T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

KABLOSUZ İLETİŞİMDE GERÇEK ZAMANLI

SİNYAL İŞLEME

196064 Nezahat ÖZTÜRK

206397 Maksat YAZIYEW

Prof. Dr. Temel KAYIKÇIOĞLU

MAYIS 2012

TRABZON

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

KABLOSUZ İLETİŞİMDE GERÇEK ZAMANLI

SİNYAL İŞLEME

196064 Nezahat ÖZTÜRK

206397 Maksat YAZIYEW

Prof. Dr. Temel KAYIKÇIOĞLU

Mayıs 2012

TRABZON

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU

196064 Nezahat ÖZTÜRK ve 206397 Maksat YAZIYEW tarafından Prof. Dr. Temel

KAYIKÇIOĞLU yönetiminde hazırlanan “Kablosuz İletişimde Gerçek Zamanlı Sinyal

İşleme” başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği

açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir.

Danışman : Unvanı Adı ve SOYADI ………………………………

Jüri Üyesi 1 : Unvanı Adı ve SOYADI ………………………………

Jüri Üyesi 2 : Unvanı Adı ve SOYADI ………………………………

Bölüm Başkanı : Unvanı Adı ve SOYADI ………………………………

ÖNSÖZ

Teknolojinin gelişmesiyle kablosuz iletişimde real time sinyal işleme konusu çok

önemli hale gelmiştir. Projenin konusu kablosuz iletişim tekniği kullanarak real time olarak

sinyal işlemeye dayanmaktadır. Sinyal işleme adı altında, vericinin bağlı olduğu

bilgisayarda modellenmiş çeşitli dalga formuna sahip grafiksel veriler kablosuz olarak

iletildikten sonra alıcı tarafından alınıp bilgisayarda işlenecektir.

Çalışmalarımız boyunca bize değerli zamanını ayıran ve verdiği fikirler ile bizi

yönlendiren hocamız Sayın Prof. Dr. Temel KAYIKÇIOĞLU’ na ve verdikleri fikirler

doğrultusunda bizi aydınlatan tüm araştırma görevlilerine teşekkür ederiz.

Ayrıca hayatımız boyunca her türlü maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman

esirgemeyen ailelerimize şükranlarımızı sunarız.

MAYIS 2012

Nezahat ÖZTÜRK

Maksat YAZIYEW

v

vi

İÇİNDEKİLER

Lisans Bitirme Projesi Onay Formu………………………………………………………..iii

Önsöz..………………………...............................................................................................v

İçindekiler…………………………………………………………………………………vii

1.Giriş………………………………………………………………………………............1

2. Temel Haberleşme Sistemi……………………………………………………………….3

2.1. Verici……………………………………………………………………………4

2.2. Kanal……………………………………………………………………………4

2.3. Alıcı……………………………………………………………………………..4

3. Sayısal Haberleşme Sistemi……………………………………………………………...6

3.1. Sayısal Sinyallerde Gürültü Etkisi……………………………………………..7

3.2. Sayısal Sinyallerde Gürültü Çeşitleri…………………………………………..9

3.2.1. Isıl Gürültü………………………………………………………………9

3.2.2. İntermodülasyon Gürültüsü……………………………………………..9

3.2.3. Diyafoni………………………………………………………………..10

3.2.4. Darbe Gürütüsü………………...………………………………………10

4. Gerçek Zamanlı (Real Time) İşaret İşleme…………………………………………….11

4.1. Gerçek Zamanlı İşaret İşleme Yöntemleri.……………………………………11

4.2. Matlab ile Real Time Analog Sinyal Üretme..………………………………..12

5. Kablosuz (Wireless) Haberleşme Sistem………………………………………………14

5.1. Kablosuz Haberleşme Sisteminde Çok Yollu Yayılım………………………..16

6. Seri Port Haberleşmesi………………………………………………………………….18

6.1. Seri Port Haberleşmesinde Hız………………………………………………..19

6.2. Seri Port Haberleşmesinde Data Bitleri………………………………………..19

6.3. Seri Port Haberleşmesinde Eşlik……………………………………………....19

7. Deneysel Çalışmalar…………………………………………………………………….20

7.1. eZ430-RF2500 Kiti Programlama……………………………………………..20

7.2. Matlab ile Sinyal Modellemeler……………………………………………….22

7.3. Matlab ile Seri Porttan Veri Okunması………………………………………..24

vii

7.4. Terminal Programı ile Kontrol Sağlama……………………………………………...27

8. Sonuçlar…………………………………………………………………………………28

9.Yorumlar………………………………………………………………………………...31

Kaynaklar………………………………………………………………………………….32

Ekler……………………………………………………………………………………….33

Özgeçmiş………………………………………………………………………………….37

viii

ix

ÖZET

Projede kablosuz iletişim tekniği kullanarak real time olarak sinyal işleme konusu

üzerinde çalışılmıştır. Projeyi gerçekleştirmek için işlemcili ve kablosuz iletişimi

sağlayacak verici-alıcı modülü kullanılır. Proje kapsamında verici taraftaki bilgisayarda

modellenmiş olan ECG işareti gibi çeşitli grafiksel veriler, sinüs işareti ve kare dalga

işareti gibi veriler verici olarak kullanılan mikroişlemci ile alıcı olarak kullanılan

mikroişlemciye kablosuz olarak haberleşme kanalından gönderilmektedir. Alıcı tarafta

alınan işaret matlab sayesinde bilgisayarın USB portuna erişilerek işlenilecek ortama

aktarılır ve gönderilmiş olan sayısal veriler tekrar grafiğe dönüştürülür. Gönderme işlemi

verici alıcı birbirini gördüğü sürece uzak mesafelerde başarım sağlamaktadır ancak verici

alıcı arasına duvar gibi engeller girdiğinde ise yakın mesafelerde gönderme işleminin ne

tür başarılar sağlayacağıda incelenecektir.

Bir haberleşme sistemi temel olarak veriyi gönderen kaynak, veriyi ileten haberleşme

kanalı ve veriyi alan hedeften oluşur. Haberleşme kanalı veriyi ileten ortamdır ve bu

ortamlar hava, kablo, deniz veya uzay olabilir. Kanalın bozucu etkilerinden biri olan

simgeler arası girişim (Inter Symbol Interference, ISI), kanalın gecikme içeren yayılmasına

bağlı olarak, birden fazla simgenin aynı anda kanalda bulunmasından kaynaklanmaktadır.

Alıcıda, kanaldan alınan her bir örnekte birden fazla simge yer aldığından, vericiden hangi

simgenin gönderilmiş olduğuna karar verirken hatalar meydana gelmekte ve sistem

başarımı düşmektedir.

Projedeki iletim ortamı hava olacaktır. Kaynağın, yani vericinin, gönderilecek veriyi

iletim ortamına uygun bir şekle dönüştürüp gönderilmesi gereklidir, kullandığımız

işlemciler 2.4 GHz’ de radyo dalgalarıyla haberleşmektedir. Bir haberleşme kanalının

analizi konusunada değinilmiştir.

x

xi

SEMBOLLER VE KISALTMALAR

ECG Elektrokardiogram (Electrocardiogram)

DAC Sayısal Analog Dönüştürücü (Digital Analog Converter)

ADC Analog Sayısal Dönüştürücü (Anologue Digital Converter)

FM Frekans Modülasyonu(Frequency Modulation)

AM Genlik Modülasyonu (Amplitude Modulation)

PM Faz Modülasyonu (Phase Modulation)

FSK Frekans Kaydırmalı Modülasyon (Frequecy Shift Keying)

ASK Genlik Kaydırmalı Modülasyon (Amplitude Shift Keying)

PSK Faz Kaydırmalı Modülasyon (Phase Shift Keying)

LOS Direk Görüş Hattı (Line of Side)

ISI Simgeler Arası Girişim (Intersymbol Interference)

xii

xiii

1.GİRİŞ

Haberleşme sistemleri anlamlı bilgi taşıma işlemlerini gerçekleştirir. Anlamlı bir

bilginin karşılıklı alışverişi yapılır. Elektronik cihazlarda haberleşme günümüzde çok

önemli hale gelmiştir. Teknolijinin hızla ilerlemesi, elektronik cihazların her geçen gün

gelişmesi, internet ve kablosuz iletişimin de yaygınlaşması ile elektronik cihazlarla

haberleşme ve verilerin işlenmesi, günümüzde iletişim kavramına evrensel bir anlam

katmış ve iletişimin büyük bir kısmı artık elektronik ortamda yapılır hale gelmiştir.

