A Closed Loop Automated Drip Irrigation System Based on Arduino Uno

Year 2024, Volume: 12 Issue: 1, 1 - 10, 22.07.2024

İsmail Aktürk , Mert Koparan , Murat Yıldırım , Umut Mucan

https://doi.org/10.33202/comuagri.1472578

Abstract

In recent years, the limited availability of irrigation water has made the optimal use of water a necessity. Successful irrigation practices in agriculture reduce excessive water usage and increase water use efficiency. Economical use of water can be made possible through modern irrigation systems. Nowadays, automatic control systems in agriculture have made significant progress and offer important advantages.
In this study, a mini evaporation pan consisting of nested two cylinders was used (outer cylinder diameter 32 cm, inner cylinder diameter 27 cm, and both with a height of 20 cm) and the water remained at a constant level in both cylinders due to the notch beneath the inner cylinder. A water level sensor was placed inside the inner cylinder, and irrigation was activated based on the signal received from the sensor. The data from the sensor was processed by the microcontroller on the Arduino Uno, and three different irrigation applications were implemented by activating pumps connected to relays at 07:00, 14:00, and 21:00 o’clock, and then the mini-evaporation pan was refilled, and the system waited for the next irrigation period.
The automation drip irrigation system maintained irrigation as a closed loop throughout the entire growth period of the lettuce plants using this approach. The addition of a fertilization unit to this system could make it more effective in plant production. The performance of the system will be significantly enhanced by enabling hardware that provides irrigation and fertilization to the plant according to its specific needs in terms of timing and quantity, along with appropriate software integration.

Keywords

: Lactuca Sativa, automated irrigation, drip irrigation, water level sensor, irrigation controller, Mini pan. Arduino uno

Thanks

The authors would like to thank the Scientific and Technical Research Council of Turkey (TUBİTAK). Under the scope of the “2209- University Student Research Project Support Program”, Reference No. 1919B012300502, has been supported by TUBITAK.

Arduino Uno ile Kapalı Devre Otomatik Damla Sulama Sistemi

Abstract

Günümüzde sulama suyunun kısıtlı bir kaynak olması, suyun optimum kullanımını zorunlu bir hale getirmiştir. Tarımda bilinçli bir şekilde yapılan sulama aşırı su kullanımını azaltarak su kullanım randımanını arttırmaktadır. Suyun ekonomik bir şekilde kullanılması modern sulama sistemleri ile mümkün olabilecektir. Bu günlerde, tarımda otomatik kontrol sistemleri önemli bir ilerleme kaydetmiş ve önemli avantajlar sunmaktadır.
Bu çalışmada, iç içe gecik iki silindirden meydana gelen mini buharlaşma kabı ( dış silindir çapı 32 cm, içi silindir çapı 27 cm ve yüksekliği 20 cm) kullanılmıştır. Mini-buharlaşma kabı içerisine su seviye sensörü yerleştirilmiş ve sensörden gelen sinyal ile sulama aktive edilmiştir. Sensörden gelen veri Arduino uno da bulunan mikroişlemci ile işlenerek rölelere bağlı pompalar saat 07.00, 14.00 ve saat 21.00 da çalıştırılarak üç farklı sulama uygulaması gerçekleştirilmiştir. Sulamalardan sonra mini-buharlaşma kazanı doldurularak bir sonraki sulama süresi sistem tarafından beklenmiştir. Otomatik damla sulama sistemi sulamayı marul bitkisinin tüm gelişim dönemi süresince bu yaklaşımla kapalı döngü olarak sürdürmüştür.
Otomatik damla sulama sisteminin sulama performansını başarılı bir şekilde gerçekleştirmiştir. Bu sisteme gübreleme ünitesinin de eklenmesi, sistemi bitkisel üretimde daha etkili hale getirilebilir. Bitki besin elementlerinin bitkinin ihtiyaç duyduğu döneme göre uygulayacak sistemin oluşturulmasında gerekli yazılım ve donanımın sisteme eklenmesi ile oluşturulacak otomatik sulama-gübreleme ünitesi bitkisel üretimdeki başarısını önemli ölçüde arttıracaktır.

