T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
NESNELERİN İNTERNETİ KULLANILARAK SERA
UYGULAMASI GELİŞTİRİLMESİ
AHMET EROL KALKIŞIM
YÜKSEK LİSANS TEZİ
BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
DANIŞMAN
PROF. DR. İBRAHİM YÜCEDAĞ
T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
NESNELERİN İNTERNETİ KULLANILARAK SERA
UYGULAMASI GELİŞTİRİLMESİ
Ahmet Erol KALKIŞIM tarafından hazırlanan tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bilgisayar Mühendisliği Anabilim Dalı’nda
YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Tez Danışmanı
Prof. Dr. İbrahim YÜCEDAĞ Düzce Üniversitesi
Eş Danışman
Doç. Dr. Mustafa Alper AKKAŞ Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi
Jüri Üyeleri
Prof. Dr. İbrahim YÜCEDAĞ
Düzce Üniversitesi _____________________
Prof. Dr. Uğur GÜVENÇ
Düzce Üniversitesi _____________________
Dr. Öğr. Üyesi Uğur Muhsin DOĞAN
Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi _____________________
BEYAN
Bu tez çalışmasının kendi çalışmam olduğunu, tezin planlanmasından yazımına kadar bütün aşamalarda etik dışı davranışımın olmadığını, bu tezdeki bütün bilgileri akademik ve etik kurallar içinde elde ettiğimi, bu tez çalışmasıyla elde edilmeyen bütün bilgi ve yorumlara kaynak gösterdiğimi ve bu kaynakları da kaynaklar listesine aldığımı, yine bu tezin çalışılması ve yazımı sırasında patent ve telif haklarını ihlal edici bir davranışımın olmadığını beyan ederim.
13 Mart 2020 (İmza)
TEŞEKKÜR
Yüksek lisans öğrenimimde ve bu tezin hazırlanmasında gösterdiği her türlü destek ve yardımdan dolayı çok değerli hocam Prof. Dr. İbrahim YÜCEDAĞ’a en içten dileklerimle teşekkür ederim.
Tez çalışmam boyunca değerli katkılarını esirgemeyen eş danışmanım Doç. Dr. Mustafa Alper AKKAŞ’a da şükranlarımı sunarım.
Bu çalışma boyunca yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen sevgili aileme ve çalışma arkadaşlarıma sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
Bu tez çalışması, Düzce Üniversitesi BAP-2019.07.02.937 numaralı Bilimsel Araştırma Projesiyle desteklenmiştir
İÇİNDEKİLER
Sayfa No
ŞEKİL LİSTESİ ... vi
ÇİZELGE LİSTESİ ... vii
KISALTMALAR ... viii
SİMGELER ... ix
ÖZET ... x
ABSTRACT ... xi
1.
GİRİŞ ... 1
2.
LİTERATÜR ÖZETLERİ ... 5
3.
SERA VE SERACILIKTAKİ ÖNEMLİ FAKTÖRLER ... 7
4.
NESNELERİN İNTERNETİ VE NESNELERİN
İNTERNETİNİN SERACILIK SEKTÖRÜNE KATKISI ... 11
5.
MATERYAL VE YÖNTEM ... 15
6.
BULGULAR VE TARTIŞMA ... 25
7.
SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 33
8.
KAYNAKLAR ... 35
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 4.1. Nİ Katmanları ... 12
Şekil 5.1. Kullanılan Materyallerin Genel Görüntüsü ... 16
Şekil 5.2. Arduino IDE ... 16
Şekil 5.3. Xbee Bileşenleri a) Xbee-PRO, b) XBee Explorer USB ... 17
Şekil 5.4. XCTU Programı ... 18
Şekil 5.5. Toprak nemi algılama sensörü ... 19
Şekil 5.6. DHT11 Isı ve Nem Sensörü... 19
Şekil 5.7. Gravity Arduino Analog Karbondioksit Gaz Sensörü (CO2) ... 20
Şekil 5.8. Sistem Bağlantıları ... 20
Şekil 5.9. Sistem Mimarisi ... 21
Şekil 5.10. Server olarak kullanılan üzerinde Xbee modülü bulunan bilgisayar ... 21
Şekil 5.11. Sera Ortamından Görüntüler ... 22
Şekil 5.12. Microsoft Visual Studio ... 23
Şekil 5.13. Veri Tabanı Diyagramı ... 23
Şekil 5.14. Web uygulamasının açılış görüntüsü ... 24
Şekil 6.1. Örnek Uyguma Çizimi... 26
Şekil 6.2. Senaryo 1 - Saatlik Durum Grafiği ... 26
Şekil 6.3. Senaryo 2 - Saatlik Durum Grafiği ... 27
Şekil 6.4. Senaryo 3 - Saatlik Durum Grafiği ... 27
Şekil 6.5. Web arayüzü üzerindeki karbondioksit (ppm) ve toprak nemi (0-1024) grafiği ... 30
Şekil 6.6. Web arayüzü üzerindeki hava nemi (%), sıcaklık (°C) grafiği... 31
Şekil 6.7. Web arayüzü üzerindeki cihaz durumları chartı ... 31
Şekil 6.8. Web arayüzü üzerindeki bildirim alanı ... 31
Şekil 6.9. Mobil üzerinde arayüz sayfa üst görünümü ... 32
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa No Çizelge 5.1. Materyaller ... 15 Çizelge 6.1. Kullanılan Xbee Yazılımları ve Firmware versiyonları ... 25 Çizelge 6.2. Ölçümlerde elde edilen verilerden bir kesit ... 28
KISALTMALAR
CERP Avrupa Araştırma Projeleri Grubu
DGM Darbe Genişlik Modülasyonu
EC Elektriksel İletkenlik
GPRS Genel Paket Radyo Servisi
GWT Google Web Araç Takımı
ICSP Devre Seri Programlama
IDE Tümleşik Geliştirme Ortamı
IEEE Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü
ITU Uluslararası Telekomünikasyon Derneği
KAA Kablosuz Algılayıcı Ağlar
Km Kilometre
KSA Kablosuz Sensör Ağı
M2M Makinalar Arasındaki İletişim
mAh Miliamper Saat
MCU Mikrodenetleyici Birimi
MHz Megahertz
MIT Massachusetts Teknoloji Enstitüsü
MSSQL Microsoft SQL Sunucu
NIST Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü
Nİ Nesnelerin İnterneti (IoT)
PAN Kişisel Alan Ağı
PPM Milyonda Bir
QR Hızlı Cevap
RFID Radyo Frekansı ile Tanımlama
RH Bağıl Nem
RPC Uzaktan Yordam Çağrısı
SMS Kısa Mesaj Servisi
UART Evrensel Asenkron Alıcı Verici
UMTS Evrensel Mobil İletişim Sistemi
V Gerilim
SİMGELER
°C Derece Santigrat
CO2 Karbondioksit
ÖZET
NESNELERİN İNTERNETİ KULLANILARAK SERA
UYGULAMASI GELİŞTİRİLMESİ
Ahmet Erol KALKIŞIM Düzce Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Bilgisayar Mühendisleri Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi
Danışman: Prof. Dr. İbrahim YÜCEDAĞ Eş Danışman: Doç. Dr. Mustafa Alper AKKAŞ
Şubat 2020, 37 sayfa
Son yıllarda günlük hayatımıza birçok yenilik getiren ve popülerliği gittikçe artan Nesnelerin İnterneti (Nİ, Internet of Things-IoT) teknolojisinin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Nİ, nesnelerin gelişmiş iletişim teknolojileri aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurar hale gelmesi şeklinde tanımlanmaktadır. Bu çalışma, tarımda yüksek verimli ve kaliteli ürünlerin Nİ teknolojisi kullanılarak yetiştirilebilmesi amacıyla yürütülmüştür. Bu amaçla Nİ teknolojisinin sağladığı avantajlar kullanılarak yetiştirilen bitkilerin verim ve kalitesinin kontrolünü azami derecede sağlamak hedeflenmiştir. Bu konuda yapılan diğer çalışmalardan farklı olarak, cihazlar arasındaki iletişimde geliştirilen optimizasyon algoritması kullanılmış olup cihazların kendi aralarında optimum şekilde haberleştirilmesiyle, minimum güç tüketerek sistemin uzun süre ayakta kalması sağlanmıştır. Endüstri 4.0 çözümlerinden biri olan bu tür akıllı tarım uygulamaları ile ne gibi sonuçlar elde edilebileceği ve Nİ teknolojisinin akıllı tarımda oluşturacağı avantajlar ortaya konmuştur. Bu çalışmada, Nİ teknolojisi kullanılarak yetiştiricilikte temel ortam parametreleri olan toprak nemi, hava oransal nemi, sıcaklık ve karbondioksit (CO2)
verileri ölçülmüş ve internete erişimi olan tüm cihazlardan görüntülenecek şekilde bir web uygulaması geliştirilmiştir. Çalışma sonunda, ölçülen bu ortam verilerinden optimum düzeyde olmayanlara müdahale edilmek suretiyle verimin arttırılabileceği sonucuna varılmıştır. Ayrıca büyük oranda ekolojik faktörlere bağlı olarak ortaya çıkacak olan hastalık ve zararlılara karşı da önlem alınabileceği ve kimyasal ilaç kullanımını sınırlandırarak çevreci ve sağlıklı bir üretimin gerçekleştirilebileceği kanaatine varılmıştır.
