Mikrodenetleyicili Tohum Ekim Ünitesinin Tasarım Parametreleri Kadir SABANCI 1, Cevat AYDIN 2 1 Selçuk Üniversitesi, Doğanhisar Meslek Yüksekokulu, Konya 2 Selçuk Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Tarım Makineleri Bölümü, Konya ksabanci@selcuk.edu.tr Özet: Ekim makinelerinin performansının değerlendirilmesinde tohumların ideal dağılıma uygun olarak dağılımı önemli bir kriterdir. Ekimde, düzgün bir sıra üzeri tohum dağılımının sağlanmasında, ekici düzenler birinci derecede sorumludur. Ancak ekici düzenden çıkan tohumların toprağa yerleştirilmesinde oluşacak aksaklıkların ekim kalitesine ve başarısına büyük ölçüde etkili olduğu dikkate alınmalıdır. Bu çalışmada pnömatik ekim makinelerinde ekimin ideal yapılabilmesi için görsel ve ses ikazlı bir kontrol devresi gerçekleştirilmeye çalışılmıştır. Gerçekleştirilen sistemde pnömatik ekim makinesinin tekerleğine yerleştirilen manyetik sensör ile ekim yapılan alan bilgisi hesaplanarak kullanıcıya aktarılmıştır. Ayrıca pnömatik ekim makinesindeki her bir ekim ünitesinde bulunan tohum ekim disklerine yerleştirilen manyetik sensörler ile de ekim yapmayan ekim ünitesi tespit edilerek görsel ve sesli ikaz vermesi sağlanmıştır. Kontrol devresinde, Microchip firmasının üretmiş olduğu PIC16F877 mikrodenetleyicisi kullanılmıştır. Kontrol ünitesi üzerindeki LCD ekrandan işlenen alan bilgisi ve ekim ünitelerine ait ledlerle ekim ünitelerinin durum bilgisi görülmektedir. Anahtar kelimeler: Tohum kontrol ünitesi, mikrodenetleyici, hassas tarım Design Parameters of Seed Drill Unit with Microcontroller Abstract: The distribution of seeds in accordance with the ideal distribution is an important criterion in the evaluation of seed drill machines. Cultivators are primarily responsible for the distribution of seeds in an order during insemination. However, it should be considered that faults in placing the seeds into soil can effect the quality and performance of seeds. This study aims to implement an audiovisual warning control circuit that is needed for ideal insemination with pneumatic seed drill machines. In this system, the magnetic sensor placed in the wheel of pneumatic sowing machine calculates the information of the field and transfers this knowledge to the user. In addition, the magnetic sensors placed in each seed planting discs of pneumatic seed drill machine determines the units that do not work properly and gives audiovisual warning. PIC16F877 microcontroller by Microchip is used in this control circuit. The information of field is seen on LCD screen of control unit and the situation is observed with the LEDs on seed drill units. Key words: Seed control unit, microcontroller, precision agriculture Giriş Tohumun yeni bir bitki meydana getirmek amacıyla ana bitkiyi oluşturacak tohumların, çimlenme ve çıkış özelliklerine uygun olarak önceden hazırlanmış tohum yatağına yatay düzlemde istenen bir dağılımla ve eşit bir derinlikte yerleştirilip üzerinin toprakla kapatılması işlemi ekim olarak adlandırılmaktadır (Barut, 1996; Yurdusever, 2006). Toprağa bırakılan tohumun çimlenmesi, büyümesi, olgunlaşması ve meyve verebilmesi için yeteri kadar ışık, nem, hava, sıcaklık ve besin maddelerini sağlayabileceği optimum bir yaşam alanına gereksinimi vardır. Bu durum her bitki için aynı büyüklükte yaşam alanının 482
