TDR cihazının kalibrasyonunun yapılması ve sulama otomasyonuna uygun hale getirilmesi / TDR calibration of the tdr device and its optimisation for irrigation automations

Abstract

Türkiye ve Avrupa Sulama alanlarının karşılaştırılması ile ilgili yapılan çalışmada, 77.8 milyon hektar olan Türkiye yüzölçümünün 16.7 milyon hektarı topografik yönden, 12.5 milyon hektarı toprak özellikleri yönünden, 8.5 milyon hektarı ise ekonomik yönden sulamaya uygun olduğu belirtilmiştir. Bununla beraber 1980 yılında 2.672.817 hektar olan sulanan alanlar, 1999 yılında 4.747.000 hektara yükselmiştir. Sulanan alanların tarım alanları içindeki payı 1980 yılında % 9.5 iken sürekli artarak 1999 yılında % 17.8'e yükselmiştir. Oysa AB ülkelerinde sulanan alanların tarım alanları içerisindeki payı Hollanda'da % 59.5, Yunanistan'da % 37.2 ve Portekiz'de % 24.0'dır. Sulama açısından ülkemiz AB'ye oranla daha geride kalmaktadır. Küreselleşen dünyada tarım sektöründe artan arz talebini, kısıtlı olan kaynaklardan karşılayarak, rekabet ortamının geliştirilmesi çok büyük bir önem arz etmektedir. Tarımsal sulamada bitki, toprak ve çevresel etkenlere bağlı olarak ortaya çıkan olumsuzlukları minimum seviyeye indirerek, en yüksek mahsulü, en verimli, en ekonomik ve evrensel kriterlere uygun olarak karşılamak gereklidir. Geleneksel sulama sistemlerinin suyun fazla ve az verilmesi ile diğer çevresel etmenlere bağlı olarak çeşitli sakıncaları görülmüştür. Bu çalışmada, tarımsal sulamanın, bitki, toprak ve çevresel faktörler dikkate alınarak, özellikle bahçe, saksı ve seraların otomatik sulanmasında en verimli şekilde yapılabilmesinin gerekliliği ve bunu gerçekleştirebilmek için geleneksel sulamaların bırakılarak TDR (Time Domain Reflectometry) nem sensörlerinin kullanılması üzerine bir araştırma yapılmıştır. TDR nem sensörleri toprağın hacimsel elektrik iletkenliğini ölçen cihazlardır. Toprağın hacimsel elektrik iletkenliği ile toprak su içeriği arasında doğrusal bir ilişki bulunduğundan aynı zamanda toprak su içeriği ile ilgili de bilgi vermektedir. Deneme saksı içerisindeki bahçe, saksı ve sera toprağı olarak adlandırılan torf kumu üzerinde yapılmıştır. TDR sensörü kapasitif çalışan bir nem sensörüdür. Toprağı dielektrik madde kabul etmekte ve üzerindeki nem yoğunluğu değiştikçe kapasite değeri ve dolayısıyla direnç değeri değişmektedir. Girişine pozitif (+) gerilim uygulanarak üzerindeki gerilim değişimi gözlenebilmektedir. Uygulamada opamp karşılaştırıcı olarak kullanıldı. V1 ile V2 nin durumlarına göre V0 değişmektedir. Eğer V1>V2 ise V0 +V giriş değerini verir, V2>V1 ise V0 sıfır (0) verir. Uygun devre ile akım değişimi de takip edilebilir. Sensörün topraktaki nem değişimine göre üzerindeki direnci değişmektedir. Nem yoğunluğuyla (%RH) (% Bağıl Nem) ile direnç değeri ters orantılıdır. Bundan dolayı V0 diğer 10K'lık direnç üzerindeki gerilim değişimi alınmıştır. V0 bilgisi buradan Multimetreye gönderilmiştir. Multimetre, (TDR) nem algılayıcısından gelen gerilim bilgisine (V0) göre kademelerin artışını veya azalışını sağlayan bloktur. Ayrıca ayarlı direnç eklenerek istenilen mV değerlerinde kontrolü sağlanmıştır. Torf kumu ilk olarak yaklaşık bir gün süreyle fırında tutularak kuru fırın toprağı elde edilmiştir. Yani içerisindeki su topraktan uzaklaştırılmıştır. Kuru fırın toprağından suya doygun hale getirilmiş olan duruma kadar TDR cihazıyla alınan değerlerle kalibrasyon gerçekleştirilmiştir. Kalibrasyon değerlerinin birbiriyle olan uyumu grafik ve formüllerle gösterilmiştir. Yani multimetreden elde edilen değerle toprak su içeriği arasında uyum belirtilmiştir. Ayarlı dirençlerle su pompasının 935 mV, 320 mV ve 820 mV değerlerinde durdurulması ile elde edilmiş sonuçların kendi aralarında uygunlukları grafiklerle ve formüllerle tespit edilmiştir. Ayrıca bu değerlerin ne kadar hatayla bulunduğu ve sistemin güvenilirliğinin tespit edilmesi için (t) istatistik hesabı ve ki kare uygunluk testi yapılmıştır. Sonuç olarak torf kumu esas alınarak, TDR nem sensörü ile toprak su içeriğinin ölçülmesi ve otomatik hale getirilmesi işleminin uygulanabilir bir yöntem olduğu saptanmıştır. Ayrıca diğer toprak cinsleri için de uzman kişiler tarafından yapılan ayarlamalarla, TDR cihazının bu toprak cinslerine adapte edilebileceği görülmüştür. İstenilirse dijital yazılımlarla daha teknolojik hale de getirilebilinir. According