ABSTRACT
DEVELOPMENT OF GREENHOUSE APPLICATION USING THE INTERNET OF THINGS
Ahmet Erol KALKIŞIM Düzce University
Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Computer Engineering
Master’s Thesis
Supervisor: Prof. Dr. İbrahim YÜCEDAĞ Co-supervisor: Assoc. Prof. Dr. Mustafa Alper AKKAŞ
February 2020, 37 pages
In recent years, the importance of the IoT Technology which brings a lot of innovations to our daily life and have a cumulative popularity, is increasing with each passing day. IoT defined as objects making contact with each other via developed communication technology. This study has been carried out with the aim of growing of highly productive, qualified and healthy products at agriculture by using IoT technology. For this purpose, it is aimed to provide the control of yield and quality of plants which are grown by using the advantages supplied by IoT technology to the utmost. Unlike the other studies made about this subject, the developed optimization algorithm is used in the communication between devices, with the communication of devices between each other in the manner of optimum, by consuming minimum power, a long-lived system has been provided. In this study, what kind of conclusions can be obtained with such smart agriculture applications which is one of the solutions of the industry 4.0, and the advantages which will be created by IoT technology at smart agriculture are exhibited. In this study, by using IoT Technology, the data like soil moisture, moisture in the air, temperature and CO2 which are basic environment factors at the farming are measured and a web
application have been developed which can be scanned from all devices have access to internet. From those measured environment data at the end of this study, to those which is not at the optimum level has been interfered, thus it is concluded that the yield can be increased. At the same time, it has been concluded that the precautions can be taken for the illnesses and damages which will occur substantially due to ecological factors and it has been seen that an environmentalist and healthy production can be real by limiting the chemical drug utilization.
1. GİRİŞ
Nesnelerin interneti (Nİ-IoT) kavramı ilk kez Kevin Ashton tarafından Dünyadaki nesnelerin algılayıcı cihazlarla internete bağlanabildiği bir sistemi tanımlamak için kullanılmıştır [1]. Daha sonrasında Kevin Ashton tarafından ortaya atılan IoT kavramı, teknolojik gelişmelerle veri toplama, iletim, işleme, işletme yönetimi vb. için geçerli, yeni nesil bilgi teknolojilerinin önemli bir parçası haline gelmiştir. İnsanlara bilgi toplamak ve işlemek için yeni bir yol açan bu teknoloji, bilgi işlem ve iletişimin geleceğini değiştirecek bir gelişme olmuştur.
Nİ, elektronik minyatürleştirme ve ağ bağlantılarındaki gelişmelerle birlikte bir kablosuz ağ üzerinden birbirleri ile iletişim kurabilen, internet ağı üzerinden web teknolojisi ile erişilebilen ağ ve algılayıcı cihazlardan oluşmaktadır [2]-[3]. Kablosuz sensörlerden nano teknolojiye kadar birçok alanda dinamik ve teknik yenilik getirmektedir [3]. Ayrıca Nİ teknolojisi ile birlikte sensörler aracılığıyla ölçülen bilgilerin, uzaktan algılaması ve izlemesi mümkün hale gelmiş, bu sayede birçok noktada verimli analizler yapılabilmesi sağlanmıştır.
Nİ genel olarak, algılama, iletim ve uygulama katmanlarından oluşmaktadır. Algılama katmanı adından da anlaşılabileceği üzere anlamlı bir verinin ölçülmesinin sağlandığı katmandır. Algılama katmanında veri toplama ve bilgi edinme amacıyla kullanılan temel öğe sensörlerdir. Bu cihazlar sabit veya hareketli kullanım amacıyla tasarlanabilmektedir. Hâlihazırda tarımsal alanda kullanılan, elektriksel iletkenlik (EC), toprak nemi, sıcaklık, oransal nem ve ışık sensörleri bunlardan bazılarıdır. Son yıllarda pasif, batarya içermeyen, temassız, elektriksel direnç ölçüm sensörleri ve bitkilerin fizyolojik durumunu tespit eden sensörler üzerinde de çalışmalar yapılmaktadır [4]. İletim katmanı, algılama katmanında elde edilen verinin belirlenen ortama iletilmesinin sağlandığı katmandır. İletim katmanında, kablosuz sensör ağı (KSA) ve RFID teknolojilerine sahip cihazlar ile WiFi, bluetooth, GPRS gibi geleneksel kablosuz iletişim protokollerinin yanında, bu amaç için tasarlanmış IEEE 802.15.4 standardı ve Zigbee gibi yeni nesil protokoller kullanılmaktadır. Yazılım katmanı ise web tabanlı mobil uygulamalar başta olmak üzere, mikrodenetleyici (MCU) yazılımlarını, sunucu ve bulut bilişim yönetim
yazılımları ile makineler arası iletişim protokolü (M2M) yazılımlarını kapsamaktadır [5]. Nİ teknolojisinin büyümesi ve yaygınlaşmasıyla birlikte geleneksel tarımdan modern tarıma geçişin hızlanması ve endüstriler için büyük iş fırsatlarının oluşması öngörülmektedir. Dünya nüfusunun hızla artması, tarım arazilerinin sabit kalması ya da azalması gelecekte birim alandan alınabilecek daha fazla üretimi zorunlu kılmaktadır. Bu açıdan bakıldığında Nİ teknolojisi ile geliştirilecek projelerin bu ihtiyacı karşılayabileceği görülmektedir.
Bu çalışmada, Nİ teknolojisi kullanılarak yüksek verimli yetiştiricilik yapılması amaçlanmıştır. Bu sebeple yüksek verim elde edilebilirlik ve ortam şartlarının kontrol edilebilirliği açısından tarım alanı olarak sera ortamı seçilmiştir. Seralar, iklimle ilgili çevre koşullarına tamamen veya kısmen bağlı kalmadan gerektiğinde sıcaklık, nem, ışık ve havalandırma gibi faktörleri kontrol altında tutarak, bütün yıl boyunca çeşitli kültür bitkileri ile bunların tohum, fide ve fidanlarını üretmek, bitkilerini saklamak ve sergilemek amacıyla cam, plastik vb. ışık geçirebilen maddelerle kaplanarak, değişik şekillerde inşa edilen yüksek sistemde bir örtü altı yetiştiriciliği yapısı olarak tanımlanmaktadır [6]. Dünya’da ilk olarak İtalya’da Romalılar döneminde 16. ve 17. yüzyıllarda başlayan sera kültürü 18. yüzyılda yapı içine giren ışık miktarını arttırmak amacıyla pencere alanı fazlalaştırılmış ve çatıdan başka yan duvarlarında cam yapılması sağlanmıştır. Daha sonraki süreçte ABD ve Avrupa’da sera yapımı, endüstriyel gelişmelere paralel olarak I. Dünya Savaşı’ndan sonra hızlı bir şekilde gelişmeye başlamıştır. Dünyadaki seracılığı güncel olarak değerlendirecek olursak, seraların ve seracılığın geniş bir yayılma alanına sahip olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz. Seracılığın yaygın olduğu bu ülkelerde çok değişik ekolojik faktörlerin yanı sıra buna bağlı olarak seralarda kullanılan teknolojilerde oldukça farklılık göstermektedir [7]. Ilıman iklim kuşağında bulunan gruba dahil olan ülkemizde seracılık, ekolojik şartlara bağlı olarak gelişme gösterdiğinden seracılık alanlarımız özellikle güney kıyılarımızda yoğunlaşmıştır. Seracılık tek ve çift ürün yetiştiriciliği şeklinde olmak üzere iki şekilde yapılır. Tek ürün yetiştiriciliği kış mevsiminde ısıtılarak yapılan yetiştiriciliktir. Çift ürün yetiştiriciliği ise ilkbahar ve sonbahar mevsimlerinde normal açık arazide yapılan yetiştiriciliğe göre mevsiminden biraz daha erken ya da biraz daha geç yapılan turfanda yetiştiriciliktir. Her iki tip yetiştiricilikte de seralar kullanılmaktadır. Böylece tüketiciler özellikle yazlık sebzeler için daha geniş bir yetiştirme periyoduna ulaşmakta, üreticiler ise piyasadaki yüksek fiyatlarla daha yüksek gelir elde edilebilme imkanı bulmaktadır.
