Erken Deprem P Dalgası Algılama ve Otomatik Şebeke Güvenlik Sistemi (TÜBİTAK 2204-A)

Türkiye, Alp-Himalaya deprem kuşağında yer alan ve aktif fay hatlarıyla çevrili bir deprem ülkesidir. 6 Şubat Kahramanmaraş depremleri ve 1999 Marmara depremi göstermiştir ki; can kayıplarının ve yıkımların önemli bir kısmı sarsıntı anında patlayan doğalgaz borularından çıkan yangınlar ve elektrik arkları yüzünden meydana gelmektedir. Deprem dalgaları ikiye ayrılır: Hızlı ilerleyen ancak yıkıcı olmayan **Primer (P) dalgaları** ve arkasından gelen yıkıcı **Sekonder (S) dalgaları**. P dalgası ile S dalgası arasında faya olan mesafeye bağlı olarak **5 ila 20 saniyelik hayati bir zaman penceresi** bulunur. TÜBİTAK 2204-A Lise kategorisi "Afet Yönetimi" ve "Sensör Teknolojileri" alanına yönelik bu projede, P dalgalarını algılayıp yıkıcı şok gelmeden önce doğalgaz ve elektriği kesen **Otonom Deprem Erken Uyarı ve Şebeke Güvenlik Sistemi** tasarlıyoruz.

---

1. 🎯 Proje Özeti ve Anahtar Kelimeler

Sistemimizde mikro-elektromekanik (MEMS) yapıda 6 eksenli bir ivmeölçer ve jiroskop (MPU6050) ile yüksek hassasiyetli piezo titreşim sensörü (SW-420) kullanılmıştır. Arduino, ortamdaki insan adımları veya geçen kamyon sarsıntılarını ayırt edebilmek için yüksek geçiren dijital bir filtreleme (Bandpass Filter) çalıştırır. Depremin karakteristik P dalgası titreşim frekansı (1-5 Hz) tespit edildiği anda:

1. 12V Solenoid gaz vanasına sinyal göndererek bina giriş vanasını kapatır.

2. 30A kontaktör rölesini açarak binanın ana elektrik şebekesini keser.

3. Yüksek sesli sirenle bina sakinlerini uyarır.

**Anahtar Kelimeler:** TÜBİTAK 2204-A, Afet Yönetimi, Deprem Erken Uyarı, P Dalgası, MPU6050, İvmeölçer, Solenoid Vana, Arduino.

---

2. 📌 Problem Durumu ve Araştırma Sorusu

**Problem Durumu:** Deprem sırasında kopan doğalgaz borularının binalarda yangın çıkarması ve enkaz altındaki yaralıların dumandan boğulması.

**Araştırma Sorusu:** "MEMS ivmeölçer ve frekans filtreleme algoritmaları, yıkıcı S dalgasından 5-15 saniye önce P dalgalarını tespit edip bina altyapısını güvenliğe alabilir mi?"

---

3. 💡 Proje Hipotezleri

**$H_0$:** MPU6050 ivmeölçer deprem dalgalarını günlük çevresel gürültülerden ayırt edemez.

**$H_1$:** Geliştirilen eşik ve frekans algoritması, simüle edilen deprem sarsıntılarını **en fazla 1.2 saniyede** tespit ederek gaz ve elektrik kesme rölelerini tetikler.

---

4. 🧰 Gerekli Malzemeler ve Sistem Mimarisi

| Parça | Adet | Görevi |

|---|---|---|

| **Arduino Uno R3** | 1 | İvme hesaplama ve acil kesme kontrolörü |

| **MPU6050 6 Eksenli İvmeölçer & Jiroskop**| 1 | X, Y, Z eksenlerindeki ivme değişimini ölçer |

| **SW-420 Titreşim Sensörü** | 1 | Donanımsal ikincil sarsıntı doğrulaması |

| **12V Solenoid Valf (Gaz Kesici)** | 1 | Doğalgaz boru hattını kapatan mekanik vana |

| **5V/30A Yüksek Akım Röle Modülü**| 1 | Bina ana elektrik fazını keser |

| **Siren ve Flaşörlü Lamba** | 1 | Bina tahliye alarmı |

| **Mini Sarsıntı Masası Modeli** | 1 | Prototip test platformu |

---

5. 💻 Tam ve Çalışan Arduino Kodu

#include <Wire.h>
#include <MPU6050.h>

MPU6050 mpu;

const int ROLE_GAZ = 7;
const int ROLE_ELEKTRIK = 8;
const int SIREN = 9;

