SERALARDA OTOMASYON
Sera yetiştiriciliğinde sıcaklık, nem, ışık, rüzgâr, yağmur gibi bitki yetiştiriciliğinde önemli parametrelerin kontrolü ve tehlike sınırlarında uyarı amaçlı otomasyon sistemleri gelişmiş ülkelerde kullanılmaktadır. Bu sistemler gerek yakın kumandalı gerekse uzak kumandalı ve bilgisayar kontrollü olarak modern sera yetiştiriciliğinde yerini almaktadır. Bu sayede üretici maddi ve manevi zarardan kurtulabilmekte, verim ve kaliteyi artırabilmekte ve konfor seviyesi artmaktadır.
Seralarda uygun çevre koşullarının sağlanması amacıyla kullanılan otomasyon sistemleri sera işçiliğini önemli ölçüde azaltmaktadır. Otomasyon sistemlerinin pahalı olması nedeniyle bu tür yatırımlar pahalı yatırımlardır. Ayrıca, işletmede operatörlük yapabilecek bir elemanın olması zorunluluğu vardır ve seradaki bilgisayar ve diğer tüm ısıtma, havalandırma, sulama, gübreleme, şişleme ve gölgeleme gibi sistemlerin otomatik olarak çalıştırılabilmesi için de sürekli elektrik enerjisinin kırsal kesime getirilmesi gerekir. Elektrik enerjisinin ulaştırılmasının her zaman sağlıklı olamadığı durumlarda alternatif enerji kaynaklan olarak rüzgar, güneş ve hidrolik enerjiden kısmen de olsa yararlanılabilir.
Seralarda yetiştirilen bitkilerin çok çeşitli olması, bunların farklı çevre istekleri ve bu isteklerin sürekli denetimi, en iyi şekilde otomasyon sistemleriyle yapılabilir.
Seralarda otomasyon sistemleriyle yapılabilecek işlemler şöyle sıralanabilir;

Sera içi sıcaklık sürekli olarak bitkilerin istediği düzeyde
tutulabilir.
Sera içi oransal nemin belirli sınırlan aşması önlenebilir.
Sera içi havasının CO2 ve O2 değerinin dengelenmesi en iyi
şekilde yapılabilir.
• Seralarda ısı, nem dengelenmesi ve havanın içeriğinin ayarlanması nedenleriyle yapılması gereken havalandırma miktan ve hızı en iyi şekilde ayarlanabilir.
Seralarda farklı ışık istekleri olan bitkiler farklı mevsimlerde
yetiştirilebilmektedir.
Bitkilerin yüksek sıcaklık etkisinde kalmamalan yani
serinletilmeleri bu sistemlerle kolaylıkla ve istenen düzeyde
yapılabilir.
Seradaki bitkilerin su gereksinimlerine göre
programlanabilen otomasyon sistemleri toprak nemini
denetleyerek özellikle yağmurlama ve damla sulama
sistemlerinin çalışmasını sağlarlar. Toprakta bitki besin maddeleri azalmışsa, sulama sularına gübre karıştırıcısından yine otomatik ve programa göre enjeksiyonu
yapılabilmektedir.

Seralarda bulunan iç gölgeleme sistemleri ve karartma
perdeleri otomatik olarak hava sıcaklığına bağlı açılıp
kapatılabilir.
Seralarda otomasyonun belli başlı ana elemanlar vardır. Bu elemanlar, değişkenleri duyan ve değişimleri kontrol birimine göndererek gerekli kontrol hareketinin gerçekleşmesini sağlayan elemanlardır. Bu elemanlar kısaca aşağıda açıklanmıştır.

10.1. Sıcaklık Duyargaları

Thermocouple (Isıl Çift): Isılçift iki farklı alaşımın ucunun kaynaklanması ile oluşturulan basit bir sıcaklık ölçü elemanıdır. Kaynak noktası sıcak nokta, diğer açık iki uç soğuk nokta (referans noktası) olarak alınır, îki uç arasındaki sıcaklık farkı ile orantılı, mV mertebesinde gerilim üretilir. Isıl çiftlerde ölçme aralığı -200 °C - 2320 °C arasındadır. Çeşitli ısıl çiftlere ait tanımlar Çizelge 10.1 'de verilmiştir.

