Akıllı Sera Otomasyonu: Yapay Zeka Destekli Modern Tarım Sistemi - Bölüm 1 - Giriş

[admin]

Sera Otomasyonu Yazı Serisi - Bölüm 1/4

Giriş

Modern tarım sektöründe verimlilik ve sürdürülebilirlik, geleneksel yöntemlerin sınırlarını aştı. Sera işletmeleri, değişken hava koşulları, işçilik maliyetleri ve sürekli izleme gereksinimleri gibi zorluklarla karşı karşıya kalıyor. Bu noktada, akıllı otomasyon sistemleri sadece bir lüks değil, rekabet avantajı sağlayan bir gereklilik haline geliyor.

Geleneksel sera yönetiminde, çiftçiler günde onlarca kez sera koşullarını kontrol etmek, sulama zamanlarını hesaplamak ve çevresel parametreleri manuel olarak ayarlamak zorunda kalıyor. Bu sürekli fiziksel varlık gerektiren yaklaşım, hem yorucu hem de verimsiz. Ayrıca, insan faktörünün getirdiği tutarsızlık ve gecikmeler, ürün kalitesini olumsuz etkiliyor.

Yapay zeka destekli sera otomasyonu ise bu tüm süreçleri 7/24 izler, analiz eder ve optimize eder. Sistem, sensör verilerini gerçek zamanlı olarak değerlendirerek, sulama, iklimlendirme, ışıklandırma ve besin dozajlama kararlarını otomatik olarak verir. Bu yaklaşım, hem verim artışı sağlar hem de su ve enerji tüketimini optimize ederek maliyetleri düşürür.

Bu yazı serisinde, Raspberry Pi 5 tabanlı, Home Assistant ve Node-RED altyapısı kullanan, Yücel AI ile desteklenen kapsamlı bir sera otomasyon sistemi inşa edeceğiz.

Sistem Mimarisine Genel Bakış

Sera otomasyon sistemimiz, modüler ve ölçeklenebilir bir mimari üzerine kurulu. Ev hobicilerinden ticari sera işletmelerine kadar geniş bir kullanım yelpazesine hitap edecek şekilde tasarlandı. Sistem, mikroservis yaklaşımı benzeyen bir yapıda, birbirinden bağımsız ama birlikte çalışan katmanlardan oluşuyor.

Merkezi Kontrol Ünitesi: Raspberry Pi 5

Raspberry Pi 5 sistemin beyni olarak görev yapıyor. 8GB RAM kapasitesi ile tüm işlemleri sorunsuz yönetirken, WiFi 6 desteği sayesinde hızlı ve kararlı ağ bağlantısı sağlıyor. Bu merkezi hub üzerinde çalışan ana bileşenler:

• Home Assistant Core: Tüm cihazları orkestra eden ana platform

• Node-RED: Flow-based programlama ile otomasyon mantığı

• Yücel AI(Yapay Zeka): Deepseek API tabanlı karar verme sistemi

• Database Management: Sensör verileri ve sistem logları için yerel veritabanı

Çok Katmanlı Sensör Ağı

Sistem, ESP32 tabanlı sensör hub’ları üzerinden çalışıyor. Her ESP32, WiFi üzerinden merkezi sisteme bağlanarak:

• Atlas Scientific EC sensörü: Suyun elektriksel iletkenlik değeri (±2% doğruluk, 1 μS/cm hassasiyet)

• Atlas Scientific pH sensörü: Asitlik/bazlık ölçümü (±0.002 pH hassasiyet)

• Atlas Scientific sıcaklık sensörü: Çevre ve su sıcaklığı (±0.1°C hassasiyet)

Sensörler 30 saniye(gerekli olduğu kadar) periyotlarla okuma yaparak gerçek zamanlı veri akışı sağlıyor. Atlas Scientific sensörlerin 1 yıl kalibrasyon garantisi sayesinde minimum bakım gereksinimi var.