Artan Dünya nüfusunun beslenmesini, azalan ve parçalanan tarım arazilerinin durumu zora sokmaktadır. Dolayısıyla tek çıkar yolun birim alandan alınan verimin daha da arttırılması olacaktır. Bu da ancak yeni teknolojilerin tarımsal üretime entegre edilmesiyle mümkün olacaktır. Bu çalışmada, serada yetiştiricilik için çok önemli üretim faktörleri olan sıcaklık, havanın karbondioksit oranı, hava oransal nemi ve toprak nemi faktörleri kontrol altına alarak, zamanında müdahale edilmek suretiyle üretim faktörlerinden kaynaklanan olumsuzluklar giderilmesi, bunun neticesinde de istikrarlı ve daha yüksek ürüne ulaşılabilmek amacıyla Nİ teknolojisi kullanılarak bir uygulama geliştirilmiştir. Sıcaklık, havanın karbondioksit oranı, hava oransal nemi ve toprak nemi faktörleri her bitki tür ya da çeşidinin isteğine göre belirli aralıklarda farklılık gösterirler. Bu çalışma için belirlenen bu faktöreler yetiştiricilik bakımından en elzem olan sıkı kontrol altında olması gereken bu faktörlerdir. Bitkilerin genellikle normal gelişmeleri için 0 °C-60 °C arasında geniş sınırlar içerisinde sıcaklığa ihtiyaçları vardır [8]. Genel olarak sıcaklık bakımından 12 °C altında bitkiler zarar görmeye başlarlar. Sıcaklık bakımından da üst sınır olarak 35 °C’nin üzerindeki sıcaklıklarda fotosentez zarar görmeye başlamaktadır. Ayrıca gece sıcaklıklarının yüksek olması fotosentezsiz solunumu artırdığından verim kayıpları yüksek olmaktadır. Dolayısıyla gece sıcaklıklarının gündüz sıcaklıklarına göre 5-8 °C daha düşük tutulması gerekmektedir. Bu bağlamda domates yetiştiriciliği için gece sıcaklıkları 14-16 °C arasında tutulması gerekirken gündüz sıcaklıkları daha yüksek verim için gündüz 22-24 °C’lerde tutulmalıdır [9]. Bunun kontrolü ısıtma ve havalandırma ile sağlanabilmektedir. Hava oransal nemi bitki tür ve çeşitlerinin isteklerine göre değişmekle birlikte domateste %50-%60 aralığında tutulmalıdır. Kontroller sulama ve havalandırma ile temin edilebilmektedir. Nemin aşırı olması hastalık ve zararlı etmenleri etkin hale getirir ve bitkilerin hastalanmasına sebep olur. Diğer yandan transpirasyon dediğimiz terleme olayını azaltarak, mineral madde alımını azaltır ve böylece verim artışını olumsuz yönde etkiler [9]. Toprak nemi ise, bitki beslenmesi ve hayatsal faaliyetleri bakımından çok önemelidir. Toprakta bitkiler tarafından faydalanılabilir su tarla kapasitesi dediğimiz 0,33-15 atmosfer basınç arasında kuvvetle tutulan sudur. Bu aralığın dışındaki durum bitkilerin susuz kalmasına, beslenememesine, solmasına ve ölmesine sebep olur [10]. Karbondioksit; kimyasal formülü CO2 olan, tatsız, renksiz, kokusuz, yanmayan ve zayıf asit özelliği olan bir
gazdır. Havadan 1,53 kat daha ağırdır. Zehirli olmamakla birlikte, havada %30 oranında bulunduğunda solunumu tıkama özelliği göstermektedir. Atmosferdeki karbondioksit
miktarı %0.03 kadardır. Karbondioksit üretimi, doğal yeraltı çıkışlarından ve kimyasal yöntemlerle fabrikalarda yapılmaktadır. Karbondioksit, yüksek basınç ve sıcaklıklarda sıvılaştırılıp katılaştırılabilir. [11]. Karbondioksit konsantrasyonu artışına neden olan emisyonun %77’si fosil yakıt kökenli, %23’ü ise büyük ormanlık sahaların yok edilmesinden kaynaklanmaktadır. Bu oran 150 ppm dolaylarına düştüğü zaman bitkiler fotosentez yapamayacak duruma gelir ve solmaya başlarlar. Bu oran daha da azalıp 100 ppm dolaylarına geldiğinde ise fotosentez tamamen durur ve bitkiler ölür. 100 ppm seviyesi bitki yaşamı için en alt sınırdır. Optimal bir fotosentez için CO2 miktarı 1200
ppm olmalıdır. Ortamdaki karbondioksit miktarı 1200 ppm dolaylarında olduğunda bitkilerden maksimum verim sağlanabilir. Ancak CO2 miktarı 1200 ppm’den yukarı çıktıkça bitkiler için tekrar öldürücü olmaya başlar. 10000 ppm dolaylarında ise bitkiler fotosentez yapamayacak duruma gelirler ve ölürler. Bu nedenle yeterli miktarlarda CO2 bitkilere verilmelidir [12]. Bahsedilen bu parametreler Nİ teknolojisi kullanılarak takip edilebilecek ve anında müdahale etmek suretiyle bahsedilen ortam şartları kontrol altında tutulabilecektir.
Bu çalışmada, serada yetiştiricilik için önemli ekolojik faktörler olan sıcaklık, karbondioksit, toprak ve hava nemi gibi kriterleri; Nİ teknolojisi ile geliştirilen uygulama üzerinden kontrol altında tutarak, açıkta yetiştiriciliğe göre ürün çeşitleri bazında birkaç kat daha fazla gelir getiren, kalite ve kantite yönünden üstün niteliklere sahip ürünler elde edilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca büyük oranda ekolojik faktörlere bağlı olarak ortaya çıkacak olan hastalık ve zararlıları, özellikle nem ve sıcaklık bakımından kontrollü şartlarda tutarak azaltmak amaçlanmıştır. Bununla birlikte kontrollü şartlarda kimyasal ilaç kullanımını sınırlandırmak veya ortadan kaldırmak şeklinde çevreci bir üretim ile daha sağlıklı ve dayanıklı bitkiler yetiştirilmesi hedeflenmiştir. Diğer yandan sera havasının karbondioksit içeriğini kontrol altında tutarak karbondioksit gübrelemesi etkisini artırmak suretiyle üretimi artırarak çevreye önemli ve kalıcı zararlar veren kimyasal gübrelerin daha az kullanılmasına veya hiç kullanılmamasını temin ederek çevre kirliliğinin önlenmesi amaçlanmaktadır. Bunun için Nİ teknolojisi kullanılarak ortam verilerinin izlenebildiği ve müdahale edilebildiği bir sistem hazırlanıp önerilmiştir.
2. LİTERATÜR ÖZETLERİ
Yapılan bu çalışamaya benzer olarak, Akkaş ve ark. MICAz modülü kullanarak bir kablosuz algılayıcı ağı oluşturmuş ve bir tarım arazisindeki ışık, nem, sıcaklık ve basınç bilgilerini, Nİ teknolojisi ile telefon, tablet veya bilgisayardan üzerinde anlık olarak görüntülenmesini sağlamışlardır [13]. Baysal ve ark. 2018’de Nİ tabanlı sera takip sistemi geliştirmiştir. Yaptıkları bu çalışmada kablosuz algılayıcılardan alınan seraya ait iç ve dış sıcaklık ve nem değerleri, toprak nemi, hava kalitesi ve ışık değerleri kayıt altına alınmakta ve uzaktan erişimle takip edilmektedir [14]. Çaylı ve ark. 2017’de sera ortamında düşük maliyetli, esnek ve ölçeklenebilir bir veri toplama ve analiz sistemi önermiştir. Nİ teknolojisi kullanılarak sensörlerden alınan veriler sera bilgisayarı veri tabanında depolanmıştır. Sera bilgisayarı üzerinde geliştirilen yazılım ile veriler anlık olarak analiz edilebilmektedir [5]. Marhaenanto ve ark. 2013’te sera ortamında marulun yetiştirilme sürecinin izlenmesi ve kontrolünün uzaktan yapılabilmesi için internet üzerinden sera için bir kontrol sistemi tasarladılar. Sıcaklık, nem, ışık ve toprak nemi parametreleri izlenerek fan, pompa ve püskürtücü cihaz ile uzaktan kontrol altına alınmıştır [15]. Vimal P V ve K S Shivaprakasha 2017’de sera ortamındaki sıcaklık, hava nemi, toprak nemi, ışık yoğunluğu ve toprak pH'ını Nİ teknolojisi ile ölçmüş, sms ile eşik değeri aşıldığında yetiştiriciye bilgilendirme mesajı atan ve bu sayede uzaktan kontrol edilebilen bir sistem önermişlerdir [16]. Dayıoğlu ve ark. 2016’da yaptıkları çalışmada, tarımda kablosuz algılayıcı ağlarının kullanımının sahadaki bilgiye ulaşmayı kolaylaştırdığını ve bu verilerden anlamlı veriler türetilerek birçok uygulamaya esnek ucuz ve verim sağlayan çözümler üretileceğini bildirmişlerdir. Dayıoğlu ayrıca 2013'te serada bitki yetiştiriciliğinde önemli aldığı nem ve sıcaklık değerlerinin ölçülmesi ve kontrol sinyallerinin iletilmesi için Bluetooth teknolojisine dayalı kablosuz iletişim sistemi tasarlamıştır [17]-[18]. Wang ve ark. 2018’de GWT temelli, uzaktan yordam RPC kullanan bir sera ortam gözleme ve kontrol sistemi geliştirmiş ve Android uygulaması ile sistem görüntü ve kontrolü sağlamışlardır [19]. Srbinaovska ve ark. 2015’te serada sıcaklık, nem ve ışık gibi temel çevresel verileri takip ederek sebze üretimine yönelik daha az yönetim maliyetini sağlamak için kablosuz algılayıcı ağ mimarisi önermişlerdir [20]. Özcan, 2011’de tasarladığı mikrodenetleyici tabanlı sistem ile Zirai don olaylarını
algılama ve merkezi bilgisayara göndermek için sensör düğümü geliştirmiştir [21]. Şahin, 2005’te bahçe bitkilerinin gelişimlerinin verimli olarak sağlanması için mikrodenetleyici tabanlı kontrol sistemi tasarlamıştır [22]. Küçüksayan, 2011’de bir sulama alanına ait iklim, toprak özellikleri, yağış miktarı ve bitkinin yaklaşık su tüketimi üzerinde çalışmalar yapmış, sulama yapılacak yere göre tasarım, planlama ve sulama tekniğinin değişim gösterdiğini ve sulama alanlarında yer alan ögelerin ve coğrafik özelliklerin sulama sisteminin değişik oranlarda etkilediğini görmüştür [23]. Çakır ve Çalış, 2009’da mikrodenetleyici kontrollü otomatik sulama sistemi ile internet aracılığıyla uzaktan bahçe nem miktarını ölçmüş ve sulama kontrolünü yapmışlardır [24]. Park, D.H. ve Park, J.W 2011’de seradaki bitkilerin ve yaprakların üzerinde çiğ yoğuşmasıyla oluşabilecek mantar ve bakteri kaynaklı hastalıkları önlemek için kablosuz algılayıcı ile kontrol sistemi geliştirmişlerdir [25]. Serôdio ve ark. 2001’de seralar için farklı fiziksel verileri toplama işlemi yapan bir sistem geliştirmişler ve bunu internet üzerinden takip etmişlerdir [26]. Merretve ve Tan, 2010’da üzüm bahçelerinde ortamdaki dijital ve analog verilerin algılanması ve kablosuz olarak uzaktaki sunucu bilgisayara göndermek için algılayıcı düğüm ve bu düğümden gelen verileri işleyen merkezi düğüm geliştirmişlerdir [27]. Lopez ve ark., 2009’da toprağın nem, tuzluluk elektriksel iletkenlik gibi farklı parametrelerini ölçecek 4 farklı algılayıcı düğüm kullanılarak tarımsal sulama ve gübreleme yapmışlardır. Tasarladıkları sistem ile gerçek zamanlı olarak bitkileri ve ideal yetişme koşullarını incelemişlerdir [28].
