T.C.
MANİSA CELAL BAYAR ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
HİDROPONİK(TOPRAKSIZ SERA)
SİSTEM OTOMASYONU
Şekip Alp DEMİREL - 180311057
Doç. Dr.Yücel KOÇYİĞİT
HAZİRAN 2022
MANİSA
T.C.
MANİSA CELAL BAYAR ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
HİDROPONİK(TOPRAKSIZ SERA)
SİSTEM OTOMASYONU
Şekip Alp DEMİREL - 180311057
Doç. Dr.Yücel KOÇYİĞİT
HAZİRAN 2022
MANİSA
LİSANS TASARIM PROJESİ ONAY FORMU
Şekip Alp DEMİREL tarafından Prof.Dr.Yücel KOÇYİĞİT yönetiminde hazırlanan
“HİDROPONİK(TOPRAKSIZ SERA) SİSTEM OTOMASYONU” başlıklı Lisans
Tasarım Projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans
Tasarım Projesi olarak kabul edilmiştir.
Danışman
: Unvanı Adı ve SOYADI
Doç. Dr.Yücel KOÇYİĞİT
Jüri Üyesi 1
: Unvanı Adı ve SOYADI
Dr.Öğr.Üyesi Haldun Sarnel
Jüri Üyesi 2
: Unvanı Adı ve SOYADI
Arş.Gör.Burcu Acar Demirci
Bölüm Başkanı
: Unvanı Adı ve SOYADI
Doç. Dr.Yücel KOÇYİĞİT
ii
ÖNSÖZ
Proje çalışmamızda her türlü sıkıntımızı dinleyerek bizlere yol gösteren değerli
danışman hocamız Doç.Dr. Yücel Koçyiğit hocamıza, projemizde kullandığımız
kodlama bilgilerimizi “Mikroişlemciler” dersi kapsamında bizlere sunan Doç. Dr.Hayati
MAMUR hocamıza, ağ altyapısını hakkında “Network Systems” dersi
kapsamında bize bilgiler aktaran Dr. Öğr. Üyesi Ömer AYDIN hocamıza,
desteklerinden dolayı Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Manisa Celal
Bayar Üniversitesi Rektörlüğüne sonsuz teşekkürlerimizi sunuyoruz.
Haziran 2022
Şekip Alp DEMİREL
iii
İÇİNDEKİLER
Lisans Tasarım Projesi Onay Formu
Önsöz
İçindekiler
Özet
Semboller ve Kısaltmalar
Şekiller Dizini
Çizelgeler Dizini
………………………
………………………
………………………
………………………
………………………
………………………
………………………
1. GİRİŞ…........................................................................................................
1
1.1 Genel Bilgiler…...............…................…................…..............................
1
1.1.1 Yöntem…................…................…................…................................. 1
1.1.2 Projenin Seçilme Amacı…................…................…................…...... 1
1.1.3 Projenin Kullanım Alanları…................…................….....................
2
1.2 Literatür Araştırması…................…................….................…................
2
1.3. Özgünlük…................…................…...…................…................……...... 3
1.4. Yaygın Etki…................…................…...…................…................…….... 4
1.5. Standartlar…................…................…...…................…................…….... 4
1.6. Çalışma Takvimi…................…................…...…................….................. 4
2. TEORİK ALTYAPI…................…................………........…................……... 7
2.1. Genel Bilgiler…................…................…...…................…..................…. 7
2.1.1 Hidroponik Sistemler…..............................…...….............................. 8
2.1.1.1 Besleyici Film Tekniği…................…................……................. 8
2.1.1.2 DWC (Derin Su Kültürü)…................…................…….............. 8
2.1.1.3 Geleneksel Hidroponik Sistem…................…................……… 9
2.1.1.3 Gelgit Hidroponik Sistem…................…................……............
9
2.1.1.4 Damlama Sistem …................…................……........................
9
2.1.1.5 Aeroponik (Aeroponics)…................................…….................
10
2.1.2 Geleneksel Tarım…................…................……..............................
10
2.1.3 Hidroponik Sistemlerde Bitkinin Büyümesi için Gerekli Koşullar…. 10
2.2 Unit-1…................…................…...…................…................…….......... 11
2.2.1 pH Sensörü…................…................…...…......................................
11
2.2.1.1 pH…................…................…...…................…........................
11
2.2.2 TDS & EC Sensörü…................…................……...........................
11
2.2.2.1 TDS…................…................…….…................…...................
12
2.2.2.2 EC…................…................…...…................…......................
12
iv
ii
iii
iv
vii
viii
ix
x
2.2.2 Sıcaklık & Nem Sensörleri…................…................……................... 13
2.2.2.1 Sıcaklık Sensörleri (Termistörler)…................…......................... 13
2.2.2.2 Nem Sensörleri (Higrometre)…..............…................…………. 13
2.2.2.3 SHT20 Sıcaklık & Nem Sensörü…................….......................... 14
2.2.2.3.1 I²C Haberleşme Protokolü…................................…..……… 14
2.2.2.4 AM2315 Sıcaklık & Nem Sensörü…...............…........................ 15
2.2.2.5 Dallas Su Geçirmez Sıcaklık Sensörü…................….................. 15
2.2.2.5.1 1-Wire Haberleşme Protokolü…........................................... 16
2.2.3 Su Seviyesi Sensörleri…..................................................................... 16
2.2.3.1 Ultrasonik Sensör…..................................................................... 16
2.2.3.1.1 Ultrasonik Sensörler ile Su seviyesi Hesaplaması…............. 17
2.2.3.2 Analog Su Seviye Sensörü…....................................................... 17
2.2.4 Su Akış Sensörü…............................................................................... 17
2.2.5 Su Kaçak Sensörü…............................................................................ 18
2.2.6 Su Bulaklık(Turbidity) Sensörü…....................................................... 18
2.2.7 Amper Kelepçesi Sensörü…...............................................................
19
2.2.8 Manyetik Kapı Kontaktörü….............................................................
19
2.2.9 INA226 Amper&Voltaj&Güç Metre….............................................
19
2.3. Unit-2…...................................................................................................
19
2.3.1 Röle…................................................................................................
20
2.3.2 Buzzer…............................................................................................
20
2.3.3 Su Pompaları…...................................................................................
20
2.3.3.1 Dozajlı Su Pompası…..................................................................
20
2.3.3.2 Su Pompası…............................................................................... 21
2.3.3.2.1 Döner pozitif deplasmanlı pompalar…................................. 21
2.3.4 Havalandırma Fanı….........................................................................
21
2.3.5 Hava Pompası…................................................................................. 21
2.4 Unit-3…..................................................................................................... 22
2.4.1 PWM ile Işık Parlaklık Kontrolü…..................................................... 22
2.4.1.1 TIP122 NPN Darlinton Transistörü…......................................... 22
2.4.1.2 PWM…........................................................................................ 23
2.5 Işık Ölçüm…............................................................................................... 24
2.5.1 VEML6070 UV Rasyasyon Sensörü…............................................... 24
2.5.2 TCS34725 RGB&Işık Sıcaklığı&Lux Sensörü…............................... 25
v
2.5.3 TSL2561 Lux Sensörü…...................................................................... 26
2.6 ESP32….........…................…................……............................................. 26
2.7 ESP8266…................…................…...….............…..................………… 28
2.8 Raspberry Pi 4…................…................……............................................. 29
3. TASARIM…................…................…...…................…................………….. 31
3.1. Genel Bilgiler…................…................……............................................. 31
3.2. Boyutlandırmalar..…................…................……..................................... 32
3.3. Sistem Bileşenleri ve Seçimleri …................…................……................ 33
3.4. Uygulanan Yöntemler …................…................……............................... 33
3.5. Yazılımlar …................…................…...…................….......................... 35
3.6. Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz …................…................……….. 37
4. SİMÜLASYON (BENZETİM) ÇALIŞMALARI….......................................
40
4.1. Genel Bilgiler…................…................……............................................
40
4.2. Simülasyon Yazılımı…................…................…...….............................
40
4.3. Sistem Modelleme…................…................……...................................
40
5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR …................…................……........................
42
5.1. Genel Bilgiler…................…................……...........................................
42
5.2. pH Kalibrsayonu…................…................……......................................
42
5.3 EC&TDS Sensör Kalibrasyonu…................…................……................
43
5.4. Ultrasonik Sensör…................…................…….....................................
43
6. SONUÇLAR…................…................…...…................…................……….
44
6.1. Genel Açıklamalar…................…................…...…................….............
44
6.2 Deney Sonuçları…................…................…...…................….................
46
7. DEĞERLENDİRMELER…................…..............…...…................…...........
48
8. KAYNAKLAR…........................................................................................................
49
vi
ÖZET
İnsanın temel ihtiyaçlarından biri olan yeme ihtiyacının [1]%80’i tarım kaynaklarından
gelmektedir. Geleneksel tarım uzun bir süre boyunca kullanıldı. Fakat tarım alanlarının
topraktaki besinlerin azalması nedeniyle bitkilerin köklerinin minerallere ulaşmak için
köklerinin her sene daha da diplere inmesi, kullanılan tonlarca suyun sadece çok az bir
miktarının bitkiye ulaşması, gereken hektarlarca arazi, geografik konumdan dolayı
yetiştirilebilinen seçili tarım ürünlerinin bulunması
ve arazinin sonunda tarım
yapılamayacak bir hale gelmesi geleneksel tarımı zaman aşımına uğratmış, kullanışsız
bir hale getirmiştir.
Hidroponik sistemler ise geleneksel tarımın aksine çok daha yenilikçi ve her yönden
tasarruf sağlayan bir tarım yöntemidir. Su tüketimi açısından bakılırsa kapalı bir sistem
olduğu için geleneksek tarımın aksine su kaybı sıfıra eşittir. Sistemin doğası gereği
herhangi bir dış etkenden yalıtılmış olduğundan dolayı ilaçlama ihtiyacı yoktur. Bu
sayede hasat dalından koparıldığı gibi tüketilebilir. İlaçlama gerekmediğinden ürünlerin
yıkanmasına gerek kalmaz ve harcanan su miktarı bu sayede daha da azaltılır.
Geleneksel tarımda hektarlarca alanda yetiştirilecek bitkiler ortalama boyutlardaki bir
apartmanda yetiştirilebilir. Ürünler şehir dışından büyük lojistik çabaları gerekmeden
şehrin içinde bölgesel olarak yetiştirilip her bölgenin kendi hidroponik tarlası olabilir.
Belirttiğim ve daha birsürü nedenden dolayı hipdoponik sistemler günümüzün yeni
tarım sistemidir.
Projemdeki amacım ise hidroponik sistemlerin tek zorluğu olan yetiştirme medyumunun
optimal koşullarda tutulmasını sağlamak ve bunu geliştirdiğim sistemin kurulumundan
sonra bakım ve gözetim gerektirmeden otomatik olarak regülasyonunun sağlamaktır. Bu
amaca ulaşmak için için çeşitli sensörler(pH ölçer, nem sensörü, sıcaklık sensörü,
iletkensil sensörü vb.) kullanılarak bu sensör girdilerinin kayda alınması ve PID ve
farklı algoritmalar yardımıyla her kuruluma göre uyum sağlayan çıkışlar(pH dengeleme,
nemlendirme, havalandırma, sıvı besin materiyallerinin dengelenmesi) sağlaması
amaçlanmaktadır.
vii
SEMBOLLER VE KISALTMALAR
ºC
Celsius
%
Yüzde
mA
Miliamper
A
Amper
1-Wire
Dallas Semiconductor Corp. Communication Protocol
I2C
Inter-Integrated Circuit
API
Application Programming Interface
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers
Wifi
Wireless Fidelity
LAN
Local Area Network
WAN
Wide Area Network
lx
Lux
K
Kelvin
pH
Potential of Hydrogen
EC
Electrical Conductivity
TDS
Total Dissolved Solids
NTU
Nephelometric Turbidity Unit
µS/cm
milliSiemens per centimeter
W
Watt
V
Volt
Wh
Watt Saat
MiB
Mebibyte
kWh
Kilowatt Saat
PWM
Pulse-width Modulation
UV
Ultraviyole
ppm
Parts per Million
DG
Düşük Gerilim
YG
Yüksek Gerilim
LED
Light Emitting Diode
MH
Metal Halide Lamp
HPS
High Pressure Sodium Lamp
D,L
Distance(Lenght)
viii
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil No
Şekil Adı
Şekil 1.
