Yapay Zekâyı Donanıma Bağlama: LED, Buzzer ve Servo

Modelimiz artık gördüğü atığın türünü söyleyebiliyor; ama şimdilik bunu yalnızca ekrana yazıyor. Gerçek bir akıllı cihaz, kararına göre bir şey yapar. Bu derste yapay zekâyı LED’lere, bir buzzer’a ve bir servo motora bağlıyoruz.

Dersin Amacı ve Kazanımlar

Bu dersin sonunda:

1. GPIO numarası ile fiziksel pin numarası arasındaki farkı açıklayabileceksiniz.
2. LED, buzzer ve servo motoru doğru bağlayabileceksiniz.
3. gpiozero ile LED, buzzer ve servo motoru kontrol edebileceksiniz.
4. Model tahminlerini güven eşiği ve kararlılık kontrolünden geçirerek donanıma aktarabileceksiniz.
5. Devre kurarken güvenlik kurallarına uyacaksınız.

Gerekli Malzemeler

GPIO Pinlerini Tanıyalım

Raspberry Pi’nin kenarındaki 40 pinin hepsi aynı değildir. Bazıları sürekli güç verir (3,3 V ve 5 V), bazıları topraktır (GND), çoğu da programla açıp kapatabildiğimiz GPIO pinleridir. Pinlerin iki farklı numarası vardır:

• Fiziksel numara: Pinin sırası (1’den 40’a). Kartı tutarken saymak için kullanılır.
• GPIO (BCM) numarası: Programda yazdığımız numara. gpiozero bu numarayı kullanır.

Örneğin LED(17) yazdığımızda kastettiğimiz pin GPIO17’dir ve bu pin fiziksel olarak 11 numaralı pindir. Terminale pinout yazarak kendi Pi’nizin pin haritasını görebilirsiniz.

Devreyi Kuralım

LED’lerin ve buzzer’ın GND uçlarını breadboard’un eksi (-) hattında birleştirip bu hattı tek kabloyla pin 9’a bağlayabilirsiniz.

gpiozero ile Parçaları Test Etme

gpiozero, Raspberry Pi’de donanımı kontrol etmenin en kolay yoludur ve Raspberry Pi OS ile hazır gelir. Her parça bir nesne olarak oluşturulur: LED(17), Buzzer(22), AngularServo(18). Pi 5’te de Pi 4’te de aynı kod çalışır.

# dosya: donanim_test.py  (her parçayı sırayla dener)
from gpiozero import LED, Buzzer, AngularServo
from time import sleep

yesil = LED(17)
kirmizi = LED(27)
buzzer = Buzzer(22)
servo = AngularServo(18, min_angle=0, max_angle=180,
                     min_pulse_width=0.0005, max_pulse_width=0.0024)

print("Yeşil LED yanıyor")
yesil.on()
sleep(1)
yesil.off()

print("Kırmızı LED yanıp sönüyor")
kirmizi.blink(on_time=0.2, off_time=0.2, n=5, background=False)

print("Buzzer 3 kez ötüyor")
buzzer.beep(on_time=0.1, off_time=0.1, n=3, background=False)

for aci in (0, 90, 180, 90):
    print("Servo açısı:", aci)
    servo.angle = aci
    sleep(1)
servo.detach()          # servoya sinyal göndermeyi bırak (titremeyi önler)
print("Test bitti.")

Örnek çıktı: (Raspberry Pi 5 üzerinde örnek çıktı. Asıl sonucu devrede görürsünüz: LED’ler yanmalı, buzzer ötmeli, servo dönmeli. Terminalde ayrıca “PWMSoftwareFallback: To reduce servo jitter, use the pigpio pin factory.” uyarısı görünür; açıklaması aşağıda.)

Yeşil LED yanıyor
Kırmızı LED yanıp sönüyor
Buzzer 3 kez ötüyor
Servo açısı: 0
Servo açısı: 90
Servo açısı: 180
Servo açısı: 90
Test bitti.

AngularServo oluştururken SG90’ın darbe genişliklerini veriyoruz: 0,5 ms sinyal 0°, 2,4 ms sinyal 180° anlamına gelir. Servo uç noktalarda zorlanıp vızıldıyorsa bu değerleri biraz daraltın (ör. 0.0006 ve 0.0023). blink() ve beep() fonksiyonlarındaki background=False, işlem bitene kadar programın beklemesini sağlar. detach() servoya sinyal göndermeyi durdurur; Pi 5’te servo sinyali yazılımla üretildiği için servo yerinde dururken hafifçe titreyebilir, detach() bu titremeyi keser. Program başlarken görünen PWMSoftwareFallback uyarısı da bununla ilgilidir: gpiozero titremeyi azaltmak için pigpio kütüphanesini önerir, ancak pigpio Pi 5’te çalışmaz. Bu uyarı bir hata değildir; görmezden gelebilirsiniz.