Bu çalışmada diğer çalışmalardan farklı olarak, durum izlemenin yanında güç tüketimini artırabilmek adına geliştirdiğimiz optimizasyon algoritması kullanılmıştır. İlk aşamada algoritmaya cihazların mesafesi girilmiş olup çalıştıkları andaki pil bilgileri toplanarak optimizasyona sokulmuş ve en verimli veri alınabilecek cihaz seçilerek ilgili veriler toplanmıştır. Daha sonraki süreçte pil gittikçe azalacağından her veri toplama periyodunda aynı algoritma çalıştırılarak en optimum veri alınabilecek cihazın seçilmesi sağlanmış ve veri alma işlemi seçilen cihaz üzerinden devam ettirilmiştir. Böylece sistem uzun süre ayakta kalmış ve elektrik enerjisine doğrudan erişimin güç olduğu kırsal alanlardaki seraların izlenebilmesi ve durumlarının kontrol altında tutulması sağlanmıştır. Ayrıca ülkemizde yetiştiricilikte önemli bir etken olan CO2 faktörünün ölçülmesi ilk kez
3. SERA VE SERACILIKTAKİ ÖNEMLİ FAKTÖRLER
Seralar; iklim koşullarının açıkta yetiştirmeye elverişli olmadığı dönemlerde kültür bitkilerinin, ekonomik olarak yetiştirilmesine imkan veren, bitkisel üretim için gerekli çevre koşullarının sağlanabildiği, içerisinde rahatça hareket edilebilen yapılar olarak tanımlanabilir [9]. Dünya nüfusunun 8 milyara dayandığı günümüzde, insanların beslenme sorunu hızlı bir şekilde büyümektedir. Artan Dünya nüfusunun beslenmesini, azalan ve parçalanan tarım arazilerinin durumu zora sokmaktadır. Dolayısıyla tek çıkar yolun birim alandan alınan verimin daha da artırılması olacaktır. Bunu da ancak yeni teknolojileri tarımsal üretime entegre ederek sağlayabiliriz. Serada yetiştiricilik için çok önemli üretim faktörleri olan sıcaklık, havanın karbondioksit oranı, hava oransal nemi ve toprak nemi gibi faktörlerin bu çalışmamızdaki teknolojik uygulamalar sayesinde kontrol altına alınarak, zamanında müdahale ile üretim faktörlerinden kaynaklanan olumsuzluklar giderilecek ve bunun neticesinde de istikrarlı ve daha yüksek ürüne ulaşılabilecektir.
Su bitkiler için en önemli besin maddesidir. Çünkü bütün hayatsal faaliyetler sadece sulu bir ortamda tezahür eder. Gelişim faktörleri sınıflamasında su, toprak faktörü olarak belirtilmektedir. Nedeni ise suyun %95 ten fazlasının topraktan alınıyor olmasıdır. 1 kg bitkisel kuru madde üretimi için 300-800 kg su harcanır. Bu değer bitkinin mineral madde beslenmesi ne kadar iyi ise o kadar küçüktür. Bitkinin suya en fazla gereksinim gösterdiği periyot esas gelişim zamanıdır. Bitkiler su noksanlığında morfolojik olarak solgunluk gösterir. Bitki hücreleri turgor durumunu kaybederler ve yapraklar dik durmaz aşağı doğru sarkarlar. Hücre plazmasının susuzluktan parçalanması nedeniyle hızlı bir şekilde kururlar. Çok az su bulunması durumunda gelişme azalır, kuvvetli solunum olur, hızlanmış olgunluk ve nispeten yüksek oranda kök kısmı meydana gelir. Bitkide gereksiniminden fazla su bulunması; yüksek oranda yaprak ve sap oluşumu, az teşekkül etmiş kök kısmı, olgunlaşmanın gecikmesi durumlarına neden olur. Ayrıca, turgorun yüksek oluşu nedeniyle bitki hücresinde devamlı bölünmeyi teşvik etme ve büyük hücrelerin oluşması, yumuşak doku teşekkülü ve bitkiyi dış etkenlere karşı koruyan ve dik tutan gerekli doku sertliğinin oluşmamasına neden olur. Ekstrem derecede su fazlalığında ise ıslak zararları meydana gelir ve bitkide sararmaya neden olur. Bu sararma
genellikle oksijen noksanlığından ve besin maddeleri alınmasının engellenmesi neticesinde ya da karbondioksit fazlalığı ve zehirli maddelerin etkilerinden meydana gelir. Toprakta tarla kapasitesi denilen optimum su miktarı; toprakta 0,15 atm. basınç ile 3,8 atm. basınç arasında bir kuvvetle tutulan suyu ifade eder [8]. Optimum su temininde, bitkilerde optimum gelişimi ve en iyi kaliteyi verir. Seralarda genellikle sudan önemli ölçüde tasarruf sağlayan, suyu bitkilerin kök bölgesine veren sistem olan damla sulama sistemi kullanılmaktadır [29]. Damla sulama ile bitkilerde verim artışı olmaktadır. Su sisteme kontrollü olarak verilebilmektedir. Suyun topraktaki durumu ölçülmek suretiyle tarla kapasitesindeki aralıkta su ihtiyacı olduğunda sistemin çalıştırılması ve ihtiyaç tamamlandığında su akışının kesilmesi şeklinde kontrollü olarak su ve bununla birlikte verilebilecek mineral madde ihtiyacı giderilebilecektir. Suyun kontrollü şekilde uygulanması sera yetiştiriciliğinde verim ve kalite bakımından daha iyi niteliklere haiz ürünler elde edilecektir.
Fotosentez yeşil bitkilerin klorofili sayesinde ışık altında havadan aldıkları karbondioksit ile suyu bünyelerinde birleştirerek organik maddeleri oluşturması olayıdır. Normal soluduğumuz havada ki karbondioksit oranı %0,035 (350 ppm) veya 0,7 g/mᶾ’tür [9]. Açık arazide yetiştirilen bitkiler doğada kendiliğinden bulunan karbondioksitten yararlanmaktadırlar. Oysa sera atmosferinin karbondioksit oranı pek çok nedenlerle gün boyunca büyük değişimler göstermektedir. Karbondioksit oranı sabah saatlerinde yüksek olduğu belirlenmiştir. Öğle saatlerinde ise fotosentez hızının artması sonucu karbondioksit oranında dışa kıyasla büyük bir düşüş izlenmektedir [9]. Hıyar, biber ve domateslerde karbondioksit konsantrasyonunun 350 ppm’den 200 ppm’e düşmesinin verimde %40 azalmaya neden olduğu saptanmıştır [30]. Dolayısıyla sera ortamının karbondioksit bakımından kontrol altında tutulması ve verimi etkileyecek düzeye düşmesi durumunda havalandırma yapılarak dış ortamdan karbondioksitin iç ortama alınması sağlanmalıdır. Bu şekilde oluşacak verim kayıplarının önüne geçilmelidir. Sera havasında geceleri bitkilerin solunum yapması nedeniyle karbondioksit miktarı artar. Artan karbondioksit miktarı sabah güneşin çıkması ile özümleme (fotosentez) başlar ve bir süre sonra havanın karbondioksiti azalır. Sera havasında azalan karbondioksit bitkide meydana gelen fotosentez olayını sınırlayıcı bir etki yapmasının önüne geçmek için havalandırma sisteminin devreye geçmesi gerekir. Bunun için sera içerisinde belirli saatlerde havanın karbondioksitini ölçerek kontrol eden, aldığı bilgileri bilgisayar ortamına aktaran ve bu şekilde de verimi artırıcı yönde otomatik olarak havalandırma
sistemini devreye sokan bir yapılanmaya ihtiyaç vardır.
Isı birimi kaloridir. 1 kalori 1 gr suyun sıcaklığını 3,5 °C’den 4,5 °C’ye yükseltmek için gerekli olan enerji miktarıdır. Genellikle yazlık sebzelerden oluşan sera sebzeleri yüksek sıcaklıklardan hoşlanırlar. Sıcaklık yükseldikçe solunum artar ancak 40 °C’nin üzerinde durmaya başlar. Fotosentez 45 °C civarında minimize olur. Çiçek tozu canlılığı yüksek ve düşük sıcaklıklarda azalır. Bitkinin su alma gücü ise düşük sıcaklıkta düşer, yüksek sıcaklıklarda artar. Geceleri bitkilerde solunum olayı olacağından madde parçalanması söz konusudur. Sıcaklık geceleri yüksek tutulursa fotosentezle madde yapımı da olmayacağından verim kaybı olur. Dolayısıyla bitkileri yaşatacak sıcaklıklarda tutmak gerekir geceleri ki buda bitki türlerine göre değişmekle beraber domateste 11 °C’ye kadar düşürülebilir [9].
Bitki dokularında yüksek oranda bulunan su çevrede 0 °C’nin altında sıvı halden katı hale geçtiğinden bitkiler su gereksinimlerini sağlayamazlar. Böylece sıcaklığa doğrudan bağlı olan bitkilerdeki biyolojik olaylar da durur. Bu nedenle bitkilerin gelişimi genellikle 0 °C’nin altında olmayacağı gibi 60 °C’nin üzerinde de proteinlerin yapısı bozulduğundan gelişimleri yine mümkün olmaz. Bitkilerin normal gelişimleri için 0-60 °C arasında geniş sınırlar içinde sıcaklığa ihtiyaçları vardır. Bu sınırlar içerisinde her bitkinin cins, tür ve çeşidine göre; minimum, maksimum ve birde optimum sıcaklık dereceleri bulunur. Bitkiler için genellikle gelişim faktörü olarak optimum sıcaklık 15 – 30 °C’ler arasında bulunması gerekir [8]. Seralar için ekonomik bir ısıtma ile yüksek verim ve kalite elde edebilmek için gündüz sıcaklığı, genellikle optimum sıcaklıklar olan 18-22 °C’lerde tutulur. Bitki tür ve çeşitlerine göre değişim gösteren optimal sıcaklıklar gece ve gündüz şartlarına göre kontrollü olarak ölçülmek suretiyle gerekli sıcaklık ortamlarının oluşturulması ve bu şekilde azami verimin alınması mümkün olabilir. Bu şekilde seracılıktan daha fazla gelir elde edilebilir.