Tam Sistem Diyagramı……………………………………………..
7
Şekil 2.
Hidroponik Sistem Çeşitleri…………………………………………
8
Şekil 3.
Unit-1 ……………………………………………………………….
11
Şekil 4.
Dallas Sıcaklık Sensörü Diyagramı ………………..……………….
16
Şekil 5.
Turbidity Sensörü Voltaj Bulanıklık Oranı………………………….
18
Şekil 6.
Unit-2……………………………………..…………………………. 19
Şekil 7.
Unit-3…………………………….…………………....…………….. 22
Şekil 8.
Işık Ölçüm…………………………………………………………...
Şekil 9.
Hidroponik Büyütme Borusu………………………………………... 32
Şekil 10.
pH +&- Solisyonları, A&B Solüsyonu ve Dozajlı Pompalar………
Şekil 11.
pH Regülasayonu Algoritması………………………………………. 35
Şekil 12.
A&B Besin Solisyonu Regülasayon Algoritması…………………… 36
Şekil 13.
Tank Su Seviyesi Regülasayon Algoritması………………………… 37
Şekil 14.
Simulasyon Parametreleri…………………………………………… 39
Şekil 15.
Simulasyon Görünümü 1……………………………………………
39
Şekil 16.
Simulasyon Görünümü 2……………………………………………
40
Şekil 17.
pH Sensörü Kalibrasyonu……………………………………………
42
Şekil 18.
Kontrol Paneli İç…………………………………………………….. 44
Şekil 19.
Kontrol Paneli İç Kapak……………………………………………..
45
Şekil 20.
Kontrol Paneli Dış…………………………………………………..
45
Şekil 21.
Işık Ölçüm………………………………………………………….
46
Şekil 22.
Su Tankı ve Su Ölçüm Cihazları……………………………………
47
Sayfa no
ix
24
33
ÇİZELGELER DİZİNİ
Tablo No
Tablo Adı
Tablo 1.
İş-Zaman Grafiği.……………………………………………...
5
Tablo 2.
SHT20 Nem&Sıcaklık Bilgileri...……………………………..
14
Tablo 3.
AM2315 Nem&Sıcaklık Bilgileri …………………………….
15
Tablo 4.
Su Akış Pulse Akış Oranı ...……...……………………………
17
Tablo 5.
Turbidity Sensörü Voltaj Bulanıklık Oranı……………………
18
Tablo 6.
Malzeme Listesi……………………………………………….
37
Sayfa no
x
1. GİRİŞ
1.1 Genel Bilgiler
Hidroponik(Topraksız Sera) Sistem Otomasyonu projem genel olarak çeşitli su
sensörleri(pH sensörü, TDS sensörü, EC sensörü, Sıcaklık sensörü), hava
sensörleri(Sıcaklık sensörü, Nem sensörü), Işık sensörleri(RGB Renk sensörü, Işık
Şiddeti sensörü, UV Radyasyonu sensörü), Güç sensörleri(INA226 Voltaj-Amper-Güç
sensörü, Amper Kelepçesi), ESP32 mikroişlemcisi, ESP8266 mikroişlemcisi,
Raspberry Pi Tek Kart Bilgisayarı, LAN için bir Routerdan oluşmaktadır. Malzemerin
ana kontrolöre verileri iletmesi ve ana kontrolörün sensör girdilerini bitkiler için
optimal koşullarda tutması sonucu bitkilerin yetiştirlmesidir. Bitkilerin büyümesi için
optimal koşulların hassas takibi ve regülasyonu gerekmektedir.
1.1.1 Yöntem
Projemi tarif edicek olursam; Bitkilerin yetişmesi için gerekli koşulların
sağlanması için sensörlerden alınan veriler ana kontrolör tarafından takip edilir.
Sensörlerden alınan verilerin takibi sonucunda sensör verilerinin belirtilen kriterler
dışına çıkmasını engellemek için ana kontrolör gerekli aksiyonları sağlar. Bunların
sonucunda sistemin otomasyonu başarıyla gerçekleştirilmiş olur.
1.1.2 Projenin Seçilme Amacı
Tasarım projesini seçmemin en büyük amacı insanın temel ihtiyaçlarından biri
olan yeme ihtiyacının [1]%80’i olan tarım kaynaklarının daha kolay elde edilmesini
sağlamaktır. Uzun bir süre boyunca gelenesel tarım ile tarım ürünleri elde edildi ancak
tarım alanlarının topraktaki besinlerin azalması nedeniyle bitkilerin köklerinin
minerallere ulaşmak için köklerinin her sene daha da diplere inmesi, kullanılan tonlarca
suyun sadece çok az bir miktarının bitkiye ulaşması, gereken hektarlarca arazi,
geografik konumdan dolayı yetiştirilebilinen seçili tarım ürünlerinin bulunması ve
arazinin sonunda tarım yapılamayacak bir hale gelmesi geleneksel tarımı zaman
aşımına uğratmış, kullanışsız bir hale getirmiştir. Bu konular dikkate alınırak
Hidroponik sistemlerin yayagınlaşması tükenen kaynaklarımızın daha verimli
kullanılmasını sağlayacaktır.
1
1.1.3 Projenin Kullanım Alanları
Proje coğrafik bir sınır tanımadan her türlü coğrafyada her çeşit bitkiyi yetiştirmek
için kullanılabilir. En ön planda ise tarım için kullanılabilir.
1.2 Literatür Araştırması
Vaibhav Palande, Adam Zaheer, Kiran George,Fully Automated Hydroponic
System for Indoor Plant Growth, Procedia Computer Science, Volume 129, 2018,
Pages
482-488,
ISSN
1877-0509,https://doi.org/10.1016/j.procs.2018.03.028.
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877050918302473)
“Fully Automated Hydroponic System for Indoor Plant Growth” adlı tezlerinde
Kutuplarda Hidroponik sistem yardımıyla tarım ürünlerinin yetiştirilerek normalde lüks
olan taze meyve ve sebzelerin kolaylıkla yetiştirilmesini sağlamayı amaçlamışlardır.
Sistem tasarımında Domoticz sistemini kullanmışlardır.
R. S. Al-Gharibi, "IoT-Based Hydroponic System," 2021 International Conference
on System, Computation, Automation and Networking (ICSCAN), 2021, pp. 1-6, doi:
10.1109/ICSCAN53069.2021.9526391.
“IoT-Based Hydroponic System ” adlı tezinde IoT teknolojisini kullanarak
hidroponik sistemlerin uzaktan kontrolünü temel alan bir sistem konsepti hakkında
araştırmalar yapmıştır. Tezinde sistemin kabaca ne şekilde tasarlanabiliceğine ve
hidroponik sistemlerin yararlarına değinmiştir.
S. Umamaheswari, A. Preethi, E. Pravin and R. Dhanusha, "Integrating scheduled
hydroponic system," 2016 IEEE International Conference on Advances in Computer
Applications (ICACA), 2016, pp. 333-337, doi: 10.1109/ICACA.2016.7887976.
“Integrating scheduled hydroponic system” adlı makalelerinde hidroponik
sistemler
yardımıyla
evde
bireysel
tarım
ürünlerinin
yetiştirilmesini
gerçekleştirmişlerdir. Evde bireysel üretim sayesinde her evin kendine yetmesi ve
sürdürebilirlik konularına değinmişlerdir.
2
J. Chaiwongsai, "Automatic Control and Management System for Tropical
Hydroponic Cultivation," 2019 IEEE International Symposium on Circuits and
Systems (ISCAS), 2019, pp. 1-4, doi: 10.1109/ISCAS.2019.8702572.
“Automatic Control and Management System for Tropical Hydroponic
Cultivation”
makalesinde
Tropikal
bitkilerin
her
türlü
coğrafik
konumda
yetiştirilmesini amaçlayan bir çalışma yapmıştır. Çalışmanın en büyük yanı ön ayar
olarak eklediği 50+ tropikal bitki çeşidinin tek tuşla yetiştirilebilmesidir.
D. Sudana, D. Eman and Suyoto, "IoT Based: Hydroponic Using Drip NonCirculation System for Paprika," 2019 International Conference of Artificial
Intelligence and Information Technology (ICAIIT), 2019, pp. 124-128, doi:
10.1109/ICAIIT.2019.8834581.
“IoT Based: Hydroponic Using Drip Non-Circulation System for Paprika”
makalesinde devirdayim yapmayan damla sulamalı hidroponik sistemi baz alarak biber
yetiştirilmesinin otomatikleştirmesi konusun ele almıştır.
1.3. Özgünlük
Hidroponik sistemlerin otomasyonu projemde diğer çalışamalra bakıldığında
birçok yönden benzerlik barındırmaktadır. Fakat benim çalışmamda amacım referans
aldığım kaynaklarda yaptıkları çalışmaların hepsinin artı yönlerini bir araya getirip
yeni bir proje oraya çıkarmak olmuştur. Ve bunu sonucunda Hem Iot teknolojilerini,
hem bireysel kullanım için hemde endüstriyel kullanım için bir sistem yaratmış oldum.
3
1.4. Yaygın Etki
Proje tamamandığında daha ucuz ve besin değeri daha yüksek tarım ürünlerinin
lokal olarak yetiştirlmesi, insanların taze tarımsal ürünlere daha kolay ulaşabilmesidir.
Dünyada azalan su kaynaklarının çoğu gelenksel tarımda çok az verim alınarak
kullanılırken hidroponik sistemler yardımıyla teknik olarak %100 verime ulaşılması
planlanmaktadır. Manuel olarak dengelenmesi zor olan hidroponik sistemlerdeki
optimal koşulların otomasyon yardımıyla hiçbir işlem gerekmeden yetişmesi
hidroponik sistemlerin yaygınlaşmasına destek olacaktır. Hidroponik sistemlerin
otomatikleşmesi ile herkesin kendi tarım ürünlerini yetiştirmesine olanak sağlayacaktır.
Endüstriyel açıdan da gelenek tarıma kıyasla, tarım ürünlerinin erken haşatından
kaynaklanan besin değeri düşüklüğü ve tat bozuklukları ortadan kaldırılırken tarım
ürünlerinin ülkenin bir ucundan diğer ucuna hatta kıtadan kıtaya ulaştırılması için
harcanan lojistik hareketeri ortadan kalkacak bu sayadede tarım ürünlerinin karbon
ayak izi 0’a düşürülecektir. Tarım ürünlerinin lojistik hareketlerinin bitmesi ile de
yakılan fosil yakıtların azalaması öngörülmektedir.
1.5. Standartlar
Tasarım projemizde kullanılacak olan malzemeler tamamen Türk Standartları
Enstitüsü (TSE) ve Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) standartlarına uygun
yeni yaklaşım çerçevesinde uygulanan bir sağlık ve güvenlik işareti olan CE ibaresi
bulunan malzemeler olacaktır. Kullanılacak olan haberleşme kabloları TS EN 50290-11 standardı dikkate alınmıştır.
4
1.6. Çalışma Takvimi
Tablo 1. İş-Zaman Grafiği.