Haberleşme sisteminin başlıca elemanları:

1- Verici

2- İletim Ortamı

3- Alıcı

Projede kablosuz iletişim tekniği kullanarak real time olarak sinyal işleme konusu

üzerinde çalışılmıştır. Projeyi gerçekleştirmek için işlemcili ve kablosuz iletişimi

sağlayacak verici-alıcı modülü kullanılır. Verici alıcı modülü düşük güçlü uygulamalarda

kıllanılmak amacıyla geliştirilmiş bir modüldür. Kablosuz olarak veriler 2.4 GHz’ de

iletilmektedir. Göndereceğimiz grafiksel veriler matlab ile modellenmiş ve örnek değerleri

belirlenmiştir. Proje kapsamında verici taraftaki bilgisayarda modellenmiş olan ECG

işareti gibi çeşitli grafiksel veriler, sinüs işareti ve kare dalga işareti gibi veriler verici

olarak kullanılan mikroişlemci ile alıcı olarak kullanılan mikroişlemciye kablosuz olarak

haberleşme kanalından gönderilmektedir. Alıcı tarafta alınan işaret matlab sayesinde

bilgisayarın USB portuna erişilerek işlenilecek ortama aktarılır ve gönderilmiş olan sayısal

veriler tekrar grafiğe dönüştürülür. Şekil 1’ de projenin akış şeması verilmektedir.

Şekil 1. Projede izlenecek yöntemin blok diyagramı.

PC

+

MATLAB

U

S

B

İşlemci

+

verici

PC

+

MATLAB

U

S

B

Alıcı

+

İşlemci

Alıcı verici eğer birbirini görmüyorsa yakın mesafelerde haberleşme daha sağlıklı

olmaktadır. Bu uygulama ile bir hastanın ECG verileri kablosuz olarak iletilebilir ve alıcı

tarafta tekrar işlenerek grafiğe dönüştürülebilir veya istediğimiz herhangi bir grafiksel

veriyi kablosuz olarak iletebilir grafiğini çizdirebilir ve üzerinde işlem yapabiliriz. Projede

kullanılan malzemelerle benzer olarak bir ‘Chat’ programı yazılarak iki bilgisayarla

karşılıklı yazışma yapılmıştır. Ancak tezde yapılan çalışma yazışma değil, sayısal verilerin

program aracılığıyla işlenmesini kapsamaktadır. Çizelge 1’ de iş zaman grafiği

verilmektedir.

Çizelge 1. İş zaman çizelgesi

Aylar Görevler Nezahat ÖZTÜRK Maksat YAZIYEW

1.AY

ŞUBAT

Dijital ve analog

sinyallerdeki

bozulmaların

incelenmesi

Çeşitli makaleler okundu, konuyla

ilgili teorik bilgi araştırıldı,formüller

incelendi ve matlabda gürültülü

işaret uygulaması yapıldı.

İnternet araştırması yapıldı.

2. AY

MART

Ses kartı ile real time

sinyal uygulaması

yapılması

Matlab ortamında for döngüsü ile

ses kartına sürekli işaret gönderildi

ve osiloskop görüntüleri üzerinden

karşılaştırma yapıldı.

Teorik bilgi araştırması

yapıldı.

3.AY

NİSAN

4. AY

MAYIS

Kablosuz haber-

leşme sistemi ve

seri port haber-

leşmesine araş-

tırılması

İşlemcilerin

programlanması ve

Matlab program-

larının yazılması

Konunun teorik kısmı araştırıldı

mikroişlemci ile matlabın usb

üzerinden haberleşmesini

sağlayacak program yazıldı.

İşlemciler programlandı, matlab

programları yazıldı ve veriler işlendi

İnternetten araştırma

yapıldı.

-

2

2. TEMEL HABERLEŞME SİSTEMİ

Haberleşme sistemleri en temel olarak veriyi gönderecek bir verici kaynağı, verinin

iletileceği bir haberleşme kanalı ve verinin alındığı bir vericiden oluşmaktadır. Haberleşme

kanalı verici alıcı arasında fiziksel bir bağ oluşturmaktadır. Haberleşmenin amacı bir veriyi

bir noktadan başka bir noktaya en az hatayla ve en az güçle göndermektir. Verici

gönderecek olduğu veriyi modüle ederek gönderir bunun bir çok nedeni vardır. En önemli

nedenlerinden bir tanesi ileteceğimiz veriyi iletime uygun bir hale getirip öyle iletmektir.

Modülasyonda bilgi işareti bir taşıyıcıya bindirildikten sonra iletim ortamına verilir.

Modülasyon yapılmasının amaçları şöyle sıralanabilir;

Anten boyutlarını küçültmek

Transmisyon ortamına uymak

Frekans bandını verimli şekilde kullanmak

Verici alıcı maliyetleri

Düşük güç kaybı sağlama

Bozucu kanal etkisi azaltmak

Genel olarak bir haberleşme sistemi Şekil 2’ de gösterilmiş olan fonksiyonel bloklardan

oluşur. Bilgi kaynağı tarafından üretilen data resim formatında ses formatında veya yazı

formatında olabilir. Dönüştürücü olarak tanımladığımız kısım ise veriyi istediğimiz

formlara dönüştürür. Bir kameranın çektiği resimleri elektriksel işarete dönüştürmesi veya

mikrofonun ses işaretlerini elektriksel işarete dönüştürmesi buna örnek verilebilir. Alıcı

taraftaki sistem ise verici taraftaki dönüştürücünün yaptığı işlemin tam tersini yapar ve

elektriksel işaretler kullanıcıların istediği anlaşılabilir formlara dönüştürülür.

Çıkış

sinyali

Şekil 2. Bir haberleşme sisteminin fonksiyonel bileşenleri [1].

Bilgi Kaynağı

Dönüştürücü

Verici

Kanal

Çıkış dönüştürücüsü

Alıcı

2.1. Verici

Elektriksel işaretleri kanal veya iletim ortamına uygun bir forma dönüştürüp gönderen

sistemlere verici denir. Kablosuz haberleşme sistemleri radyo dalgaları ile çalışmaktadır.

Verici olarak nitelendirdiğimiz kısım sadece datayı modüle ederek gönderir alma işlemi

yapmaz. Modülasyon işlemi taşıyıcının genlik, faz veya frekansının değiştirilmesidir.

Örneğin bilgi işaretine genlik modülasyonu yapıyorsak bilgi işareti taşıyıcının genliğinde

istenilen frekans bandına aktarılır. Frekans modülasyonunda ise taşıyıcı işaretin frekansı

bildiri işaretiyle orantılı değişir. Vericiler radyo dalgalarını yaymak için çeşitli özelliklere

sahip antenler kullanırlar. Vericiler alternatif akımla radyo dalgaları üretirler ve bunu

antene uygulayarak uzaya yayarlar. Vericilere örnek olarak radyo vericisi ve televizyon

vericisi,telefon vericisi gösterilebilir.

Modülasyon ile birçok kullanıcının bilgisi aynı kanal üzerinden iletilebilmektedir. Her

bir verici istasyonu için toplam frekans bandı birçok alt banda bölünmüştür. Modülasyon

sayesinde gönderilecek veriler istenilen frekans bandına taşınır ve böylece her kullanıcının

kendi frekans bölgesinde faaliyet göstermesi mümkün kılınmaktadır. Birçok verici bu

yöntemle aynı anda yayın yapabilmektedir. Bu yöntem sadece kablosuz haberleşme yapan

sistemler için geçerli değildir. Kablolu sistemlerde de aynı kablo üzerinden değişik

frekansa sahip bilgiler gönderilebilmektedir.

2.2. Kanal

Haberleşme kanalı iletilecek işarate vericiden alıcıya göndermek için kullandığımız

ortamdır. Kablosuz haberleşme sistemlerinde kanal atmosfer veya diğer adıyla serbest

uzaydır. Haberleşme kanalları genellikle karmaşık olarak modellenir bunun nedeni ise

vericiden alıcıya gönderilen işaretin, kanalın gecikmeli yayılmasına bağlı olarak hem

genliğinin hemde fazının değişmesidir. Kanaldan gönderilecek işaretteki en önemli

bozulma işaretin alındığı alıcı kısmında kuvvetlendirme işleminin gerçekleştiği ön uçta

toplanır gürültü şeklinde meydana gelmektedir. Bu gürültü yükselteçlerin

karakteristiklerinin doğrusal olmamasından kaynaklanan ısıl gürültüdür. Kablosuz

haberleşmede diğer kullanıcıların kanalda olmasından kaynaklanan girişimde mevcuttur.