Ölçeklenebilirlik: Sistem ihtiyaca göre çoklu ESP32 hub’ı destekler. Büyük seralarda farklı bölgelere sensör grupları yerleştirilebilir. Yani birden fazla ve geniş arazilerde WiFi üzerinden ESP32’ler ile iletişim kurulabilir. Tüm süreç ana hub üzerinden yönetebiliyoruz. Ayrıca bu sadece seralar ile ilgili değil, sera yakınında bir eviniz varsa onu da akıllı hale getirip yardımcı hublar üzerinden ana hub’a bağlantısını gerçekleştirebiliyorsunuz. Tüm kontrolleri ev, oda, atölye, ters osmos odası vs sistemleri için de yapabiliyorsunuz.

Akıllı Kontrol Sistemi

32-kanallı röle modülü sayesinde sera içindeki tüm elektriksel sistemleri kontrol edebiliyoruz:

ÖNEMLİ NOT: Standart röleler yüksek akım gerektiren sistemlerde(1 hp su pompası) güvenlik sorunu oluşturabilir. 10 amper akım için güvenilir durumdaki bu röleler, başlangıçta 6 kat amper akıma maruz kalabilir. Örneğin 1 hp motor için: ortalama 2.5 amper çalışma akımına sahip, ancak bu başlangıç anında 2.5x6 = 15 ampere kadar çıkabilir. Rölenin yanması, plakaların birbirine kaynaması gibi sorunlara yol açabilir. Haliyle sistemin beklenmedik şekilde sürekli çalışmasına ya da sürekli durmasına neden olabilir. Bu gibi sorunlarla karşılaşmamak için eleman seçimiminizi dikkatli yapmanız gerekiyor.

• Sulama sistemi: Çoklu vana kontrolü ve sulama hatları

• Havalandırma: Fanlar, hava sirkülasyon sistemleri

• İklimlendirme: Isıtma, soğutma sistemleri

• Aydınlatma: LED grow light’lar, zamanlayıcılı aydınlatma

• Mekanik kontroller: Otomatik kapılar, gölgelendirme perdeleri

• Su oksijenleme: Hava pompaları ve difüzörler

I2C protokolü üzerinden Atlas Scientific dozajlama pompaları direkt kontrolü sağlanıyor - ayrı röle gereksinimleri yok.

Akıllı Cihaz Ekosistemi Entegrasyonu

Sistem sadece endüstriyel ekipmanlarla sınırlı değil. Zigbee ve WiFi destekli tüketici elektroniği cihazlarını da destekler:

• Zigbee akıllı prizler: Esnek güç kontrolü ve enerji izleme

• WiFi akıllı lambalar: RGB + warm white LED’ler ile spectrum kontrolü

• IP kameralar: Görsel izleme ve timelapse kayıt

• Akıllı sensörler: Hareket, kapı/pencere, titreşim sensörleri

Görsel İzleme ve Güvenlik

IP kamera entegrasyonu ile:

• Canlı video akışı

• Hareket tespit alarmı

• Timelapse bitki gelişim kayıtları

• Güvenlik izleme (izinsiz giriş tespiti gibi)

Çoklu Kullanıcı ve Erişim Yönetimi

Sistem role-based access control ile farklı kullanıcı seviyelerini destekler:

• Admin: Tam sistem kontrolü ve konfigürasyon

• Operator: Günlük işlem ve izleme yetkisi

• Viewer: Salt okunur dashboard erişimi

• Mobile Users: Telegram bot ve mobil app üzerinden bildirimler

Yapay Zeka Katmanı: Yücel

Yücel AI, Node-RED üzerinde çalışan ve Deepseek API kullanan karar verme motoru. Her 30 saniyede ya da siz komut verdiğiniz anda:

1. Tüm sensör verilerini toplar

2. Geçmiş verilerle karşılaştırma yapar

3. Çevresel koşulları analiz eder

4. Optimal aksiyonları belirler

5. Gerekli kontrol komutlarını iletir

AI sistemi, bitkiye özel optimization patterns geliştirir.

