)

Haziran, 2016

1.1. Kısaltmalar

ANSI: American National Standards Institute
ESC: Electronic Speed Controller (Elektronik Hız Denetleyici)
GPS: Global Positioning System (Küresel Konumlama Sistemi)
ISO: International Organization for Standardization
İHA: İnsansız Hava Aracı
KAB: Köker Araç Bilgisayarı
KYB: Köker Yönetim Bilgisayarı
MISRA: Motor Industry Software Reliability Association
UAV: Unmanned Aerial Vehicle (İnsansız Hava Aracı)

1.2. Amaç

Proje kapsamında otonom kalkış, seyir ve iniş yeteneklerine sahip; uzun süre havada kalabilen, eş zamanlı bilgi transferi gerçekleştirebilen ve arayüz yazılımı ile yönetilebilen insansız hava aracı geliştirmek amaçlanmıştır.

1.3. Tanım

İnsansız Hava Aracı (İHA); araç içerisinde pilot olmaksızın, hava akımı ve tahrik kuvvetlerinden yararlanarak uçabilen araç türüdür.

1.4. Kapsam

Proje söz konusu İHA'nın gövde tasarımını, elektronik devresinin ve haberleşme sisteminin uygulanmasını, ilgili gömülü yazılım ve arayüz yazılımının geliştirilmesini ve İHA'ya ek işlevlerin kazandırılmasını kapsamaktadır.

1.6. Bileşenler

1.6.1. KAB: KYB ve sensörlerden veri alarak İHA üzerindeki donanımsal bileşenlerin denetimini yapan mikrobilgisayardır.
1.6.2. KYB: Kullanıcı ile İHA arasında arayüz sağlayan yönetim bilgisayarıdır.
1.6.3. Gövde: Temel uçuş prensiplerine uygun olarak tasarlanan ve donanımsal bileşenleri muhafaza eden bileşendir.
1.6.4. Fırçasız Motor: Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürerek pervanelerin istenen devirde dönmesini sağlayan motordur. Fırçalı motorlardan farklı olarak akım çeviricileri elektroniktir. Sessiz ve titreşimsiz çalışan hafif motorlardır. Bu tür motorlarda Kv değeri gerilim için dakika başına devir sayısını (RPM/V) ifade eder. Kt değeri ise motorun amper başına vereceği torku oz-inç türünden ifade eden ve Kv ile ters orantılı olan değerdir. Bu tür motorlar ESC olmaksızın doğrudan gerilim verilerek çalıştırılamazlar.
1.6.5. ESC: Pilden aldığı elektrik enerjisini, KAB'dan aldığı sinyallere göre motorlara süren donanımsal bileşenlerdir.
1.6.6. Lion Polymer Pil: Araca enerji sağlayan şarjlı pil türüdür. Pilin hücre sayısı ve gerilim değeri ESC ile uyumlu olmalıdır.
1.6.7. Pervane: Hız etkisiyle taşıyıcı kuvvet oluşturan döner kanatlardır. Multikopterlerde saat yönünde ve saat yönünün tersinde dönen pervaneler kullanılır.
1.6.8. Joystick: Kullanıcının hareketine göre KYB'ye sinyal gönderen araçtır.
1.6.9. Akselerometre: İvme ölçen bileşendir.
1.6.10. Jiroskop: Eksen bilgilerini getirerek açısal dengenin korunmasını sağlayan bileşendir.
1.6.11. Barometre: Basınç ölçen bileşendir.
1.6.12. Termometre: Sıcaklık ölçen bileşendir.
1.6.13. Pusula: Yön bilgilerini getiren bileşendir.
1.6.14. GPS: Global konumlama sistemidir. Uydular üzerinden enlem ve boylam gibi veriler sağlar.
1.6.15. RF Alıcı / Verici: KAB ile KYB'nin radyo frekansları ile haberleşmesini sağlar.

2.1 Süreç Modeli

Sistemin geliştirme süreci için şelale (waterfall) modeli tercih edilmiştir. Söz konusu modele göre projenin tanımlama, tasarım, uygulama ve deneme aşamaları sırasıyla gerçekleştirilmektedir.

2.2. Kategori

Sistem kapsam ve riskler yönünden kritik sistem kategorisindedir.

2.3. Standartlara Uyumluluk

Sistemde MISRA, ISO ve ANSI gibi bağımsız kuruluşlara ek olarak Türkiye'de çalışma konusu İHA olan şirketlerin standartlarına göre geliştirme yapılmaktadır. Yazılımın kodları, daha önce staj süresinde geliştirilen bir kontrol yazılımı ile kontrol edilmektedir.

2.4. Güvenilirlik

Sistem üzerinde olası hata ve sorunların tespitini gerçekleştiren; bu sorunlara çözüm üreten bir yazılımsal ve donanımsal bileşenler geliştirilmektedir. Veri iletişimi sırasında paketlerde hata, tutarsızlık ve gecikmelerin denetimi sağlanmakta, sistemin genel olarak her zaman istenen sonucu vermesi hedeflenmektedir. Yazılımsal hata tespitinde, istisnaların risk seviyelerine göre gruplanması ve buna göre işlem yapılması sağlanmaktadır.

2.5. Tamir Edilebilirlik

Sistem bağımsız alt sistemler ile geliştirilmekte, sorun durumunda hasarlı donanımın sensörler ve yazılım ile tespiti sağlanmaktadır. Tamir edilebilirliği artırmak amacıyla kablo bağlantılarında klemensler kullanılmaktadır.

2.6. Kalımlılık

Sistem uzun süre aynı verim ile çalışacak şekilde tasarlanmakta, motor ve donanımsal bileşenlerin sıcaklıklarının anlık tespiti sağlanmaktadır. Havada kalma süresini artırmak amacıyla enerji tüketimi düşük bileşenler kullanılmaktadır. Daha sonra güneş pilleri ile kalımlılık artırılması hedeflenmektedir.

2.7. Başarım

Sistemde başarımı yüksek algoritmalarla yazılım geliştirilmekte, bu özellikte donanımlar tercih edilmektedir.

2.8. Ulaşılabilirlik

KAB ve KYB arasında sürekli veri iletişiminin gerçekleşmesi sağlanmakta, her iki bilgisayar üzerinde de görevler önceliklerine göre çalışacak şekilde yapılandırılmaktadır. Bu durumda sistemin düşük öncelikli bir görev üzerinde uzun süre kaybetmesi engellenmektedir. Ayrıca iletişim menzilini artırmak amacıyla özel anten ve bileşenler kullanılmaktadır.

2.9. Emniyet ve Risk Analizi

Sistemde lityum polimer pilin patlaması, pervanelerin kırım sonucu etrafa fırlaması, aracın düşmesi gibi durumların önüne geçmek amacıyla önlemler alınmaktadır.