2.3. Alıcı

Veri alışverişinin yapıldığı haberleşme sistemlerinin en önemli kısımlarından bir tanesi

alıcı kısmıdır. Alıcıda işaretin alınmasına ek olarak gürültünün bastırılması ve süzgeçleme

4

gibi işlamlerde yapılır. Alıcı anten modüleli şekilde gelen işaretleri toplar ve

demodülasyon işlemine tabi tutar. Modüleli şekilde alınmış olan işaretten demodülasyon

sonucu bildiri işareti tekrar elde edilir. Demodüle edilen işaret gönderilen işaretin

bozulmuş şeklidir. Bu bozulmanın nedeni toplanır gürültü ve haberleşme kanalının bozucu

etkileri sonucu oluşmaktadır.

5

3. SAYISAL HABERLEŞME SİSTEMİ

Analog sinyaller sürekli zamanlı işaretlerdir. Analog haberleşme sisteminde bildir i

işaretinin dalga formu analogtur. Analog işaretler doğrudan taşıyıcıya bindirilerek bir

kanaldan iletilebilirler. Alıcı tarafta ise işaret taşıyıcıyla aynı frekansa sahip bir işaretle

çarpılıp alçak geçiren süzgeçten geçirilerse bilgi elde edilmiş olur.

Veri iletiminde sayısal haberleşme kullanılmak istendiğinde analog işaret sayısal forma

dönüştürülür. Ses işareti, biyomedikal işaretler, radar sinyalleri analog sinyallerdir. Sayısal

yönteklerle analog işareti işlemek için bu sinyalleri analog formdan sayısal forma

dönüştürmek gerekir. Bu işlem analogdan sayısala dönüştürücü tarafından yapılır[2].

Şekil 3’ de verildiği gibi analogdan sayısala dönüştürme işlemi 3 aşamalı bir işlemdir.

1. Örnekleme: Sürekli zamanlı bir işaretten belirli zaman aralıklarında örnekler alarak

ayrık zamanlı sinyale dönüştürme işlemidir. x(t) işareti örnekleyici girişine verildiğinde

çıkıştaki işaret x(nT)=x(n) olur. T örnekleme aralığını ifade etmektedir. Örnekleme

frekansı Fs=1/T olur. Örnekleme işlemi Denklem (3.1) ve Denklem (3.2)’ deki gibidir.

x(n) = x(nT) -∞ < n < ∞ (3.1)

t = n T = n / Fs (3.2)

x(t) x(n) xq(n) 010111…

Analog Sinyal Ayrık – Zamanlı Nicemlenmiş Sayısal

Sinyal Sinyal Sinyal

Şekil 3. Analogdan sayısala dönüşüm.

2. Kuantalama: Analog sinyalin örneklenmesiyle ayrık zamanlı hale dönüştürülen sinyaller

kuantalama ile ayrık zamanlı ayrık değerli hale dönüştürülür. Her bir örneğin değeri sonlu

sayıda değerler ile ifade edilir. Örneklenmiş işaretin değerleri ile işaretin kuantalama

Örnekleyici

Kuantalayıcı

Kodlayıcı

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

sonucu atandığı değerler arasındaki fark kuantalama hatasını verir. Bu hatanın küçük

olması arzulanır.

3. Kodlama: Kodlama işlemi kuantalanmış her düzeye birler ve sıfırlardan oluşan kod

sözcüğü atanması işlemidir. Kod sözcüğünün uzunluğu kuantalama düzey sayısından

bulunur. Denklem (3.3)’ de kuantalama düzey sayısıyla kod sözcüğü arasındaki ilişki ifade

edilmektedir. M kuantalama düzey sayısı, n kod sözcüğü uzunluğudur.

M (3.3)

3.1. Sayısal Sinyallerde Gürültü Etkisi

Herhangi bir haberleşme sisteminde alınan sinyal gönderilen sinyalin yayılım ortamı

boyunca zayıflamış halini ve sistem karakteristiği sebebiyle bazı bozulmaları içerir. Bu

değişimler alınan sinyalin gönderilen sinyalden birtakım farklılıklar içermesine neden olur.

Ayrıca verici ve alıcı arasındaki ortamda iletilecek sinyale istenmeyen işaretler yani

gürültü eklenir. Gürültü; haberleşme sisteminin performansını etkileyen ana faktördür.

Sayısal sinyale gürültünün nasıl bir etkide bulunacağının daha iyi anlaşılması için

matlab üzerinde aşağıdaki gibi bir uygulama yapılmıştır. Darbe modülasyonu yapılmış

sayısal sinyalin kodları program içinde dizi şeklinde oluşturulup aynı dizi boyutuna sahip

rastlantısal işaretler asıl işaretimize eklenip bozulmalar gözlemlenmiştir. Şekil 4’ de darbe

modülasyonu yapılmış işaret kodları, Şekil 5’ de eklenen rastlantısal gürültü, Şekil 6’ da

ise gürültünün sinyal üzerine eklenmesiyle ortaya çıkan bozulmalar gösterilmektedir.

Şekil 4. Darbe modülasyonu yapılmış işaretin kodları.

7

Şekil 5. Rastlantısal gürültü.

Şekil 6. İşarete eklenen gürültü.

İnceleme sonucunda gönderdiğimiz işarete gürültü eklenmesiyle bit hataları meydana

gelmektedir. Gürültü nedeniyle değişen genlik düzeyleri alıcı tarafta gönderilen işaretin bir

mi sıfır mı olduğu konusunda kararsızlığa neden olabilmektedir. Asıl işaretin elde

edilmesinde yani demodülasyon işleminin gerçekleştirilmesinde karar mekanizması

yanılgıya düşebilmektedir.

Gürültü konusu ve gürültüyü azaltma, haberleşme mühendisliği ve işaret işlemenin

yapıldığı tüm alanlarda üzerinde durulması gereken çok önemli bir konudur. Sistem

performansını sınırlayan en önemli unsurdur.

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4Unipolar WRZ+gürültü

t [s]

A [V

]

8

3.2. Sayısal Sinyallerde Gürültü Çeşitleri

Sayısal haberleşmede gürültü çeşitlerini dört ana kategoriye ayırabiliriz[3]:

1. Isıl gürültü (thermal noise)

2. Modülasyonlar arası gürültü (intermodulation noise)

3. Diyafoni-Yan Ses (crosstalk)

4. Darbe gürültüsü (impulse noise)

3.2.1. Isıl Gürültü

Haberleşme sistemlerinde işaretin iletildiği değişik iletim ortamlarında ve

haberleşmenin yapıldığı elektronik cihazlarda meydana gelen bir gürültü çeşididir. Isının

etkisiyle serbest elektronlar hareket halindedir. Direnç, diyot, transistör gibi elektronik

elemanların karakteristiğin doğrusal olmamasından kaynaklanan bozulmalar ortaya

çıkmaktadır. Eğer sıcaklık mutlak sıfırın(-273 ) üzerinde ise ısıl gürültü daima vardır.

İletişim sistemlerinde alıcı tasarlanan sistemin duyarlılığını belirleyebilir. Termal gürültü,

işaretin bant genişliği ve sıcaklık arttıkça artmaktadır. Bir kaynak içerisinde meydana

gelecek ısıl gürültü gücünü denklem (3.4)’ deki gibi hesaplanabilir,burada bant genişliği 1

Hz’ dir[4] . Pn gürültü gücü yoğunluğunu ifade etmektedir ve birimi W/Hz’dir ve k

(1,3803· J/K) boltzman sabitidir. T Kelvin cinsinden mutlak sıcaklıktır. Denklemi

genelleştirecek olursak denklem (3.5)’ deki gibi ifade edebiliriz.

Pn= kT (3.4)

P =KTB= Pn.B (3.5)

3.2.2. İntermodülasyon Gürültüsü

Farklı frekanstaki sinyallerin aynı transmisyon ortamını paylaşması sonucu oluşur. İki

tane farklı sinyal birlikte yükseltildiklerinde bu frekansların harmonikleri de beraber yük

seltilirler. Yükseltilen bu harmonikler arasında yer alan iki harmonik frekansının biribirine

karışması, intermodülasyon gürültüsünü meydana getirir.

