Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı

AKSU, SEFA; ÇAMOĞLU, Gökhan; KIZIL, Ünal

Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı

Ünal KIZIL, (Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü, Çanakkale, Türkiye)

Sefa AKSU, (Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü, Çanakkale, Türkiye)

Gökhan ÇAMOĞLU (Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü, Çanakkale, Türkiye)

ÇOMÜ Ziraat Fakültesi Dergisi

5 1

Yıl: 2018 Cilt: 6 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 131 - 139 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 03-12-2020

Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı

Öz:

Dünyada hayatın devam edebilmesi için suyun varlığını sürdürmesi tartışılamaz bir gerçektir.Kullanılabilir su kaynakları da bu bağlamda kritik öneme sahiptir. Bu kaynağın sürekliliği ise gün geçtikçe artannüfusun tehdidi altındadır. Çözüm olarak ortaya atılan fikirlerin buluştuğu nokta, suyun daha etkilikullanılmasıdır. Sulama teknolojilerindeki gelişmeler de bu amaca hizmet edecek şekilde ilerlemektedir. Bununsonucu olarak da topraktaki nemin izlenmesi oldukça önem kazanmıştır. Nemi izleme için ampirik modellerinkullanılmasından başlayan süreç, elektronik cihazlarla anlık sonuçlar alınabilmesine kadar gelmiştir. Toprağınmekanik ve kimyasal özelliklerinden faydalanılarak izleme sağlamak için üretilmiş bu cihazlar yüksek maliyetliolmaları nedeniyle yeterince yaygınlaşamamıştır. Tüketicilerin, kendi ihtiyaçlarına yönelik elektronik cihazlarıüretmeye başlamasıyla devre bileşenleri daha ucuz ve kolay ulaşılabilir olmuştur. Toprak nem sensörleri deçeşitli üreticiler tarafından farklı donanımlarla üretilmeye başlanmış ve rezistif toprak nem sensörleri 2$civarında bulunabilir olmuştur. Benzer şekilde mikroişlemci devre kartları (Arduino) ve yazılım üretmesistemleri (IDE) de elde edilebilir duruma gelmiştir. Kolay elde edilebilir bu sistem bileşenlerinin sonuç vermekabiliyetleri ise yeterince araştırılmamış bir konudur. Bu çalışma kapsamında, düşük maliyetli bir toprak nemiizleme sistemi üretilmiş olup rezistif toprak nem sensörlerinin test edilmesi sağlanmıştır. Kontrollü ortamdayürütülen deneme sonucunda, ortalama belirtme katsayısı 0.91 olarak bulunmuştur. Bu değer yüksek maliyetlirezistif sensörlerden düşük olsa da istatistiki açıdan oldukça önemli bulunmuştur.

Anahtar Kelime:

Design of an Arduino Compatible Soil Moisture Monitoring System for Plant Production in a Controlled Environment

Öz:

It is an indisputable fact to maintain the existence of water in order to maintain the life in the world. The available water resources are also critical in this context. The availability of this resource is threatened by increasing population. From this point of view water must be used more efficiently. The developments in irrigation technology are also progressing to serve this purpose. From here it is understood that it is important to watch the movement of the moisture in the soil. The process that began with the use of empirical models for moisture monitoring has come up with the ability to take snapshots with electronic devices. These devices, which are produced for monitoring by taking advantage of the mechanical and chemical properties of the soil, have not been widespread due to their high cost. The sensor components have become much more accessible as the electronic market moves towards the point where users produce for themselves. Soil moisture sensors have also begun to be manufactured by different manufacturers with different equipment, and resistive soil moisture sensors have been available for around $ 2. Similarly, microprocessor circuit boards (Arduino) and software generation systems (IDE) have also been reachable. The ability of these easily obtainable system components to produce results is an under-explored question. In this study, a low cost soil moisture monitoring system was produced and tested for resistive soil moisture sensors. The mean coefficient of determination for the test result in the controlled environment was 0.91. Although this score is lower than high-cost resistive sensors, it is statistically very significant.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

