Bu ayki projede lazer, LDR ve ayna kullana-rak basit bir güvenlik sisteminin nas›l tasarlana-bilece¤i anlat›l›yor. Bu sistem ile belirli bir bölge-yi çepeçevre koruma alt›nda tutmak mümkün.‹zinsiz girifllere karfl› sistemin sesli uyar› vermeözelli¤i bulunuyor. Gerçeklefltirilen projenin ça-l›flma mant›¤› optik ve elektroni¤in temel esasla-r›na dayand›¤›ndan, proje bu konularda oldukçaö¤retici özelliklere sahip.

Güvenlik sisteminin tasar›m›nda en önemlik›sm› lazer oluflturdu¤undan öncelikle lazerin ya-p›s›n› k›saca tan›makta fayda var.

LazerOpto elektronik sistemlerde lazerler ›fl›n veri-

ci olarak yayg›n flekilde kullan›l›r. Yap›s›nda kul-lan›lan malzemeye göre lazerin gaz, s›v›, kat› veyar› iletken çeflitleri bulunur. Opto elektroniktedaha çok yar› iletken GaAlAs lazerler kullan›l›r.Bu tür lazerler di¤erlerine göre daha küçük bo-yutlu ve daha az enerji ile sürülebilir. Lazerin içyap›s›nda bulunan optik resonatör, tek dalga bo-yunda ›fl›k üretilmesini sa¤lar. Bu nedenle lazer›fl›¤› tek renkli yani monokromatik olarak adlan-d›r›l›r. Ayr›ca, lazer ›fl›n›n›n aç›s› çok düflük veyönü sabittir. Bu özelli¤i sayesinde ›fl›n› istenenbölgeye kolayca odaklamak mümkün olur. fiekil1’de yeflil ›fl›k yayan bir lazer görülüyor.

fiekil 1: Lazer ›fl›n›

Bir cismin üzerine odaklanan lazer ›fl›n›n›nçap› birkaç mikrometre civar›ndad›r. Elektronik-te birkaç miliwatt ile birkaç watt aras›nda gücesahip lazerler kullan›l›r. Lazer ›fl›n›n›n oluflumprensibi kuantum teorisine dayan›r. Genelde birkuantum s›n›r›ndan ikinci kuantum s›n›r›na geçil-di¤inde P-N sistemi ›fl›k vermeye bafllar. Yani, biryar› iletken P-N jonksiyonundaki radyasyon, elek-tronlar›n üst enerji seviyesinden alt enerji seviye-sine geçmesi ile oluflur.

Bir lazer diyot, ›fl›k ileten P-N jonksiyonunasahiptir ve elektriksel olarak LED’den bir fark›yoktur (flekil 2). Örne¤in, lazerlerin ak›m-gerilimkarakteristikleri, LED’lerin ak›m-gerilim karakte-risti¤ine benzer. Ayr›ca lazerin ›fl›n fliddeti, ak›-ma ba¤l› olarak do¤rusal flekilde de¤iflir.

Lazer ›fl›n›, yüzeyi yans›t›c› özelli¤e sahip bircisme belirli bir aç›yla çarparsa flekil 3’deki gibiyans›ma olay› gerçekleflir.

fiekil 3: Ifl›¤›n yans›mas›

fiekil 4’de yeflil lazer ›fl›n›n›n aynadan nas›lyans›d›¤› görülüyor.

fiekil 4: Aynadan yans›ma

Çok say›da düzlem ayna kullan›larak lazer ›fl›-n› çeflitli do¤rultularda sapt›r›labilir. fiekil 5’deböyle bir uygulamaya ait çizim görülüyor.

fiekil 5: Çoklu yans›ma

Güvenlik sisteminin temel eleman› olan lazer,piyasada lazer iflaretçi (laser pointer) ad›yla çokdüflük fiyatlarla temin edilebilir. Gücü 1mW civa-r›nda olan bu lazer 3 adet AG13 saat pili ile ça-l›fl›r. fiekil 6 ve 7’de bu tür lazer örnekleri görü-lüyor.

fiekil 7: Lazer-2

Lazerli güvenlik sisteminin di¤er önemli ele-man› LDR. Bu eleman›n temel özellikleri afla¤›da-ki gibi.