9

3.2.3. Diyafoni

Günümüzdeki haberleşme sistemlerinde birçok devre aynı sistem içerisinde yer alabilir.

İletişim sistemlerinde devreler arasında kublaj oluşması sonucu meydana gelir. Buna

telefonda konuşurken başkasının sesini duymayı örnek verebiliriz.

3.2.4. Darbe Gürültüsü

Bu gürültü tipi rastlantısal darbelerden oluşmaktadır, genellikle kısa süreli ve yüksek

genliklidir. Işık, araç ateşleme sistemleri, elektriksel sistemler ve haberleşme sistemindeki

bir takım hatalar gibi dış elektromagnetik bozulmalar bu gürültünün nedenidir.

10

ADC

örnekleme ve

tutma

4. GERÇEK ZAMANLI (REAL TIME) İŞARET İŞLEME

Günümüz teknolojisinde real time sinyal işleme konusu çok önemli bir yer edinmiştir.

Haberleşme sistemlerindeki işaret işlemede, tıbbi cihazlar kullanarak hastaların

biomedikal ölçümlerinin sürekli takibinde, telefon haberleşmesinde, sayısal kontrol

sistemlerinde, radar uygulamalarında, trafik lambalarında gerçek zamanlı işaret işleme

kullanılmaktadır.

Gerçek zamanlı işaret işlemede çıkış işareti giriş işareti uygulandığı zaman hemen

üretilmek zorundadır. Veriler her ne kadar birtakım gecikmelere sahipsede, bu gecikmeler

oldukça kısa süreli tutulmak zorundadır. Gecikmeler ne kadar kısa süreli tutulursa işaretin

gerçek zamanlı olma seviyesi bir o kadar artar.

Gerçek zamanlı işaret işlemede giriş sinyali önce bir filitreden geçirilir daha sonra

analog sayısal dönüştürücüden ( DAC ) geçirelerek işaretin sayısal karşılığı bulunmuş olur

ve işlemcide işlenecek duruma getirilir. İşaretin üzerinde istediğimiz değişiklikleri

yaptıktan sonra işareti analog forma çevirme ihtiyacı duyarız çünkü bu sayede veriler daha

iyi gözlemlenmiş olur. İşareti daha da düzeltmek için çıkışta tekrar bir filtre kullanılabilir.

Şekil 7’ de gerçek zamanlı işaret işleme blok diyagramı verilmiştir.

Şekil 7. Real-time işaret işleme blok diyagramı.

4.1. Gerçek Zamanlı İşaret İşleme Yöntemleri

Dairesel Tamponlama(Circular buffering):Filitre gerçek zamanlı olarak

gerçekleştirilmek istendiğinde çıkıştaki örneklerin hesaplanabilmesi için girişte var olan

örnek değerlerine ihtiyaç duyulur. FIR filitrede giriş sinyalinden belli sayıda örnek alınır

bu örnekler geçiriltikleri filitrelerin katsayılaı olan a, b, c, d gibi katsayılarla çarpılır ve en

son bu değerler toplanır. Denklem 4.1’ de gösterildiği gibi formüle edilebilir.

( 4.1 )

Giriş

Filtresi

Dijital

İşlemci

Sayısal Analog

Dönüştürücü

(DAC)

Çıkış

filtresi

4.2. Matlab ile Real Time Analog Sinyal Üretme

Gerçek zamanlı işaret işleme konusunun daha iyi anlaşılabilmesi için matlab ile basit

bir program yazarak gerçek zamanlı işaret görülmeye çalışılmıştır. Matlab ortamında real

time sinüs sinyali üretip, programın içinde üretilen bu sinyal bilgisayarın ses kartına

gönderilmiştir. Ses kartının kulaklık çıkışından veri alınıp osiloskoba bağlanılmış ve

değişimler gözlenilmiştir. Matlab programı aşağıda verildiği gibidir.

for k=0:1:100

f=10

t=k:0.01:k+1;

ft=5*sin(2*pi*t*f); (Zamanda sürekli değişen sinüs işareti)

hold on ( Girafikleri art arda ekleyip gösterecek program )

pause(0.1) (Osiloskopta rahat gözlem için 0.1 sn’lik gecikme)

plot(t,ft); (İşaretin çizdirilmesi)

sound(ft) (İşaretin ses kartına gönderilmesi)

end

Program çıktısı Şekil 8 de verildiği gibi gerçek zamanlı sinüs sinyalinin sadece 1-2 sn

arasındaki kısmıdır. Sinyal akışı 101 saniye devam etmektedir ve sonra durmaktadır. Bu

akışın daha uzun süre devam etmesi for döngüsünün aralığı değiştirilerek sağlanabilir.Şekil

9’ da bilgisayar osiloskop bağlantısı Şekil 10’ da ise işaretin osiloskop görüntüsü

görülmektedir.

Şekil 8. Gerçek zamanlı sinüs işareti.

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

12

Şekil 9. Bilgisayar osiloskop bağlantısı. Şekil 10. Osiloskop görüntüsü.

Ses kartı çıkışından alınan sinüzoidal işaretin frekans ve genlik değerleri ölçülüp

program üzerinde ayarlanılan değerler ile birlikte Çizelge 2’ de verilmiştir.

Çizelge 2. Osiloskop değer ölçümleri

Bilgisayarın ses kartı normal işaret frekansını 83.3 kat yükseltiyor. Genliğin

işaretimizin genliği ile alakası yoktur osiloskopta görülen genlik tamamen ses kartının

değişken gerilimine bağlıdır. Yani ses seviyesi maksimum yaptığında genlik tepeden

tepeye V p-p = 0,8 V minimum yaptığında ise V p-p = 0 V olmaktadır.

Programdaki değer Ölçülen değer

Genlik 10 Hz 833 Hz

Frekans 20 Hz 1666 Hz

13

5. KABLOSUZ (WIRELESS) HABERLEŞME SİSTEMİ

Wireless haberleşme sistemi iki veya fazla nokta arasında fiziksel bağlantı olmadan

bilgi alışverişi yapmayı sağlar. Kablosuz iletişim sistemi günümüz teknolojisinde yaygın

olarak kullanılmaktadır. Bilgisayar, telefon, tıbbı veri aktarımı, uzaktan kumandalı modelli

uçaklar, güvenlik sistemleri yaygın radyo haberleşmesinde örnek verebileceğimiz

sistemlerdir. Haberleşmenin yapılacağı alan kısa olabilir; örneğin televizyon uzaktan

kumandası veya derin uzay radyo haberleşmesindeki (deep-space radio) mesafe binlerce

veya milyonlarca kilometre olabilir.

Elektromanyetik dalgalar elektrik ve manyetik alanlardan oluşurlar ve foton denilen

ayrık enerji paketlerine sahiptirler. Serbest uzayda fotonun hareketi boyunca elektrik ve

manyetik alanlar yer değiştirirler. Bir saniyedeki bu değişim veya titreşimlerin sayısı Hertz

olarak adlandırılır.

Çizelge 3 çeşitli ışınım türlerine göre, radyo frekans aralıklarını ve dalga boyu

aralıklarını görmekteyiz. Çizelge 4 tanımlı radyo frekans aralıklarını göstermektedir.

Çizelge 3. Işınım Türleri [5]

Işınım Türü

Gamma

X

Morötesi

Görünür

Kızılötesi yakını

Kızılötesi

Frekans Aralığı(Hz)

Dalga Boyu Aralığı

< 1pm

1 nm - 1pm

400nm - 1nm

750 nm - 400 nm

2.5 μm - 750 nm

Mikrodalga

Radyo

25 μm - 2.5 μm

1mm - 25μm

> 1 mm

Çizelge 4. Tanımlı Radyo Frekans Aralıkları [5]

3-30 KHz Very Low Frequences (VLF)

30-300 KHz Uzun Dalga Boyu(Long Wave, LW)

300-3000 KHz (3 MHz) Orta Dalga (Mediım Wave,MW)

3-30 Mhz Kısa Dalga ( Short Wave, SW)

30-300 MHz Yüksek Frekans(Very High Frequency,

VHF)

300-3000 MHz Ultra Yüksek Frekans(Super High

Frequency,SHF)

3 GHz-30 GHz Süper Yüksek Frekans (Super High

Frequency, SHF)

300-3000 GHz Mikrodalga Frekansları

Haberleşme sistemlerinin temellerinde çeşitli modülasyon teknikleri yer almaktadır. Bu

modülasyon teknikleri analog ve sayısal modülasyon olmak üzere ikiye ayrılır. Analog

modülasyon teknikleri olan FM, AM ve PM modülasyonlarına karşılık düşen 3 adet sayısal

modülasyon tekniği mevcuttur. Bunlar; Frekans Kaydırmalı Anahtarlama FSK, Genlik

Kaydırmalı Anahtarlama ASK ve Faz Kaydırmalı Anahtarlama PSK’dır. Bu yöntemlerde

taşıyıcı sinyalin frekansı, genliği veya fazı lojik 0 veya lojik 1’e karşılık düşecek şekilde

iki ayrı değer arasında anahtarlanır.

