Maker Projelerinde En Çok Kullanılan Sensörler ve Modüller: Ne Ölçer, Hangi Kartla Kullanılır

Maker projelerinde en çok kullanılan sensörler ve modüller, bir kartın dış dünyayı algılamasını ve ona müdahale etmesini sağlayan parçalardır. Sıcaklık ölçen bir DHT22, mesafe ölçen bir HC-SR04 ya da hareketi yakalayan bir PIR sensörü olmadan Arduino, ESP32 veya Raspberry Pi yalnızca kod çalıştıran bir devre olarak kalır. Aşağıda atölyede en sık kullandığımız sensörleri ve sürücü modüllerini tek tek ele alıyoruz: her birinin ne ölçtüğünü, nasıl bağlandığını ve hangi kartla daha rahat çalıştığını. Sensör seçerken yaşanan hataların çoğu gerilim seviyesi ve haberleşme protokolüyle ilgili olduğu için bu iki konuya özellikle değineceğiz.

Başlamadan önce: gerilim seviyesi ve bağlantı türü

Sensörler karta üç temel yolla bağlanır:

• Dijital çıkış: Sensör yalnızca var ya da yok bilgisi verir. PIR hareket sensörü buna örnektir.
• Analog çıkış: Sensör ölçtüğü değere göre değişen bir gerilim verir. LDR ve MQ gaz sensörleri böyle çalışır. Okumak için kartta analog giriş gerekir.
• Dijital haberleşme: Sensör değeri sayı olarak gönderir. I2C, SPI, UART ya da tek hatlı özel protokoller kullanılır. BME280, MPU6050 ve VL53L0X bu gruptadır.

Gerilim konusunda kural basit: Arduino Uno, Nano ve Mega 5 V ile, ESP32, ESP8266 ve Raspberry Pi ise 3,3 V ile çalışır. 3,3 V kartlara 5 V sinyal gönderen bir sensör bağlamak pine zarar verebilir. Böyle durumlarda gerilim bölücü ya da seviye dönüştürücü kullanılır. Bir diğer nokta: Raspberry Pi'de analog giriş yoktur. Analog sensörleri okumak için ADS1115 ya da MCP3008 gibi bir çevirici eklemeniz gerekir.

Sıcaklık ve nem sensörleri

DHT22

DHT22 (AM2302 olarak da bilinir) sıcaklık ve bağıl nemi ölçen, kullanımı çok kolay bir sensördür. Tek bir veri hattı üzerinden kendine özgü bir protokolle haberleşir. Geniş bir sıcaklık aralığında makul doğruluk sunar. Yavaş bir sensördür; iki ölçüm arasında yaklaşık iki saniye beklemek gerekir. Daha ekonomik kardeşi DHT11'in hem ölçüm aralığı dar hem doğruluğu düşüktür, bu yüzden DHT22'yi tercih ediyoruz.

Hangi kartla: Arduino, ESP32, ESP8266 ve Raspberry Pi ile çalışır. Hazır kütüphaneleri boldur. Oda, sera ve depo takibi için ilk seçimdir.

BME280

BME280 sıcaklık, nem ve hava basıncını aynı anda ölçen küçük bir sensördür. I2C ya da SPI ile haberleşir, DHT22'ye göre daha hızlı ve daha az yer kaplar. Basınç ölçümü sayesinde hava durumu eğilimi takibi ve yaklaşık yükseklik hesabı yapılabilir. Benzer görünen BMP280 nem ölçmez; modül alırken etiketini kontrol edin. Çip 3,3 V ile çalışır, birçok modülde regülatör bulunur ama satın aldığınız modülün besleme aralığına bakın.

Hangi kartla: I2C sayesinde ESP32 ve Raspberry Pi ile çok rahat kullanılır, Arduino ile de sorunsuz çalışır. Hava istasyonu projelerinin standart parçasıdır.

Mesafe sensörleri

HC-SR04 ultrasonik sensör

HC-SR04 ses ötesi bir dalga gönderir ve yankının geri dönme süresinden mesafeyi hesaplar. Birkaç santimetreden birkaç metreye kadar ölçüm yapabilir. Tetik (trig) ve yankı (echo) olmak üzere iki sinyal pini vardır. Klasik modeli 5 V ile çalışır ve echo pininden 5 V sinyal verir. Yumuşak ve eğimli yüzeyler sesi farklı yönlere yansıttığı için ölçüm şaşabilir.