İş Paketleri
Eylül Ekim Kasım Aralık Ocak Şubat Mart Nisan Mayıs Haziran
İş Paketi 1
İş Paketi 2
İş Paketi 3
İş Paketi 4
İş Paketi 5
İş Paketi 6
İş Paketi 7
İş Paketi 8
İş Paketi 9
İş Paketi 10
İş Paketi 11
İş Paketi 12
İş Paketi 13
İş Paketi 14
İş Paketi 15
İş Paketi 1 – Hidroponik sistemin tasarımı
İş Paketi 2 - Sistem Komponentlerinin Belirlenmesi ve Satın Alınması
İş Paketi 3 - Sensörlerden Veri Alınması
İş Paketi 4 - Sensörlerden Alınan Verilerin Depolanması ve Temel Lojik
Bloklarının Oluşturulması
İş Paketi 5 – Sistemin çıkış Komponentlerinin Tasarımı
İş Paketi 6 – Sistemin çıkış Komponentlerinin Üretimi ve Haberleşme Protokolü
Belirlenmesi
5
İş Paketi 7 - Sistem Arayüzünün İlk Tasarımı
İş Paketi 8 - Backend İle Frontendin İlişkilendirilmesi
İş Paketi 9 - Sistemde Oluşabilicek Hataların Belirlenmesi ve Düzeltilmesi
İş Paketi 10 - Deneysel Testlere Başlanması
İş Paketi 11 - Deneysel Veriler Sonucu Sistemin Uyarlanması
İş Paketi 12 - Sistemin Arayüzünün Düzenlenmesi
İş Paketi 13 - Full sistem montajı, çalıştırılması ve testi
İş Paketi 14 – Sistemin Tam Çalıştırması Ardından Gerekli Son Düzenlemelerin
Yapılması
İş Paketi 15 – Projenin Sonlandırılması
6
2. TEORİK ALTYAPI
2.1. Genel Bilgiler
pH [2]senörü, TDS&EC senörü, Sıcaklık&Nem senörü, RGB Renk senörü, Işık
Şiddeti senörü, UV Radyasyonu senörü, Ultrasonik Su Seviye senörü, Analog Su
Seviye senörü, Su Akış Sensörü ve INA226 Güç senörlerinden alınan veriler Ana
Kontrolör yardımıyıla çeşitli hesaplamalar ve analizler sonucunda Ana kontrolör
olarak kullanılan Raspberry Pi 4’e ESP32 ve ESP8266 alt modülleri yardımı ile veriler
iletilerek optimal medyum koşullarını pH yükseltici&alçaltıcı, A&B Besin
Solisyonlarının dozajlı pompalarla ayarlanması ve ortamın nem oranına göre
havalandırmamnın çalıştırılmasıyla otomatikletirişmiş olur(Şekil 1 de görüldüğü gibi).
Şekil 1.
7
2.1.1 Hidroponik Sistemler
Topraksız tarımda en çok kullanılan yöntemlerden birisi de hidroponik tarımdır. Bu
yöntemde yetişme ortamı sudur. Bazı yöntemlerde(Şekil 2 de görüldüğü gibi) katı
maddelerle desteklenen kök ortamları görülür. Ancak hidroponik tarımda yetişme
ortamının ana bileşenini su oluşturur. Yetişme ortamı toprak olmadığı için bitkilerin
ihtiyacı olan besin maddelerinin tamamını kök bölgesine ulaştırılması gerekir. Bunun
için de bitki ihtiyacına göre özel hazırlanmış bitki solüsyonları kullanılır.
Şekil 2.
2.1.1.1 Besleyici Film Tekniği
NFT veya Besleyici Film Tekniği bitkilerin bir olukta yer aldığı ve devridaim
yapan yüzeysel
su akışı bulanan hidroponik sistemdir. Hafif bir eğimler
konumlandırılır. Yüzey boyunca sürekli olarak ince bir besin çözeltisi filmi akar.
Genellikle bitkiler disklerle yerinde tutulur veya taş yünü küplerine köklenir, böylece
bitkiler suyla birlikte sürüklenmez. Su filmi genellikle 2-3 cm derinliğinde olur.
Köklerin çoğu su dışında yer alır. Bu sayede kökler rahatlıkla havalanabilir ve kök
problemleri riski azalır. Ancak kökler ışıktan korunmalı ve nemli tutulmalıdır.
2.1.1.2 DWC (Derin Su Kültürü)
DWC hidroponik sistemde kökleri bir besin çözeltisi kaynağında doyururken, aynı
zamanda köklerin boğulmasını önlemek için oksijen eklenir. DWC hidroponik sistemin
farklı boyutları olabilir. Her bitki için ayrı bir birim yapabilir veya aynı kapta birkaç
bitki yetiştirilebilir.
8
Bitkiler disklerle tutturulur veya çakıl gibi malzemeler ile oldurulmuş saksılar
içerisinde yer alır. Bunun yanında marul üretiminde sıklıkla kullanıldığı gibi bitkileri
strafor levhalara da sabitlenebilir.
2.1.1.3 Geleneksel Hidroponik Sistem
Bu yöntemde toprak yerine başka bir katı ortam kullanılır. Ancak fonksiyon olarak
topraktan farklıdır. Besin kaynağını yine kontrol edilir. Sadece katı ortamın su tutma
kapasitesi ve bitkileri tutma gücünden faydalanılır.
En çok kullanılan katı ortamlar kil çakılları ve taş yünüdür. Her ikisi de kök
gelişimi için iyi ortamlardır. Üstelik bir sonraki üretimde yeniden kullanılabilir.
Kurulumu en basit olan ve riski daha az olan yöntemdir.
2.1.1.3 Gelgit Hidroponik Sistem
Bu hidroponik sistemde bitkiler aşağıdan sulanır. Bu yöntem besin geri dönüşümü
için en iyi sistemdir Besin solüsyonu bitkilerin altına pompalanır. Daha sonra bitkinin
ve ortamın nemi emmesine bir süre izin verir, ardından fazlalıkları tekrar boşaltılır.
Bu yöntemde her akış arasında pH ve EC’deki farkını kolaylıkla ölçülebilir. Bu da
besin solüsyonunuzun daha kolay kontrol edilmesini sağlar.
2.1.1.4 Damlama Sistem
Günümüzde bir çok serada kullanılan damla sulama sistemleri kullanarak
oluşturulan, aktif bir hidroponik sistemdir. Yine bir zamanlayıcı yardımıyla besin
maddeleri bitkilere iletilir. Yetiştirme ortamında süzülen besin maddeleri ve su ise bir
tahliye borusu vasıtasıyla yeniden hazneye döndürülür.
9
2.1.1.5 Aeroponik (Aeroponics)
Aero, yine yunanca kökenli, İngilizce'ye de "Air" olarak geçmiş, hava anlamına
gelen bir sözcüktür.
Bu yetiştirme modelinde su yerine, su buharı kullanılır. Adını da buradan alır.
Hidroponik sistemler arasındaki en karmaşık ve teknolojiye ihtiyaç duyan sistem
aeroponiktir. Sistem, haznede bulunan besin solüsyonunun bir makine aracılığıyla
buharlaştırılarak bitki köklerine iletilmesi üzerine kuruludur.
2.1.2 Geleneksel Tarım
Geleneksel tarım tarafından kullanılan kaynakların miktarı astronomiktir. Çoğu
mahsul üretimi hem genetik hem de kimyasal olarak zaten tavana itilmişken (gübre veya
pestisit kullanımındaki önemli bir artış, verimi yeterince artırmaz), yoğunlaştırma ve
gıda üretimi için kullanılan arazinin genişletilmesi, artan gıda talepleriyle birlikte
bunları karşılamak için tek uygulanabilir seçenek olarak görülmüştür. Küresel olarak, su
kullanımının [4]%70'i, büyük ölçüde sürdürülemez sulama uygulamaları nedeniyle
tarımsal üretime gidiyor. Şu anda, dünyanın donmamış topraklarının %38'i gıda
yetiştirmek için kullanılıyor. Bu oran artmaya devam edecek: 2050 yılına kadar 593
milyon hektar arazi bu orana katılacak. Her zamanki gibi çalışmaya devam edersek,
dünya nüfusunun öngörülen kalori ihtiyacını karşılamak için tarım arazisine
dönüştürülmesi gerekecek. Bu ihtiyaç duyulan toprak, Hindistan'ın kabaca iki katı
büyüklüğünde. Bu görünüm, birçok temel ekosistemi, özellikle de atmosferimizde zaten
bozulmuş olan karbondioksit dengesini korumanın anahtarı olan ekosistemleri,
tamamen yok olma riskiyle karşı karşıya bırakıyor.
2.1.3 Hidroponik Sistemlerde Bitkinin Büyümesi için Gerekli Koşullar
Bitkiler solunum için oksijen ve karbondioksite ihtiyaç duyar.
Işık, fotosentez işleminde gıda üretmek için kullanılan enerjiyi sağlar. Bu ışık
güneşten gelen doğal ışıklar ya da çeşitli yapay ışık kaynaklarından temin edilebilir.
Su bitkilere nem verir. Suya karıştırılan besin maddeleri ise bitkinin potansiyeline
tam olarak ulaşacak şekilde büyümesine yardımcı olur.
10
2.2 Unit-1
Şekil 3.
2.2.1 pH Sensörü
pH ölçer veya pH metre, su esaslı çözeltilerdeki hidrojen iyonu aktivitesini ölçen,
asitliğini veya pH olarak ifade edilen bazikliğini gösteren bilimsel bir cihazdır.[2] PH
ölçer bir pH elektroduyla referans bir elektrot arasındaki elektrik potansiyeli farkını
ölçer(Şekil 3 de görüldüğü gibi) .
2.2.1.1 pH
pH, bir çözeltinin asitlik veya bazlık derecesini tarif eden ölçü birimidir.Açılımı
"Power of Hydrogen"(hidrojenin gücü veya potansiyel hidrojen)dir. pH kavramı ilk kez
Danimarkalı
kimyager
Søren
Peder
Lauritz
Sørensen
tarafından
Carlsberg
Laboratuvarı'nda 1909 yılında tanımlanmıştır.
pH teriminde p; eksi logaritmanın matematiksel sembolünden ve H ise hidrojenin
kimyasal formülünden türetilmişlerdir. pH tanımı, hidrojen konsantrasyonunun
kologaritması olarak verilebilir.
2.2.2 TDS & EC Sensörü
Benzer sonuçlar vermelerine ve iyi bağlanmış olmalarına rağmen, Elektriksel
İletkenlik (EC) ölçer ile Toplam Çözünmüş Katılar (TDS) ölçer arasında bazı
farklılıklar vardır.
11
2.2.2.1 TDS
Toplam Çözünmüş Katılar (TDS), TDS ölçer tarafından ölçülen sıvıdaki çözünmüş
madde sayısını temsil eder. Bu maddeler mineraller, tuzlar ve kalsiyum gibi organik ve
inorganik olabilir.
Bu nedenle TDS metre, analiz edilen suda bulunabilen ve askıda katı olmayan
çözünmemiş her şeyi ölçer. TDS'nin belirlenmesi genellikle önce sudaki (EC) iyon
konsantrasyonunun saptanmasıyla yapılır. EC seviyesi belirlendiğinde, analistler TDS
seviyelerini belirlemek için bir dönüştürme faktörü çalıştırır. TDS çoğunlukla milyonda
parça (ppm) olarak ölçülür, ancak aynı zamanda mg/L olarak da ölçülür. İyi kalitedeki
suyun TDS değeri 0 ile 600 ppm arasında, yetersiz TDS seviyeleri ise 1200 ppm'in
üzerindedir.