Belirli bir sıcaklıkta 1 mᶾ havanın içerdiği nem mutlak nemdir g/mᶾ olarak ifade edilir. Mutlak nemin aynı sıcaklık ve aynı hacimde havanın alabileceği en fazla nem miktarına oranına oransal nem veya bağıl nem ya da nispi nem denir ve yüzde (%) olarak ifade edilir [9]. Havanın kuru ve nemli oluşuna göre değişen belli bir su emme gücü vardır ve bu güç kuru havada nemli havadan daha yüksek düzeyde seyreder. Havanın sıcaklığı arttıkça nemlilik oranı düşer. Seranın nemi güneş batımı ile yükselmeye başlar. Bu durumda ya havalandırma ya da ısıtma yapmak gerekir. Bitkiler yaprak yüzeylerinden buhar yoluyla su kaybetmelerine terleme veya transpirasyon denir. Seralarda oransal nem
düşük (%30-40) ise bu durumda bitkiler aşırı su kaybeder ve sık sulama gerektirir. Aksi durumda oransal nem yüksek olursa (%90 ve üzeri) hava doygun duruma geleceğinden bitkilerin terlemesi yavaşlar ve su alımı çok azalır buda bitkilerde gelişmeyi durma noktasına getirir [9]. Diğer yandan yüksek hava oransal nemi, mantarı ve bakteriyel hastalıklara uygun ortam oluşturur ve bitkilerin hastalanmasına sebep olur. Bitki yetiştiriciliğindeki bütün bu olumsuzluklar verimi önemli derecede azaltır ve yetiştiriciliği ekonomik olmaktan çıkartır. Halbuki %60-80 seviyelerindeki oransal nem, bitki tür ve çeşitlerine göre değişen optimal düzeylerde tutulması durumunda normal fizyolojik faaliyetlere devam edecek olan bitkilerde normal bir verim ve kalite kriterlerine ulaşmak mümkün olacaktır. Bunun için de hava oransal neminin kontrollü şartlarda belirli aralıklarla ölçülmesi, bu bilgilerin bilgisayar ortamından kontrolü sağlanmak suretiyle otomasyonlu olarak gerekli önlemler alınabilir. Hava oransal nemini düşürmek için havalandırma yapılır. Hava oransal nemini yükseltmek için ise sera içerisine su püskürtülebilir. Bu şekilde seralardan kontrollü şartlarda daha yüksek verim artışı sağlanabilir.
4. NESNELERİN İNTERNETİ VE NESNELERİN İNTERNETİNİN
SERACILIK SEKTÖRÜNE KATKISI
Nİ’nin temelleri 1993’te Weiser tarafından önerilen “Her Zaman Her Yerde Hesaplama” kavramına dayanmaktadır [31]. Ancak “Nesnelerin İnterneti (Nİ)” kavramı ilk kez teknoloji öncülerinden biri olarak kabul edilen Kevin Ashton tarafından 1999 yılında bir sunumda kullanılmıştır. Ashton, Procter&Gamble şirketi için hazırlanan bu sunumda şirketin tedarik zinciri sürecinde RFID teknolojisi kullanılarak yapılacak olan uygulamanın firmaya getireceği faydaları sıralamış ve kullanımı önermiştir [32]. Nesnelerin İnternetini 1999 yılında Kevin Ashton’ında kurucusu olduğu MIT’nin (Massachusetts Institute of Technology) Auto-ID merkezinin diğer üyeleri nesneleri, bilgiyi ve insanları bilgisayar ağları vasıtasıyla birbiriyle bağlayan ve realizasyonu için RFID teknolojisinin temel oluşturduğu akıllı bir alt yapı olarak tanımlamışlardır [33]. Uluslararası Telekomünikasyon Derneği (ITU) Nesnelerin İnterneti kavramının enformasyon ve iletişim teknolojileri dünyasına yeni bir boyut kazandırdığını ve bu boyut ile nesne olarak tanımlanabilecek herhangi bir şeye herhangi bir zamanda herhangi bir yerden bağlanabileceğini belirtmiştir. ITU, Nesnelerin İnternetini ağların dinamik ağı olarak tanımlamıştır [33]. Avrupa Araştırma Projeleri Grubu (Cluster of European Research Projects on the Internet of Things - CERP-IoT) ise Nesnelerin İnternetini standart ve birlikte çalışabilen iletişim protokollerine dayanan, kendi kendini konfigüre edebilen (self configuring), dinamik global bir ağ alt yapısı olarak tanımlamıştır. Bu ağda nesneler kimlik numaraları ile sanal olarak tanımlanır, akıllı ara yüzler kullanır ve kesintisiz olarak enformasyon ağına entegre olurlar. Nesne kavramı ile aşağıdaki özelliklere sahip nesneler kastedilir [33]:
• Birbiriyle ve algıladığı çevre ile etkileşim içinde olan, iletişime geçebilen, veri ve enformasyon değişimi yapabilen,
• Gerçek dünyada olan olaylara bağımsız şekilde reaksiyon gösterebilen,
• Belirli işleri başlatmak ve hizmetleri üretmek için insani müdahale ile ya da doğrudan (insani müdahale olmaksızın) süreçler yürütebilen nesneler.
Nesnelerin İnterneti kısaca fiziksel nesnelerin birbirleriyle veya daha büyük sistemlerle haberleşebildiği bir iletişim ağı şeklinde tanımlanabilir. Son yıllardaki teknolojideki gelişmelerle çok sayıda algılayıcı cihaz, KAA sistemleri aracılığıyla internet ortamına entegre edilebilmektedir. Algılayıcı cihazlar ile anlık elde edilen veriler birçok alanda başarıyla kullanılabilmektedir. Nİ kavramı gelişmesini büyük ölçüde algılayıcı cihazlardaki gelişen bu teknolojilere borçludur. Çok sayıda, küçük boyutlu, kablosuz teknoloji kullanan algılayıcı cihazlar ile çevremizdeki hemen hemen bütün olayları izlemek mümkün olmaktadır. Nİ’de kullanılan akıllı algılayıcı cihazlar kendilerini tanıtma, ağ kurabilme ve topladıkları bilgileri depolama ve analiz yeteneğine sahip genel kullanıma açık bulut servislerine aktarma yeteneğine sahiptirler [34].
Nİ Şekil 4.1’de gösterilen 5 katmandan oluşmaktadır;
Şekil 4.1. Nİ Katmanları
Algılama katmanı OSI modelinde yer alan fiziksel katmana benzetilebilir. RFID, QR kod okuyucu ve bu çalışmada kullanılan ZigBee gibi farklı algılayıcı cihaz ve çevresel etmenlerden oluşmaktadır. Bu katman genel olarak her tür algılayıcı cihaz üzerinden belli bir bilginin elde edilmesi ve tanımlanması işlemlerini yerine getirir. Toplanan bilgi bu çalışmada kullanılan toprak nemi, hava nemi, sıcaklık, CO2 oranı olabileceği gibi konum,
rüzgar hızı, titreşim, aitlik derecesi, havadaki toz oranı, ışık oranı vb. olabilir. Algılayıcı cihazlardan elde edilen bu ve buna benzer veriler bir sonraki aşamada ağ katmanına
aktarılmaktadır [35].
Ağ katmanının görevi, algılayıcılardan toplanan verinin işlenebilmesi için 3G, 4G, UMTS, Wi-Fi, WiMAX, RFID, kızılötesi gibi teknolojilerin kullanılarak cloud gibi merkezi işlem birimlerine güvenli bir şekilde iletilmesidir [35].
Orta katman oluşturulan herhangi bir Nİ sisteminde yer alan cihazların birbirleriyle bağlanıp iletişim kurduklarında kullanılan farklı tiplerdeki servislerden oluşur. Bu katmanın algılayıcı cihazdan gelen veriler depolanması ve servislerin yönetilmesi olmak üzere iki temel görevi vardır [35].
Uygulama katmanı orta katmanda işlenen bilgiye dayanarak dâhili uygulamaların yönetiminden sorumludur. Nesnelerin interneti uygulamaları akıllı posta, akıllı ev, akıllı telefon, akıllı otomobil, akıllı gözlük, akıllı taşımacılık vb. olabilir. Eğer toprak nemi çok düşükse çiftçiye sms gönderilmesi veya otomatik olarak sulama sisteminin çalıştırtılmasının sağlanması bu katmanın görevidir [35].
İş katmanı tüm nesnelerin interneti uygulamalarını ve servis yönetimini kapsar. Alt katmanlardan gelen verilerin analiz edilerek bir sonuç verisinin üretildiği katmandır. Servislerin yanıt verip vermemesi, iş akışlarının süreç içeresinde doğru şekilde ilerleyip ilerleyememesi gibi konular bu katmanın içeriğidir.
Nİ teknolojisinin seracılığa sağladığı birçok katkı vardır:
• Veriler bulutta depolanır ve böylece serada yetiştirilen ürün hakkında tüm yetiştiriciler için bilgi havuzu oluşur. Oluşan bu havuzdan yetiştiriciler istedikleri kriterler hakkında bilgi edinme imkanına kavuşur.
• Toprak nemi takip edilerek su kullanımı azaltılır ve suyun israf edilmesinin önüne geçilir. Toprak neminin tarla kapasitesinde kalması sağlanır ve bu şekilde azami verim ve kalite temin edilmiş olur.