15

5.1. Kablosuz Haberleşme Sisteminde Çok Yollu Yayılım

Kablosuz haberleşme sisteminde verici antenden çıkan sinyal kanal üzerinde birçok

yoldan alıcı antene ulaşabilir. Bu literatürde çok yollu yayılım ( multipath propagation )

olarak bilinir. Antenlerin direkt olarak birbirlerini gördükleri birbirini yol ( LOS: Line of

Side ) haricinde binalardan, ağaçlardan veya başka yerlerden yansımalarla birlikte sinyalin

gecikmiş alımları gelebilir. Anten arasındaki her bir yola çoklu yol bileşeni denir ve her

yolun farklı bir zayıflatması ve zaman gecikmesi vardır. Bunların alıcı antene toplamı ise

alınan sinyali bozabilir bu olaya sönümleme yani işaret girişime uğramıştır intersymbol

interference etkisi mevcuttur. Böyle bir kanalı modellemek için zamanla değişen dürtü

cevabına sahip bir model ele alınır. İşaretin kanaldan çok yollu yayılımı Rayleigh

dağılımıyla modellenir.

Çok yollu yayılımın matemetiksel modeli doğrusal sistemler için birim vuruş tepkeleri

metoduyla ifade edilebilir. İletilen sinyal darbe şeklinde formül (5.1)’ de gösterildiği

gibidir.

x(t)=δ(t) (5.1)

Alıcıda, bir çok elektromanyetik yol sebebiyle birden fazla darbe alınacaktır (kanalı

sonsuz bantgenişliğine sahip kabul ettik böylece darbenin şekli değişmemiş oldu) ve her

darbe farklı zamanlarda alıcıya ulaşacaktır.Elektromanyetik dalgalar ışık hızıyla yayılırlar

ve her yolun geometrik uzunluğu birbirinden farklıdır(serbest uzayda ışık 3 km’lik yolu

1μs’de alır). N alınan darbe sayısıdır.T(n) n. darbenin gecikme süresidir ve p(n)

alınan sinyalin komplex olarak genlik ve faz şeklinde ifade edilmiş halidir. Sonuç olarak

y(t) çokyollu yayılımı h(t) nin birim vuruş tepkesi olarak ifade edilişi formül (5.2)’ de

olduğu gibidir.

–

(5.2)

5.2. Kanal Denkleştirme

Günümüzde veri iletişiminde kullanılan kablosuz iletişim kanalı geniş bantlı sistemlerde

sorun oluşturmaktadır.Çok yollu,zamanda yayılmış,bant sınırlı kanallar simgeler arası

girişime neden olur ve bunun sonucundada alıcıda istenmeyen bit hataları oluşur.

16

L i=0

Vk

ηk

ISI(intersymbol-interference) gezgin radyo kanalları üzerinden yapılan yüksek hızlı veri

haberleşmesinin önündeki en büyük engeldir. Bu bozucu kanal etkisini alıcı tarafta

gidermek için yapılan işlem kanal denkleştirmedir(Channel equalization).

Kanalın gecikmeli yayılmasına bağlı olarak birden fazla simgenin aynı anda kanalda

bulunmasından dolayı simgeler arası girişim olarak adlandırılan bozucu etkiler kanalda

mevcuttur. Alıcıda, kanaldan alınan her bir örnekte birden fazla simge yer aldığından,

vericiden hangi simgenin gönderilmiş olduğuna karar verirken hatalar meydana gelmekte

ve sistem başarımı düşmektedir. Xk vericiden gönderilen simge, Vk alıcıdan örneklenen

işaret hi kanal katsayıları olmak üzere alıcı girişindeki işaret formül (5.3) ve formül (5.4)

de verildiği gibidir[6].

Vk=ho . xk + h1. xk-1+h2.xk-2+.....+hLxk-L (5.3)

Vk=Σhi.xk-i+ηk (5.4)

Kanal denkleştirme işlemi yapılırken alınan işaret kanalın tersinden tekrar geçirilir. Bu

işlemi yaparken kanal hakkında bilgi sahibi olmamız gerekmektedir. Kanal hakkında bilgi

sahibi olduktan sonra denkleştirme işlemi için kanal katsayılarının tersinin alınması daha

kolay hale gelir. Eğer iletişim kanalı zamanla değişiyorsa uyarlanır kanal denkleştiricisi

kullanmak gerekir çünkü kanal denkleştiricilerin kanalda meydana gelen değişimleri takim

etmesi gerekmektedir[6]. Kanalın gecikme hattı süzgeç modeli Şekil 11’ de verildiği gibi

ifade edilebilir. Her bir kutucuk Ts süreli gecikmeyi göstermektedir.

xk x xk-1 xk-2 ................

h0 h1 hL-1

Şekil 11. Kanalın gecikme hattı süzgeç modeli.

+

Ts Ts Ts

17

6. SERİ PORT HABERLEŞMESİ

Seri haberleşme bilgisayarlarda kullanılan ve bilgi transferi sağlayan fiziksel bir

arayüzdür. Seri iletişimin en basit tanımını yapacak olursak sayısal bilgilerin 1 ve 0′ ların

tek bir hat üzerinden peş peşe iletilmesidir. Seri port haberleşmesinde her defasında bir bit

iletilir. Günümüzde kullandığımız bilgisayarların birçoğu diğer aygıtlar ile bu arayüz

üzerinden haberleşmektedir. USB üzerinden programlanan işlemciler, bilgisayara takılı

olan fare, çeşitli donanımsal aygıtlar, klavyeler bu arayüz üzerinden haberleşme

sağlamaktadır. Seri haberleşme günümüzde yerini daha çok USB üzerinden haberleşmeye

bırakmaktadır. Seri haberleşmede datayı gönderecek bir verici ile tek bir hat üzerinden

datayı bit bit alıcı tarafa göndermek mümkündür. Bu metot kullanıldığında datalar düşük

hızlarda ancak uzun mesafelere gönderilebilmektedir. Seri haberleşmenin yaygın olmasının

bir diğer nedenide bir bilgisayar üzerinde birden fazla seri port bulunmasındandır.

Fazladan bir donanım ihtiyacı duymadan cihazınızı bilgisayara takabilir veya iki

bilgisayarı birbirine bağlayabilirsiniz. Birçok mikrodenetleyicide seri port haberleşmesini

kullanmakta ve UART üzerinden haberleşmektedir.

Seri haberleşme yaparken beş parametre mutlaka dikkate alınmalıdır:

Hız

Data Bitleri

Eşlik

Durma Bitleri

Akış Kontrolü

6.1. Seri Port Haberleşmesinde Hız

Seri port haberleşmesinde portlar arasındaki haberleşmede iki seviyeli sinyalleşme

kullanılır. Seri haberleşmede haberleşme hızı ‘baud’ olarak ifade edilir. Asenkron

haberleşmenin başlayabilmesi için kullanılan saniyedeki bit hızları 300, 1200, 2400, 9600,

19600 olabilir[7]. Seri haberleşme yapılırken veriler genellikle geçici olarak bir tampon

belleğe yazılır. Bu tampon bellek sınırlı boyuta sahiptir. Verilerin bu sebeple kısa bir süre

içerisinde okunması gerekir. Bu sorunu aşmak için haberleşme hızı düşürülebilir.

Haberleşme hızını düşürmek amaca uygun düşmüyorsa veri okuması daha sık yapılabilir.

18

6.2. Seri Port Haberleşmesinde Data Bitleri

Günümüzde seri haberleşmenin yapıldığı cihazlarda daha çok 8 data biti kullanılır.

