Dijital Tarımda Elektrik ve Elektronik

Dijital Tarımda Elektrik ve Elektronik Dersi

Dijital Tarımda Elektrik ve Elektronik dersi, modern tarım uygulamalarının temelini oluşturan sensörler, aktüatörler, kontrol sistemleri ve haberleşme altyapıları gibi elektronik bileşenlerin çalışma prensiplerini, devre tasarımını ve bu sistemlerin tarımsal üretim süreçlerine entegrasyonunu kapsamlı bir şekilde ele alan, teorik bilgi ile uygulamalı beceriyi birleştiren kritik bir meslek dersidir. Bu ders, öğrencilere bir akıllı tarım sisteminin sinir sistemini oluşturan donanımsal altyapıyı tanıma, anlama, kurma, programlama ve temel düzeyde arıza tespiti yapabilme yetkinliği kazandırmayı hedefler. Dersin temel felsefesi, tarladan veya seradan gelen bir sinyalin (toprak nemi, sıcaklık, ışık şiddeti) nasıl algılandığı, işlendiği, bir karar mekanizmasına iletildiği ve nihayetinde bir eyleme (sulama vanasının açılması, fanın çalıştırılması, gübrenin dozlanması) nasıl dönüştüğü sürecini adım adım kavratmaktır.

Dersin içeriği, elektrik ve elektroniğin temel kavramlarından başlayarak katmanlı bir yapıda ilerler. İlk aşamada, öğrencilerin sağlam bir altyapı oluşturması için doğru ve alternatif akım (DC/AC) prensipleri, direnç, kondansatör, bobin, diyot ve transistör gibi temel pasif ve aktif devre elemanlarının çalışma karakteristikleri, Ohm ve Kirchhoff yasaları ile basit devre analizi, analog ve dijital sinyal kavramları ile elektriksel ölçü aletlerinin (multimetre, osiloskop) kullanımı konuları işlenir. Bu temel üzerine, dersin esas gövdesini oluşturan ve dijital tarımın sahadaki gözleri, kulakları ve elleri olarak nitelendirilebilecek sensörler ve aktüatörler konusu inşa edilir. Bu kapsamda; sıcaklık ve nem sensörleri (DHT22, SHT30 gibi), toprak nem sensörleri (kapasitif ve direnç tipi), ışık şiddeti ve spektral sensörler (LDR, PAR sensörleri), pH ve elektriksel iletkenlik (EC) probları, basınç ve akış sensörleri, rüzgar hızı ve yönü sensörleri (anemometre), yağmur sensörleri ile mesafe ve seviye sensörleri (ultrasonik, lidar) gibi tarımsal üretimde yaygın kullanılan algılayıcıların çalışma prensipleri, teknik özellikleri, kalibrasyon yöntemleri ve devreye bağlantı şekilleri detaylı olarak incelenir. Buna paralel olarak, alınan sinyale göre fiziksel bir eylemi gerçekleştiren aktüatörler; yani röleler, motor sürücü devreleri, solenoid vanalar, DC ve step motorlar, servo motorlar ile LED aydınlatma sürücüleri de dersin uygulamalı olarak işlenen konularıdır.

Dersin belki de en can alıcı ve bütünleştirici bölümünü, mikrodenetleyici platformları ve programlama konusu oluşturur. Bu bağlamda, özellikle açık kaynak kodlu ve geniş bir kütüphane desteğine sahip Arduino platformu, dersin uygulama omurgası olarak sıklıkla kullanılır. Öğrenciler, Arduino IDE'sini kullanarak, bir sensörden gelen analog veya dijital veriyi nasıl okuyacaklarını, bu veriyi belirli eşik değerleriyle karşılaştırarak nasıl mantıksal kararlar üreteceklerini ve bu kararlara göre bir aktüatörü (örneğin, toprak kuruduğunda bir röleyi tetikleyerek sulama pompasını çalıştırmayı) nasıl kontrol edeceklerini uygulamalı olarak öğrenirler. Bununla birlikte, Raspberry Pi gibi daha gelişmiş tek kart bilgisayarların tarımsal görüntü işleme veya veri tabanı yönetimi gibi ileri uygulamalar için potansiyeline de değinilir. Son olarak, tüm bu bileşenlerin birbiriyle ve bulut platformlarıyla konuşabilmesi için gerekli olan haberleşme teknolojileri ve protokolleri ele alınır. Kısa mesafede sensörler arası iletişim için yaygın olan I2C, SPI ve UART seri haberleşme protokolleri; cihazları bir ağa bağlamak için Wi-Fi, Bluetooth ve Zigbee gibi kablosuz teknolojiler; uzun mesafeli ve düşük güç tüketimli iletişim için geliştirilmiş LoRa ve LoRaWAN teknolojileri ile verilerin buluta gönderilmesi ve uzaktan izleme için MQTT gibi IoT protokolleri dersin kapsamındadır. Ders boyunca öğrenciler, teorik olarak gördükleri bu bileşen ve sistemleri laboratuvarda bizzat kurarak, lehimleyerek ve kodlayarak mini projeler geliştirirler; örneğin, toprak nemini ölçüp Wi-Fi üzerinden bir mobil uygulamaya veri gönderen bir saksı sulama sistemi prototipi yapmak gibi. Bu ders, dijital tarım alanında çalışacak bir teknikerin, sahada karşılaşacağı elektronik donanımın dilinden anlamasını, temel kurulum, bakım ve onarımını yapabilmesini ve en önemlisi bu donanımı tarımsal ihtiyaçlara göre programlayabilmesini sağlayan temel yetkinlikleri kazandırmayı amaçlar.