• Sera havasının CO2 oranı takip edilip kullanımı kontrol altına alınarak
karbondioksit gübrelemesi yapılmış olur. Bu şekilde kimyasal gübre kullanımı azaltılarak çevreci bir yetiştiricilik yapılmış olur.
• Sera içeresindeki hava oransal neminin kontrolü sağlanarak hastalık ve zararlıların kontrolü sağlanmış olur. Bu şekilde de kimyasal ilaç kullanımı azaltılmış olur. Güvenli gıda üretilmiş ve çevreci bir yetiştiricilik yapılmış olur.
• Sera içerisindeki sıcaklık kontrol altında tutularak daha düşük maliyetli ürün elde edilebilir.
• Sera içerisindeki ışık kontrol altına alınarak özellikle kışın kısa günlerde yapay ışıklandırma ile fotosentez süresi uzatılabilir. Bu şekilde de verim artışı sağlanabilir.
• Üreticilerin birim alanda elde ettikleri verim artar, bu da üreticilerin gelir düzeyini arttırır. Maliyetlerini düşürür, iş gücünü azaltır ve refah düzeylerinin arttırır. • Uzaktan kontrol sağlayarak üreticinin yaşam kalitesini arttırır.
5. MATERYAL VE YÖNTEM
Bu çalışmada seradaki ortam parametrelerinin izlenebildiği ve yetiştiricinin bilgilendirildiği, düşük güç tüketen bir sistem geliştirilmiştir. Oluşturulan sistemde kullanılan elektronik platform, sensörler, kablosuz haberleşme modülü, pil ve bağlantı kabloları Çizelge 5.1’de adetleriyle birlikte verilmiştir.
Çizelge 5.1. Materyaller
Materyal Adet
Orijinal Arduino Mega 2560 R3 4
XBee-PRO SC2 5
Toprak Nemi Algılama Sensörü 4
DHT11 Isı ve Nem Sensörü Kart 4
CO2 Ölçme Sensörü 4
Arduino Mega USB Kablo 2
9V Şarjlı Pil 200mA 4
9V Pil Şarj Cihazı 1
Arduino 9V Pil Yuvası 4
40 Adet Dişi-Erkek Jumper Kablo 20cm 1 40 Adet Erkek-Erkek Jumper Kablo 20cm 1
XBee Explorer USB 5
Breadboard 4
Şekil 5.1’de kullanılacak 1 adet cihaz için materyallerin birleştirilmesiyle oluşturulan elektronik devrenin ekran görüntüsü verilmiştir. Cihazın iyi şartlarda muhafaza edilebilmesi için ayrıca 15x8 cm. ebatlı korunaklı bir plastik kutu tedarik edilmiştir. Görüntüsü verilen tümleşik devreden 4 adet oluşturulmuştur. Tarımsal yetiştiricilikte önemli faktörlerden toprak nemi, hava nemi, sıcaklık ve karbondioksit oranını ölçmek için sensörler kullanılmıştır. Veriler arduino mega ile okunarak xbee pro kablosuz haberleşme modülü ile üzerinde yine xbee kablosuz haberleşme modülü bulunan
bilgisayardaki servis aracılığıyla buluttta kurulu olan MSSQL veritabanına aktarılmış ve okunan veriler hazırlanan web uygulaması üzerinden kullanıcılara gösterilmiştir.
Şekil 5.1. Kullanılan Materyallerin Genel Görüntüsü
Arduino Mega, üzerinde elektronik cihazların kontrol edilmesine yarayan bir Atmel AVR mikrodenetleyicisinin bulunduğu elektronik karttır. Arduino üzerindeki bu mikrodenetleyici programlanarak yerine getirilmesi istenilen komutlar gerçekleştirilir. 54 adet dijital giriş / çıkış pini vardır. 15 tanesi DGM çıkışı olarak kullanılabilmektedir. Üzerinde 16 analog girişi, 4 UART (serial port), 16 MHz kristal osilatörü, USB bağlantısı, adaptör girişi, ICSP çıkışı ve bir reset butonu vardır. Şekil 5.2’de gösterilen Arduino IDE yazılımı ile programlanmaktadır.
Şekil 5.3’te gösterilen “XBee-PRO SC2” arduino ile birlikte kullanılabilen bir kablosuz haberleşme modülüdür. Noktadan noktaya (Point to Point) ve çok noktalı (Multipoint) haberleşmeyi desteklemektedir. 3 km ye kadar veri iletimini desteklemektedir. Üzerinde entegre edilebilen antenler ile bu mesafe 10 km ye kadar çıkarılabilmektedir. Çalışmada aurduino ile sensörlerden toplanan veriler bu modül ile server olarak kullanılan bilgisayar üzerinde takılı olan bir diğer xbee-pro ya aktarılmaktadır. Serverdaki modül üzerinden gelen veriler .net ortamında hazırlanan uygulama aracılığıyla okunarak veri tabanına kaydedilmektedir. Xbee-PRO haberleşme modülünü bilgisayar ile seri port üzerinden konfigüre edebilmek ve aurduino ile bağlantı sağlayabilmek için “XBee Explorer USB” kartı kullanılmıştır. Bu kart seri port ile haberleşmeyi mümkün kılan FT232 gibi USB-UART dönüştürücü entegresi ve 3.3V regülatörden oluşmaktadır.
a) b)
Şekil 5.3. Xbee Bileşenleri a) Xbee-PRO [36], b) XBee Explorer USB [37]. Xbee kartını konfigüre edebilmek için Şekil 5.4’te gösterilen XCTU isimli programa ihtiyaç duyulmaktadır. XCTU üzerinden xbee modülü, koordinatör, yönlendirici ve son cihaz olarak konfigüre edilebilmektedir. Yaygın olarak kullanılan baud hızları 9600 ve 115200’dür. Xbee modülleri bir PAN (Personal Area Network) üzerinde haberleşmektedir. Bir PAN kurulmadan xbee modülü ağa katılamayacaktır. Koordinatör olarak ayarlanan xbee modülü PAN’ın başlatılmasından sorumludur. Koordinatör modül haberleşme kanalını ve PAN ID’sini belirler. Ayrıca diğer koordinatör, yönlendirici ve son cihaz türlerindeki modüllerin PAN’a katılmasını izin verir. Diğer modüllerin PAN’a katılabilmesi için PAN ID’lerinin koordinatör cihazdaki PAN ID ile aynı olması gerekmektedir. Koordinatör veri alıp yollayabilir ya da mesh network yapısında verinin bir sonraki cihaza iletilmesi işlemlerini gerçekleştirebilir. Tüm ağı yönettiğinden pil ile
beslenmesi veya düşük güç modlarında çalıştırılması uygun değildir. Sabit bir güç kaynağı ile beslenmeli ve “main power mode” denilen standart güç modunda çalıştırılmalıdırlar. Çünkü koordinatör modülün işlevini kaybetmesi, tüm ağın çökmesi anlamına gelmektedir. Bu çalışmada koordinatör olarak ayarlanan Xbee modülü server görevi görecek bilgisayar üzerinde bulunmaktadır. Böylece kesintisiz güç ile tüm ağ yönetilebilmektedir. Yönlendirici türündeki modül, diğer yönlendiricilerin ve son cihazların PAN’a katılmasına izin verir. Yönlendirici veri alıp yollayabilir ya da mesh network üzerinde veri aktarımını sağlayabilir. Son cihaz ise diğer cihazların PAN’a katılmasına izin veremez, ancak mesh network üzerinde veri iletimi yapabilir [38].
Şekil 5.4. XCTU Programı
Toprak nemi algılama sensörü olarak arduino projelerinde sıkça kullanılan klasik bir model kullanılmıştır. Şekil 5.5’te gösterilen bu modelde torağın içerisine batırılan prop uçları arasındaki elektrik iletkenliği baz alınarak 0 ila 1024 arasında bir değer üretir. 1024 iletkenliğin olmadığı anlamına gelmekle beraber değer sıfıra yaklaştıkça torak iletkenliğinin arttığı dolayısıyla toprak neminin arttığı sonucuna ulaşılmaktadır. Herhangi bir birimi yoktur. Kart üzerinde yer alan trimpot sayesinde hassasiyet ayarı
Şekil 5.5. Toprak nemi algılama sensörü [39].
Hava nemi ve sıcaklığını ölçebilmek için yine sıkça arduino projelerinde görebileceğimiz Şekil 5.6’da gösterilen DHT11 Isı ve Nem Sensörü kullanılmıştır. Üzerinde 8 bit bir mikroişlemci bulunur. Bu modül ile -40 ile 80°C aralığında 2°C hata payı ile sıcaklık ile birlikte 20-90% RH arasında %5 RH hata payı ilede hava nemi ölçümü yapabilmektedir.
Şekil 5.6. DHT11 Isı ve Nem Sensörü [40].
CO2 oranını ölçebilmek için DF Robotun üretmiş olduğu “Gravity Arduino Analog
Karbondioksit Gaz Sensörü (CO2)” kullanılmıştır. Bu sensör, Arduino için yapılmış ilk
Karbondioksit sensörüdür. Bu sensör DF Robotun geliştirdiği "Gravity" arayüzünü kullanmaktadır. Modülün çıkış voltajı CO2 konsantrasyonu arttıkça düşer. Üzerinde
bulunan potansiyometre ile voltaj eşiğini ayarlayıp sensörü alarm gibi kullanmanız mümkündür. Potansiyometreyi ayarladığınız voltaj derecesini aşan herhangi bir CO2
değerinde sensör bir dijital (Açık / Kapalı) sinyal gönderir. Üzerinde bulunan MG-811 sensörü ortamdaki alkol, bağıl nem karbonmonoksit ve sıcaklık gibi çeşitli faktörlerden çok CO2 endeksli hassasiyeti ile diğer sensörlere oranla daha iyi ölçümler sunar. Yerleşik
ısıtma devresi, sensörün çalışması için en iyi sıcaklığı getirir. Isıtma sensörü için en iyi performansı sağlayan dahili güç 6V besleme ile çalışır. Şekil 5.7’de kullanılan bu sensör gösterilmektedir.
