MĐKROĐŞLEMCĐ TABANLI SERA KONTROL SĐSTEMĐ MICROPROCESSOR BASED GREENHOUSE CONTROL SYSTEM. M. Faruk ÇAKIR, ÇANKIRI KARATEKĐN ÜNĐVERSĐTESĐ, ÇANKIRI

Transkript

1 MĐKROĐŞLEMCĐ TABANLI SERA KONTROL SĐSTEMĐ MICROPROCESSOR BASED GREENHOUSE CONTROL SYSTEM M. Faruk ÇAKIR, ÇANKIRI KARATEKĐN ÜNĐVERSĐTESĐ, ÇANKIRI Nadir AKKAYA, ÇANKIRI KARATEKĐN ÜNĐVERSĐTESĐ, ÇANKIRI Ramazan DOĞAN, ÇANKIRI KARATEKĐN ÜNĐVERĐSTESĐ, ÇANKIRI ÖZET Bu çalışmada, mikroişlemci tabanlı sera kontrol sistemi geliştirilmiştir. Bu sistem sayesinde seralarda ısı, nem ve su kontrolü sağlanacaktır. Isı, nem ve su kontrolü birbirinden bağımsız olarak çalıştırılabilir. Sistemde ısı, set edildiği değerin üstüne çıktığında transistör yardımıyla mikroişlemcinin kullandığımız çıkışlarını pasif duruma getirir. Set butonlarını kullanılarak belirlediğimiz değerlerin altına düştüğünde kullanılan çıkışlar aktif konuma gelir. Sistemde nemin algılanması ve kontrolü de aynı mantık ile yapılmaktadır. Su kontrolünde ise kullanıcının istediği zaman ve istediği günde sulama sistemini çalıştırabilmesi mümkündür. Menü butonları kullanılarak haftalık gün ve saatlerde sulama sistemini çalıştırabiliriz. Ayarlanan zaman dilimleri 1 dakikadan 24 saate kadar olabilir. Böylece sera üretiminde verime büyük katkı sağlanmış olmaktadır. ANAHTAR KELĐMELER: Mikroişlemci, Sera Sistemleri, Kontrol Sistemleri, PIC ABSTRACT Microprocessor-based greenhouse control system was developed in this study. With this system in greenhouses, heat, moisture and water control will be provided. Temperature, humidity and water as a control run independently from each other. Value system which goes above the set temperature, the microcontroller's output with the help of transistor outputs optimizes passive. Buttons to set the values determined using the income falls below the outputs to the active position. Detection and control of moisture in the system is the same logic. Water is controlled by the user at any time and any day it is possible to run watering system. Days and hours per week using the menü buttons can run watering system. Periods of time can be set from 1 minute up to 24 hours. Thus, a large additives greenhouse production efficiency is achieved. KEYWORDS: Microprocessor, Greenhouse System, Control System, PIC