LDRIfl›k fliddetine ba¤l› olarak direnci de¤iflen op-

to elektronik devre eleman› LDR (light depen-dent resistor) olarak bilinir. Ifl›¤a duyarl› dirençveya foto direnç olarak da adland›r›l›r. Görünür›fl›k spektrumuna duyarl› foto direnç yap›m›ndagenellikle kadmiyum sülfit (CdS) ve kadmiyumselenit (CdSe) kullan›l›r. fiekil 8’de farkl› çaplar-da LDR çeflitleri görülüyor.

fiekil 8: LDR çeflitleri

Bir yar› iletken foto direncin üzerine ›fl›k dü-flerse, ›fl›¤›n seviyesine ba¤l› olarak foto direnciniletkenli¤i de¤iflir. fiekil 9’da ›fl›k fliddetine göreLDR direncinin de¤iflim e¤risi görülüyor.

fiekil 9: LDR karakteristi¤i

fiekilden görüldü¤ü gibi, direnç de¤iflimi do¤-rusal de¤il. Ortam karanl›k iken LDR’nin direnciyüksek ve malzeme içindeki serbest tafl›y›c› yo-¤unlu¤u düflüktür. LDR üzerine ›fl›k düflerse mal-zeme içerisinde serbest tafl›y›c›lar oluflur ve tafl›-y›c› yo¤unlu¤u artar.

Ifl›k fliddetine göre LDR’nin direnci birkaçohm ile birkaç mega ohm aras›nda de¤iflir. Birohm metre ile LDR’nin direnci kolayca ölçülebi-

Y a v u z E r o l *

Kendimiz Yapal›m

Lazerli Güvenlik Sistemi

82 fiubat 2007B‹L‹M veTEKN‹K

fiekil 2: Lazer diyot fiekil 6: Lazer-1

kedimiz 18/1/06 16:03 Page 82

lir. fiekil 10’daki ba¤lant›lardan görüldü¤ü gibi,karanl›k ve ayd›nl›k ortamda ölçülen direnç de-¤erleri aras›nda büyük fark vard›r. Direnç de¤e-rindeki bu büyük de¤iflim, uygun elektronik dev-reler ile alg›lanarak istenen ifller yapt›r›labilir.

fiekil 10: LDR’nin ohm metre ile testi

Böylece güvenlik sisteminin temel elemanlar›tan›t›lm›fl oldu. fiimdi bir lazer ›fl›n›n›n belirli birmesafedeki LDR üzerine düflürüldü¤ünü varsaya-l›m. Lazer ile LDR aras›ndaki mesafe birkaç san-timetre olabilece¤i gibi, onlarca metre de olabi-lir. LDR, ortam ›fl›¤›ndan etkilenmeyecek flekildesiyah renkli bir boru içerisine yerlefltirilmifl ol-sun. Bu durumda lazer ›fl›n› LDR’ye ulaflt›¤› süre-ce LDR direnci düflük seviyede olur. Herhangi bircisim, flekil 11’deki gibi lazer ile LDR aras›ndagirerse, LDR direnci h›zla yükselir. Böylece, bubasit düzenek ile ›fl›n›n kesintiye u¤ray›p u¤rama-d›¤› kolayca anlafl›lm›fl olur.

fiekil 11: Lazer ve LDR

LDR direncindeki de¤iflimden yararlanarakalarm durumu oluflturabilmek için flekil 12’dekidevre kullan›labilir. Ifl›k fliddetindeki de¤iflimLDR’nin direncini de¤ifltirir, bu da A noktas›nda-ki gerilim seviyesine etki eder. Bu gerilim, biropamp yard›m›yla referans gerilim ile karfl›laflt›r›-larak uygun bir alarm sinyali elde edilir. fiekil12’nin sa¤›ndaki grafikten görüldü¤ü gibi, lazer›fl›n› LDR üzerine düflüyorken, A noktas›n›n geri-limi referans geriliminden daha büyük olur. Bus›rada opamp ç›k›fl›n›n yani C noktas›n›n gerilimilojik 0 seviyesinde kal›r. Ifl›k kesintiye u¤rad›¤›anda, LDR direnci yükselir ve A noktas›n›n geri-limi düfler. Bu s›rada ç›k›fl gerilimi lojik 1 seviye-sine yükselir ve alarm durumu oluflur.