2.2.2.2 EC
EC metre Elektrik İletkenliğini ölçer. Başka bir deyişle, belirli malzemelerin
elektriği ne kadar iyi taşıyabileceğini gösterir. EC seviyesini belirleyerek suyun ne
kadar kirli olduğunu da görebiliriz. Yüksek EC seviyesi, suyun yüksek konsantrasyonda
çözünmüş maddeye sahip olduğu anlamına gelir; bu nedenle saf değildir.
Bununla birlikte, su, insan sağlığı için kötü olmayan Yüksek Çözünmüş Tuz
Konsantrasyonuna sahip olabileceğinden, durum her zaman kötü değildir. Sadece suyu
içilmez yapar. EC çoğunlukla mikro Siemens (µS/cm) cinsinden ölçülür. Normal
okumalar 30 µS/cm ila 2000 µS/cm arasında EC değerine sahipken, deniz suyunun
okuması yaklaşık 50.000 µS/cm olacaktır.
Besin çözeltilerinin elektriksel iletkenliğini ölçtüğü ve daha sağlıklı bir bitki
büyümesine sahip olabilmeniz için besin, tuz ve diğer elementlerin seviyelerini
ayarlamanıza olanak tanıdığı hidroponik sistemlerde çok popülerdir.
12
2.2.2 Sıcaklık & Nem Sensörleri
2.2.2.1 Sıcaklık Sensörleri (Termistörler)
Termistör veya ısıl direnç, sıcaklık ile iletkenliği (veya direnci) değişen bir tür
dirençtir. Sıcaklık ile direnci değişen maddelere, term (ısıl), rezistör (direnç)
kelimelerinin birleşimi olan termistör denir. Termistörler, sıcaklık sensörleri,
kendiliğinden sıfırlamalı aşırı akım koruyucuları ve kendiliğinden ayarlamalı ısıtma
elementlerinde kullanılır
Termistörler, termorezistiflerden (RTD) farklıdır. Termistörlerde, seramik veya
polimer malzeme kullanılırken, RTD'lerde saf metal kullanılır. Sıcaklık tepkileri de
farklıdır; RTD'ler aşırı sıcak ortamlarda kullanılabilirken, termistörler yalnızca kısıtlı
sıcaklık değerlerine erişebilir, bu da normalde −90 °C ile 130 °C arasındadır.
2.2.2.2 Nem Sensörleri (Higrometre)
Higrometre havadaki nemi ölçmek için kullanılan bir araçtır. En basit
higrometreler, birisinin haznesi devamlı ıslak tutulan iki termometreden oluşurlar. Islak
olan haznenin etrafındaki sıvının buharlaşması, o termometrenin devamlı daha düşük
sıcaklık göstermesini sağlar. Ancak donma noktasının altındaki sıcaklıklarda bu sistem
çalışmamaktadır, ıslak termometrenin haznesinin etrafında ince bir buz tabakası oluşur
ve sıcaklığın doğru olarak gösterilmesini engeller. Bu gibi durumlarda kuru olan
termometre daha yüksek sıcaklıklar gösterebilir.
Sıklıkla kullanılan bazı başka higrometre türleri de vardır. Bu araçlardan bazıları,
gergin bir konumda duran insan ya da hayvan kılının gerginlik değişikliklerini ölçerek
nemi belirlerler. Higrometrelerin pek çoğu, belli zaman aralıklarıyla ölçtükleri değerleri
ölçekli kağıda basarlar.Meteorolojide kullanılan bir motorlu saykrometre
Nem ölçümünde modern enstrümanlar kullanılmaya başlanmıştır. Elektronik olarak
nem ölçmenin iki yolu vardır: Kapasitatif ve direnç yolları. Kapasitatif yolda iki metal
plaka arasına giren suyun kapasitansı değiştirmesiyle nem ölçülür. Direnç yolunda ise
polimer membranın emdiği suyun, geçirgenliği değiştirmesiyle nem ölçülür. Bu
işlemlere ilave olarak sıcaklık da devamlı ölçülür, sıcaklık aletleri kalibre etmekte
kullanılır.
13
2.2.2.3 SHT20 Sıcaklık & Nem Sensörü
Sensirion'un SHT20 nem ve sıcaklık sensörüdür. Yeniden akışla lehimlenebilir.
Dual içine gömülü Düz Uçsuz (DFN) 3 x 3 mm ayak izi paketi ve 1,1 mm yükseklik,
kalibre edilmiş, doğrusallaştırılmış sensörü(Tablo 2 de görüldüğü gibi)
ile I2C
protocolüyle haberleşme sağlar.
Tablo 2. SHT20 Nem&Sıcaklık Bilgileri
2.2.2.3.1 I²C Haberleşme Protokolü
I²C (Inter-Integrated Circuit) Philips tarafından geliştirilmiş, düşük hızlı çevre
birimlerini anakart, gömülü sistem ya da cep telefonu'na bağlamak için kullanılan
toprağa referanslı, çok denetleyicili bir seri veri yoludur. 1990'ların ortasından beri
Siemens (sonrasında Infineon Technologies), NEC, STMicroelectronics (öncesinde
SGS-Thomson), Motorola (sonrasında Freescale Semiconductor), Intersil gibi pek çok
firma NXP (öncesinde Philips Semiconductor Division) I²C-sistem standartıyla tam
uyumlu ürünler piyasaya sürmüşlerdir.
I²C pull-up dirençleriyle pozitif beslemeye bağlanmış iki adet çift yönlü open-drain
sinyal hattı kullanır (Serial Data Line(SDA) ve Serial Clock (SCL)). Daha düşük ya da
yüksek besleme gerilimlerine de izin verilmekle birlikte tipik olarak kullanılan besleme
değerleri +5 V ya da +3.3 V'tur.
I²C referans tasarımında 16 adet özel amaçlı adres içeren 7-bit adres bölgesi
mevcuttur, dolayısıyla aynı veriyolu üzerinden en fazla 112 adet birim birbiriyle
haberleşebilir. Sık kullanılan I²C veriyolu hızları 100 kbit/s standart mod ve 10 kbit/s
low-speed modu dur, ancak isteğe bağlı olarak daha düşük saat frekanslarına da izin
verilmektedir.
14
2.2.2.4 AM2315 Sıcaklık & Nem Sensörü
AM2315 kapasitif nem algılayıcı dijital sıcaklık ve nem sensörü, sıcaklık ve nem
kombine sensörü kalibre edilmiş dijital sinyal çıkışı içeren bir sensördür. Ürünün
yüksek güvenilirlik ve mükemmel uzun vadeli stabiliteye sahip olmasını sağlamak için
özel sıcaklık ve nem toplama teknolojisi vardır. Kapasitif sensör ıslak bileşenleri ve
entegre yüksek hassasiyetli sıcaklık ölçüm cihazları içerir ve yüksek performanslı bir
mikroişlemci ile bağlanır. Ürün mükemmel kaliteye, hızlı tepkiye, güçlü sıkışma
önleme özelliğine ve yüksek maliyete sahiptir(Tablo 3 de görüldüğü gibi).
Tablo 3. AM2315 Nem&Sıcaklık Bilgileri
2.2.2.5 Dallas Su Geçirmez Sıcaklık Sensörü
DS18B20 dijital termometre, 9 bit ila 12 bit Santigrat sıcaklık ölçümleri sağlar ve
kalıcı, kullanıcı tarafından programlanabilen üst ve alt tetik noktaları ile bir alarm
işlevine sahiptir. DS18B20, tanımı gereği merkezi bir mikroişlemci(Şekil 4 de
görüldüğü gibi) ile iletişim için yalnızca bir veri hattı (ve toprak) gerektiren 1-Wire bir
veri yolu üzerinden iletişim kurar Şekil 4 de göründüğü gibi. Ek olarak, DS18B20,
harici bir güç kaynağı ihtiyacını ortadan kaldırarak doğrudan veri hattından ("parazit
gücü") güç alabilir.
Çalışma Sıcaklık Aralığı ................................. -55°C ila +125°C
15
Şekil 4. Dallas Sıcaklık Sensörü Diyagramı
2.2.2.5.1 1-Wire Haberleşme Protokolü
1-Wire bus sistemi, bir veya daha fazla bağımlı cihazı kontrol etmek için tek bir ana
veri yolu kullanır. DS18B20 her zaman bir köledir. Bus da yalnızca bir bağımlı
olduğunda, sistem "tek bırakmalı" sistem olarak adlandırılır; veri yolunda birden fazla
bağımlı varsa sistem “multidrop”tur.
2.2.3 Su Seviyesi Sensörleri
2.2.3.1 Ultrasonik Sensör
Ultrasonik sensörler ya da diğer adıyla ultrasonik dönüştürücüler ses dalgalarını
kullanarak mesafeyi ölçen bir sensör türüdür. Radarla çalışma mantığı aynıdır. Hedef
nesneye ultrasonik dalgalar yollar ve geri yansımayı elektrik sinyaline dönüştürür.
Adından da anlaşılacağı üzere ultrasonik yüksek ses demek. Aynı zamanda yolladığı
ultrasonik dalgalar ise insanların duyabileceği ses frekansından daha hızlı bir frekansta
hareket eder. Bu ses frekansı 20 kHz ile 500 kHz arasındadır. En çok bilinen ultrasonik
sensör
olan
HC
SR04’ün
ultrasonik
Bu frekans aralıklarının kullanılma sebepleri:
Düzgün doğrusal hareket yaparak yayılırlar.
Enerjileri yüksektir.
Sert yüzeylerden kolayca yansırlar.
16
dalga
frekansı
40kHz’dir.
Ultrasınik sensörlerin mesafe ölçüm denklemi aşağıdaki gibidir:
D = ½ T x C veya L = 1/2 × T × C şeklinde gösterimleri de mevcuttur.
Formül X = V * t formülünden türetilmiştir.
2.2.3.1.1 Ultrasonik Sensörler ile Su seviyesi Hesaplaması
Ultrasonik sensörlerden elde edilen uzaklık değeri metre cinsinden elde edilmesi
ardından aşağıdaki Calibrate Linear fonksiyonuna Lineer Kalibrasyon Haritası
tanımlanarak tankın doluluk oranı elde edilir.
Y = Mx + B
2.2.3.2 Analog Su Seviye Sensörü
Analog Su Sensörü yüzen mıknatıslı bir halka kullanılarak su seviyesinin halkayı su
seviyesi halkaya ulaştığında yüzdürmesi sayesinde su seviyesinin belli bir noktada
eşiğin aşılıp aşılmadığını algılar. Algılaması sonucunda da içindeki kontaktörleri yüzen
magnetten kaynaklı olarak kapanması sonucunda devreyi kapatır.
2.2.4 Su Akış Sensörü
Su akış sensörleri borunun içine yerleştirilmiş üstünde mıknatıs barındıran bir
pervane yardımıyla suyun akış hızının ölçülmesini sağlar. Mıknatıs her kontakt
sensörünün önünden geçtiğinde nabız sinyali gönderir gönderilen sinyallerin de üretici
tarafından sağlanan Lineer calibrasyon eğrisi(Tablo 4 de görüldüğü gibi) sayesinde L/H
e çevirilir.
Tablo 4. Su Akış Pulse Akış Oranı
Flow (L/H)
Freq.(Hz)
Error
Range
120 L/H
240 L/H
360 L/H
480 L/H
600 L/H
720 L/H
16
35.5
49.3
65.5
82
90.2
±10
17
2.2.5 Su Kaçak Sensörü
Su kaçak sensörleri 2 birbirinden izole metal yüzeyden oluşmaktadır. Metal
yüzeyler arasına su teması halinde elektriğin iletimi sonucunda devre kapanır ve su
kaçağı sinyali iletilir.