Şekil 5.7. Gravity Arduino Analog Karbondioksit Gaz Sensörü (CO2) [41].
Temel olarak bu materyallerin kullanılmasının yanında bağlantılar için jumper kablolar ve breadoard kullanılmıştır. Ayrıca güç olarak 9V 200 mah şarj edilebilir piller ile birlikte bu pilleri şarj edebilmek için pil şarj cihazı temin edilmiştir. Pilin şarj durumu şarj düştükçe voltaj değeride düştüğünden buradaki doğru orantıdan faydalanılarak belirlenmiştir. Arduinoyu pille besleyebilmek için pil yuvası temin edilmiş olup pilleri şarj edebilmek içinde pil şarj cihazı temin edilmiştir. Ayrıca daha sonradan koruma kabı temin edilerek cihaz bu kabın içerisine birleştirilerek monte edilmiştir. Şekil 5.8’de oluşturulan sistemin bağlantıları gösterilmektedir.
Şekil 5.9’da sistemin mimarisi gösterilmektedir. Her bir cihazda belirlenen faktörleri ölçebilmek için 4 sensör ve sensörlerden elde edilen verileri aktarabilmek içinde kablosuz haberleşme modülü bulunmaktadır. Bilgisayar üzerindeki kablosuz haberleşme modülü üzerinden geliştirilen servis aracılığıyla sensörlerden elde edilen veriler buluta kurulan veri tabanına aktarılmaktadır. Yine bu çalışma kapsamında hazırlanan, buluttaki verilerden beslenen web uygulamasına çeşitli cihazlardan erişme imkanı sunulup kullanıcılara anlık bilgi verilmektedir.
Şekil 5.9. Sistem Mimarisi
Şekil 5.10’da üzerindeki xbee kablosuz haberleşme modülü ile cihazlardan veri toplayarak bulut ortamındaki veri tabanına sensörlerden elde edilen verilerin aktarılmasını sağlayan servisin bulunduğu bilgisayar gösterilmektedir.
Canlı ortamdan veri toplayabilmek için Trabzon Akyazı’da bulunan ıspanak seraları kullanılmıştır. Şekil 5.11’de ıspanak serasından görüntüler yer almaktadır.
Şekil 5.11. Sera Ortamından Görüntüler
Uygulamayı koordine eden servis Microsoft’un geliştirici ortamı “Visual Studio’nun 2017” versiyonunda geliştirilmiştir. .Net ortamında C# programlama dili ile geliştiren ve port üzerinden veri okuyan bu servis okunan verileri bulut üzerindeki MSSQL veri tabanına aktarmaktadır.
Şekil 5.12’de gösterilen Microsoft Visual Studio, Microsoft Windows, Windows Mobile, Windows CE, .NET Framework, .NET Core, .NET Compact Framework ve Microsoft Silverlight tarafından desteklenen tüm platformlar için yönetilen kod ile birlikte yerel kod ve Windows Forms uygulamaları, web siteleri, web uygulamaları ve web servisleri ile birlikte konsol ve grafiksel kullanıcı arayüzü uygulamaları geliştirmek için kullanılan, Microsoft tarafından geliştirilen bir tümleşik geliştirme ortamıdır [42]. C#, C/C++ ve Java dillerinden türeyen, güçlü, basit, esnek, tip güvenli, modern ve Microsoft .NET platformu için sıfırdan geliştirilmiş nesne yönelimi programlama dilidir [43]. MSSQL (Microsoft SQL Server), yetkiler çerçevesinde herhangi bir yazılım üzerinden erişilebilen verilerin içerisinde saklandığı bir veri tabanı sistemidir.
Şekil 5.12. Microsoft Visual Studio
Şekil 5.13’te buluttaki MSSQL de tasarlanan veri tabanı diyagramı gösterilmektedir. Burada ölçülen parametre değerlerini tutmak için 4 tablo ve cihazların kaydedildiği 1 tablo oluşturulmuştur. Parametre verilerinin tutulduğu her bir tabloda “ÖlçümDeğeri” alanında sensörlerden elde edilen veriler tutulmaktadır. Verinin hangi cihazdan geldiğini görebilmek için parametre verilerinin tutulduğu tablolar cihazlar tablosuyla ilişkilendirilmiştir. Cihazlar tablosunda cihaza yönelik pil için “Şarj”, mesafe için “Uzaklık” ve erişim durumu (bağlandı-bağlanamadı) için “Durum” alanı eklenmiştir. Ayrıca servis tarafında oluşabilecek hataları takip edebilmek için “DurumGünlükleri” tablosu oluşturulmuştur.
Şekil 5.13. Veri Tabanı Diyagramı
Bulut (Cloud) teknolojisi bir yazılım dağıtım modelidir [44]. Masaüstü bilgisayar, tablet veya akıllı mobil cihazlar üzerinden herhangi bir yazılım ve depolama birimine ihtiyaç duymaksızın internet üzerinden başka sunuculara bağlanarak hizmet alma modelidir. Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsüne göre bulut bilişim, en az yönetim hizmeti veya servis sağlayıcı müdahalesi ile hızla alınabilen ve verilebilen esnek yapıdaki ayarlanabilir bilişim kaynaklarının (ağ hizmeti, sunucu hizmeti, depolama hizmeti, uygulamalar ve diğer hizmetler gibi) paylaşıldığı havuza, istendiğinde ve uygun bir şekilde ağ erişimi sağlayan bir modeldir [45]. Gardner Firması tarafından, 2010 yılında bilişim şirketleri arasında yapılan bir araştırmaya göre bulut bilişim, öne çıkan ilk üç bilişim teknolojisinden biri olarak yer almıştır [46]. Bu çalışmada bulut ortamında hazırlanan veri tabanına aktarılan veriler Şekil 5.14’te gösterilen web arayüzüyle çeşitli cihazlardan kullanıcıya gösterilmiştir.
Şekil 5.14. Web uygulamasının açılış görüntüsü
6. BULGULAR VE TARTIŞMA
Diğer çalışmalardan farklı olarak kırsal kesimdeki elektrik enerjisine ulaşımın zor olduğu seralar için sistemi pil ile uzun süre ayakta tutabilmek adına bir optimizasyon algoritması geliştirilmiştir. Geliştirilen optimizasyon algoritması pil ve mesafenin ters oranını baz alır. Algoritmanın adımları şu şekildedir;
1. Uç cihazların koordinatör cihaza olan mesafeleri ve pil değerleri alınır veri tabanında tutulur.
2. “Pil / Koordinatör Cihaza Olan Uzaklık” formülünden en büyük değere sahip olan cihaz ilk anda haberleşmek için kullanılacak en optimum cihaz olarak belirlenir. 3. Seçilen cihazdan ortam parametrelerinin değerleri okunur.
4. Bir sonraki periyotta seçilen cihazdan pil değeri okunur ve veri tabanındaki pil değeri güncellenir.
5. Veri tabanındaki veriler tekrar optimizasyon algoritmasına sokulur ve optimum cihaz seçilir.
6. 3. Adıma dönülür ve süreç tekrarlanır.
Kullandığımız Xbee modülü XBP24C ürün ailesinde olup 3 farklı fonksiyon seti ile çalışabilmektedir. Algoritma Xbee modülünün Çizelge 6.1’ de gösterilen 3 farklı fonksiyon seti ve firmware sürümleri ile test edilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Xbee modülü 9600 baud hızında yapılandırılmıştır.
Çizelge 6.1. Kullanılan Xbee Yazılımları ve Firmware versiyonları Senaryo Ürün Ailesi Fonksiyon Seti Firmware Sürümü
1 XBP24C 802.15.4 TH PRO 2002
2 XBP24C DigiMesh 2.4. TH PRO 9002
Şekil 6.1. Örnek Uyguma Çizimi
Şekil 6.1’de örnek uygulama çiziminde optimizasyon algoritmasına sokulacak 3 cihaz görülmektedir. Bu 3 cihaz için ilk başta maliyet hesaplanmalıdır. İlk anda piller tam doludur. 1 saatte kullanılan 1 pilin şarj değeri Senaryo 1 için yaklaşık %19, Senaryo 2 için yaklaşık %18 ve Senaryo 3 için yaklaşık %15 düşmektedir. Şekil 6.2, 6.3 ve 6.4’teki grafiklerde “Pil / Koordinatör Cihaza Olan Uzaklık” oranı her geçen 1 saat için senaryolar bazında gösterilmektedir.