Hangi kartla: Arduino ile doğrudan kullanılır. ESP32 ve Raspberry Pi'ye bağlarken echo hattına gerilim bölücü koyun. Park sensörü, engelden kaçan robot ve su deposu seviye ölçümü için yaygındır.

VL53L0X lazer mesafe sensörü

VL53L0X, kızılötesi lazer ışığın gidip gelme süresini ölçen (ToF) küçük bir sensördür. I2C ile haberleşir, HC-SR04'e göre çok daha dar bir açıyla ve daha hızlı ölçüm yapar. Menzili birkaç on santimetreden yaklaşık iki metreye kadardır; parlak güneş ışığında ve çok koyu yüzeylerde performansı düşebilir. Daha uzun menzilli kardeşleri de bulunur.

Hangi kartla: Arduino, ESP32 ve Raspberry Pi ile kullanılır. Küçük robotlarda, hareket algılamalı aydınlatmada ve hassas yakınlık algılamada tercih edilir.

Hareket sensörü: PIR

HC-SR501 gibi PIR modülleri, insan ve hayvan vücudunun yaydığı kızılötesi ışınımdaki değişimi algılar. Hareket algılandığında çıkış pinini belirli bir süre aktif tutar. Modül üzerindeki iki küçük ayar trimpotu ile hassasiyeti ve bekleme süresini değiştirebilirsiniz. Elektrik verildikten sonra kendini ortama alıştırmak için kısa bir ısınma süresi ister; ilk dakikadaki tetiklemeler yanıltıcı olabilir. PIR sensörü hareket eden ısı kaynağını algılar, duran bir kişiyi uzun süre fark etmeyebilir.

Hangi kartla: Çıkışı 3,3 V seviyesinde olduğu için Arduino, ESP32 ve Raspberry Pi ile doğrudan kullanılır. Otomatik merdiven aydınlatması, alarm sistemi ve kamera tetikleme projelerinde çok kullanılır.

İvme ve jiroskop: MPU6050

MPU6050, tek çipte üç eksenli ivmeölçer ve üç eksenli jiroskop barındırır. İvmeölçer yer çekimine göre eğimi, jiroskop ise dönme hızını ölçer. İki verinin birleştirilmesiyle bir cismin yatay düzleme göre açısı hesaplanır. I2C ile haberleşir. Jiroskop verisi zamanla kayma yaptığı için ölçümler filtrelerle birleştirilir; kütüphaneler bu işi büyük ölçüde hazır sunar.

Hangi kartla: Arduino, ESP32 ve Raspberry Pi ile kullanılır. Kendini dengeleyen robotlar, el hareketiyle kontrol edilen kumandalar, eğim alarmları ve basit adım sayarlar tipik projelerdir.

Işık sensörleri

En basit ışık sensörü LDR'dir (ışığa duyarlı direnç). Işık arttıkça direnci düşer. Sabit bir dirençle gerilim bölücü kurulur ve analog girişten okunur. Gece lambası ve perde kontrolü gibi "aydınlık mı karanlık mı" işleri için yeterlidir. Ölçümü gerçek lüks değeri olarak almak isterseniz BH1750 gibi I2C bağlantılı dijital ışık sensörleri daha doğru sonuç verir.

Hangi kartla: LDR, analog girişi olan Arduino ve ESP32 ile doğrudan; Raspberry Pi ile çevirici üzerinden kullanılır. BH1750 her üç platformda I2C ile çalışır.

Gaz sensörleri: MQ serisi

MQ serisi sensörler içlerindeki ısıtıcı ile çalışan yarı iletken gaz sensörleridir. Her model farklı gazlara daha duyarlıdır: MQ-2 yanıcı gazlar ve duman, MQ-7 karbonmonoksit, MQ-135 genel hava kalitesi için kullanılır. Analog çıkış verirler; çoğu modülde ayarlanabilir eşikli dijital çıkış da bulunur. Isıtıcı nedeniyle akım çekişleri yüksektir ve doğru ölçüm için ön ısınma süresi gerekir. Kalibrasyonsuz kullanıldığında yaklaşık eğilim verirler.

Önemli bir uyarı: MQ sensörleriyle yapılan maker projeleri eğitim ve deneme amaçlıdır. Ev ve iş yerlerinde gaz kaçağı ve karbonmonoksit güvenliği için mutlaka sertifikalı dedektörler kullanın.

Hangi kartla: 5 V beslemeli oldukları için Arduino ile kullanımı en kolaydır. ESP32 ile kullanırken analog çıkışı gerilim bölücüyle 3,3 V sınırına indirin. Raspberry Pi için çevirici gerekir.