2 GĐRĐŞ Doğal yetiştirme koşullarının uygun olmadığı bölgelerde veya mevsimlerde bitki yetiştirilmesi için ortam parametreleri kontrol edilerek gerekli çevresel şartların sağlandığı, etrafı güneş ışınlarının geçmesine izin verecek şekilde yarı saydam plastik veya cam duvarlar ile çevrilmiş yapılar sera olarak adlandırılır. Seralarda kapalı ortam içinde oluşturulan mikro iklim ile istenilen ürünlerin yetiştirilmesine imkân verildiği gibi aynı zamanda dış ortamda var olan elverişsiz iklim şartlarına karşı koruma sağlanmış olmaktadır[1]. Đstenen yetiştirme şartlarının sağlanması için kontrol edilen ortam parametrelerinin durumuna göre ısıtma, soğutma, havalandırma, sulama vb. işlemler gerçekleştirilir. Örneğin ortam hava sıcaklığının kontrolü için havalandırma pencereleri ile doğal havalandırma, vantilatörler yardımı ile mekanik havalandırma yapılırken; soğutma için fanlar ile birlikte yastık sistemi, ısıtma için sıcak havalı ve sıcak sulu sistemler kullanılmaktadır[2]. Sera iklimlendirme kontrolünde özellikle ısıtma harcamaları bazı durumlarda üretim masraflarının %65 ine kadar ulaşabilmektedir. Enerji maliyeti nedeniyle seraların yeterince ısıtılmaması ürün kalitesinin ve miktarının istenilen seviyeye getirilememesi sonuçlarını doğurur [3]. 1.1 Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici 1.GENEL TANIMLAR Microişlemci, program yolu ile aritmetiksel ve mantıksal işlemler yapabilme gücü olan, kendisine bağlı iç ve dış çevre birimleri yönetebilen ve bu birimler arasındaki ilişkileri düzenleyebilen bir entegredir. Mikroişlemci, yapabileceği matematiksel ve mantıksal işlemlerin, çevrebirim yönetim fonksiyonlarının tasarım sırasında belirlemektadir. Çevrebirimleri (ram, rom, bus controller vb.) olmaksızın genel amaçlı bir programı çalıştırarak bir problemi çözmesi mikroişlemcilerden beklenemez. Mikroişlemcilerin anlamlı bir şekilde çalışabilmesi için minimum input ve output ünitelerinin bulunduğu bir sistemin kurulması gereklidir. Bir mikroişlemci ve minimum input-output ünitelerinin tek bir entegre içinde toplandığı yapılara microdenetleyici adı verilir. Sera sistemlerinde birçok mikroişlemciden yararlanılır. Z80 mikroişlemcisi ile temel kontroller yapılabilir[4]. Günümüzde bulanık mantık kontrolü ile de sera otomasyonu gerçekleştirilmektedir[5]. GSM sistemlerin gelişmesiyle uzaktan kontrol sistemleri de gelişmiştir[6]. 1.2 PIC 16F876 PIC16F876 nın genel özelliklerine bakacak olursak; çoğu uygulama için yeterli bir donanıma sahip olduğu görülmektedir. Program belleğinde yüklenen program elektriksel olarak silinip yeniden yüklenebilmektedir. Bunun yanında 16f877 bacak bağlantılarıyla aynı olmayı ayrı bir değer katmıştır. 4Mhz kristal ile işlem olanağı sunmuştur. Mikroişlemci tabanlı sera kontrol sisteminin su kontrolünde mikro denetleyici olarak PIC16F876 kullanılmıştır. Pin sayısı 28 pin, komut sayısı 35, frekans (Max) 20MHz, program hafızası 8kbyte word(16f876) gibi özellikleri vardır. Bilgi hafızası 368 byte(16f876) [7]. Mikro denetleyiciye ait görünüm Şekil 1,2 de verilmiştir.

3 Şekil 1,2 PIC 16F PIC 16F628 PIC16F628 de PIC16F84 gibi 18 bacaklı bir mikrodenetleyicidir. Ancak PIC16F84 'ten farklı olarak 16 tane I/O pini vardır. Vdd ve Vss pinleri hariç tüm pinlerin birden fazla işlevi bulunmaktadır ve her biri gerektiğinde I/O pini olarak kullanılabilir[8]. Mikro denetleyiciye ait görünüm Şekil 1,3 de verilmiştir. 1.4 SHT11 Şekil 1,3 PIC 16F628 Sensirion firmasının ürettiği nem ve sıcaklık sensörüdür. Isı ve nem ölçümü Şekil 1,4 de verilen sensör ile yapılmıştır. Sensirion firmasının üretimi olan bu sensörler I 2 C prensibine benzer bir mantık ile haberleşme yapar. Ancak tam anlamı ile birebir değildir. SHT11 tamamı ile dijital bir sensör olup aynı kılıf içinde hem ısı hem de nem sensörünü taşımaktadır. Sıcaklık ölçümü -40 ile +123 derece arasındadır. Nem ölçümlerinde 0-ile %99,999 hassasiyette ölçüm yapabilmektedir. [9].

4 Şekil 1,4 SHT11 2. SĐSTEMĐN BLOK DĐYAGRAMI VE BÖLÜMLERĐ 2.1 Blok Diyagramı Sistemin blok diyagramı Şekil 2,1 de gösterildiği gibi 6 bölümden oluşmaktadır. 2.2 Isı ve Nem Kontrolü Şekil 2,1 Sistemin Blok Diyagramı Devremiz +12V da çalışmaktadır. Devrede SHT11 sensörü kullanarak Isı ve Nem ölçümü yapılmıştır. Alınan değerlere göre ve kullanıcı tarafından menü butonlarını kullanarak output çıkışında transistör yardımıyla motor, led, fan vb. çevresel birimler kontrol edilebilmektedir. Şekil 2,2 de verilen ısı ve nem kontrol devresinde mikro denetliyici olarak PIC16F628 kullanılmıştır. Çalışma gerilimi 3.0 V V 'tur, çalışma hızı PIC16F84 ile aynıdır, 4 MHz ile 20 MHz aralığında çalışabilmektedir., Elektriksel olarak yazılıp silinebilir, PIC16F84 ten farklı olarak 2Kx14 Word lük Flash program belleği vardır. Ram belleği 224x8 byte, EEPROM veri belleği ise 128 byte 'tır. PIC16F628 'in data belleği 4 bank 'a ayrılmıştır ve bu banklarda genel amaçlı registerler ve özel fonksiyon registerleri bulunmaktadır. PIC16F628 kendi iç RC osilatörüne sahiptir. 16 adet I/O pininin 8 tanesi A portu 8 tanesi de B portudur.