Donanım Bileşenleri ve Teknik Gereksinimler

Sistemin donanım altyapısı, dayanıklılık, hassasiyet ve maliyet etkinliği prensipleri üzerine kurulu. Her bileşen, serra ortamının zorlu koşullarına dayanabilecek şekilde seçilmiş.

Ana İşlem Ünitesi: Raspberry Pi 5

Raspberry Pi 5, sistemin merkezi işlem gücü olarak kritik role sahip. Seçim nedenlerimiz:

Teknik Spesifikasyonlar:

• İşlemci: 64-bit Quad-core ARM Cortex-A76 @ 2.4GHz

• RAM: 8GB LPDDR4X-4267 (önerilen konfigürasyon)

• Depolama: En az 64GB Class 10 microSD kart (SSD upgrade önerisi)

• Bağlantı: WiFi 6, Bluetooth 5.0, Gigabit Ethernet

• GPIO: 40-pin header (sensör ve röle bağlantıları için, gerekiyorsa.)

• Güç Tüketimi: Tipik 8W (fanless çalışma)

Güç Kaynağı Gereksinimleri:

• Official Raspberry Pi 5 Power Supply: 5.1V/5A USB-C

• UPS önerisi: Sera ortamında güç kesintilerine karşı koruma

• Cooling: Aktif soğutma fanı (sürekli çalışım için gerekli)

Depolama Önerileri:

• Boot: SanDisk Extreme Pro 64GB microSD (A2 rating)

• Data Storage: USB 3.0 SSD external drive (log ve backup için)

Profesyonel Sensör Sistemi

Atlas Scientific sensör ailesi, laboratuvar düzeyinde hassasiyet ve sera ortamının zorlu koşullarına dayanıklılık sunar.

EC (Elektriksel İletkenlik) Sensörü

Atlas Scientific EC Sensor Kit (K 1.0)

• Ölçüm Aralığı: 0.005 - 200,000 μS/cm

• Doğruluk: ±2%

• Resolution: 1 μS/cm

• Sıcaklık Kompensasyonu: Otomatik (0.019/°C)

• Kalibre Süreç: Single point/dual point/dry calibration

• Çalışma Sıcaklığı: 1 - 110°C

• Probe Ömrü: ~3 yıl (sera koşullarında)

pH Sensörü

Atlas Scientific pH Sensor Kit

• Ölçüm Aralığı: 0.001 - 14.000 pH

• Doğruluk: ±0.002 pH

• Resolution: 0.001 pH

• Response Time: 95% in 1 second

• Kalibre Süreç: 1, 2, veya 3 point calibration

• Probe Ömrü: ~1.5 yıl (sera koşullarında)

Sıcaklık Sensörü

Atlas Scientific Temperature Sensor (RTD)

• Ölçüm Aralığı: -126 to +1254°C

• Doğruluk: ±0.1°C

• Resolution: 0.001°C

• Response Time: <1 second

• Probe Tip: PT-1000 RTD (platinum resistance)

ESP32

• MCU: ESP32-WROVER-B (4MB Flash, 8MB PSRAM)

• WiFi: 802.11 b/g/n (2.4GHz, max 150Mbps)

• Power: 3.3V/5V dual voltage support

• I2C Interface: Atlas sensörler için dedicated bus(sensörler ve I2C destekli cihazlar için çok önemli)

Atlas-Scientific websitesi: atlas-scientific.com

Güçlü Kontrol ve Otomasyon Sistemi

32-Kanal Röle Modülü

Teknik Özellikler:

• Kanal Sayısı: 32 SPDT (Single Pole Double Throw) röle

• Kontrol Voltajı: 5V DC (optocoupler isolated)

• Switching Kapasitesi: 10A@250VAC / 10A@30VDC per channel

• Control Interface: USB/Serial (Arduino/Raspberry Pi compatible)

ÖNCEKİ BÖLÜMDEKİ ÖNEMLİ NOT’A DİKKAT. Sistemdeki en teklikeli olabilecek eleman bu olabilir. Röle seçimini kendi sisteminize göre yapmanız gerekiyor.