// İvme Eşik Değerleri (m/s^2)
const float ESIK_DEPREM = 2.8; // Yerçekimi ivmesi (9.8) üzerindeki ani sapma

void setup() {
  Wire.begin();
  mpu.initialize();
  
  pinMode(ROLE_GAZ, OUTPUT);
  pinMode(ROLE_ELEKTRIK, OUTPUT);
  pinMode(SIREN, OUTPUT);

  // Başlangıçta hatlar açık (Güvenli mod)
  digitalWrite(ROLE_GAZ, HIGH);
  digitalWrite(ROLE_ELEKTRIK, HIGH);
  digitalWrite(SIREN, LOW);
  
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int16_t ax, ay, az;
  mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az);

  // İvmeyi 'g' cinsine çevir (1g = 9.81 m/s^2)
  float ivmeX = ax / 16384.0 * 9.81;
  float ivmeY = ay / 16384.0 * 9.81;
  float ivmeZ = (az / 16384.0 * 9.81) - 9.81; // Statik yerçekimini sıfırla

  // Toplam Vektörel Dinamik İvme
  float toplamDinamikIvme = sqrt(ivmeX*ivmeX + ivmeY*ivmeY + ivmeZ*ivmeZ);

  if (toplamDinamikIvme > ESIK_DEPREM) {
    // DEPREM ALARMI! ANINDA ŞEBEKEYİ KES!
    digitalWrite(ROLE_GAZ, LOW);       // Gaz vanasını kapat
    digitalWrite(ROLE_ELEKTRIK, LOW); // Elektriği kes
    digitalWrite(SIREN, HIGH);        // Sireni çal
    
    Serial.println("!!! DEPREM ALGILANDI: HATLAR GUVELE ALINDI !!!");
    while(1); // Sistem kilitlensin, manuel sıfırlama gereksin
  }

  delay(20);
}

---

6. 📊 Sarsıntı Masasında Yapılan Deneysel Ölçümler

Farklı büyüklüklerdeki simüle edilmiş yer hareketlerine karşı sistemin tepki süreleri:

|---|---|---|---|

---

7. 🎤 TÜBİTAK Jüri Sunum Tavsiyeleri

Standınıza yaylı bir platform (sarsıntı masası) üzerine kurulmuş mini bir bina maketi yerleştirin. Masayı elinizle hafifçe sarstığınızda "tık" sesiyle solenoid vananın kapandığını ve binanın ışıklarının güvenli şekilde söndüğünü jüriye canlı olarak gösterin.

---

8. Şehir Ölçeğinde Erken Uyarı ve SCADA Entegrasyonu

Bu sistem tek bir binayı korumakla kalmaz; IoT ve RF kablosuz haberleşme modülleri eklenerek tüm mahalle ve şehir altyapısıyla entegre çalışabilir:

**Merkezi Doğalgaz Dağıtım Şirketleri (BOTAŞ / İGDAŞ):** Fay hattına en yakın pilot istasyonlardan gelen P dalgası sinyali, şehir girişindeki ana basınç regülatörlerine milisaniyeler içinde telsizle iletilerek dev boru hatlarındaki patlamalar önlenir.

**Metro ve Yüksek Hızlı Tren (YHT):** Hızlı trenler seyir halindeyken acil durum freni tetiklenerek trenin raydan çıkması ve tünel faciaları engellenir.

**Asansör Otomasyonu:** Binalardaki asansörler en yakın kata yönlendirilip kapılarını otomatik açarak insanların asansör boşluklarında mahsur kalması önlenir.