5 Şekil 2,2 Isı ve Nem Kontrol Devresi 2.3 Su Kontrolü Devremiz +12V da çalışmaktadır. Devreye enerji verildiğinde LCD de saat, tarih, gün ve pompa durumunun açık veya kapalı olduğunu gösterecektir. Kullanıcının isteğine göre zaman ayarı, sulama ayarı yapılabilmektedir. Đstenilen günde pompa durumu açık, kapalı yapılabilir. Sulama sistemi ayarlandığı zamana göre çalışır ve istenilen günlerde sulama yapar. Seranın su kontrolünde PIC16F876 kullanılmıştır. Pin sayısı 28 pin, Komut sayısı 35, çalışma frekansı (Max) 20MHz, program hafızası 8k Word gibi özellikleri vardır. Bilgi hafızası 368 byte dır[10]. Şekil 2,3 de su kontrol devresi verilmiştir. Şekil 2,3 Su Kontrol Devresi

6 3. SONUÇ Mikrodenetleyici için gerekli şartlar sağlandığı takdirde, çevre birimler ile rahatlıkla iletişim kurabildiği gözlemlenmiştir. Çevre birimler tarafından seri veya paralel olarak üretilen sayısal veriler mikro denetleyici ile kolaylıkla işlenebilmektedir. SHT-11 sensörü ısı ve nem ölçümlerinde çok iyi sonuçlar vermektedir. Projemiz her yerde atmosferik hava koşullarına göre çalışabilir ve kullanılabilir. Günlük yaşamda değişik uygulama örneklerine rastlamak mümkündür. Fakat bu sistem uygulama kolaylığı ve üretim maliyetinin düşüklüğü ile ön plana çıkmaktadır. Çok düşük maliyetlerle sistemi oluşturmak mümkündür. Đstenen yetiştirme şartlarının sağlanması için, kontrol edilen ortam parametrelerinin durumuna göre ısıtma, soğutma, havalandırma, sulama vb. işlemler, tasarlanan sistem sayesinde gerçekleştirilmektedir. Projemiz ileriki seviyelerde yapay zekâ veya bulanık mantık ile daha üst düzeylere çıkartılabilir. 4. KAYNAKÇA [1]. Omid, M ve Shafaei, A., Temparature and relative humidity changes inside greenhouse,international Agrophysics ISSN Coden Inagex,vol.19, no.2,pp ,2005. [2]. Kürklü, A. ve Çağlayan, N., Sera Otomasyon Sistemlerinin Geliştirilmesine Yönelik Bir Çalışma, Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 18(1), 2534,2005. [3]. Çolak, A., Isıtılmayan Bir Cam Serada Sera Đçi Sıcaklık, Çiğlenme Sıcaklığı ve Bağıl Nem Deseni Üzerine Bir Araştırma, Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi,39(3):105-11ISSN , [4]. Leung C.M., Wilson D.R., Marquand C.J., Tassou S.A., A Knowledge Based System For The Control Of A Greenhouse Envıronmet, ISHS Acta Horticulturae 174, [5]. Soy H., Yılmaz E., Dilay Y., Fuzzy Control of Greenhouse Climate System with Embebded Controller emo.org.tr. [6]. Çayıroğlu Đ., Görgünlüoğlu S., Mobil Telefon ve Pic Mikrodenetliyici Kullanarak Uzaktan Esnek Kontrol Sağlanması Đnt.J.Eng. Research & Developmment, vol.2, no.1 January [7]. Endüstriyel otomasyon Teknolojileri, meb.gov.tr, Ankara, [8]. [9]. Erdal,E.T., Sensirion digital ısı ve nem sensörü uygulaması, [10]. Subaşı, R., Weekly, programmed flower the irrigation,