Kontrol Uygulamaları:

• Sulama Valfleri: 12V solenoid valf kontrolü

• Pompa Sistemleri: Su, besin, sirkülasyon pompaları

• İklimlendirme: Fanlar, ısıtıcılar, nemlendiriciler

• Aydınlatma: LED ışıklar, spectrum kontrolü

• Mekanik: Otomatik kapılar, Gölgelendirme sistemleri

Atlas Scientific Dozajlama Pompaları

EZO-PMP (Embedded Dosing Pump)

• Flow Range: 0.5mL/min to 105mL/min

• Accuracy: ±1%

• Control: I2C digital interface

• Calibration: Automatic volume calibration

• Tube Compatibility: Peristaltic tube system

• Chemical Resistance: PTFE ve PVC tubing options

Akıllı Cihaz Entegrasyonu

Zigbee Coordinator

Home Assistant Connect ZBT-1

• Protocol: Zigbee 3.0, Thread, Matter

• Range: Up to 100m (open area)

• Device Capacity: 200+ Zigbee devices

• Frequency: 2.4GHz (channel selection)

Desteklenen Cihaz Kategorileri

Smart Plugs (Zigbee):

• Aqara Smart Plug: 16A max load, power monitoring

• SONOFF S31ZB: Energy monitoring, scheduling

• Tuya ZigBee plugs: Budget-friendly seçenekler

Smart Lighting:

• Philips Hue: Full spectrum LED control

• LIFX WiFi bulbs: High lumen grow lighting

• Govee WiFi strips: Accent lighting, alerts

IP Kamera Sistemi

Desteklenen Kamera Türleri:

• ONVIF Protocol: Standardized IP camera integration

• RTSP Streams: Real-time video monitoring

• Motion Detection: AI-powered alerts

• Storage: Local NVR veya cloud storage

Yazılım Altyapısı ve Kurulum

Sistemin yazılım mimarisi, açık kaynak, modüler ve community-driven teknolojiler üzerine kurulu. Bu yaklaşım, hem maliyet etkinliği hem de sürekli geliştirme olanağı sağlıyor.

Home Assistant Core: Merkezi Orkestrasyon

Home Assistant, sistemin merkezi sinir sistemi olarak görev yapıyor. Neden Home Assistant?

Teknik Avantajları:

• 300+ Entegrasyon: Sensörler, kameralar, IoT cihazları

• Yerel Kontrol: İnternet bağımlılığı yok, gizlilik odaklı

• RESTful API: Tam programatik kontrol

• Otomasyon Motoru: YAML tabanlı kural sistemi

• Eklenti Ekosistemi: Node-RED, veritabanları, izleme araçları

Kurulum Gereksinimleri

Home Assistant Operating System (HAOS):

Temel Konfigürasyon:

• Recorder: 30-day history (SSD storage)

• Logger: Debug level for development

• HTTP: SSL certificate ve authentication

• MQTT: ESP32 sensör communication

• Zigbee: Home Assistant Connect ZBT-1

Kritik Add-on’lar:

• Node-RED: Automation flow programming

• Terminal & SSH: System access

• File Editor: Configuration editing

• MariaDB: Long-term data storage

• Backup: Automated system snapshots

HomeAssistant Kurulum Videosu

Node-RED: Flow-Based Automation

Node-RED, görsel programlama ile karmaşık otomasyon mantığını basitleştiriyor. Sürükle-bırak arayüzü ile:

Temel Özellikler:

• Görsel Programlama: Kodsuz otomasyon mantığı

• Gerçek Zamanlı İşleme: Sensör veri akışları

• HTTP Uç Noktaları: Özel API oluşturma

• Kontrol Paneli: Web tabanlı kontrol panelleri

• Fonksiyon Düğümleri: Özel JavaScript mantığı

HomeAssistant Node-Red nedir?