Direnç Termometreleri (Resistance Thermometer): Direnç termometreleri, iletken bir telin direnç değerinin sıcaklıkla değişmesinden istifade edilerek oluşturulan bir sıcaklık algılayıcısıdır. Sıcaklık ve direnç değişimleri incelendiğinde bir çok metal ve alaşım içinde en iyi neticeyi platin ve nikel tel verdiği için bu alanda bu iki telden sarılmış dirençler kullanılır. Özellikle Pt-100 kullanımı çok yaygındır.

Direnç termometresinde sıcaklık değişim faktörü olarak a tanımlanır, a aşağıdaki formülde açıklandığı gibi standart olarak seçilen 100°C'deki direnç değeri ile 0° C'deki direnç değerinin farkının lOORo' a bölünmesiyle elde edilir. Şekil 10.2'de direnç termometrelerinin yapısı verilmiştir.

Thermistör: Thermistör karbon, germanyum, silisyum ve bazı metal oksit karışımlarından imal edilmiş bir yan iletkendir. Sıcaklık direnç katsayıları büyüktür ve çoğunlukla negatiftir. Karakteristik olarak dirençleri mutlak sıcaklıklarının bir fonksiyonudur. Değişim doğrusal değildir ve en büyük değişiklikler 100°K (38°C) nin altındaki sıcaklıklardadır. Özellikle 0°C nin altıdaki sıcaklıkları büyük bir doğrulukla okurlar.
10.2. Toprak Nem Duyargaları
Toprağın nem miktarını ölçebilmek veya belirleyebilmek için toprağın ısı iletme özelliğinden yararlanılarak çalışan bu duyargalar, topraktaki nem miktarının bütün değişim aralığını takip ederek sulama zamanının saptanmasını sağlar ve çevre birimleriyle sulamayı gerçekleştirir.

Duyarga, Şekil 10.3'de görüldüğü gibi, başlıca iki kısımdan oluşur:
1.Toprak nemi algılayıcısı ve şahit diyot
2.Algılayıcıdaki nemi ölçen elektronik devre

Şekil 10.3.Toprak nemi algılayıcısı ve şahit diyot

10.3. Yağmur ve Rüzgâr Hızı Duyargası

Sera üzerinde bulunan yağmur duyargası, yağmur yağdığı zaman sera pencerelerinin kapanmasını ve gerekli önlemlerin alınması için çevre birimlerinin harekete geçmesini sağlar. Aynı şekilde rüzgâr duyargası da rüzgâr hızına bağlı olarak yine pencerelerin açılıp kapanmasını ve rüzgâra karşı gerekli önlemlerin alınması için çevre birimlerini harekete geçirir. Seralarda bu amaç için genellikle "Cup Anemometresi" nden yararlanılır (Şekil 10.4a ve b).

10.4. Hava Nemi Duyargası
Genelde nispi nem duyargaları, rutubete hassas polypropilen kapasitans kullanılarak tasarlanmış algılayıcılardır. Havanın içerdiği nispi nemi algılayarak sera içerisinin gerektiğinde ısıtılmasını, gerektiğinde de serinletilmesini sağlar.

10.5. Ph ve EC
Bitki besin elementinin veya bitki yetiştirme ortamının Ph derecesini ve elektriksel iletkenliğini kontrol eder.

10.6. Radyasyon (Güneş Işınımı Ölçümü)
Özellikle seralarda ışınım miktarına göre gölgeleme perdeleri kontrol edilerek sera içerisine etkiyen ışınım miktarı kontrol edilir. Güneş ışınımı ölçmeleri, özellikle bitki büyüme çalışmalarında büyük önem arzeder. Radyasyon genellikle solar (0,3-3um) ve karasal (3-100um) olmak üzere ikiye ayrılır. Bu iki bileşen yüzeyde yansıtma ve yeniden ışıma ile ayrıldıktan sonra kalan net radyasyon (0,3-100um) arasında ölçülebilmektedir. Yer yüzünde net radyasyon, suyun buharlaşması, hava ve toprağın ısınması, kar veya buzların erimesi için en önemli enerji kaynağıdır. Sera ve diğer ekolojik çalışmalarda ise Solar Radyasyon ikiye ayrılır:

-PAR(0,3-0,7um) ; Fotosentetik olarak aktif radyasyon olup, sera içerisindeki bitkilerin fotosentezinde etkili olmaktadır. Farklı birimlerle ifade edilebilir.Toplam radyasyonun yaklaşık %50 sidir.
-NIR (0,7-3,0um) dalga boylan arasım kapsar.
Güneş ışınımı ölçümünde şu cihazlardan yararlanılır:
Radyometre: Radyasyon akısı yoğunluğunu ölçen cihazlardır.
Piranometre(solarimetre): Toplam ışınımı ölçen Kipp solarimetresi ile gelen ve yansıtılan ışınımı ölçen Tüp solarimetreleri mevcuttur. PAR ve NIR ölçümünde de kullanılırlar.