to the studies related to comparing the irrigation fields of Turkey and Europe that 16.7 millions, 12.5 millions and 16.7 millions hectares of Turkey` acreage were appropriate for irrigation in terms of topographic aspect, of its soil characteristics, and of economic way, respectively. At the same time, while irrigated areas was 2.672.817 in 1980, it was increased to 4.747.000 hectares in 1999. Although watered area portion in agricultural fields was 9.5% in 1980, it was rised continuously to 17.8% in 1999. However in EU Countries, watered field portion in agricultural fields is 59.5% in Holland, 37.2% in Greece and 24.0% in Portugal. From the point of irrigation, our Country is drop back in proportion to EU. Improvement of competition environment by providing the growing supply demand in agriculture sector from limited sources come into question and act a very important role on the globed World. In agrucultural irrigation, highest product should be supplied with the most profitable, most economic and in conformity with the universal criteria by minimizing negativities connected with plant, soil and environmental conditions is necessary. Various inconveniences of traditional irrigation systems have been seen pertaining to giving water much or less and some other environmental factors. In this study, a research is made on the necessity of being able to most productively done of agricultural irrigation, especially in the automatic watering of garden, flowerpot and greenhouse by considering plant, soil and environmental factors, and doing this by giving up the traditional waterings and using TDR (Time Domain Reflectometry) humidity sensors. TDR humidity sensors are devices which measure volumetric electric conductibility of the soil. Since there is a linear relation between volumetric electric conductibility of the soil and soil water content, it also gives information about soil water content. Test was made in the flowerpot and on the soil which is called ?Torf Sand? as garden, flowerpot and greenhouse soil. TDR sensor is a humidity sensor the capacitively works. It accepts soil as a dielectric substance and its capacity value so its resistance rate changes while the humidity density on it is changing. By applying positive(+) voltage to its input, voltage changing on it can be observed. In the application, ?Opamp? was used as comparator. V0 is changing according to situation of V1 and V2. If V1>V2, V0+V gives the input value, and if V2>V1, it gives V0 zero (0). With a suitable circuit, current variation also can be followed. According to humidity change in soil, resistance on sensor changes. Humidity density (RH%) (Relative Humidity%) and resistance value is inversely proportional. For this reason, as V0, it was taken resistance change on another 10K resistance. V0 information was sent from here to Multimeter. Multimeter is a block which provide increase or decrease of echelons as to voltage information (V0) comes from humidity sensor (TDR). Besides, control of intended mV values also was acquired by adding adjusted resistance. At first, by Torf Sand was kept in the oven during appoximately one day, dry oven soil has been obtained. That is, the water within it is removed from the soil. Calibration has been made with the values obtained by TDR device from dry oven soil until the situation of being saturated with water. Conformity of calibration values with each other has been showed by graphics and formulas. That is to say, confomity between the value obtained from multimeter and soil water content is specified. onformities among themselves of results which are obtained by fixing water pump at 935mV, 320 mV and 820 mV values with adjusted resistances, were determined with graphs and formulas. Furtermore, for determination of the error quanitity of these values and the system trustability, (t) statistic calculation and ?ki square? conformity test were done. As a result, by means of taking Torf Sand as base, it is appointed that measuring soil water content with TDR humidity sensor and work up it into automatic status is an applicable method. Furthermore, with adjusting done by specialists on other soil kinds, it has been seen that TDR device can be adapted to these types. If it is wished, it can become to more technologic status by digital softwares.