Şekil 6.3. Senaryo 2 - Saatlik Durum Grafiği
Şekil 6.4. Senaryo 3 - Saatlik Durum Grafiği
Algoritmaya giren A B C cihazları içerisinde en uygun maliyetli olan cihaz pillerin tam dolu olduğu ilk aşamada tüm senaryolar için A cihazı olduğu tespit edilmiştir. Bu aşamada A cihazı hariç diğer cihazlara koordinatör cihaz üzerinden “Sleep” komutu gönderilir ve bu cihazlar 1 saat boyuna uyutulur. Diğer cihazların uyanmasına kadar geçecek olan 1 saat boyunca A cihazından belirlenen 10 dakikalık periyotlarla belirlenen parametre verileri okunur. 1 saatlik periyot dolduğunda uyanan cihazlardan pil bilgileri alınır ve koordinatör cihaz üzerinden servise gönderilir. Servis veri tabanındaki pil bilgilerini güncelleyerek optimum cihazı belirler. Burada dikkat edilmesi gereken
noktalardan biride cihaz uyku haline olsa bile normal çalışmasına nazaran azda olsa enerji harcamasıdır. Servisin belirlediği cihaz hariç diğer cihazlara “Sleep” komutu gönderilerek uyutulur. Grafiklerden de anlaşılacağı üzere tüm senaryolarda 2 saat boyunca veri okuma görevini A cihazı yürütmüştür. 2 saat sonunda veri okuma görevini senaryo 1 ve senaryo 2’de C cihazı devralmıştır. Senaryo 3’te ise 2 saat sonunda A cihazından veri alındığı görülmektedir. Süreç her bir saat sonunda optimum cihaz seçtirilerek devam ettirilmiştir. Senaryo 1 ve 2’de 8 saat tamamlanmadan enerjinin tükendiği ve verinin gelmediği gözlemlenmiştir. Senaryo 3’te ise 8. Saatte koordinatöre veri aktarıldığı ancak 9 saate varmadan enerjinin tükendiği gözlemlenmiştir. Senaryo 1 ve senaryo 2’de kullanılan yazılımın senaryo 3’teki yazılıma göre güç yönetiminde başarısız olduğu görülmektedir. Bu çalışmada 9v’luk 200 mAh piller kullanılmıştır. Daha büyük pillerle ve daha düşük güç tüketen arduino modelleriyle sistem haftalarca ayakta kalacaktır. Ayrıca XCTU programı üzerinde xbee modüllerindeki konfigürasyonların ve gönderilen her bir bit kaydında güç tüketimine etkisinin olacağı düşünülmektedir. Çizelge 6.2’de doğru orantıyla hesaplanarak diğer senaryolara nazaran başarılı olan senaryo 3 için sistemin ayakta kalma süreleri gösterilmektedir. Büyük bataryalarla sistem günlerce ayakta kalabilmektedir. Kurduğumuz algoritma yapısı ile %33 sistem daha uzun süre ayakta kalması sağlanmıştır. Bu çalışmada arduinonun mega modeli ile elde ettiğimiz tasarruf sağlanmıştır. Ancak arduinonun pro mini gibi uyku modunda çok düşün enerji harcayan modellerin kullanılması durumunda sistemin haftalarca ayakta kalabileceği öngörülmektedir.
Çizelge 6.2. Ölçümlerde elde edilen verilerden bir kesit
Pil Gücü Çalışma Saati
200 mAh ~8 Saat
600 mAh ~24 Saat (1 Gün)
1000 mAh ~40 Saat (1 Gün 16 Saat) 3000 mAh ~120 Saat (5 Gün) 6000 mAh ~240 Saat (10 Gün) 10000 mAh ~400 Saat (16 Gün 16 Saat)
Trabzon Akyazı’daki seralarda pil değiştirilerek ölçülen gerçek ortam verileri Çizelge 6.3’de gösterilmektedir. Ölçülen bu değerler yetiştiriciye internete açık olan bir cihaz ile anlık olarak, hazırlanan web sayfası üzerinden gösterilmektedir. Değerleri takip eden yetiştiricinin seraya anlık müdahale etmesiyle verim arttırılacaktır.
Çizelge 6.3. Ölçümlerde elde edilen verilerden bir kesit
Saat CO2 (PPM) Toprak Nemi (0-1024) Hava Nemi (0-100 %) Sıcaklık (-50°C - +60 °C ) 10:00 384 644 70.00 18.00 11:00 270 682 71.00 18.00 12:00 296 724 71.00 18.00 13:00 347 745 71.00 17.00 14:00 404 759 72.00 17.00 15:00 578 779 73.00 17.00 16:00 953 789 73.00 17.00 17:00 728 801 74.00 17.00 18:00 1085 814 74.00 17.00 19:00 1012 794 76.00 16.00
Bu konu hakkında ülkemizde yapılan diğer çalışmalardan farklı olarak serada havanın karbondioksitinin kontrol altında tutulması ve karbondioksit gübrelemesi üzerinde durulmuştur. Karbondioksit gübrelemesi ile solunum-fotosentez-ışık ilişkilerinden istifade edilerek, sera havasında biriken karbondioksiti azami derecede fotosentez ürünlerine dönüştürmek mümkün olmaktadır. Bu şekilde kimyasal gübre kullanımının önüne geçilerek çevre kirliliği önlenecek ve çevreci bir yaklaşımla ürün elde edilebilecek, verim artışı sağlanmış olacaktır.
Konu ile ilgili yapılan diğer çalışmalar irdelendiğinde bu çalışmalarda genellikle elektrik enerjisi kullanılmıştır. Çalışmamızda enerji sistemlerinin bulunmadığı kırsal
yerleşimlerden uzakta bulunan sera alanları dikkate alınarak uzun süre sistemin pille çalışmasını idame ettirecek bir algoritma geliştirilmiştir. Bu algoritma sayesinde düşük enerji kullanımı suretiyle, elektrik enerjisi kullanmadan pillerle sistemi çalıştırmak mümkün olmaktadır. Bu algoritma sayesinde yerleşimlerden uzakta bulunan serada önemli bitki yetiştirme faktörleri uzun süre kontrol altında tutularak hem iş gücünden tasarruf sağlanmış olacak, hem kimyasal gübre kullanımı azaltılarak çevre kirliliği önlenmiş olacak, hem de düşük maliyetli verim artışı sağlanmış olacaktır.
Bu çalışmada, cihazlar 1 saatlik periyotlarla veri okuyacak şekilde konfigüre edilmiş olup, ölçülüp kaydedilen veriler kullanıcıya hazırlanan arayüz üzerinden gösterilmektedir. Şekil 6.5 ve Şekil 6.6’da hazırlanan arayüz üzerinde ölçülen parametre değerleri grafik ile gösterilmektedir. Şekil 6.7’de yine arayüz üzerindeki cihazların durumunu gösteren chart gösterilmektedir. Ayrıca Şekil 6.8’de arayüze giren kullanıcıyı bilgilendirmek adına sağ üst tarafta bildirim alanı gösterilmektedir. Burada uygulama içerisinde konfigüre edilen parametre eşik değerine göre mesajlar gösterilmektedir. Eğer toprak nemi belirlenen değerin altında ise “Toprak Nemi yeterli seviyede değil!”, CO2 belirlenen
değere yakınsa “Seranızı havalandırabilirsiniz”, hava sıcaklığı eğer belirlenen değerden yüksekse “Hava sıcaklığı yüksek, lütfen önleminiz alınız”, hava nemi belirlenen değer üzerindeyse “Hava nemi yüksek, lütfen önleminiz alınız” uyarıları kullanıcıya gösterilmektedir. Şekil 6.9 ve Şekil 6.10’da mobil cihaz üzerinden bağlanılan web arayüzü gösterilmektedir.
Şekil 6.6. Web arayüzü üzerindeki hava nemi (%), sıcaklık (°C) grafiği
Şekil 6.7. Web arayüzü üzerindeki cihaz durumları chartı
Şekil 6.9. Mobil üzerinde arayüz sayfa üst görünümü
7. SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Bu çalışmada, kapalı bir ortam olan serada bitki yetiştiriciliği için önemli ekolojik faktörler olan sıcaklık, karbondioksit, toprak ve hava nemi gibi kriterleri Nesnelerin İnterneti (Nİ) teknolojisi ile geliştirilen uygulama üzerinden kontrol altında tutarak, açıkta yetiştiriciliğe göre ürün çeşitleri bazında birkaç kat daha fazla gelir getiren, kalite ve kantite yönünden üstün niteliklere sahip ürünler elde edilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca büyük oranda ekolojik faktörlere bağlı olarak ortaya çıkacak olan hastalık ve zararlıları, özellikle nem ve sıcaklık bakımından kontrollü şartlarda tutarak azaltmak amaçlanmıştır. Ayrıca kontrollü şartlarda kimyasal ilaç kullanımını sınırlandırmak veya tamamen ortadan kaldırmak şeklinde çevreci bir üretim anlayışı ile daha sağlıklı ve dayanıklı bitkiler yetiştirilmesi hedeflenmiştir. Diğer yandan sera havasının karbondioksit içeriğini kontrol altında tutarak karbondioksit gübrelemesi etkisini artırmak suretiyle, üretimi artırarak çevreye önemli ve kalıcı zararlar veren kimyasal gübrelerin daha az kullanılmasına veya hiç kullanılmamasını temin ederek çevre kirliliğinin önlenmesi amaçlanmaktadır. Bu amaçla yürütülen bu çalışmada Nİ teknolojisi kullanılarak ortam verilerinin izlenebildiği ve müdahale edilebildiği bir sistem hazırlanıp önerilmiştir. Konu ile ilgili yapılan diğer çalışmalardan farklı olarak havanın karbondioksitinin kontrol altında tutulması ve karbondioksit gübrelemesi üzerinde durulmuş ve literatüre katkı sağlanmıştır. Karbondioksitinin kontrolü ile sera havasında biriken karbondioksit azami derecede fotosentez ürünlerine dönüşecektir. Böylece dolaylı olarak kimyasal gübre kullanımı azalacaktır. Kimyasal gübre kullanımı azalacağından çevreci bir yaklaşımla yüksek verimli ürünler yetiştirilebilecektir.
Benzer çalışmalar incelendiğinde, bu çalışmalarda genellikle kablo üzerinden sağlanan elektrik enerjisi kullanılmıştır. Çalışmamızda enerji sistemlerinin bulunmadığı kırsal yerleşimlerden uzakta bulunan sera alanları dikkate alınarak uzun süre sistemin pille çalışmasını idame ettirecek bir algoritma geliştirilmiştir. Bu algoritma sayesinde düşük enerji kullanımı suretiyle, elektrik enerjisi kullanmadan pillerle sistemi çalıştırmak mümkün olmaktadır. Bu algoritma sayesinde yerleşimlerden uzakta bulunan serada önemli bitki yetiştirme faktörleri uzun süre kontrol altında tutularak hem iş gücünden tasarruf sağlanmış olacak, hem kimyasal gübre kullanımı azaltılarak çevre kirliliği