Sera Otomasyonu İçin Özel Akışlar

Sensör Veri İşleme Akışı:

1. MQTT Input Nodes: ESP32’den sensör verilerini alır

2. Data Validation: Aralık kontrolü ve anomali tespiti(sistemdeki gariplikleri fark eder)

3. Database Storage: InfluxDB/MariaDB ile kayıt

4. Trigger Conditions: Eşik tabanlı uyarılar.(EC 1200’ü geçince mobilden alert gönder gibi)

Kontrol Mantığı Akışları:

1. Irrigation Controller: Toprak nemi + hava durumu verileri

2. Climate Control: Sıcaklık/nem düzenlemesi

3. Lighting Schedule: Fotoperiyot + büyüme evresi

4. Nutrient Dosing: EC/pH temelli kimyasal dozlama

AI Entegrasyon Akışı:

1. Data Collector: Tüm sistem durumunu toplar

2. Yücel API Call: Deepseek model danışması

3. Decision Parser: AI yanıtını uygulanabilir komutlara çevirir

4. Action Executor: Kontrol sistemlerine komut gönderir

Yücel AI Engine: Akıllı Karar Verme

Yücel, sistemin yapay zeka beyni olarak gelişmiş analiz ve karar verme yetenekleri sağlıyor.

Teknik Mimari

API Entegrasyonu:

• Sağlayıcı: Deepseek AI (Uygun fiyat, iyi performans)

• Model: deepseek-chat (en son sürüm)

• Yanıt Süresi: <2 saniye ortalama

Veri yönetimi:

// Yücel’e gönderilen örnek sistem state’i const systemContext = { sensors: { temperature: {current: 24.5, trend: “stable”}, humidity: {current: 65, trend: “rising”}, ph: {current: 6.2, optimal_range: [5.8, 6.5]}, ec: {current: 1.4, optimal_range: [1.2, 1.8]} }, actuators: { irrigation: {status: “off”, last_run: “2024-01-15T10:30:00Z”}, fans: {speed: 40, max_speed: 100}, lighting: {brightness: 80, schedule: “vegetative”} }, external: { weather: {forecast: “sunny”, temp_high: 28}, time_of_day: “morning”, growth_stage: “flowering_week_3” } }

Karar Verme Algoritması

Yücel’in İşlem Süreci:

1. Context Analysis: Mevcut sistem durumu ve trend analizi

2. Historical Comparison: Geçmiş performans verileri

3. Environmental Correlation: Dış koşullar vs. sera parametreleri

4. Plant Biology: Büyüme durumuna özel gereksinimler

5. Optimization: Kaynak verimliliği + verim maksimizasyonu

6. Risk Assessment: Hastalık riski, stress faktörleri

7. Action Prioritization: Kritik vs. optimization aksiyonları

Yücel hakkında

Database ve Veri Yönetimi

Çok Katmanlı Storage Strategy:

Zaman Serisi Veritabanı (InfluxDB)

• Sensör Verileri: Yüksek frekanslı ölçümler

• Performans Metrikleri: Sistem verimliliği, verim verisi

• Çevresel Günlükler: Hava durumu korelasyonu, trendler

• Enerji İzleme: Güç tüketimi analizi

Yedekleme Stratejisi

• Yerel Anlık Görüntüler: Günlük Home Assistant yedeklemeleri

• Bulut Senkronizasyonu: Kritik yapılandırma dosyaları ve sistem dosyaları

• Veri Dışa Aktarma: Harici analiz için CSV formatı

Bağlantı ve Uzaktan Erişim

Modern sera işletmesi, mobil erişim ve uzaktan izleme gerektirir. Sistem çoklu kullanıcı erişimine de olanak sunar.