2.2.6 Su Bulaklık(Turbidity) Sensörü
Bulanıklık sensörü, bulanıklık veya opaklık seviyelerini ölçerek su kalitesini tespit
eder. Sudaki toplam askıda katı madde (TSS) miktarı ile değişen ışık geçirgenliği ve
saçılma oranını ölçerek sudaki asılı parçacıkları tespit etmek için ışık kullanır. TTS
arttıkça sıvı bulanıklık seviyesi artar. Bulanıklık sensörleri, nehirlerde ve akarsularda su
kalitesini ölçmek, atık su ve atık su ölçümleri, çökeltme havuzları için kontrol
enstrümantasyonu, tortu taşınımı araştırmaları ve laboratuvar ölçümleri için kullanılır.
Bu sıvı sensörü, analog ve dijital sinyal çıkış modları sağlar. Eşik, dijital sinyal
modundayken ayarlanabilir.
Sensörden ölçülen analog voltaj değeri aşağıdaki formül(Tablo 5 de görüldüğü gibi)
yarımıyla hesaplanır:
Y = -112,4 x² + 5742,3 x – 4352,9
Şekil 5. Turbidity Sensörü Voltaj Bulanıklık Oranı
18
2.2.7 Amper Kelepçesi Sensörü
Akım trafoları (CT'ler), sensörden geçen akımı doğrusal olarak ölçüm cihazlarıyla
uyumlu bir alt seviyeye indirmek için kullanılan sensörlerdir. Çekirdek etrafındaki tel
sargılarının sayısı, ölçülen hattaki (birincil) akım ile enstrümantasyona bağlı akım çıkışı
(ikincil) arasındaki düşürme oranını veya CT oranını belirler.
Amper Kelepçeleri kalibrasyona ihtiyaç duyar. Bu kalibrasyonun gerçekleştirilmesi
için mikrokontrolörün ölçtüğü voltaj değeri harici bir ampermetre yardımı ile karşılığı
not alınır ve lineer calibrasyon ile kalibre işlemi sağlanmış olur.
2.2.8 Manyetik Kapı Kontaktörü
Kapının bir ucuna mıknatıs kapandığında çervesinde denk gelen konuma da
kontaktör senörü yerleştirilerek kapı kapatıldığında kontaktörün yarattığı kapalı devre
sonucunda sinyal iletilir.
2.2.9 INA226 Amper&Voltaj&Güç Metre
INA226, I2C™ veya SMBUS uyumlu arabirime sahip bir akım şönt ve güç
monitörüdür. Cihaz, hem şönt voltaj düşüşünü hem de bara besleme voltajını izler.
Dahili bir çarpanla birleştirilmiş programlanabilir kalibrasyon değeri, dönüştürme
süreleri ve ortalama, akımın amper cinsinden ve gücün watt cinsinden doğrudan
okunmasını sağlar.
2.3. Unit-2
Unit-2 de kullanılması planlanan komponentler Şekil 6 da gösterilmiştir.
Şekil 6. Unit-2
19
2.3.1 Röle
Röle, elektriksel olarak çalıştırılan, elektromanyetik bir anahtardır. Yani üzerinden
akım geçtiği zaman çalışan devre elemanıdır. Röle; bobin, palet ve kontak olmak üzere
üç bölümden meydana gelir. Bobin kısmı rölenin giriş kısmıdır. Palet ve kontak
kısmının bobin ile herhangi bir elektriksel bağlantısı yoktur.
Röle, tek veya çoklu kontrol sinyalleri için bir dizi giriş terminali ve bir dizi
çalışma kontağı terminalinden oluşur. Röle, birden çok kontak formları içinde örneğin;
kontakları temas ettirme, kontakların temasını kesme veya bu iki durumun
kombinasyonları gibi herhangi bir sayıda kontağa sahip olabilir.
Röleler, bağımsız bir düşük güç sinyali ile bir devreyi kontrol etmenin gerekli
olduğu veya birkaç devrenin tek bir sinyal tarafından kontrol edilmesi gereken yerlerde
kullanılır. Röleler ilk olarak uzun mesafe telgraf devrelerinde sinyal tekrarlayıcı olarak
kullanıldı: bir devreden gelen sinyali başka bir devre üzerinden ileterek yeniler. Röleler,
telefon santrallerinde ve ilk bilgisayarlarda mantıksal işlemleri gerçekleştirmek için
yaygın olarak kullanıldı.
2.3.2 Buzzer
Buzzer, genellikle 2 ile 4 volt arasındaki gerilimle çalışan ses elde etmek için
kullanılan bir devre elamanıdır.
Bir bobinde ani akım değişimleri meydana getirerek zayıf titreşimler elde
edilmesini sağlar.
2.3.3 Su Pompaları
2.3.3.1 Dozajlı Su Pompası
Dozaj ya da bir başka deyişle dozajlama pompası, pozitif bir yer değiştirme
pompası olarak bilinir. Temel olarak herhangi bir maddeyi ya da kimyasalı;
gaz/su/buhar akışına bütünleşmiş etmek amacıyla dizayn edilmiştir. Ufak dozaj
pompalarının en üst düzey kontrol için oldukça hassas bir akış hızı sağladığı görülür.
20
2.3.3.2 Su Pompası
Pompa genelde elektrik enerjisinin hidrolik enerjiye çevrilerek sıvıyı mekanik güçle
hareket ettiren bir makinadır. Sıvıyı hareket ettirmek için kullandıkları yönteme göre
pompalar üç ana gruba ayrılabilir: "direkt kaldırma", "yer değiştirme" ve "yerçekimi"
pompaları.
2.3.3.2.1 Döner pozitif deplasmanlı pompalar
Bu pompalar sıvıyı yakalayan ve içine çekip vakum oluşturarak dönen bir
mekanizma kullanarak sıvıyı hareket ettirir.
"Avantajlar:" Döner pompalar çok verimlidir çünkü vizkozite artarken yüksek
debilerle çok yüksek vizkoziteli sıvıları basabilirler.
Dezavantajlar: Pompanın yapısı dönen pompa ile dış kenar arasında çok yakın
boşluklar olmasını gerektirir ve bu da pompanın yavaş ve sabit bir hızda dönmesini
sağlar. Döner pompalar yüksek hızlarda çalıştırılırsa sıvılar erozyona neden olur ve bu
da sonunda sıvının geçebileceği genişletilmiş boşluklara neden olur ve bu da verimliliği
düşürür.
2.3.4 Havalandırma Fanı
Havalandırma Fanı, aldığı hareket ile dönen çarkın (pervane) havayı bir hacimden
alıp diğer bir hacme aktaran, havaya yön verme prensibi ile çalışan makine. Bu
makinelere ayrıca çalışma şekline göre de isimler verilir.
2.3.5 Hava Pompası
Hava pompası içindeki zarın elektromıknatıs yardımıyla hızlı bir şekilde esnetilip
daraltılması sonucunda havanın pompalanması sağlanır.
21
2.4 Unit-3
Şekil 7.
2.4.1 PWM ile Işık Parlaklık Kontrolü
Şekil 7 de göründüğü üzere Ledlerin parlaklık kontrolleri transistörler yardmıyla
yaptılmıştır.
2.4.1.1 TIP122 NPN Darlinton Transistörü
Sidney Darlington’un adını taşıyan Darlington transistörü, birbirine bağlı iki
standart NPN veya PNP bipolar bağlantı transistörünün (BJT) özel bir düzenlemesidir.
Bir transistörün emitter, akım amplifikasyonunun veya anahtarlamanın gerekli olduğu
uygulamalarda yararlı olan çok daha büyük bir akım kazancı ile daha hassas bir
transistör üretmek için diğerinin base’ine bağlanmakadır.
Darlington transistör çiftleri, iki ayrı ayrı bağlanmış bipolar transistörden veya
standart olarak tek bir pakette ticari olarak üretilen tek bir cihazdan yapılabilir. Base,
emitter ve kollektör bağlantı uçları ve hem NPN hem de PNP versiyonlarında çok çeşitli
kasa stilleri ve voltaj (ve akım) derecelerinde mevcuttur.
Transistörümüzde bir anahtar öğreticisi olarak gördüğümüz gibi bir amplifikatör
olarak kullanılmasının yanı sıra, bipolar bağlantı transistörü (bjt) gösterildiği gibi bir
açma-kapama anahtarı olarak çalışmak üzere yapılabilir.
22
2.4.1.2 PWM
Darbe genişliği modülasyonu (PWM) veya darbe süresi modülasyonu (PDM), bir
elektrik sinyali tarafından iletilen ortalama gücü, etkin bir şekilde ayrı parçalara bölerek
azaltma yöntemidir. Yüke beslenen voltajın (ve akımın) ortalama değeri, besleme ve
yük arasındaki anahtarın hızlı bir şekilde açılıp kapatılmasıyla kontrol edilir. Anahtar
kapalı sürelere kıyasla ne kadar uzun süre açık kalırsa, yüke sağlanan toplam güç o
kadar yüksek olur. Maksimum güç noktası takibi (MPPT) ile birlikte, güneş panellerinin
çıkışını bir pil tarafından kullanılabilecek olana indirmenin birincil yöntemlerinden
biridir. PWM, ataletleri yavaş tepki vermelerine neden olduğu için bu ayrık
anahtarlamadan kolayca etkilenmeyen motorlar gibi atalet yüklerini çalıştırmak için
özellikle uygundur. PWM anahtarlama frekansı, yükü etkilemeyecek kadar yüksek
olmalıdır, yani yük tarafından algılanan sonuçtaki dalga biçimi mümkün olduğunca
düzgün olmalıdır.
Güç kaynağının değişmesi gereken hız (veya frekans), yüke ve uygulamaya bağlı
olarak büyük ölçüde değişebilir. Örneğin, bir elektrikli ocakta anahtarlama dakikada
birkaç kez yapılmalıdır; Lamba dimmerinde 100 veya 120 Hz (şebeke frekansının iki
katı); bir motor sürücüsü için birkaç kilohertz (kHz) ile onlarca kHz arasında; ve ses
yükselticilerinde ve bilgisayar güç kaynaklarında onlarca veya yüzlerce kHz'e kadar.
PWM'nin ana avantajı, anahtarlama cihazlarındaki güç kaybının çok düşük olmasıdır.
Bir anahtar kapalıyken neredeyse hiç akım yoktur ve açıkken ve yüke güç aktarılırken,
anahtarda neredeyse hiç voltaj düşüşü olmaz. Gerilim ve akımın ürünü olan güç kaybı
bu nedenle her iki durumda da sıfıra yakındır. PWM, açık/kapalı yapıları nedeniyle
gerekli görev döngüsünü kolayca ayarlayabilen dijital kontrollerle de iyi çalışır. PWM,
görev döngüsünün bir iletişim kanalı üzerinden bilgi iletmek için kullanıldığı belirli
iletişim sistemlerinde de kullanılmıştır.
Elektronikte, birçok modern mikro denetleyici (MCU), harici pinlere maruz kalan
PWM denetleyicilerini dahili programlama arayüzleri aracılığıyla ürün yazılımı
kontrolü altında çevresel aygıtlar olarak entegre eder. Bunlar, robotik ve diğer
uygulamalarda doğru akım (DC) motor kontrolü için yaygın olarak kullanılır.
23
2.5 Işık Ölçüm
Işık Ölçümde kullanılması planlanan komponentler Şekil 8 de gösterilmiştir.
Şekil 8.
2.5.1 VEML6070 UV Rasyasyon Sensörü
VEML6070[8], gelişmiş bir ultraviyole (UV) ışık sensörüdür. I2C protokol arayüzü
ve CMOS süreci tarafından tasarlanmıştır Şekil 8 de de görüldüğü gibi. Basit bir I2C
komutu ile kolayca çalıştırılır. Eşik pencereleri ayarına sahip aktif onay (ACK) özelliği,
UV sensörünün bir UVI uyarı mesajı göndermesini sağlar. Güçlü bir güneş UVI koşulu
altında, akıllı ACK sinyali yazılım programlama ile kolayca uygulanabilir. VEML6070,
bir fotodiyot, amplifikatörler ve analog / dijital devreleri tek bir çipte birleştirir.