Al-Asadi, R.A., Mouazen, A.M., 2014. Combining frequency domain reflectometry and visible and near infrared spectroscopy for assessment of soil bulk density. Soil and Tillage Research, 135: 60–70.
Allen, R.G., 1998. Irrigation Engineering Principles. Course Lecture Notes, Department of Biological and Irrigation Engineering, Utah State University, Logan, Utah, USA, :300. Arduino, 2015. http://www.arduino.cc, Son Ulaşım: Haziran 2018.
Bhanarkar, M.K., Korake, P.M., 2016. Soil salinity and moisture measurement system for grapes field by wireless sensor network. Systems & Control, 3: 1164021.
Bircher, S., Skou, N., Jensen, K. H., Walker, J. P., Rasmussen, L., 2011. A soil moisture and temperature network for SMOS validation in Western Denmark. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 16: 9961-10006.
Çamoğlu, G., Demirel, K., Genç L., Akçal, A., 2017. Real-time monitoring of water stress by turgor pressure sensors. International Congress on Landscape Architecture Research, 30.
Çamoğlu, G., Demirel, K., Genç, L., 2018. Use of ınfrared thermography and hyperspectral data to detect effects of water stress on pepper. Quantitative InfraRed Thermography Journal, 15(1): 81-94.
Chanasyk, D.S., Naeth, M.A., 1996. Field measurement of soil moisture using neutron probes. Canadian Journal of Soil Science, 76(3): 317-323.
Gaikwad, P., Devendrachari, M.C., Thimmappa, R., Paswan, B., Kottaichamy, A.J., Kotresh, H.M.N., Thotiyl, M.O., 2015. Galvanic cell type sensor for soil moisture analysis. Analytical Chemistry, 87(14): 7439- 7445.
Gao, X.L., Peng, S.Z., Wang, W.G., Xu, J.Z., Yang, S.H., 2016. Spatial and temporal distribution characteristics of reference evapotranspiration trends in Karstarea: a case study in Guizhou Province, China. Meteorology and Atmospheric Physics, 128(5): 677–688.
Huan, Z., Wang, H., Li, C., Wan, C., 2017. The soil moisture sensor based on soil dielectric propert., Personal and Ubiquitous Computing, 21(1): 67-74.
Janik, G., Skierucha, W., Blas, M., Sobik, M., Albert, M., Dubicki, M., Zawada, A., 2014. TDR technique for estimating the intensity of effective non rainfall. International Agrophysics, 28(1): 23–37.
Jaria, F., Madramootoo, C.A., 2013. Thresholds for irrigation management of processing tomatoes using soil moisture sensors in Southwestern Ontario. Transactions of the ASABE, 56(1): 155–166.
Jiao-Jun, Z., Hong-Zhang, K., Gonda, Y., 2014. Application of Wenner configuration to estimate soil water content in pine plantations on sandy land. Pedosphere, 17(6): 801–812.
Kojima, Y., Shigeta, R., Miyamoto, N., Shirahama, Y., Nishioka, K., Mizoguchi, M., Kawahara, Y., 2016. LowCost Soil Moisture Profile Probe Using Thin-Film Capacitors and a Capacitive Touch Sensor. Sensors, 16(8): 1292.
Kushner, D., 2011. The Making of Arduino, IEEE Spectrum, https://spectrum.ieee.org/geek-life/hands-on/themaking-of-arduino, Son Ulaşım: Haziran 2018.
Maes, W.H., Baert, A., Huete, A.R., Minchin, P.E.H., Snelgar, W.P., Steppe, K., 2016. A new wet reference target method for continuous infrared thermography of vegetations. Agricultural and Forest Meteorology, 226: 119–131.
Matula, S., Batkova, K., Legese, W.L., 2016. Laboratory performance of five selected soil moisture sensors applying factory and own calibration equations for two soil media of different bulk density and salinity levels. Sensors, 16 (1912).
Mittelbach, H., Lehner, I., Seneviratne, S.I., 2012. Comparison of four soil moisture sensor types under field conditions in Switzerland. Journal of Hydrology, 430-431: 39-49.
Mosuro, G.O., Bayewu, O.O., Oloruntola, M.O., 2012. Application of vertical electrical soundings for foundation investigation in a basement complex terrain: a case study of Ijebu Igbo, Southwestern Nigeria. 5th International Conference on Environmental and engineering Geophysics, Changsha, China, 29–34.
Oates, M.J., Ramadan, K., Molina-Martínez, J.M., Ruiz-Canales, A., 2017. Automatic fault detection in a low cost frequency domain (capacitance based) soil moisture sensor. Agricultural Water Management, 183: 41-48.
Ochsner, T. E., Cosh, M.H., Cuenca, R.H., Dorigo, W.A., Draper, C.S., Hagimoto, Y., Kerr, Y.H., Njoku, E.G., Small, E.E., Zreda, M., Larson, K.M., 2013. State of the art in large-scale soil moisture monitoring. Soil Science Society of America Journal, 77: 1888-1919.
Paltineanu, I.C., Munoz, J.V., 2010. Introductory remarks by Dr. Ioan Caton Paltineanu. In Proceedings of the Transactions of the Third International Symposium on Soil Water Measurement Using Capacitance, Impedance and TDT, Murcia, Spain, 7–9 April p. 314.
Paltineanu, I.C., 2014. On the importance of international standardization of methodologies and techniques for laboratory and field calibration of soil water measurement sensors based on capacitance, impedance and TDT. In Proceedings of the Transactions of the Fourth International Symposium on Soil Water Measurement Using Capacitance, Impedance and TDT, Montreal, QC, Canada, 16–18 July p. 105.
Pariva, D., Ashi, Q., Ruchi, B., Syed, A.H., 2012. A review of the methods available for estimating soil moisture and its implications for water resource management. Journal of Hydrology, 458-459: 110-117.
Reynolds, S.G., 1970. The gravimetric method of soil moisture determination Part I A study of equipment, and methodological problems. Journal of Hydrology, 11(3): 258-273.
Robinson, D.A., Campbell, C.S., Hopmans, J.W., Hornbuckle, B.K., Jones, S.B., Knight, R., Ogden, F., Selker, J., Wendroth, O., 2008. Soil moisture measurement for ecological and hydrological watershed-scale observatories: A Review. Vadose Zone Journal, 7(1): 1539-1663.
Soulis, K.X., Elmaloglou, S., Dercas, N., 2015. Investigating the effects of soil moisture sensors positioning and accuracy on soil moisture based drip irrigation scheduling systems. Agricultural Water Management, 148: 258-268.
Susha Lekshmi, S.U., Singh, D.N., Shojaei Baghini, M., 2014. A critical review of soil moisture measurement. Measurement, 54: 92-105.
Topp, G.C., Zebchuk, W.D., Davıs, J.L., Bailey, W.G., 1984. The measurement of soil water content using a portable TDR hand probe. Canadian Journal of Soil Science, 64(3): 313-321.
Torres, V., Palacios, I., Iriarte, J.C., Liberal, I., Santesteban, L.G., Miranda, C., Royo, J.B.,Gonzalo, R., 2016. Monitoring water status of grapevine by means of THzwaves. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 37 (5): 507–513.
Valdés, R., Ochoa, J., Franco, J.A., Sánchez-Blanco, M.J., Bañón, S., 2015. Saline irrigation scheduling for potted geranium based on soil electrical conductivity and moisture sensors. Agricultural Water Management, 149: 123-130.
Wang, B.X., Fang, Z.H., Yu, W.P., 1989. The heat and moisture transport properties of wet porous media. International Journal of Thermophysics, 10(1): 211-225.
Zazueta, F.S., Xin, J., 2004. Soil Moisture Sensors. Bulletin 292, University of Florida, Gainsville, FL, USA.
Zehe, E., 2010. Interactive comment on “Plot and field scale soil moisture dynamics and subsurface wetness control on runoff generation in a headwater in the Ore Mountains” by E. Zehe et al.. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 6: C3145-C3151.