sağlanmasını, dolayısıyla tohumların yatay düzlemde toprağa eşit aralıklarla dağıtılmasını zorunlu kılmaktadır (Barut, 1996; Önal, 1987). Bitkilerin sağlıklı büyüyüp olgunlaşabilmesi için yeterli, su, ışık, sıcaklık, hava ve besin maddelerini sağlayabileceği bir yaşam alanına gereksinimi vardır. Uygun ve yeterli bir yaşam alanı için tohumlar eşit aralıkla toprak içerisine yerleştirilmelidir. Böylece her bitki ile rekabetten kaynaklanan strese girmeden, yetişme süresince tüm gereksinimlerini topraktan sağlayabilir. Ancak birim alandaki bitki sayısının azalması alan veriminin düşmesine neden olacaktır. Yaşam alanının küçülmesi ise birim alandaki bitki sayısının artışına neden olurken, bitki başına verimi düşürecektir (Barut,2006). Özelikle sıra üzeri tohum aralığı üretim maliyetlerini ve ürün verimini doğrudan etkilemektedir (Barut ve Özmerzi, 1997). Ekim makinesi ile yapılan ekimde tohum dağılım düzgünlüğünün iyi olması durumunda her bitkiye düşen yaşam alanındaki farklılıklar azalmaktadır. Düzgün bir yaşam alanı için, ekim makinelerinden beklenen önemli işlevsel özelliklerden birisi tohumlan istenilen sıra arası ve sıra üzeri mesafelerde ekebilmesidir (Dursun ve Dursun, 2000; Özmerzi ve ark., 2002). Yapılan araştırmalar, bitkilere düzgün bir yaşam alanı sağlandığında verimin arttırılabildiğini ortaya koymuştur (Önal, 1975, Keskin, 1988). Ekim makinelerinin yapısal özelliklerini belirlemek, kalitelerini iyileştirmek, ulusal ve uluslararası standartlara uygunluklarını ortaya koymak, iş başarılarını ve kapasitelerini saptamak ve geliştirmek amacıyla deneyler yapılmaktadır. Bu deneylerde, ekim makinelerinin sıra üzeri tohum dağılım düzgünlüklerinin de belirlenmesi gerekmektedir (Çolak ve ark, 1995; Karayel, 1998). Sıra üzeri tohum dağılım düzgünlüğünün daha doğru ve hızlı bir şekilde belirlenmesinde elektronik ölçüm yöntemlerinden de yararlanılmaktadır. Jing Sheng ve Fang-Liang (1991), küçük sebze tohumlarını bile hassas bir şekilde algılayabilen elektronik bir ölçüm sistemiyle tohumların yörüngelerini, atılma noktalarının uzaklıklarını ve tohum dağılımını belirlemişlerdir. Çolak ve ark., (1995) ultrasonik bir algılayıcı ile Taşer, (1997) ise bir fotosel algılayıcıyla birbiri ardına düşen tohumları algılayarak tohumların düşme zamanları arasındaki farklılıklar ekim makinesinin ilerleme hızına bağlı olarak sıra üzeri tohumlar arası uzaklıklara dönüştürmüşlerdir. Tuğrul ve G.Dursun, (1997), mekanik ve pnömatik hassas ekim makineleriyle şeker pancarı tohumu ekiminde tohumları bir optoelektronik sensörle algılayarak sıra üzeri tohum dağılımına ilişkin değerlendirmelerde bulunmuşlardır. Mekanik hassas ekim makinelerinde, tohumlar ile ekici düzende yer alan yuvalar ya da delikler arasında sorunlar ortaya çıkmaktadır. Ayrıca, tohumların yuvalara girme olasılığı etkilendiğinden, ilerleme hızında belirli değerlerin üzerine çıkılamamaktadır. Mekanik hassas ekim makinelerinde mevcut bu sorunların giderilebilmesi amacıyla pnömatik hassas ekim makineleri geliştirilmiştir. Bu makinelerle; tohum kullanım miktarı örneğin marulda %90'a kadar, seyreltmede işgücü gereksinimi ise %45'e kadar azaltılabilmekte (Giannini ve ark., 1967); ayrıca; Değişik boyutlarda tohumlar ekilebilmekte, Monogerm tohumlar ekilebilmekte, Daha yüksek hızlarda çalışılabilmekte, Ekici düzen değiştirilmeden çok geniş sıra üzeri uzaklıklarda ekim işlemi yapılabilmektedir (Gökçebay, 1986). Gerçekleştirilen sistemde, pnomatik ekim makinelerindeki tohum ekim disklerinin dönmemesi durumunda görsel ve sesli ikaz veren bir kontrol sistemi geliştirilmeye çalışılmıştır. Bu çalışma hassas tarım uygulamaları için bir örnek teşkil etmektedir. 483