VEML6070'in FiltronTM UV teknolojisini benimsemesi, UV spektrum algılamasını
kapsayacak şekilde en iyi spektral hassasiyeti sağlar. Mükemmel bir sıcaklık telafisine
ve harici bir RC düşük geçiş filtresi kullanmayan sağlam bir yenileme hızı ayarına
sahiptir. VEML6070, güneş UV ışığına doğrusal bir duyarlılığa sahiptir ve harici bir
dirençle kolayca ayarlanabilir. Güç tüketimini 1 μA'dan daha az olacak şekilde azaltan
yazılım kapatma modu sağlanır. VEML6070'in çalışma voltajı 2,7 V ile 5,5 V arasında
değişmektedir.
24
ÖZELLİKLERİ
• Paket tipi: yüzeye montaj
• Boyutlar (mm olarak U x G x Y): 2,35 x 1,8 x 1,0
• Entegre modüller: ultraviyole sensörü (UV) ve
sinyal koşullandırma IC
• Solar UV ışık yoğunluğunu dijital verilere dönüştürür
• FiltronTM ile mükemmel UV hassasiyeti ve doğrusallık
teknoloji
• UV radyasyonunun mükemmel performansı
uzun süre güneş UV maruziyeti altında ölçüm
• Mükemmel sıcaklık telafisi
• Yüksek dinamik algılama çözünürlüğü
• Standart I 2C protokol arayüzü
• Destek onayı özelliği (ACK)
• Floresan ışık titremesi yazılımının kapanmasına karşı bağışıklık
mod kontrolü
• Paket: OPLGA
• Sıcaklık telafisi: -40 °C ila +85 °C
• Zemin ömrü: 168 saat, MSL 3, J-STD-020'ye göre
• Çıkış tipi: I2 C bus
• Çalışma voltajı: 2,7 V - 5,5 V
2.5.2 TCS34725 RGB&Işık Sıcaklığı&Lux Sensörü
TCS3472[7] cihazı, kırmızı, yeşil, mavi (RGB) ve net ışık algılama değerlerinin
dijital olarak geri dönüşünü sağlar. Çip üzerine entegre edilmiş ve renk algılayıcı
fotodiyotlara yerleştirilmiş bir IR engelleme filtresi, gelen ışığın IR spektral bileşenini
en aza indirir ve renk ölçümlerinin doğru şekilde yapılmasını sağlar. Yüksek hassasiyet,
geniş dinamik aralık ve IR engelleme filtresi, TCS3472'yi değişen aydınlatma
koşullarında ve zayıflatıcı malzemelerle kullanım için ideal bir renk sensörü çözümü
haline getirir.
TCS3472 renk sensörü, RGB LED arka ışık kontrolü, katı hal aydınlatması,
sağlık/fitness ürünleri, endüstriyel proses kontrolleri ve tıbbi teşhis ekipmanı dahil
olmak üzere çok çeşitli uygulamalara sahiptir. Ayrıca, IR engelleme filtresi,
25
TCS3472'nin ortam ışığı algılama (ALS) gerçekleştirmesini sağlar. Ortam ışığı
algılama, aydınlatma ortamını algılamak ve optimum görüntüleme ve güç tasarrufu için
otomatik ekran parlaklığını etkinleştirmek için cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar ve
TV'ler gibi ekran tabanlı ürünlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. TCS3472'nin
kendisi, ortalama güç tüketimini daha da azaltmak için ışık algılama ölçümleri arasında
daha düşük güç bekleme durumuna girebilir.
2.5.3 TSL2561 Lux Sensörü
TSL2560 ve TSL2561, ışık yoğunluğunu doğrudan I 2C (TSL2561) veya SMBus
(TSL2560) arabirimine sahip bir dijital sinyal çıkışına dönüştüren ışıktan dijitale
dönüştürücülerdir. Her cihaz bir geniş bant fotodiyodu (görünür artı kızılötesi) ve bir
kızılötesi yanıt veren fotodiyodu tek bir CMOS entegre devresinde birleştirir ve etkin
bir 20-bit dinamik aralık (16-bit çözünürlük) üzerinden neredeyse fotopik bir yanıt
sağlayabilir. İki entegre ADC, fotodiyot akımlarını, her kanalda ölçülen ışımayı temsil
eden bir dijital çıkışa dönüştürür. Bu dijital çıktı, insan gözünün tepkisini tahmin etmek
için ampirik bir formül kullanılarak lüks cinsinden aydınlatmanın (ortam ışık seviyesi)
elde edildiği bir mikroişlemciye girilebilir. TSL2560 cihazı bir SMB-Alert stili kesmeye
izin verir ve TSL2561 cihazı, bellenim onu temizleyene kadar etkin kalan geleneksel bir
seviye stili kesmeyi destekler.
2.6 ESP32
ESP32[10], entegre Wi-Fi ve çift modlu Bluetooth'a sahip bir çip mikro
denetleyicileri üzerinde düşük maliyetli, düşük güç tüketen bir sistem serisidir. ESP32
serisi, hem çift çekirdekli hem de tek çekirdekli varyasyonlarda bir Tensilica Xtensa
LX6 mikroişlemci, Xtensa LX7 çift çekirdekli mikroişlemci veya tek çekirdekli bir
RISC-V mikroişlemci kullanır ve yerleşik anten anahtarları, RF balun, güç
amplifikatörü içerir. düşük gürültülü alıcı amplifikatör, filtreler ve güç yönetimi
modülleri. ESP32, Şanghay merkezli Çinli bir şirket olan Espressif Systems tarafından
oluşturulup geliştirilmiştir.
26
ESP32'nin özellikleri aşağıdakileri gibidir:
İşlemciler:
CPU: 160 veya 240 MHz'de çalışan ve 600 DMIPS'ye kadar performans
gösteren Xtensa çift çekirdekli (veya tek çekirdekli) 32 bit LX6 mikroişlemci
Ultra düşük güç (ULP) yardımcı işlemci
Bellek: 320 KiB RAM, 448 KiB ROM
Kablosuz bağlantı:
Wi-Fi: 802.11 b/g/n
Bluetooth: v4.2 BR/EDR ve BLE (radyoyu Wi-Fi ile paylaşır)
Çevresel arayüzler:
34 × programlanabilir GPIO
18 kanala kadar 12 bit SAR ADC
2 × 8 bit DAC'ler
10 × dokunmatik sensörler (kapasitif algılama GPIO'ları)
4 × SPI
2 × I²S arayüzleri
2 × I²C arayüzleri
3 × UART
SD/SDIO/CE-ATA/MMC/eMMC ana bilgisayar denetleyicisi
SDIO/SPI bağımlı denetleyici
Özel DMA ve planlı IEEE 1588 Hassas Zaman Protokolü desteğine sahip
Ethernet MAC arayüzü
CAN veri yolu 2.0
Kızılötesi uzaktan kumanda (TX/RX, 8 kanala kadar)
Motor PWM
LED PWM (16 kanala kadar)
Hall etkisi sensörü
Ultra düşük güçlü analog ön amplifikatör
Güvenlik:
WPA, WPA2, WPA3 (sürüme bağlı olarak) ve WLAN Kimlik Doğrulama ve
Gizlilik Altyapısı (WAPI) dahil olmak üzere tümü desteklenen IEEE 802.11 standart
güvenlik özellikleri
27
Güvenli Önyükleme
flaş şifreleme
1024-bit OTP, müşteriler için 768-bit'e kadar
Kriptografik donanım hızlandırma: AES, SHA-2, RSA, eliptik eğri
kriptografisi (ECC), rastgele sayı üreteci (RNG)
Güç yönetimi:
Dahili düşük çıkışlı regülatör
RTC için bireysel güç alanı
5 μA derin uyku akımı
GPIO
kesintisinden,
zamanlayıcıdan,
ADC
ölçümlerinden,
kapasitif
dokunmatik sensör kesintisinden uyanma
2.7 ESP8266
ESP8266[11], Espressif Systems tarafından Şanghay, Çin'de üretilen, yerleşik
TCP/IP ağ yazılımı ve mikro denetleyici özelliğine sahip, düşük maliyetli bir Wi-Fi
mikroçiptir.
Çip, üçüncü taraf bir üretici Ai-Thinker tarafından yapılan ESP-01 modülü
aracılığıyla Ağustos 2014'te İngilizce konuşan üretici topluluğunda popüler hale
getirildi. Bu küçük modül, mikro denetleyicilerin bir Wi-Fi ağına bağlanmasına ve
Hayes tarzı komutları kullanarak basit TCP/IP bağlantıları kurmasına olanak tanır.
Ancak, ilk başta, çip ve kabul ettiği komutlar hakkında İngilizce dilinde neredeyse
hiçbir belge yoktu. Çok düşük fiyat ve modülde çok az harici bileşen olması gerçeği, bu
da hacim olarak sonunda çok ucuz olabileceğini düşündürdü, birçok hacker'ı modülü,
çipi ve üzerindeki yazılımı keşfetmeye çekti. Çince belgeleri tercüme etmek.
ESP8285, yerleşik 1 MiB flash belleğe sahip benzer bir çiptir ve Wi-Fi aracılığıyla
bağlanabilen tek çipli cihazların tasarımına olanak tanır.
Bu mikrodenetleyici çiplerinin yerini ESP32 cihaz ailesi almıştır.
28
ESP8266'nın özellikleri aşağıdakileri gibidir:
İşlemci: 80 MHz'de çalışan Tensilica Diamond Standard 106 Micro'ya dayalı
L106 32-bit RISC mikroişlemci çekirdeği
Bellek:
32 KiB talimat RAM'i
32 KiB talimat önbellek RAM
80 KiB kullanıcı verisi RAM'i
16 KiB ETS sistem veri RAM'i
Harici QSPI flaş: 16 MiB'a kadar desteklenir (genellikle 512 KiB - 4 MiB
dahil)
IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi
Entegre TR anahtarı, balun, LNA, güç amplifikatörü ve eşleştirme ağı
WEP veya WPA/WPA2 kimlik doğrulaması veya açık ağlar
17 GPIO pini
Seri Çevresel Arabirim Veri Yolu (SPI)
I²C (yazılım uygulaması)
DMA ile I²S arayüzleri (GPIO ile paylaşım pinleri)
Özel
pinlerde
UART
ve
ayrıca
GPIO2'de
yalnızca
iletim
UART
etkinleştirilebilir
10-bit ADC (ardışık yaklaşım ADC)
2.8 Raspberry Pi 4
Raspberry Pi[9], Birleşik Krallık'ta Raspberry Pi Foundation tarafından Broadcom
ile birlikte geliştirilen bir dizi küçük tek kartlı bilgisayardır (SBC'ler). Raspberry Pi
projesi, başlangıçta okullarda ve gelişmekte olan ülkelerde temel bilgisayar bilimlerinin
öğretiminin teşvik edilmesine yönelikti. Orijinal model beklenenden daha popüler hale
geldi ve robotik gibi kullanımlar için hedef pazarının dışında satış yaptı. Düşük
maliyeti, modülerliği ve açık tasarımı nedeniyle hava durumu izleme gibi birçok alanda
yaygın olarak kullanılmaktadır. HDMI ve USB cihazlarını benimsemesi nedeniyle
genellikle bilgisayar ve elektronik hobileri tarafından kullanılır.