Keywords

Lactuca Sativa, Otomatik damla sulama sistemi, Su seviye sensörü, Mini buharlaşma kazanı, Arduino uno

References

• Abraham, N., Hema P., Sarıtha E., Subramannıan S., 2000. Irrigation automation based on soil electrical conductivity and leaf temperature. Agric Water Manage. 45: 145-147.
• Acar, B., Paksoy, M., Türkmen, Ö., Seymen, M., 2008. Irrigation and nitrogen level affect lettuce yield in greenhouse condition. African Journal of Biotechnology. 7 (24): 4450–4453.
• Anjaly, S., Sunny, C., Hakkim, V., 2016. Fertigation Automation System for Poly Houses, International Journal of Engineering Science and Computing. 6-11.
• Anonymous, 2024a. Tarım ve Orman Bakanlığı Örtü Altı Yetiştiriciliği, https://www.tarimorman.gov.tr/Konular/Bitkisel-Uretim/Tarla-Ve-Bahce-Bitkileri/Ortu-Alti-Yetistiricilik (06.02.2024).
• Anonymous, 2024b. Meteoroloji Genel Müdürlüğü. https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?m=CANAKKALE (06.02.2024).
• Bozkurt, S., Mansuroğlu, G.S., Kara, M., Önder, S., 2009. Responses of lettuce to irrigation levels and nitrogen forms. African Journal of Agricultural Research. 4 (11): 1171–1177
• Caceres, R., Casadesus, J., Marfa, O., 2007. Adaptation of an automatic irrigation-control tray system for outdoor nurseries. Biosys Eng. 96 (3), 419-425.
• Çebi, Ü., Çakır, R., Altıntaş, S., Özdemir, A.G., 2014. Plastik Seralarda Yetiştirilen Hıyar ve Kıvırcık Baş Salata Bitkilerinin Sulama Zamanı ve Su Kullanımı Planlaması. Atatürk Toprak Su ve Tarımsal Meteoroloji Araştırma İstasyonu Müdürlüğü Yayınları. TAGEM 2014–1, Kırklareli.
• Emekli, Y.S., Büyüktaş, D., Büyüktaş, K., 2008. Antalya yöresinde seracılığın mevcut durumu ve yapısal sorunları, Batı Akdeniz Tarımsal Araştırma Enstitüsü, Derim Dergisi. 25(1): 26-39.
• Guerbaoui, M., El Afou, Y., Ed-Dahhak, A., Lachhab, A., Bouchikhi, B., 2013. PC-based automated drip irrigation system. International Journal of Engineering Science and Technology. 5(1): 221-225.
• Öneş, A., Demir, K., Çakmak, B., Kendirli, B., 1995. Sera koşullarında yetiştirilen ve damla sulama yöntemi ile sulanan baş salatanın sulama zamanının planlanması. 5. Ulusal Kültürteknik Kongresi, Antalya, 207–219.
• Sharma, H.C., Dastane, N. G., Singh, N.P., 1975. Studies on ‘Can’ evaporimeters in relation to evapotranspiration from field crops. Indian J. Agron. 20: 147-152.
• Tüzel, Y., Gül, A., Daşgan, H.Y., Öztekin, G.B., Engindeniz, S., Boyacı, H.F., Ersoy, A., Tepe, A., Uğur, A., 2010. Örtü altı yetiştiriciliğinin gelişimi, VII. Türkiye Ziraat Mühendisliği Odası Teknik Kongresi, Bildiri Kitabı, 559-578.
• Yazgan, S., Ayas, S., Büyükcangaz, H., 2006. Örtü altında yetiştirilen baş salatanın (lactuca sativa var. olenka) sulama zamanın planlanması. KSÜ. Fen ve Mühendislik Dergisi. 9 (1): 88–91.
• Yıldırım, M., 2016. Drip Irrigation Automation with A water Level Sensing System in A Greenhouse, The Journal of Animal and Plant Sciences. 26(1): 131-138.
• Yıldırım, M., Demirel, M., 2011. An Automated Drip Irrigation System Based on Soil Electrical Conductivity, Philipp argic scientist. 94(4): 343-349.
• Yıldırım, M., Bahar, E., Demirel, K., 2015. Farklı sulama suyu seviyelerinin serada yetiştirilen kıvırcık marulun (Lactuca sativa var. campania) verimi ve gelişimi üzerine etkileri. ÇOMÜ Zir. Fak. Derg. 3(1): 29–34.