Ancak 5, 6, 7, 9 gibi alternatifleride mevcuttur. 8 data biti kullanılması herbir verinin 1

byte olduğu anlamına gelmektedir. “Small Endian” olarak adlandırılan tasarımda en

anlamsız bit(LSB) en önce gönderilir. ”Big Endian” ise en anlamlı bitin en önce

gönderilmesi anlamına gelmektedir[7].

6.3. Seri Port Haberleşmesinde Eşlik

Eşlik biti iletilen verilerin kontrolünü yapar ve hata olup olmadığını belirler. Eşlik

bitleri yaygın olarak “Parity Bits” olarak bilinir. Bir noktadan diğer noktaya veri

iletiminde her veri karakteri ile birlikte ek olarak 1 bit gönderilir. Karşılaştırma yöntemi

kullanılarak hatanın olup olmadığı anlaşılır[7].

19

7. DENEYSEL ÇALIŞMALAR

7.1. eZ430-RF2500 Kiti Programlama

eZ430-RF2500 kiti Texas Instrument firmasının radyo frekansında haberleşme

uygulamaları geliştirmek için ürettiği bir kittir. eZ430-RF2500 kiti USB üzerinden

bilgisayara bağlanabilmektedir. Üzerinde kablosuz haberleşmeyi sağlayacak tranceiver

modül mevcuttur. Bu tranceiver modülden iki adet kullanılmaktadır. Bu tranceiver modül

CC2500 serisidir ve 2.4 GHz’ de haberleşme sağlamaktadır. Ayrıca üzerinde MSP430’un

F serisinden MSP430F2274 mevcuttur. İşlemcinin frekans bandı ISM bandıdır. İşlemci

üzerinde iki adet led bulunmaktadır ve bir tanede buton vardır.CC2500 düşük güç

harcamaktadır. Kitin maliyeti Çizelge 3’ de verilmektedir.

Çizelge 5. Kullanacak malzemenin maliyeti

Kullanılacak malzeme

Texas Instrument

eZ430-RF2500 kitleri

Fiyat:100 $

İşlemci USB üzerinden bilgisayara bağlandıktan sonra Code Composer Studio veya

IAR Embedded Workbeanch üzerinden programlanabilmektedir. Tezdeki tüm

uygulamalarda işlemci IAR Embedded Workbeanch ile programlanmıştır. Şekil 12 IAR

Embedded Workbeanch ile programlama ekranını göstermektedir.

Şekil 12. eZ430-RF2500 kitini IAR Embedded Workbeanch ile programlama.

Kablosuz haberleşme uygulamasını gerşekleştirmek bir vericiye birde alıcıya ihtiyaç

vardır. Aynı işlemciden iki tane kullanılnılmıştır ancak işlemciler üzerinde tranceiver

modül yer aldığından bir modülü verici bir modülü alıcı olarak seçmek kolaylık

sağlamaktadır. ”Tranciever” modülü işlemciden takılıp çıkarılabilmektedir. Ana

bilgisayara takılı olan yani verilerin üzerinden gönderileceği işlemci verici işlemci

seçilmiştir.Verici işlemci programlandıktan sonra verici kısmı çıkartılır alıcı işlemcinin

verici kısmı yerine takılır. Sonra tekrar programlama işemi yapılır. Bu işlemler yapıldıktan

sonra verici ve alıcı modülleri tekrar aynı yerlerine takılır. Şekil 13 eZ430-RF2500 kitini,

Şekil 14 kitin verici alıcı parçasını göstermektedir.

Şekil 13. eZ430-RF2500 kiti. Şelil 14. Verici-Alıcı modülü.

Kitler kullanılarak kablosuz haberleşme yapıldığında veriler oldukça doğru

gönderilmektedir. Kit programlanırken kablosuz chat programı geliştirilerek veri

gönderimi sağlanmış ve hale getirilmiş ve defalarca veri program gönderilip alabilir

duruma getirilmiştir.

İşlemciler verileri paket paket gönderip paket paket alma sağlayabilmektedirler. Alış

süresi içerisinde bir paket birkaç kez gönderilebilmektedir. Verilerin grafiksel modelleri

Matlab üzerinde oluşturulup verici işlemcinin göndereceği paket içine yazılmıştır. Vericiye

gönder komutu verebilmek Hyper Terminal adında bir program kullanılmıştır. Bu terminal

programı açılıp enter tuşuna basıldığında veri paketi gönderilmektedir. Her entera basışta 1

paket gitmektedir. Aynı paketi defalarca karşı tarafa gönderebiliriz. Alıcı tarafta

istediğimizde bu verileri yine terminal programı kullanarak görmemiz mümkündür. Ancak

verilerin işlenebilmesi için matlab terminal programı gibi kullanılmış ve veriler yazılım

ortamına böyle aktarılmıştır.

21

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1gürültülü ECG sinyali

7.2. Matlab ile Sinyal Modellemeleri

Matlab projete grafiksel verilerin yazılım ortamında gerçekleştirilmesi için

kullanılmıştır. Matlab içinde bulundurduğu hazır fonksiyonlar sayesinde kullanımda

esneklik sağlamaktadır. ECG sinyali, sinüs sinyali, kare dalga gibi grafiiksel veriler matlab

ortamında oluşturulup örneklenmiştir. Bu örnek değerleri bir periyot için alınmış ve

işlemcideki paket programın içine yazılmıştır.

Yazılım ortamında öncelikle bir gürültülü ECG sinyali oluşturulmuştur. Yine yazılım

ortamında bu ECG işareti onuncu dereceden bir alçak geçiren süzgeçten geçirilmiştir. Daha

sonra örnek değerlerinin oluştuğu matrise bakılmıştır. Bir periyot için ECG işareti örnek

değerleri işlemcinin göndereceği paket için kaydedilmiştir. Şekil 15’ de gürültülü ECG

işareti, Şekil 16’ da filitreden geçirilmiş ECG işareti bulunmaktadır.

0 100 200 300 400 500 600 700 800-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1Butterworth Süzgeçli ECG

Şekil 15. Gürültülü ECG sinyali.

Şekil 16. Filitrelenmiş ECG sinyali.

22

İkinci olarak yazılım ortamında bir periyotluk sinüs sinyali üretilmiştir. (1x64)’ lük bir

matris oluşturulmuştur. Yani 64 örnek sinüs değeri vardır. Sinüs sinyali değerleri program

içine matrisel olarak yazılmıştır ve çizdirilmiştir. Şekil 17 sürekli sinüs sinyalini

göstermektedir. Şekil 18 ise örneklenmiş sinüsün 64 ayrık değerini göstermektedir.

Matlab ortamında farklı grafiksel formlar oluşturulabilir. Sinüs tercih edilmesinin

nedeni çok yaygın bir sinyal türü olmasındadır. İsteğe bağlı olarak sinüs sinyali birkaç

periyot için tekrar ettirilebilir. Şekillerin örnek değerleri mümkün olduğunca az tutulmaya

çalışılmıştır çünkü işlemcinin gönderebileceği paket boyutu sınırlıdır. Sınır aşılırsa

gönderme işlemi gerçekleşmemektedir.

0 10 20 30 40 50 60 700

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 10 20 30 40 50 60 7060

80

100

120

140

160

180

200

Şekil 17. Sürekli sinüs sinyali

Şekil 18. Sürekli sinüs sinyali

23

0 50 100 150 200 250 300 350-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Deneysel uygulamalarda üçüncü olarak seçtiğimiz işaret sıfır ve birlerde oluşan bir data

dizisidir. Data dizisindeki sıfır ve birlerin sırası rastlantısal olarak alınabilir. Herhangi bir

anlam ifade etmemektedir. Şekil 19 data dizisini göstermektedir.

7.3. Matlab ile Seri Porttan Veri Okunması

Matlabın seri porta erişme özelliği kullanılarak vericiden gönderilen işaretlerin alıcı

taraftan alındıktan sonra gösterilmesini sağlamaktadır. Program yazılırken alış hızı bit

sayısı ayallanmalıdır. Gönderdiğimiz işaret hızıyla matlabın verileri alış hızı aynı

seçilmiştir. Farklı programlar kullanıldığı için uyum problemi aşılmaya çalışılmıştır.