29
Raspberry Pi 4’ün özellikleri aşağıdaki gibidir:
Çıkış tarihi
Haziran 2019
İşletim sistemi
GNU/Linux (örn. Raspberry OS, Ubuntu), Ubuntu Mate), BSD
(örn. FreeBSD, NetBSD), Inferno, AROS, RISC OS, Windows 10 IOT Core
Enerji
4.0 W
CPU
1500 MHz dört çekirdekli ARM Cortex-A72 (BCM2711)
Depolama kapasitesi
MicroSDHC slotu
Hafıza
1 GB ,2 GB ,4 GB ,8 GB RAM
Grafik
Broadcom VideoCore VI 500 MHz
30
3. TASARIM
3.1. Genel Bilgiler
Tasarım projemi oluşturan bileşenler;
▪
ESP32
▪
ESP8266
▪
Raspberry Pi 4
▪
Xiaomi Router
▪
Hortum
▪
Dozajlı Pompa Borusu
▪
Havalandırma Borusu
▪
Grow LED
▪
pH Sensörü
▪
TDS & EC Sensörü
▪
SHT20 Sıcaklık & Nem Sensörü
▪
AM2315 Sıcaklık & Nem Sensörü
▪
Dallas Su Geçirmez Sıcaklık Sensörü
▪
Ultrasonik Sensör
▪
Analog Su Seviye Sensörü
▪
Su Akış Sensörü
▪
Su Kaçak Sensörü
▪
Su Bulaklık(Turbidity) Sensörü
▪
Amper Kelepçesi Sensörü
▪
Manyetik Kapı Sensörü
▪
INA226 Amper&Voltaj&Güç Metre
▪
Röle
▪
Buzzer
▪
Dozajlı Su Pompası
▪
Döner pozitif deplasmanlı pompalar
▪
Havalandırma Fanı
▪
Hava Pompası
▪
TIP122 NPN Darlinton Transistörü
▪
VEML6070 UV Rasyasyon Sensörü
▪
TCS34725 RGB&Işık Sıcaklığı&Lux Sensörü
31
▪
TSL2561 Lux Sensörü
▪
Hidroponik Büyütme Borusu
▪
Saksı
▪
Hidroponik Büyütme Medyumu
3.2. Boyutlandırmalar
Şekil 9. Hidroponik Büyütme Borusu
Sisteme genel olarak boyutlandırıcak olursak sistem içerisinde boyutları 1.5 m
uzunluğunda olan
Hidroponik Büyütme Borusun Şekil 9 de göründüğü gibi
barındıracaktır, sistem içine de gerektiğinde operatörün girip bakım yapamsı
gerekecek, sistem prototip olduğundan gerekli değişikliklerin daha kolay bir şekilde
yapılabilmesi ve gelecekte eklenebilicek ek özelliklere yer bulundurması için sistemin
ana iskeleti 2m x 2m x 2m’lik bir küp olması kararına vardım. Bu iskeleti çok
yönlülüğü ve kolay montajı için alüminyum sigma profillerden yapma kararı aldım.
Hidroponik Büyütme Borusu nu yerden yükseltmek için 1.5m x 0.7m boyutarında
bir masaya yerleştirmeye karar kıldım.
Elektronik komponentleri nemli ortamdan korumak için 75cm x 50cm lik IP64
sertifikalı kontrol paneli kutusuna yerleştirmeyi kararlaştırdım.
32
3.3. Sistem Bileşenleri ve Seçimleri
Sistemde kullanılacak ve nemli ortamda bulunacak sensörlerin seçiminde en
büyük rol oynayan faktör nemli ortamda kullanılabilir olması olmuştur. Sensörler
seçilirken neme dayanıklı veya su geçirmez sensörler tercih edilmiştir. Eğer neme
dayanıklı versiyonu bulunamadıysa veya temin edilemediyse alternatif olarak neme
dayanıksız sensörler yalıtım ile neme dayanıklı hale getirilmiştir.
Sistemde IP64 sertifikalı kontrol panelinin içinde bulunacak sensörler için nem ve
suya dayanıklılık aranmamıştır.
3.4. Uygulanan Yöntemler
Projem
Hidroponik
sistemlerde
dengede
tutulması
gereken
koşulların
otomasyonunu hedeflediğinden ve dengelenmesi gereken birden fazla komponent
olduğundan kompartmante edilmiş bir sistem kullandım.
Şekil 10. pH +&- Solisyonları, A&B Solüsyonu ve Dozajlı Pompalar
pH değerlerini kontrol etmek için pH ölçerden gelen verilere göre pH yükseltme
ve düşürme sıvıları tanka, tankın doluluk oranı göze alınarak aktarılmıştır Şekil 10
deki göründüğü üzere . Eğer parametreler sabitlenemezse hata algılanıp operatöre
bildirilir.
Besin değerlerini kontrol etmek için EC ölçerden gelen verilere göre A ve B
Besin sıvıları tanka, tankın doluluk oranı göze alınarak aktarılmıştır Şekil 10 deki
göründüğü üzere. Eğer parametreler sabitlenemezse hata algılanıp operatöre bildirilir.
33
Tank su seviyesi takibi yapılıp hem dijital olark % lik oran olarak hemde yedek
olarak dijital ultrasoniks sensörünün hata vermesi oranını karşın analog yüzen min
max eşik sensöreri kullanılmıştır. Analog sensörlerin dijital sensörlerle uyuşmaması
durumda sistem operatöre bildirilir. Su seviyesinin belirlenen kriteler dışında olması
durumunda solenoid vana açılarak su takviyesi otomatik olarak sisteme yapılmaktadır.
Solenoid vananın açıldığında akan su miktarı giriş ve çıkış olarak 2 adet su akış
sensörüyle takip edilir ve eklenen su miktarı veri tabanına kayıt edilir. Su akış
sensörleri sisteme giriş yapan su miktarını ölçmekle birlikte giriş çıkış olarak 2 adet
bulunduğundan dolayı solenoid vananın düzgün kapanıp kapanmadığını algılayabilir.
Eğer vananın algılanana durumu olması gereken durumdan farklı bir durumdaysa
operatöre bilidirilir.
Grow LEDinin RGB ve Lux değerleri sürekli takip edilip ışığın zamanla renk
kayması veya lux değerinin azalması durumunda bakıma alınması gerekmeleri
durumları otomatıik takip edilir. Bakım gerektiği zaman otomatik olarak operatöre
bildirilir.
Ortam nem ve sıcaklık değerleri 2 noktadan ölçülüp ölçüm sonuçları girilen
parametreler arasında tutmak için havalandırma kullanılır. Eğer parametreler
sabitlenemezse hata algılanıp operatöre bildirilir.
34
3.5. Yazılımlar
Yazılımın çalışma mantığı Şekil 11,12,13 da gösterilmiştir.
Şekil 11. pH Regülasayonu Algoritması
35
Şekil 12. A&B Besin Solisyonu Regülasayon Algoritması
36
Şekil 13. Tank Su Seviyesi Regülasayon Algoritması
3.6. Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz
Tablo 6. Malzeme Listesi
Malzemenin adı
Kullanım amacı
ESP32
Sensörlerden veri
toplayan alt komponent
Sensörlerden veri
toplayan alt komponent
Ana komputasyonel
işlemleri yapacak SBC
ESP8266
Raspberry Pi 4
Birim
fiyatı
(TL)
37
Adedi
Fiyatı
(TL)
50
2
100
30
2
60
1200
1
1200
Xiaomi Router
Hortum
Dozajlı Pompa
Hortumu
Havalandırma
Borusu
Grow LED
pH Sensörü
TDS&EC Sensörü
SHT20 Sıcaklık &
Nem Sensörü
AM2315 Sıcaklık &
Nem Sensörü
Dallas Su Geçirmez
Sıcaklık Sensörü
Ultrasonik Sensör
Analog Su Seviye
Sensörü
Su Akış Sensörü
Su Kaçak Sensörü
Su
Bulaklık(Turbidity)
Sensörü
Amper Kelepçesi
Sensörü
Manyetik Kapı
Sensörü
Ağ altyapısısı
Su Aktarma
Dozajlı sıvı aktarımı
290
13
11
1
20
8
290
260
88
Havalandırmayı dış
ortama bağlama
Bitkilere optimal
aydınlatma sağlama
Suyun pH değerini
ölçmek
TDS&EC değerlerini
ölçmek
Sıcaklık & Nem
Ölçmek
Sıcaklık & Nem
Ölçmek
Sıcaklık Ölçmek
13
3
39
169
1
169
540
1
540
290
1
290
240
1
240
364
1
364
60
1
60
Su Seviyesi Ölçmek
Su Seviyesi Ölçmek
18
10
1
2
18
20
Su akışını ölçmek
Su kaçağı algılamak
Su kirliliğini ölçmek
57
7
189
2
2
1
114
14
189
131
1
131
8
1
8
61
1
61
26
59
3
1
1
1
26
59
3
125
4
500
48
1
48
23
1
23
47
68
1
1
47
68
Sistemin total harcadığı
enerjiyi ölçmek
Kontrol Panelinin
kapısının durumunu
algılamak
INA226
Modüllerin harcadığı
Amper&Voltaj&Güç enerjiyi ölçmek
Metre
4lü Röle
YG Açık Kapamak
8li Röle
DG Açıp Kapamak
Buzzer
Hata durumlarınsa sesli
yarı vermek
Dozajlı Su Pompası Dozajlı sıvı
pompalanması
Döner pozitif
Su devirdayimi
deplasmanlı
sağlamak
pompalar
Döner pozitif
Suya karışltırılan
deplasmanlı
besinlerin karışmasını
pompalar
sağlamak
Havalandırma Fanı
Havalandırma sağlamak
Hava Pompası
Suyun içinde çözünmüş
38
TIP122 NPN
Darlinton
Transistörü
VEML6070 UV
Rasyasyon Sensörü
TCS34725
RGB&Işık
Sıcaklığı&Lux
Sensörü
TSL2561 Lux
Sensörü
Hidroponik
Büyütme Borusu
Saksı
Hidroponik
Büyütme Medyumu
oksijen miktarını
arttırmak
LED lambaların
parlaklık kontrolü
UV radyasyon
seviyelerini ölçmek
Grow LEDin RGB ve
Işık Sıcaklığı Ölçümü
Grow LEDin Lux
Ölçümü
Saksıların
yerleştirileceği boru
Bitkilerin medyuma
konulduktan sonra
konulacağı kutu
Bitkilerin köklerinin
tutunacağı ortam
TOTAL
39
2
2
4
81
1
81
182
1
182
71
1
71
40
3
120
3
12
36
2
12
24
5547
4. SİMÜLASYON (BENZETİM) ÇALIŞMALARI
4.1. Genel Bilgiler
Simulasyon çalışmasında yetiştirilecek bitki miktarı girilerek su tankının boyutu,
devirdayim motorlarının hızı, A&B besinlerinin dengelenmesi için eklenmesi gereken
miktarlar belirlenmiştir.
4.2. Simülasyon Yazılımı
Simulasyon yazılımında ekilecek bitki miktarı girilerek gerekli bilgilerin çıktıları
elde edilir. Şekil 14 deki format kullanılarak.
Program 3d model olarak modellenip bilgiler her koşul için girilir.
Şekil 14. Simulasyon Parametreleri
4.3. Sistem Modelleme
Sistem modellenmiş hali Şekil 15,16 de gösterilmiştir.
Şekil 15. Simulasyon Görünümü 1
40
Şekil 16. Simulasyon Görünümü 2
41
5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR
5.1. Genel Bilgiler
Deneysel çalışma olarak sensör kalibrasyonları yapılmıştır.
Kalibre edilicek sensörler sırasıyla ph sensörü, TDS&EC sensörü, Ultrasonik
sensör için kalibrasyon yapılmıştır(Şekil 17 de gösterildiği gibi).