Röle modülleri

Röle, küçük bir kontrol sinyaliyle ayrı bir devreyi açıp kapatan elektromekanik bir anahtardır. Kart pini röle bobinini doğrudan süremeyeceği için transistörlü ve çoğu zaman optokuplörlü hazır modüller kullanılır. Bir, iki, dört ya da sekiz kanallı modüller vardır. Bazı modüller sinyal düşükken, bazıları yüksekken tetiklenir; kodu buna göre yazın.

Şebeke gerilimi ile çalışan cihazları röleyle kontrol etmek ciddi elektrik çarpması ve yangın riski taşır. Bu tür bağlantıları bilgi ve deneyim yoksa bir elektrik ustasına yaptırın, devreyi mutlaka kapalı ve yalıtımlı bir kutuya yerleştirin.

Hangi kartla: Arduino ile doğrudan, ESP32 ve Raspberry Pi ile 3,3 V tetiklemeye uygun modül seçerek kullanılır. Akıllı priz, sulama vanası ve aydınlatma kontrolü için yaygındır. Wi-Fi ile kontrol edilen röle projelerine ESP32 ve ESP8266 rehberimizde değindik.

Servo motorlar ve step motor sürücüleri

Servo motorlar

Servo motorlar belirli bir açıya gidip orada kalan motorlardır. SG90 gibi küçük plastik dişlili servolar hafif işler, MG996R gibi metal dişliler daha yüksek tork için kullanılır. Kontrol sinyali PWM ile verilir. Servolar hareket anında yüksek akım çeker; kartın 5 V pininden beslemek yerine ayrı bir güç kaynağı kullanın ve toprak hatlarını birleştirin. Çok sayıda servo sürecekseniz PCA9685 gibi I2C bağlantılı servo sürücü kartları işinizi kolaylaştırır.

Step motor sürücüleri

Step motorlar adım adım ilerleyen ve hassas konumlama sağlayan motorlardır. 3D yazıcılarda ve CNC makinelerde kullanılır. Bir step motoru sürmek için mutlaka sürücü gerekir. Başlangıç setlerindeki 28BYJ-48 motor ULN2003 kartıyla sürülür. NEMA 17 gibi daha güçlü motorlar için A4988, DRV8825 ya da sessiz çalışmasıyla bilinen TMC serisi sürücüler kullanılır. Sürücülerdeki akım sınırı ayarını motorunuza göre yapmak, hem motorun hem sürücünün ısınmasını önler.

DC motor sürücüleri

Tekerlekli robotlardaki DC motorlar için L298N ya da daha verimli TB6612FNG gibi H köprüsü sürücüler kullanılır. Bu kartlar motorun yönünü ve hızını kontrol etmenizi sağlar.

Hangi kartla: Motor sürme işleri zamanlama gerektirdiği için Arduino, ESP32 ya da Raspberry Pi Pico gibi mikrodenetleyicilere uygundur. Raspberry Pi ile kullanılabilir ama hassas işlerde bir mikrodenetleyiciye görev bırakmak daha kararlı sonuç verir. Arduino ile motor sürme temellerini Arduino nedir yazımızda, Raspberry Pi'nin GPIO yapısını ise Raspberry Pi nedir yazımızda anlattık.

Sık sorulan sorular

Aynı I2C hattına birden fazla sensör bağlayabilir miyim?

Bağlayabilirsiniz. Her I2C cihazının bir adresi vardır ve adresleri farklı olduğu sürece hepsi aynı iki kabloyu paylaşır. Aynı adresli iki sensör kullanacaksanız modül üzerindeki adres seçme pinini ya da bir I2C çoklayıcıyı kullanabilirsiniz.

Sensörüm sürekli saçma değerler veriyor, ne yapmalıyım?

Önce besleme gerilimini ve toprak bağlantısını kontrol edin. Ardından doğru pinin ve doğru kütüphanenin seçildiğinden emin olun. Uzun kablolar, gevşek breadboard bağlantıları ve yetersiz güç kaynağı en sık karşılaştığımız nedenlerdir.

Başlangıç için hangi sensörleri almalıyım?

DHT22 veya BME280, HC-SR04, bir PIR sensörü, birkaç LDR, bir röle modülü ve bir SG90 servo ile çok sayıda farklı proje yapabilirsiniz. MPU6050 ve VL53L0X ise bir sonraki adım için iyi seçimlerdir.