Pirheliometre: Güneş ışınımına dik yüzeydeki doğrudan gelen güneş ışınımını ölçen cihazlardır.

Net Radyometre: Gelen ve geri gönderilen ışınım farkını ölçer.

Bu cihazlar voltaj üreten termopil kullanırlar. Termopil birbirinden farklı iki metal (Bakır ve Konstantan gibi) arasında bir seri alternatif bağlantılar içerir. ?ki bağlantı arasında bir sıcaklık farkı oluştuğunda bu sıcaklık farkı ve bağlantı sayısına bağlı olarak mV lar mertebesinde gerilim farkı oluşur.Bu gerilim farkı gerçek ışınım değeri için referanstır. Fotoelektrik cihazların çalışma prensibi ise soğurulan bir ışık quantumunun enerjisinin, temel materyalin elektron yapısını değiştirmesi sonucu voltaj veya direnç oluşturması esasına dayanır. Şekil 10.6'da Tüp Solarimetre gösterilmiştir.

10.7. Arabirimler
Arabirim, sistemlerin otomasyonu için sensörler ile mikroişlemci, datalogger veya bilgisayar arasında bir köprü oluştururlar. Arabirimler, sensör veya dönüştürücü çıkışındaki sinyalleri ya da mikroişlemci veya bilgisayardan çıkan sinyalleri uygun forma uyarlama ve düzenleme işlevlerini yerine getirmektedirler. Sinyal uyarıcı olarak da adlandırılan arabirimler, sensörlerden gelen veya mikroişlemcilerden çıkan sinyallere uygulanacak işlemlere göre değişik yapılan da bünyelerinde bulundurabilmektedirler. Bunlar; yükseltici, doğrusallaştıncı, izole edici, dijital veya analog karaktere çevirici ve filtre edici elemanlardan oluşmaktadır. Bu elemanlardan biri veya bir kaçı aynı ünite içinde bulunabilmektedir.

10.8. Mikroişlemciler
Çok geniş kapasiteli olarak üretilen mikroişlemciler; veri uygulama, kontrol etme ve giriş portlanndan, disk veya bellekten gelen verilerle iletişim kurabilmek gibi işlemleri yapabilmektedir. Kendilerine verilen yazılım veya yönergeler doğrultusunda çıkan kontrol sinyalleriyle de otomatik kontrol devrelerine kumanda edebilmektedirler. Çeşitli donanımların ve yazılımların eklenmesiyle elde edilen bilgisayarlar da artık her sektörün temel hizmet aracı haline gelmiş bulunmaktadır.
Bilgisayar donanımlarının en önemli organı olan merkezi işlem birimi (CPU); aritmetik mantık birimi (ALU) ile kontrol birimlerinden oluşur. Mikroişlemci, bilgisayarın tek hakimi olup bir orkestra şefi gibi çalışmaktadır. Bazı mikroişlemciler (P?C gibi) bellek ve I/O arabirimlerini yapılarında bulundurmakta olup dış dünyaya daha kolayca bağlanabilmekte ve programlanabilmektedir(Şekil 10.7).

10.9. Diğer Kontrol Birimleri
Otomatik kontrollü sistemlerde sensörler, arabirimler ve mikroişlemcilerin dışında kullanılacak kontrol sistemine bağlı olarak; pompa ve güç kaynağı, şalter düzeni, iletim ve dağıtım hatları ile yağmurlama ve damlatıcı başlıkları yanında basınç regülatörleri, debi ölçerler, gösterge elemanları, süzme elemanları, kontrol elemanları ve selenoid vanalar ile buna benzer elemanlar da kullanılabilir.
10.10. Örnek Uygulamalar
10.10.1. Bilgisayar kontrollü sera
Bitkilerin gelişmesi ve verimli bir yaşam sürdürmeleri, her türlü çevre etmenlerinin optimum düzeyde yerine getirilmesine bağlıdır. Çevre etmenlerinin başlıcaları;

Sera içi iklim düzenlemesi,
Su ve besin maddeleri gereksiniminin karşılanmasıdır. Bu amaçla
bilgisayarlardan faydalanılmaktadır.