5.2. pH Kalibrsayonu
pH kalibrasyonu için şunlar uygulanmışltır:
1. Moving Window Calibration
- median:
window_size: 10
send_every: 10
send_first_at: 10
2. Calibrate Lineer
Calibrate
Lineer
değerleri
kalibrasyon
sıvıları
mikrokontrolörün okuduğu değerler kayda alınmıştır.
- calibrate_linear:
- 1.59 -> 7.0
- 2.05 -> 4.0
Şekil 17. pH Sensörü Kalibrasyonu
42
kullanılarak
5.3 EC&TDS Sensör Kalibrasyonu
EC&TDS Sensörünün kalibrasyonu için EC&TDS Sensör verileri dışında Dallas
Sıcaklık Sensörü verileri de kullanılmıştır.
1. İlk olarak ADC dan okunan analog voltaj moving_windows filresi
uygulanmıştır.
- median:
window_size: 5
send_every: 4
send_first_at: 3
2. Ardından Compensation Coefficent Hesabı yapılmıştır.
1.0+0.02*(id(water_temp).state-25.0);
3. Compensation Voltage hesabı ile devam edilmiştir.
id(contuinityraw).state / id(compcoeff).state;
4. TDS Hesaplaması
(133.42*id(compvolt).state*id(compvolt).state*id(compvolt).state 255.86*id(compvolt).state*id(compvolt).state +
857.39*id(compvolt).state)*0.5;
5. EC Çevirimi
id(tds).state*2
5.4. Ultrasonik Sensör
Ultrasonik sensörden metre cinsinden alınan verinin tank doluluk % sine çevirimi
yapılmıştır.
- filter_out: nan
- calibrate_linear:
- 0.14 -> 100.0
- 0.3 -> 0.0
43
6. SONUÇLAR
6.1. Genel Açıklamalar
Hidroponik sistemlerin regüle edilmesi gereken birçok koşulu olduğundan
herhangi bir otomasyon olmaksızın kontrolü çok zordur. Bu preojedede bu zorlukları
otomasyonla ortadan kaldırmak hedeflenmiştir ve sistem başta planlandığı şekilde
uygulanması başarıyla tamamlanmıştır.Kontrol panelinin son hali Şekil 18 de içden,
Şekil 19 da iç kapağı ve Şekil 20 de dıştan görülmektedir.
Şekil 18. Kontrol Paneli İç
44
Şekil 19. Kontrol Paneli İç Kapak
Şekil 20. Kontrol Paneli Dış
45
Projenin maliyet konusunda ise başta planldığında projenin evde bireysel üretim
içinde kullanılabilineceği düşünülmüştür fakat bireysel kullanım için temel sensörlerin
pH ve EC sensörleri başta gelmek üzere fiyatlarının yüksek olması nedeniyle sistemin
evde kullanımı karlı değildir. Fakat endüstriyel kullanım için tam aksine oldukça
hesaplı bir sistem olmuştur. Sistemin ne büyütülmesi birim başına maliyetini
düşürmektedir.
6.2 Deney Sonuçları
Yapılan deney sonuçlarında:
Şekil 21. Işık Ölçüm
Grow LEDlerin ışıklarındaki RGB değerlerindeki sapmanın Şekil 21 deki
ölçüm ünitesinden gelen sonuçlara dayanrak %1,5 olduğu görülmüştür.
Grow LEDlerin ışıklarındaki Işık Sıcaklıklığı değerlerindeki sapmanın Şekil 21
deki ölçüm ünitesinden gelen sonuçlara dayanrak %0,3333 olduğu görülmüştür.
46
Grow LEDlerin ışıklarındaki Lux(Işık Şiddeti) değerlerindeki sapmanın Şekil 21.
deki ölçüm ünitesinden gelen sonuçlara dayanrak %0 olduğu görülmüştür.
Şekil 22. Su Tankı ve Su Ölçüm Cihazları
pH değeri optimal koşulları olan 5,5-7 değerleri arasıda 0,5 lik bir sapma
korunduğu gözlemlenmiştir. Şekil 22 deki ölçüm cihazlarından alınan verilere
dayanarak.
EC değeri optimal koşulları olan 800-1200 değerleri arasıda 150 lik bir sapma
korunduğu gözlemlenmiştir. Şekil 22 deki ölçüm cihazlarından alınan verilere
dayanarak.
47
7. DEĞERLENDİRMELER
Tasarım projemde hidroponik sistemler ve çeşitleri, bitkiler, tarım ürünleri
konularına
daha
yakından
bilgiler
edinmemi
sağladı.
Daha
önceden
hiç
kullanmadığım pH sensörleri, TDS&EC sensörleri, farklı yapılarda, farklı çalışma
tipleriyle işleyen sıcaklık ve nem senörlerini öğrenme fırsatım oldu. Projemi yaparken
farklı endüstrilerden farklı insanlar ve firmalarla tanışma şansım oldu. Farklı motor
çeşitleri ve farklı kotnrol sistemlerini inceledim ve öğrendim.
Dünyanın tükenen kaynaklarından biri olan temiz su kaynaklarının ne kadar
önemli olduğu ve bunun en büyük nedenlerinden biri olan tarımın nasıl verimli hale
getirilebilineceğini ve bunun için hidroponik sistemlerin ne kadar önemli olduklarını
gözlemledim.
Projeme başaldıktan sonra da hidroponik sistemlerin geleneksel tarım çeşitlerine
göre ne kadar daha az su harcadığını ve diğer zararlı maddelerden; bitkileri korumak
için ilaçlama veya bitkierin farklı koşullarda büyümesini sağlamak için yapılan GDO
işlemlerine gerek kalmadan çok daha sağlıklı tarım ürünlerinin yetiştirilebildiğini
öğrendim.
48
8. KAYNAKLAR
[1].
Shashank Shekhar Solankey, “Urban Horticulture: Necessity of the Future”, IntechOpen
Brithish Library, 2020.
[2]. Vaibhav Palande, Adam Zaheer, Kiran George, Fully Automated Hydroponic System for
Indoor Plant Growth, Procedia Computer Science, Volume 129, 2018, Pages 482-488,
ISSN 1877-0509, https://doi.org/10.1016/j.procs.2018.03.028.
[3].
R. E. Sorace, V. S. Reinhardt, and S. A. Vaughn, “High-speed digital-to-RF converter,”
U.S. Patent 5 668 842, Sept. 16, 1997.
[4].
Plants, the ‘core basis for life on Earth’, under increasing threat, warns UN food agency,
website. [Online]. (https://news.un.org/en/story/2019/12/1052591), Available as of 2
December 2019
[5].
Juniper
Secure
Connect
Administrator
Guide,
website.
[Online].
(https://www.juniper.net/documentation/us/en/software/secure-connect/secure-connectadministrator-guide/topics/topic-map/overview.html), Available as of 22 Jun 2022
[6].
Hydroponic
Systems
International,
website.
[Online].
(https://hydroponicsystems.eu/)
[7]. ‘’TCS3472 COLOR LIGHT-TO-DIGITAL
(MC68175/D)’’ TAOS, 2012.
CONVERTER
with
IR
FILTER
[8].
“VEML6070 UV A Light Sensor with I2C Interface,” Vishay Semiconductors, 2015.
[9].
‘’ Raspberry Pi 4 Model B’’ Raspberry Pi (Trading) Ltd., 2019
[10]. “ESP32” Espressif Systems, 2022.
[11]. “ESP8266” Espressif Systems, 2020.
[12]. “Turbidity_sensor_SKU__SEN0189”DF Robot, 2018.
[13]. A. Karnik, “Performance of TCP congestion control with rate feedback: TCP/ABR and
rate adaptive TCP/IP,” M. Eng. Thesis, Indian Institute of Science, Bangalore, India, Jan.
1999.
[14]. J. Chaiwongsai, "Automatic Control and Management System for Tropical Hydroponic
Cultivation," 2019 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS),
2019, pp. 1-4, doi: 10.1109/ISCAS.2019.8702572.
[15]. R. S. Al-Gharibi, "IoT-Based Hydroponic System," 2021 International Conference on
System, Computation, Automation and Networking (ICSCAN), 2021, pp. 1-6, doi:
10.1109/ICSCAN53069.2021.9526391.
[16]. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification,
IEEE Std. 802.11, 1997.
49
EKLER
IEEE üyeleri olarak bizler bütün dünya üzerinde teknolojilerimizin hayat
standartlarını etkilemesindeki önemin farkındayız. Mesleğimize karşı şahsi
sorumluluğumuzu kabul ederek, hizmet ettiğimiz toplumlara ve üyelerine en yüksek
etik ve mesleki davranışta bulunmayı söz verdiğimizi ve aşağıdaki etik kuralları kabul
ettiğimizi ifade ederiz.
1.
Kamu güvenliği, sağlığı ve refahı ile uyumlu kararlar vermenin sorumluluğunu
kabul etmek ve kamu veya çevreyi tehdit edebilecek faktörleri derhal açıklamak;
2.
Mümkün olabilecek çıkar çatışması, ister gerçekten var olması isterse sadece
algı olması, durumlarından kaçınmak. Çıkar çatışması olması durumunda, etkilenen
taraflara durumu bildirmek;
3.
Mevcut verilere dayalı tahminlerde ve fikir beyan etmelerde gerçekçi ve dürüst
olmak;
4.
Her türlü rüşveti reddetmek;
5.
Mütenasip uygulamalarını ve muhtemel sonuçlarını gözeterek teknoloji
anlayışını geliştirmek;
6.
Teknik yeterliliklerimizi sürdürmek ve geliştirmek, yeterli eğitim veya tecrübe
olması veya işin zorluk sınırları ifade edilmesi durumunda ancak başkaları için
teknolojik sorumlulukları üstlenmek;
7.
Teknik bir çalışma hakkında yansız bir eleştiri için uğraşmak, eleştiriyi kabul
etmek ve eleştiriyi yapmak; hatları kabul etmek ve düzeltmek; diğer katkı sunanların
emeklerini ifade etmek;
8.
Bütün kişilere adilane davranmak; ırk, din, cinsiyet, yaş, milliyet, cinsi tercih,
cinsiyet kimliği, veya cinsiyet ifadesi üzerinden ayırımcılık yapma durumuna
girişmemek;
9.
Yanlış veya kötü amaçlı eylemler sonucu kimsenin yaralanması, mülklerinin
zarar görmesi, itibarlarının veya istihdamlarının zedelenmesi durumlarının
oluşmasından kaçınmak;
10.
Meslektaşlara ve yardımcı personele mesleki gelişimlerinde yardımcı olmak ve
onları desteklemek.
50
We, the members of the IEEE, in recognition of the importance of our
technologies in affecting the quality of life throughout the world, and in accepting
a personal obligation to our profession, its members and the communities we
serve, do hereby commit ourselves to the highest ethical and professional conduct
and agree:
1. to accept responsibility in making engineering decisions consistent with the
safety, health and welfare of the public, and to disclose promptly factors
that might endanger the public or the environment;
2. to avoid real or perceived conflicts of interest whenever possible, and to
disclose them to affected parties when they do exist;
3. to be honest and realistic in stating claims or estimates based on available
data;
4. to reject bribery in all its forms;
5. to improve the understanding of technology, its appropriate application,
and potential consequences;
6. to maintain and improve our technical competence and to undertake
technological tasks for others only if qualified by training or experience, or
after full disclosure of pertinent limitations;
7. to seek, accept, and offer honest criticism of technical work, to
acknowledge and correct errors, and to credit properly the contributions of
others;
8. to treat fairly all persons regardless of such factors as race, religion, gender,
disability, age, or national origin;
9. to avoid injuring others, their property, reputation, or employment by false
or mlicious action;
10.to assist colleagues and co-workers in their professional development and
to support them in following this code of ethics.
Approved by the IEEE Board of Directors
August 1990
51