fiekil 12: Direnç de¤iflimi ve alarm durumu

Bu devre oldukça iyi çal›flmas›na karfl›n dev-renin önemli bir eksi¤i var. Devrenin çal›flmas›nadikkat edilirse, alarm durumu sadece ›fl›k kesildi-¤i sürece oluflur. Bu çal›flma flekli bir güvenliksistemi için tercih edilmez. Çünkü, ›fl›¤›n kesinti-ye u¤ramas›na neden olan etki ortadan kalksa daalarm durumunun devam etmesi istenir. fiekil12’deki devre bu iste¤i karfl›layamad›¤›ndan dev-reye baz› eklemeler yap›lmas› gerekir.

Flip-flop (FF) içeren bir entegre devre yard›-m›yla k›sa süreli alarm sinyalinin kal›c› bir sinya-le dönüfltürülmesi sa¤lanabilir. fiekil 13’de görü-len devrede bu ifl CD4027 adl› CMOS entegresitaraf›ndan yürütülmekte. Entegre, iç yap›s›ndaiki adet JK türü flip-flop içerir. Devreye ilk ener-ji uyguland›¤›nda entegre resetlenir ve Q ç›k›fl›lojik 0 konumunda bekler. Bu s›rada transistörkesimdedir. Herhangi bir nedenle lazer ile LDRaras›ndaki ›fl›k ba¤lant›s› kesilirse, flip-flop setdurumuna geçer ve Q ç›k›fl› lojik 1 olur. Ifl›k tek-rar LDR’ye ulaflsa da, Q ç›k›fl›n›n lojik seviyeside¤iflmez. Böylece, ç›k›fla ba¤l› NPN transistöriletime geçerek ses uyar›c› (buzzer) uçlar›na 9Vuygulanmas›n› sa¤lar. Kullan›lan buzzer, kendin-den osilatörlü oldu¤undan tiz bir sesle uyar› ver-meye bafllar. Alarm durumu devredeki reset bu-tonuna bas›ncaya kadar sürer.

fiekil 14’de güvenlik sisteminin ba¤lant› flek-li görülüyor. 3 adet küçük ayna 45 derece aç›ylayerlefltirilir ve lazer ›fl›n›n›n bu aynalardan yans›-yarak tam LDR üzerine düflmesi sa¤lan›r.

fiekil 14: Lazerli güvenlik sistemi

Alarm devresi 9V’luk bir pille veya bir DC güçkayna¤› ile beslenebilir. Lazeri de bu güç kayna-¤›ndan beslemek mümkün. Bu ifllem için lazeriflaretçi içindeki 3 adet pil ç›kar›l›r. Timsah uçlukablo yard›m›yla lazerin gövdesi güç kayna¤›n›n

+ ucuna ba¤lan›r. Kayna¤›n – ucu ise 100ohm’luk bir direnç üzerinden lazer iflaretçi için-deki metal yay’a ba¤lan›r. Gövdedeki butonunbas›l› durumda kalmas› için buton üzerine izolebant sar›l›r. Böylece, güç kayna¤› aç›k oldu¤u sü-rece lazerden 35mA civar›nda bir ak›m geçer.Besleme gerilimi 4-5V’a düflürülse de devre so-runsuz flekilde çal›fl›r.

Malzeme listesi afla¤›daki gibi.

Endüstride kullan›lan benzer bir sistem flekil15’de görülüyor.

fiekil 15: Endüstri uygulamas›

KaynaklarE. Musayev, Optoelektronik Devreler ve Sistemler, Birsen Yay›neviH. Kuntman, Endüstriyel Elektronik, Birsen Yay›neviO. Gürdal, Alg›lay›c›lar ve Dönüfltürücüler, Nobel Yay›n Da¤.A. Bodur, Optoelektronik Devre Uygulamalar›, Era Bilgi Sis.Yay.V. K›l›nç, Yeni Bafllayanlar için Elektronik Projeler, Bilim Teknik Ya-

y›nevi

F›rat Üniv. Elek-Elektronik Müh. Bölümüyerol@firat.edu.tr

83fiubat 2007 B‹L‹M veTEKN‹K

Kendimiz Yapal›m

fiekil13: Devre flemas›

kedimiz 18/1/06 16:03 Page 83