Tahmini Eyleme Dönüştürme

Şimdi modelin kararını donanıma aktaracak bir fonksiyon yazalım. Servo kolu, atığın atılacağı bölmeyi göstersin: kâğıt 0°, plastik 90°, metal 180°. Model emin değilse kırmızı LED yansın ve servo hiç kıpırdamasın.

# dosya: tepki.py  (tahmine göre donanımı yöneten fonksiyon)
from gpiozero import LED, Buzzer, AngularServo

yesil = LED(17)
kirmizi = LED(27)
buzzer = Buzzer(22)
servo = AngularServo(18, min_angle=0, max_angle=180,
                     min_pulse_width=0.0005, max_pulse_width=0.0024)

ACILAR = {"kagit": 0, "plastik": 90, "metal": 180}   # servo kolunun göstereceği bölme
ESIK = 0.80


def tepki_ver(etiket, guven):
    """Modelin kararını LED, buzzer ve servoya aktarır; yapılan işi metin olarak döndürür."""
    if etiket == "bos":
        yesil.off()
        kirmizi.off()
        return "boş: bekleniyor"
    if guven < ESIK:
        yesil.off()
        kirmizi.on()
        return f"emin değilim ({etiket} %{guven * 100:.0f})"
    kirmizi.off()
    yesil.on()
    servo.angle = ACILAR[etiket]
    buzzer.beep(on_time=0.1, off_time=0.1, n=1, background=True)
    return f"{etiket} %{guven * 100:.0f} -> servo {ACILAR[etiket]} derece"

Bu dosyayı da goruntu_model.py gibi başka programlardan import ile kullanacağız. Fonksiyon, yaptığı işi bir metin olarak döndürüyor; böylece ana program bunu ekrana ya da bir kayıt dosyasına yazabilir.

Son olarak kamerayı, modeli ve donanımı birleştiriyoruz:

# dosya: akilli_gosterge.py  (kamera + model + donanım, çıkmak için Ctrl+C)
from picamera2 import Picamera2
from goruntu_model import tahmin_et
from tepki import tepki_ver
import time

KARARLILIK = 5        # aynı tahmin art arda kaç karede gelirse kabul edilsin

picam2 = Picamera2()
picam2.configure(picam2.create_preview_configuration(
    main={"size": (640, 480), "format": "RGB888"}))
picam2.start()
time.sleep(1)

aday, sayac, son_karar = None, 0, None
print("Çalışıyor... Kameranın önüne bir atık koyun.")
try:
    while True:
        kare = picam2.capture_array()
        etiket, guven, _ = tahmin_et(kare)
        durum = etiket if guven >= 0.80 else "belirsiz"

        if durum == aday:
            sayac += 1
        else:
            aday, sayac = durum, 1

        if sayac == KARARLILIK and durum != son_karar:
            son_karar = durum
            print(time.strftime("%H:%M:%S"), tepki_ver(etiket, guven))
except KeyboardInterrupt:
    print("Program durduruldu.")
finally:
    picam2.stop()

Örnek çıktı: (Raspberry Pi 5 üzerinde örnek çıktı. Saatler ve yüzdeler sizin denemenize göre değişir.)

Çalışıyor... Kameranın önüne bir atık koyun.
10:42:07 boş: bekleniyor
10:42:12 plastik %96 -> servo 90 derece
10:42:18 boş: bekleniyor
10:42:23 emin değilim (metal %58)
10:42:25 metal %91 -> servo 180 derece
^CProgram durduruldu.

Burada önemli bir fikir var: kararlılık. Model her karede tahmin yapar ve nesne kameranın önüne yerleştirilirken birkaç kare boyunca yanlış tahminler verebilir. Her tahminde servoyu döndürseydik kol sürekli titreyip dururdu. Bu yüzden aynı sonucun art arda 5 karede gelmesini bekliyoruz. Ayrıca son_karar değişkeni sayesinde aynı nesne kameranın önünde durdukça servo tekrar tekrar komut almaz; yalnızca karar değiştiğinde tepki veririz.

Sıra Sizde

1. Kolay: donanim_test.py programına iki LED’in sırayla, trafik ışığı gibi yanıp söndüğü bir bölüm ekleyin.
2. Orta: tepki_ver() fonksiyonunu, buzzer’ın atık türüne göre farklı sayıda ötmesi için değiştirin: kâğıt 1, plastik 2, metal 3 kez.
3. Zor: KARARLILIK değerini 1, 5 ve 15 yaparak programı deneyin. Tepki hızını ve yanlış tepki sayısını karşılaştırın. Sizce en uygun değer hangisi? Neden?

Kendini Dene

1. LED(17) yazdığımızda LED’i Pi’nin hangi fiziksel pinine bağlamalıyız?
2. SG90 servonun üç kablosu nereye bağlanır?
3. Programda “kararlılık” kontrolü neden gereklidir?

Cevaplar