“BaudRate”, 9600, “DataBits” 8 seçilmiştir. Ayrıca programın içinde matlaba hangi porta

erişeceğini tanıtmak gerekir. Alıcı işlemcinin hangi porta takılı olduğunu bulmak için

bilgisayarda izlenecek yöntem:

1. Başlat

2. Denetim Masası

3. Aygıt Yöneticisi

4. Bağlantı noktaları

5. MSP430 Application UART(COM8)

Aşamalar gerçekleştirildikten sonra işlemcinin com portu artık tanınıyor demektir.

Programda uygun yere com portu numarasıyla birlikte yazılır. Şekil 20 portu bulma

aşamasını göstermektedir.

Şekil 19. Data dizisi.

24

Şekil 20. Portu bulma aşamaları.

Burada matlab programı aslında bir terminal programı olarak kullanılmıştır. Ancak

terminal programından farklı olarak verilerin işlenmesine bir şekilden başka bir şekle

dönüştürülmesini de sağlamaktadır. Program koşturulduktan sonra matlab verileri bir süre

okur vu süre içerisinde okunan verileri görmemize imkan yoktur ancak süre sonun da

okunmuş verileri görebiliriz. Buda işlemimizin tam olarak real time olmasını

engellemektedir. İyi durum ise bu okuma süresi içerisinde verici taraftan alıcı tarafa birkaç

kez veri paketi gönderilebilmektedir. Yazılan programda üç kez aynı paket gönderilmiştir.

Verilerin alınmasında yaşanılan bir diğer problem ise matlabın aldığı verileri karakter

olarak tanıması ve bu karakterlere karşılık gelen sayı değerlerini atamasıydı. Bu problem

alınan değerlerin önce “string” olarak taranması daha sonrada “floating point” olarak

tanıtılması ile çözülmüştür. Bu sorunla karşılaşılmasındaki en önemli neden işlemci

programlanırken kendi protokollerinden dolayı veri göndermesini karakter olarak

yapmasından kaynaklanmaktadır. Bu sorun alıcı kısmındaki programda uyarlama yapılarak

aşılmıştır.

Kitlerde bu özellik denenmeden önce yine MSP430’un başka bir kitinde bu özellikler

denenmeye çalışılmıştır. Öncelikle MSP430’a bir potansiyometre bağlanılmış ve matlab ile

potansiyometreyi değiştirdikçe değerlerin nasıl değiştiği gözlemlenmiştir. Programlar

25

koşturulurken önce matlabda yazılan program koşturulur daha sonra işlemci için yazılan

program koşturulur. İşlemci için yazdırılan programın 1 kere koşturulması yeterlidir ancak

matlab ile yazılan program her pot değişikliği gösterilmek istendiğinde yeniden koşturulur.

Yazılan matlab programı koşturulduktan sonra eğer potta değişiklik yapılmazsa çizimde

sabit bir değer görülür. Ancak matlabın verileri alış süresi içerisinde potansiyometreyi

değiştirdiğimizde bu değişimleride grafiksel olarak görebilmekteyiz. Şekil 21, Şekil 22,

Şekil 23 değişik potansiyometre değerlerine göre elde edilen sonuçları göstermektedir.

Şekil 21.Potansiyometre sabit. Şekil 22. Artan potansiyometre değeri .

Şekil 23. Önce artan sonra azalan potansiyometre değeri.

26

7.4. Terminal Programı ile Kontrol Sağlama

Terminal programı olarak Hyper Terminal seçilmiştir.Bu terminal programı USB

portuna erişebilmektedir. Hem veri gönderilmesinde hemde alınan verilerin görülmesine

olanak sağlar. Terminal programı proje kapsamında sadece veriyi gönderecek komutun

girilmesini sağlar. İşlemciler programlandıktan sonra terminal programı açılır gerekli com

port ayarları ve hızı ayarlanır. Daha sonra beyaz bir ekran gelir. Ekran üzerine fağrenin

sağıyla tıklanır ve imlecin ekrana gelmesi sağlanır. İmleç ekrandayken her entera basışta

veriler alıcı tarafa gönderilmiş olur. Verilerin gönderilip gönderilmediğini ve alınıp

alınmadığını gözlemleyebilmek için işlemciler üzerinde ledlere bakmak gerekir. Kırmızı ve

yeşil ledler gönderim ve alım yaptıkları zaman yanıp sönerler. Şekil 24 terminalin nasıl

ayarlandığını Şekil 25 ise ayarlandıktan sonraki ekranı göstermektedir.

Şekil 24.Terminal ayar programı.

Şekil 25. Terminal komut ekran.

27

ii

8. SONUÇLAR

Proje kapsamında verici taraftaki bilgisayarda modellenmiş olan ECG işareti gibi

çeşitli grafiksel veriler, sinüs işareti ve kare dalga işareti gibi veriler verici olarak

kullanılan mikroişlemci ile alıcı olarak kullanılan mikroişlemciye kablosuz olarak

haberleşme kanalından gönderilmektedir. Alıcı tarafta alınan işaret matlab sayesinde

bilgisayarın USB portuna erişilip işlenerek bilgisayar ortama aktarılır ve gönderilmiş olan

sayısal veriler tekrar grafiğe dönüştürülür. Gönderme işlemi verici alıcı birbirini gördüğü

sürece uzak mesafelerde başarım sağlamaktadır ancak verici alıcı arasına duvar gibi

engeller girdiğinde ise yakın mesafelerde gönderme işlemi başarı sağlamaktadır. İşlemciler

birbirini gördüğünde geniş bir ortamda veriler gönderilebilmektedir.

Veri paketinin boyu sınırlı olduğundan ECG işareti bir periyotluk seçilmiştir ve çok sık

örnek almamaya özen gösterilmiştir.Kablosuz olarak iletilen bir periyotluk ECG verisi

Şekil 26 gönderilen işareti göstermektedir. Alış süresi içerisinde aynı işaret birkaç kez

gönderilebilmektedir. Şekil 27 ise alınan işaretin gönderilen işaret ile aynı olduğunu

göstermektedir. Bu da verilerin düzgün gönderildiğinin bir kanıtıdır.

Şekil 26. Gönderilen ECG işareti.

Şekil 27. Alınan ECG işareti.

0 10 20 30 40 50 60-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50 60-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Aynı şekilde sinüs dalga grafiği gönderilmiş ve eksiksiz olarak alınmıştır. Yalnızca

veriler yüklenirken bir süre gecikme yaşanmaktadır. Şekil 28 gönderilen sinüs işaretini

Şekil 29 ise alınıp matrise atanan örneklerin tekrar sinüs işaretine dönüştürülmüş halidir.

Şekil 28. Gönderilen sinüs işareti.

Şekil 29. Alınan sinüs işareti.

Bir diğer uygulama sonucu ise bir data dizisinin gönderilip alınmasıdır. Data dizisi

yalnızca bir ve sıfırlardan oluştuğu için daha çok örnek değeri gönderilebilmiştir. Şekil 30

gönderilen data dizisini Şekil 31 alınıp dönüştürülen data dizisini göstermektedir.

Şekil 30. Gönderilen data işareti

0 10 20 30 40 50 60 7060

80

100

120

140

160

180

200

0 10 20 30 40 50 60 7060

80

100

120

140

160

180

200

0 50 100 150 200 250 300 350-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

29

Şekil 31. Alınan data işareti.

0 50 100 150 200 250 300 350-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

30

9. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME

Veriler düşük güç kullanarak yüksek frekansta verici taraftan alıcı tarafa bozulma

olmadan iletilebilmiştir. Yalnızca verilerin yüklenip gösterilmesinde bir süre gecikme

mevcuttur. Bu yöntem bir ortamdan başka bir otama kablosuz olarak grafiksel verilerin

transferini sağladığından hastahanelerde biyomedical işaretlerin kaydedilip iletilmesini

sağlayabilr. Örneğin bir hastanın tansiyon değerleri veya ECG işaretinin doğrudan kendisi

iletilebilmektedir.

İşlemcilerin haberleşme aşamsında ise verici alıcı birbirini gördüğü sürece uzak

mesafelerde başarım sağlamaktadır ancak verici alıcı arasına duvar gibi engeller girdiğinde

ise yakın mesafelerde gönderme işlemi başarı sağlamaktadır. İşlemciler birbirini

gördüğünde geniş bir ortamda veriler gönderilebilmektedir. Daha da beliştirilerek veri

kapasitesi arttırılabilir veya yüksek yüçlere çıkılarak işaretlerin daha uzun mesafelere

gönderilmesi sağlanabilir.