Materyal ve Yöntem Gerçekleştirilen sistemde pnömatik ekim makinesinin tekerleğine bir mıknatıs yerleştirilmiştir. Bu mıknatısın geçtiği yere bir manyetik sensör (hall effect) yerleştirilir. Çalışma da Allegro MicroSystems firmasının üretmiş olduğu UGN-3119 manyetik sensörü kullanılmıştır. Sistemde kullanılan manyetik sensör ve mıknatıs Şekil 1 de görülmektedir. Şekil 1. Çalışmada kullanılan manyetik sensör ve mıknatıs Sistemin kontrol ünitesinde Microchip firmasının üretmiş olduğu PIC 16f877 mikrodenetleyicisi kullanılmıştır. Mikrodenetleyici kod yazılımında PicBasic Pro programı kullanılmıştır. Kart üzerindeki 3 adet butonla menü ekranına geçiş ve bilgi girişleri yapılmaktadır. Kontrol kartı üzerindeki LCD ekranda ise kullanıcının bilgi girişi yapabilmesi için gerekli ekran bilgileri kullanıcıya aktarılmıştır. Ayrıca ekim yapılan tarlanın alan bilgisi ekranda gösterilmektedir. Kontrol kartının üstten görünümü Şekil 2 de görülmektedir. Şekil 2. Kontrol kartının üstten görünümü Sisteme teker çap bilgisi, ünite sayısı ve üniteler arası mesafe değerleri butonlar yardımıyla girilir. Tekerleğin çap bilgisinden, tekerleğin çevresi hesaplanır. Ünite sayısı ile üniteler arası mesafe çarpılarak ünitenin boyu hesaplanır. Ünite boyu ve tekerleğin çevresi çarpılarak birim alan elde edilir. Sisteme bilgi giriş ekran görüntüsü Şekil 3 de görülmektedir. Gerçekleştirilen bu sistem ile pnomatik ekim makinesinin, tarlada ekim yaptığı alan bilgisi hesaplanarak ekrandan kullanıcıya aktarılır. 484
Şekil 3. Sisteme bilgi giriş ekran görüntüsü Pnömatik ekim makinesindeki ekim ünitelerinde bulunan tohum ekim disklerinin dönememesinden dolayı sorunlar yaşanmaktadır. Bu sorunu gidermek için tohum ekim diskine bir mıknatıs yerleştirilmiştir. Mıknatısın tam karşısına da yine bir manyetik sensör yerleştirilmiştir. Pnömatik ekim makinesinin tekerleğinden gelen sinyal ile tohum ekim diskinden gelen sinyal belirli bir oran ile kontrol edilir. Örneğin tekerleğin 1 tur dönmesinde tohum ekim diskinin 3 tur dönmesi bilgisi kontrol edilir. Aynı oranda bilgi gelmeyen diskin problemli çalıştığı yani o diske ait gözün tohum atmadığı anlaşılır. Çalışmada pnomatik ekim makinesinin 8 ekim ünitesi kabul edilerek kontrol kutusu üzerinde 8 adet led konmuştur. Tohum ekim ünitelerindeki sensörlerden gelen bilgiler kontrol edilir eğer herhangi bir ekim ünitesindeki tohum ekim diski dönmüyorsa o ekim ünitesine ait led yanarak görsel ikaz verir. Ayrıca kontrol ünitesinde bulunan buzzer ile de kullanıcıya sesli ikaz verilir. Şekil 4 te kontrol kutusu üzerindeki ikaz ledleri görülmektedir. Şekil 4. Kontrol kutusunun görünümü Sistem çalışması için gerekli olan enerjiyi traktörün aküsünden almaktadır. Sistem 12 volt ile beslenmektedir. Gerekli olan enerji traktör çakmaklığından alınmaktadır. Şekil 5 te traktör çakmaklık soketi ve sensör kılıfı görülmektedir. 485
Şekil 5. Traktör çakmaklık soketi ve sensör kılıfı Araştırma Bulguları Gerçekleştirilen sistemle pnömatik ekim makinesi ile ekim yapılan alan bilgisi hesaplanmıştır. Şekil 6 da ekim yapılan alan bilgisi ve pnömatik ekim makinesinin tekerleğinin tur sayısı ekranda görülmektedir. Geliştirilen sistemle pnömatik ekim makinesinin ekim ünitelerinde bulunan tohum ekim diskinin dönmemesinden kaynaklanan tohum ekim hataları giderilmiştir. Ekim yapmayan ünitedeki sensörden gelen bilgi ile kullanıcı görsel ve sesli olarak uyarılmaktadır. Böylece hangi ekim ünitesinde sorun var ise kullanıcı buradaki sorunu giderek ekime devam edebilir. Böylece tarlada düzgün bir ekim aralığı sağlanarak tohum için gerekli yaşam alanı sağlanmış olur. Sistemin kullanılması ve uygulanması