Günümüzde seralarda bitki yetiştiriciliğinde;
•S Radyasyon kontrolü,
•S Isıtma, havalandırma ve soğutma,
•S CO2 kontrolü,
.S Oransal nem,
•S Sulama ve bitki besin maddeleri bilgisayar sistemleriyle istenen seviyelerde düzenlenebilmektedir.

Bilgisayar, içi ve dışındaki duyargalar tarafından kendisine iletilen tüm çevresel verileri belleğinde değerlendirir ve yazılan programlar doğrultusunda karşılaştırmaları yaptıktan sonra istenen koşullan sağlamak için mekanik cihazları çalıştıracak elektrik/elektronik devrelerini kontrol eder. Örneğin ; nispi nemin çok yükselmesi halinde havalandırmalar otomatik olarak bilgisayar tarafından açılırken, sıcaklığın düşmesiyle birlikte ısıtma sistemi de devreye sokulur. Bilgisayarlar toplam çevre ile ilgili hesaplamaları öngörülen limitler arasında oluncaya kadar mekanizmaları devreye sokmakta ve işlemleri sürekli olarak kontrol etmektedir. Fırtına esnasında veya çok sıcak ortamda meydana gelebilecek ani ve şiddetli rüzgârlarda, havalandırmaların açılmasından doğabilecek herhangi bir zararı önlemek buna örnek olarak gösterilebilir.
Optimum bitki besleme koşullarının yerine getirilmesinde de bilgisayarlar kullanılmaktadır. Ürünün tipi, yaşı ve çevre koşullarına bağlı olarak beslemenin sürekli kontrol edilmesi ve düzenlenmesi bilgisayarlarla mümkün olabilmektedir.
Günümüzde sera yetiştiriciliğinde iklim kontrolü amacıyla kullanılmakta olan bilgisayarlar, işlemlerle orantılı olarak, mümkün olduğunca basitleştirilmektedirler. Sıcaklık, yetiştirme koşullan ve diğer önemli parametrelerin yetiştirici tarafından değiştirilmesi bir operatör paneli ile mümkün olabilmektedir. Üniversal sistemlerde ise genellikle sayısal programlamanın yapılmasına olanak sağlayan ve kontrol fonksiyonlarını yerine getirebilen bir klavye ile bu sistemde tüm işlemler bir merkezden yönlendirilebilmektedir. Aynı zamanda ölçüm kayıtlarının raporları da istenilen aralıklarla alınabilmektedir.
Üniversal bir bilgisayar sistemi;

S Ayarlayıcı karıştırma valfleri, havalandırma motorları ve hava ısıtıcıları ile seralarda çevresel kontrol,
S Fan kontrolü ile zorunlu havalandırma ve soğutmayı,
S Zaman ve miktara bağlı olarak otomatik sulamayı,
S Otomatik gübre dozaj ayarını,
S Boiler ve ısıtıcıdaki su sıcaklığını,
S CO2 seviyesini,
S Işıklandırma çevrimini,
S Perde kontrolünü,
S Enerji ihtiyacı için sirkülasyon pompalarının açılıp kapanmasını,
S Verilerin kaydını,
S Koruma amacıyla alarm sisteminin yanı sıra da arızalara karşı bir çok kontrol donatımı ile donatılmıştır.

Bir bilgisayar kontrollü sera otomasyonunda veri kaynakları başlıca iki bölümde incelenebilir(Şekil 10.8 ve 10.9);
A) Dış veri kaynaklan
B) Sera içi veri kaynakları

A) Dış veri kaynaklan

Dış sıcaklık algılayıcısı (°C)
Rüzgâr hızı algılayıcısı (m/s)
Rüzgâr yön algılayıcısı
Yağmur algılayıcısı
Işık algılayıcısı (klx/m2)

B) Sera içi veri kaynakları

Ölçüm kutusu
♦ Kuru termometre
♦ Yaş termometre
Su sıcaklığı ayarlayıcılan
Kanştırma valileri
Havalandırma potansiyometreleri
Perde konum potansiyometreleri
Su seviye algılayıcıları
EC metre
Ph metre
CO2 algılayıcısı