İşlemcilerin haberleşirken kullandığı bant düşük güçlü radyo frekanslarında kişisel

uygulamalar için ayrılan bir bant olduğundan insan sağlığı üzerinde literatürde olumsuz bir

etkisine rastlanmamıştır.

KAYNAKLAR

[1]. J. G. Proakis and M. Salehi, Fundamentals of Communication Systems, 1nd ed. ,H.

Altun, E. Öztürk, Y. E. Yenice, Ed. İstanbul, Türkiye: Nobel Yayın Dağıtım, 2010 .

[2]. J. G. Proakis and D. G. Monolakis, Sayısal Sinyal İşleme İlkeler Agoritmalar ve

Uygulamalar, 4nd ed. ,Dr. Ö. Salor, Prof. Dr. A. Karamancıoğlu, Doç. Dr. N.

Karaboğa, Yrd. Doç. Dr. H. Altun, Yrd. Doç. Dr. R. Yıldırım, Ed. İstanbul, Türkiye:

Nobel Yayın Dağıtım, 2010 .

[3]. ( 2001-2012 ) TechnologyUK Telecominications Principles. [Online].

Available:

http://www.technologyuk.net/telecommunications/telecom_principles/noise.shtml

[4]. Haberleşme Teorisi. [Online]. Available:

http://akizilkaya.pamukkale.edu.tr/Bölüm1_haberlesme.pdf

[5]. Kablosuz LAN Teknolojileri. [Online]. Available:

http://www.yasinkaplan.com/tr/docs/WLAN.pdf

[6]. OFDM Sistemlerde Kanal Denkleştiriciler ve Başarım Analizi. [Online]. Available:

http://www.ursi.org.tr/2002-1.Ulusal%20Kongre/ursicd1/E06.pdf

[7]. Serial Port Communication.[online]. Available: http://tr.wikipedia.org/wiki/Seri_port

EKLER

EK-1. ECG Sinyali Üretme

%# Gürültülü ECG sinyali üretilmesi ve örneklenmesi

Fs=100; %Örnekleme frekansı

xa = repmat(ecg(Fs), 1, 8); %Hazır ECG sinyalinin yüklenmesi

xa = xa + randn(1,length(xa)).*0.18;

%Gürültülü ECG sinyalinin çizilmesi

figure

plot(xa), set(gca, 'YLim', [-1 1], 'xtick',[])

title('gürültülü ECG sinyali')

%Alçakgeçiren Butterworth süzgeci

fnormalize = 25 / (Fs/2); %kesim frekansının normalize edilmesi

[b,a] = butter(10, fnormalize, 'low'); %10. dereceden filitre seçilmiştir

y = filtfilt(b, a, xa);

plot(y), set(gca, 'YLim', [-1 1])

title('Butterworth Süzgeçli ECG')

33

EK-2. Matrisel Sinüs Sinyali

>> z=[134 140 147 152 158 164 169 173 177 181 184 187 189 191 192 192 192 191 189 187 184

181 177 173 169 164 158 152 147 140 134 128 122 116 109 104 98 92 87 83 79 75 72 69 67 65 64

64 64 65 67 69 72 75 79 83 87 92 98 104 109 116 122 128]

z =

Columns 1 through 18

134 140 147 152 158 164 169 173 177 181 184 187 189 191 192 192 192 191

Columns 19 through 36

189 187 184 181 177 173 169 164 158 152 147 140 134 128 122 116 109 104

Columns 37 through 54

98 92 87 83 79 75 72 69 67 65 64 64 64 65 67 69 72 75

Columns 55 through 64

79 83 87 92 98 104 109 116 122 128

>> plot(z(1,1:64),'DisplayName','z(1,1:64)','YDataSource','z(1,1:64)');figure(gcf)

>> plot(z(1,1:64),'DisplayName','z(1,1:64)','YDataSource','z(1,1:64)');figure(gcf)

>> stem(z)

>> plot(z(1,1:64),'DisplayName','z(1,1:64)','YDataSource','z(1,1:64)');figure(gcf)

34

EK-3. Kare Dalga Fonksiyonu

f=1;

c=0:.01:3;

x=1*SQUARE(2*pi*f*c); %matlabin hazir kare dalga fonksiyonu kullanıldı

plot(x);

35

EK-4. Seri Porta Erişme

clear all;

close all;

s = serial('COM9'); %Matlaba hangi porta erişeceğinin tanıtılması

set(s,'BaudRate',9600,'DataBits',8,'Parity','none','InputBufferSize', 1024); %Hız ve bit

ayarları

fopen(s);

s.ByteOrder = 'bigEndian';%En anlamlı bit önce alınır

data = fread(s); %alınan veriler okunur

values(1,:) = data; %sütün halindeki veriler satır haline dönüştürülür.

fclose(s) %sürekli okuma yapmasın diye açılan s dosyası kapanır

delete(s)

clear s

sdata= char(data)';

display(sdata);

ddata=sscanf(sdata,'%f'); %gerçek değerlerin okunması için alınan charlar floating pointe

dönüştürülür

ddata1=ddata(:)';

36

ÖZGEÇMİŞ

Nezahat ÖZTÜRK, 17 Ekim 1990 tarihinde Trabzonda doğdum. İlkokulu ve ortaokulu

Akçaabat Merkez İlköğretim okulunda bitirdim. Liseyi Akçaabat Lisesi’nde okudum. 2007

yılında üniversite sınavına girdim ve Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik Elektronik

Mühendisliği Bölümüne 2. olarak yerleştim. 2007-2008 yılları arasında Karadeniz Teknik

Üniversitesi’nde Yabancı Dil (İngilizce) Hazırlık okudum. Halen Karadeniz Teknik

Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümünde 4. sınıf öğrencisi olarak

öğrenimimi sürdürmekteyim.

Maksat YAZIYEW, 14 Ocak 1988 tarihinde Türkmenistan Devleti’nin Marı ilinde

doğdum. 1995-2004 yıllarda ilkokul ve ortaokul öğrenimimi tamamladım. 2006 yılında

girmiş olduğum TCS (Türk Cumhuriyetleri ile Türk ve Akraba Toplulukları Sınavı)

neticesinde Karadeniz Teknik Üniversitesi’nin Elektrik-Elektronik Mühendisliği

Bölümünü kazandım. 2006-2007 yılları arasında İzmir’de TÖMER okudum. 2007-2008

yılları arasında Karadeniz Teknik Üniversitesi’nde Yabancı Dil (İngilizce) Hazırlık

okudum. Halen Üniversitemizin Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümünün Elektronik

ve Haberleşme dalında 4. sınıf öğrencisi olarak öğrenimime devam etmekteyim.

Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU

Tasarım Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları cevaplayınız.

1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. Projemiz kablosuz haberleşme tekniği kullanarak modellenen verilerin iletilmesi ve

alındıktan sonra tekrar işlenmesini içermektedir.

2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü?

Var olan formülleri projemiz için kullandık.

3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?

Digital Communication, Sinyaller ve Sistemler, İletişim Tekniği lisans derslerimizden teorik olarak

yararlandık.

4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?

Kablosuz haberleşme için IEEE 802.11 standardı kullanılmıştır.

5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?

a) Ekonomi

Çok yüksek maliyet gerektirmemektedir.

b) Çevre sorunları:

Çevre üzerinde herhangi bir etkisi bulunmamaktadır.

c) Sürdürülebilirlik:

Geliştirilebilir.

d) Üretilebilirlik:

Düşük güçlü uygulamalar için veri iletiminde kullanılabilir.

e) Etik:

Etik kurallarına uyulmuş, başkasının çalışmasından birebir kopya edilmemiştir.

f) Sağlık:

Sağlık açısından herhangi bir olumsuz etkisi yoktur.

g) Güvenlik:

Güvenlik açısından bir sıkıntı oluşturmamaktadır.

h) Sosyal ve politik sorunlar:

Sosyal ve politik sorunlar oluşturmamaktadır.

Not: Gerek görülmesi halinde bu sayfa istenilen maddeler için genişletilebilir.

Projenin Adı KABLOSUZ İLETİŞİMDE GERÇEK ZAMANLI SİNYAL

İŞLEME

Projedeki Öğrencilerin adları NEZAHAT ÖZTÜRK

MAKSAT YAZIYEW

Tarih ve İmzalar