APA	KIZIL Ü, AKSU S, ÇAMOĞLU G (2018). Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı. , 131 - 139.
Chicago	KIZIL Ünal,AKSU SEFA,ÇAMOĞLU Gökhan Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı. (2018): 131 - 139.
MLA	KIZIL Ünal,AKSU SEFA,ÇAMOĞLU Gökhan Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı. , 2018, ss.131 - 139.
AMA	KIZIL Ü,AKSU S,ÇAMOĞLU G Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı. . 2018; 131 - 139.
Vancouver	KIZIL Ü,AKSU S,ÇAMOĞLU G Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı. . 2018; 131 - 139.
IEEE	KIZIL Ü,AKSU S,ÇAMOĞLU G "Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı." , ss.131 - 139, 2018.
ISNAD	KIZIL, Ünal vd. "Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı". (2018), 131-139.

APA	KIZIL Ü, AKSU S, ÇAMOĞLU G (2018). Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı. ÇOMÜ Ziraat Fakültesi Dergisi, 6(2), 131 - 139.
Chicago	KIZIL Ünal,AKSU SEFA,ÇAMOĞLU Gökhan Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı. ÇOMÜ Ziraat Fakültesi Dergisi 6, no.2 (2018): 131 - 139.
MLA	KIZIL Ünal,AKSU SEFA,ÇAMOĞLU Gökhan Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı. ÇOMÜ Ziraat Fakültesi Dergisi, vol.6, no.2, 2018, ss.131 - 139.
AMA	KIZIL Ü,AKSU S,ÇAMOĞLU G Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı. ÇOMÜ Ziraat Fakültesi Dergisi. 2018; 6(2): 131 - 139.
Vancouver	KIZIL Ü,AKSU S,ÇAMOĞLU G Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı. ÇOMÜ Ziraat Fakültesi Dergisi. 2018; 6(2): 131 - 139.
IEEE	KIZIL Ü,AKSU S,ÇAMOĞLU G "Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı." ÇOMÜ Ziraat Fakültesi Dergisi, 6, ss.131 - 139, 2018.
ISNAD	KIZIL, Ünal vd. "Kontrollü Ortamda Bitkisel Yetiştiricilik için Arduino Uyumlu Bir Toprak Nemi İzleme Sistemi Tasarımı". ÇOMÜ Ziraat Fakültesi Dergisi 6/2 (2018), 131-139.