Otomatik kalibrasyonlu gömülü sistem tabanlı kesintisiz ölçüm yapabilen karbondioksit sensörü geliştirilmesi
Development of a continiously measuring carbon dioxide sensor based on an embedded system with automatic calibration
- Tez No: 960915
- Danışmanlar: PROF. DR. İHSAN PEHLİVAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 70
Özet
Günümüzde iç mekan hava kalitesi izleme, ameliyathane ve laboratuvar ortamlarında anomali tespiti, otomotiv endüstrisi gibi çeşitli alanlarda karbondioksit konsantrasyonunun ölçülmesi önemli bir ihtiyaç haline gelmiştir. Karbondioksit ölçümü yapan sensörlerin doğru ölçüm yapabilmesi için düzenli aralıklarla kalibrasyon yapılması gerekmekte; ancak bu süreç yüksek maliyet, zaman kaybı ve insan müdahalesine olan bağımlılık gibi dezavantajlar barındırmaktadır. Bu tez çalışmasında, karbondioksit sensörlerinin otomatik kalibrasyonunu sağlayan, arızalı sensör tespiti yaparak kesintisiz ölçüm yapabilen, uzaktan sensör verilerine erişilebilen ve düşük maliyetli bir karbondioksit ölçüm sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen sistemde açık havadan yaklaşık 400 ppm'lik konsantrasyona sahip karbondioksit gazı, hava pompaları aracılığıyla sensör kabinine taşınarak kullanıcının belirlediği periyotlarda kalibrasyon işlemi gerçekleştirilmekte ve elde edilen ölçüm verilerinden bir ofset değeri hesaplanarak sonraki ölçümlerde kullanılmaktadır. Kalibrasyon sonrası belirlenen ofset değeri sonraki ölçümlere eklenerek ya da çıkarılarak daha doğru ölçüm verisi elde edilmesi mümkün kılınmıştır. Ölçülmesi hedeflenen gazın sensör kabinine tek yönde ve dış ortam gazlarıyla karışmadan iletilmesi için çekvalf, hava valfi ve hava izolasyonu sağlayan ölçüm hücresi kullanılmıştır. Tasarlanan sistemde çoklu karbondioksit sensörü I2C çoklayıcı modüller ile birlikte kullanılmış ve tek mikrodenetleyici ile aynı adrese sahip sensörlerden I2C seri haberleşme protokolü ile veri okunması mümkün hale getirilmiştir. Sistemde çoklu karbondioksit sensörü kullanılması ile ölçüm güvenilirliği artırılmış; Pearson, Spearman ve Kendall korelasyon analizleriyle arızalı sensörlerin tespiti yapılmıştır. Ayrıca, sayısal filtreleme yöntemlerinden ortalama filtre, ve Kalman filtresi kullanılarak sensör verilerindeki gürültü azaltılmış, ölçüm doğruluğu artırılmıştır. Sensör verilerinin uzaktan izlenebilmesi için NodeMCU ESP8266 mikrodenetleyici kullanılmış ve web üzerinden uzaktan izleme imkanı oluşturulmuştur. Sensör verileri, uzaktan erişim için ThingSpeak platformuna aktarılmış ve Python programlama dili kullanılarak çeşitli analizler yapılmıştır. Çalışma sonucunda, kullanıcı müdahalesine gerek duymadan arızalı sensör tespiti yaparak kesintisiz ölçüm ve otomatik kalibrasyon yapabilen, uzaktan izlenebilir ve düşük maliyetli bir karbondioksit ölçüm sistemi prototipi geliştirilmiştir. Tasarlanan sistem; seralar, sınıflar, ameliyathaneler ve laboratuvarlar gibi iç ortam hava kalitesinin önemli olduğu pek çok uygulama için elverişli ve pratik bir çözüm sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Nowadays, indoor air quality monitoring and the measurement of carbon dioxide concentration have become an important necessity in various fields such as operating rooms, laboratory environments, and the automotive industry. For carbon dioxide sensors to perform accurate measurements, regular calibration is required; however, this process involves disadvantages such as high cost, time loss, and dependency on human intervention. In this thesis study, a low-cost carbon dioxide measurement system has been developed that enables automatic calibration of carbon dioxide sensors, detects faulty sensors for uninterrupted measurement, allows remote access to sensor data, and ensures continuous operation. In the developed system, carbon dioxide gas with a concentration of approximately 400 ppm from the open air is transferred to the sensor chamber via air pumps, and calibration is performed at intervals determined by the user. An offset value is calculated from the obtained measurement data and used in subsequent measurements. By adding or subtracting the determined offset value after calibration, it has become possible to obtain more accurate measurement data. A check valve, air valve, and a measurement cell providing air isolation were used to ensure that the target gas is delivered unidirectionally to the sensor chamber without mixing with ambient air. In the designed system, multiple carbon dioxide sensors were used together with I2C multiplexer modules, and it was made possible to read data from sensors with the same address using the I2C serial communication protocol with a single microcontroller. By using multiple carbon dioxide sensors, measurement reliability was increased, and faulty sensors were detected through Pearson, Spearman, and Kendall correlation analyses. In addition, noise in sensor data was reduced using digital filtering methods such as the moving average filter and the Kalman filter, thus improving measurement accuracy. To allow remote monitoring of sensor data, the NodeMCU ESP8266 microcontroller was used, and remote monitoring via the web was enabled. Sensor data was transferred to the ThingSpeak platform for remote access, and various analyses were performed using the Python programming language. As a result of the study, a prototype carbon dioxide measurement system that can perform automatic calibration, detect faulty sensors, and provide uninterrupted measurement without user intervention, while also being remotely monitorable and low-cost, has been developed. The designed system offers a convenient and practical solution for many applications where indoor air quality is important, such as greenhouses, classrooms, operating rooms, and laboratories.
Benzer Tezler
- Artificial intelligence based android assistant for colorimetric detection
Kolorimetrik tespit için yapay zeka tabanlı android asistanı
VAKKAS DOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLKAN KILIÇ
DOÇ. DR. MUSTAFA ŞEN
- Mikrodalga temelli klinik öncesi deneysel ortopedik görüntüleme sisteminin geliştirilmesi
Development of a microwave-based pre-clinical experimental orthopedical imaging system
ERCAN MENGÜÇ
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK HELHEL
- Yüksek dozda Simvastatin'in ratlarda oluşturduğu hepatotoksisite üzerine N-asetil sistein'in etkisi
Effect of N-acetyl cystine on hepatotoxicity of high-dose Simvastatin in rats
GÜLAY ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Histoloji ve EmbriyolojiSelçuk ÜniversitesiHistoloji ve Embriyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN CÜCE
- Otomatik kalibrasyonlu elektro-mekanik online pH ve EC ölçer sistem tasarımı ve gerçeklemesi
Design and implementation of an automatic calibrated electromechanical online pH and EC meter system
MEHMET ALİ HAZAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK COŞKUN