oldukça kolaydır. Şekil 6. Kontrol ekran görüntüsü Sonuç ve Tartışma Yapılan çalışma ile pnömatik ekim makinesinin ekim ünitesindeki tohum ekim disklerinin dönmemesinden kaynaklanan tohum ekim sorunları giderilmeye çalışılmıştır. Böylece ürün kayıpları minimize edilmeye çalışılmıştır. Ayrıca ekim yapılan alanın hesaplanması ile ürün verimi hesaplanabilir ve birim alana ekilen tohum miktarı hesaplanabilir. Yapılan çalışma hassas tarım uygulamaları için bir örnek teşkil etmektedir. Literatür Listesi Barut, Z.B., 1996. Farklı Tohumların Ekiminde Kullanılan Düş ey Plakalı Hava Emişli Hassas Ekici Düzenin Uygun Çalışma Koşullarının Saptanması, Ç. Ü., Fen Bilimleri Enstitüsü., Doktora Tezi, Adana Barut, Z.B., Özmerzi, A., 1997. Hava Akımlı Hassas Ekim Makinelerinde Tohum Plakası Delik Şeklinin Ekim Düzgünlüğüne Etkisi. Tar. Mek. 17. Ulusal Kongresi Bildiri Kitabı, 17-19 Eylül, Tokat. s:474-484. Barut, Z.B., 2006. TARIM MAKİNALARI 2., Bölüm II., Ekim Makineleri, Ed:Öztekin, S., Nobel Kitabevi, Adana, s:55-110. 486
Çolak, A., R. Öztürk, A. I. Acar ve I. Çilingir, 1995. Ultrasonik Tohum Sayıcının Ekim Makinesi Deneylerinde Kullanılabilme Olanakları. Tar. Mek. 16. Ulusal Kongresi Bildiri Kitabı, 157 163, Bursa. Dursun, İ. G., Dursun, E. 2000. Ekim Makinesi Sıra Üzeri Tohum Dağılımının Görüntü İşleme Yöntemi İle Belirlenmesi, Tarım Bilimleri Dergisi, Cilt:6, Sayı:4 Ankara Giannini, G.R., W.J. Chancellor, and R.E.Garrett 1967. Precision planter using vacuum for seed pickup. Transactions of the ASAE, 10 (5), pp: 607610-614, Michigan. Gökçebay, B. 1986. Tarım Makineleri I. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları: 979, Ankara. Jing Sheng, C. ve C. Fang Liang, 1989. The lise of a Charge Coupled Device in The Seedmeter Test Rig. Proceeding of the International Symposium on Agricultural Engineering (89 ISAE), 283 288. Karayel, D., 1998, Düşey Plakalı Hava Emiş li Bir Hassas Ekim Makinesinin Bazı Sebze Tohumları İçin Laboratuar ve Tarla Koşullarında Sıra Üzeri Tohum Dağ ılım Değerlerinin Karşılaştırılması, Akdeniz Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Antalya Keskin, R. 1988. Yerli Yapısı Bazı Kombine Ekim Makinelerinde Enine Dağılım Düzgünlüğüne Etkili Faktörler, Üzerinde Bir Araştırma. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları No: 1073, Bilimsel Araştırma ve İncelemeler: 576, Ankara, 41 s. Önal, I. 1975. Bir Pnömatik Hassas Ekim Makinası ile Şeker Pancar Tohumunun Ekim Olanakları Üzerinde Bir Araştırma. Şeker Dergisi, Sayı: 96, Yıl: 25, 14 24. Önal, İ., 1987. Vakum prensibiyle çalışan bir pnömatik hassas ekici düzenin ayçiçeği, mısır ve pamuk tohumu ekim başarısı, Ege Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Dergisi, Cilt:24, Sayı:2 S. 105-125, İzmir Özmerzi, A., Karayel, D., Topakci M, 2002. Effect of Sowing Depth on Precision Seeder Uniformity, Biosystems Engineering, 82 (2), 227 230 Taşer, Ö. F. 1997. Sıra Üzeri Tohum Dağılımının Fotosel Algılama Yöntemi ile ve Bilgisayar Destekli Saptanabilmesi. Tarımsal Mekanizasyon 17. Ulusal Kongresi Bildiri Kitabı, 444 456, Tokat. Tuğrul, K. M. ve I. Göknur Dursun, 1997. A Research on Seed Sensing Possibilities for Sugar Beet Seeds With Precision Drill By Means of an Opto Electronic Sensor. 4 th International Conference on Agricultural and Forest Engineering SGGW, 160 165, Warsaw, Poland. Yurdusever, E., 2006. Hassas Ekim Makinelerinde İlerleme Hızının Farklı Küresellik Katsayısındaki Tohumların Dağılımı Üzerine Etkisi, Ç. Ü., Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Adana. 487