Yerel Ağ Erişimi

Dahili WiFi Kurulumu:

• SSID: GreenHouse_Control (özel ağ)

Kontrol Paneli Arayüzleri:

• Home Assistant Web Arayüzü:

http://greenhouse.local:8123

• Node-RED Kontrol Paneli:

http://greenhouse.local:1880/ui

• Kamera Akışları: HA üzerinden RTSP/HTTP erişimi

• Sistem İzleme: HA dashboard kontrol panelleri

Uzaktan Erişim Çözümleri

Seçenek 1: Home Assistant Cloud (Önerilen)

Nabu Casa Bulut Servisi:

• Maliyet: Aylık $6.50/örnek

• Özellikler:Güvenli tünelleme (port yönlendirme yok) Google Assistant / Alexa entegrasyonu Mobil uygulama bildirimler Otomatik SSL sertifikaları

• Avantajları:Profesyonel destek Sıfır yapılandırma Teknik bilgi gerekmiyor Kurumsal düzey güvenlik Otomatik güncellemeler

Nabu-Casa

Nabu Casa Websitesi

Option 2: PiTunnel (Budget-Friendly)

Free Tier Specifications:

• Bandwidth: 1GB/month (monitoring için yeterli)

• Concurrent Connections: 5 tunnels

• Setup: Simple registration + software install

• Limitations: No SSL, limited bandwidth

PiTunnel Websitesi

Option 3: VPN Solutions (Advanced)

WireGuard VPN:

• Performance: Minimal overhead

• Security: State-of-the-art cryptography

• Mobile Clients: iOS/Android apps

• Setup Complexity: Moderate (IT knowledge required)

OpenVPN Alternative:

• Compatibility: Broader device support

• Features: More configuration options

• Performance: Higher CPU usage

• Certificates: Complex certificate management

Mobile Uygulamalar

Home Assistant Uygulaması

iOS/Android Features:

• Live Dashboard: Anlık sensor verileri

• Push Notifications: Kritik alarmlar, günlük raporlar

• Automation Triggers: Konum’a özel aksiyonlar

• Camera Integration: Canlı yayın, anlık sera fotoğrafları

• Voice Control: Siri/Google

Telegram Bot Entegrasyonu

Telegram Bot Yetenekleri:

• Status Reports: Günlük/Haftalık özetler

• Interactive Commands: Özel istekler

• Photo Sharing: Otomatik gelen bitki ve sera fotoğrafları

• Alert System: Acil çözülmesi gereken sorunlar için alarmlar

• Multi-user Support: Çoklu kullanıcı girişi

Örnek Bot Commands:

/allStates - Anlık sera durumu /photo - Anlık kamera görüntsü /report - Günlük özet raporu /alerts - Aktif acil durum raporu(varsa) /ai özel konuşma seviyesi komutları(havalandırmaları aç, anlık sera durumunu raporla vs.)

Link Placeholder: [Remote Access Setup Guide - All Methods] Link Placeholder: [Mobile App Configuration Tutorial] Link Placeholder: [Telegram Bot Setup and Commands]

Sera Otomasyonu Yazı Serisi Roadmap’i

Bu giriş yazısından sonra, 3 detaylı implementasyon yazısı ile sistemi adım adım kuracağız.

Bölüm 2: İklimlendirme (Sıcaklık/Nem) Kontrolü

Bölüm 3: Sulama Otomasyonu

Bölüm 4: Besin Dozajlama Otomasyonu

Akıllı sera otomasyonu, modern tarımın geleceğini şekillendiren kritik bir teknoloji. Bu yazı serisinde sunduğumuz Raspberry Pi 5 tabanlı, yapay zeka destekli sistem, hem hobi seviyesindeki üreticiler hem de ticari sera işletmeleri için erişilebilir ve ölçeklenebilir bir çözüm sunuyor.

Önemli Çıkarımlar

1. Teknoloji Demokratikleşmesi: Eskiden sadece multinational şirketlerin erişebildiği ileri teknoloji, artık bireysel üreticiler için de mümkün.

2. Sürdürülebilirlik: Su, enerji ve kimyasal tasarrufu sayesinde hem çevre dostu hem de ekonomik.

3. Community Benefit: Açık kaynak yaklaşım, tüm topluluğun faydalanabileceği bilgi birikimi oluşturuyor.

Başlamak İçin İlk Adımlar

Hemen Bugün Yapabilecekleriniz:

• Bol bol araştırma yapın. Özellikle ingilizce kaynakları ve akıllı ev otomasyon sistemlerini inceleyin. Ev otomasyon sistemlerine giriş yaparak sera otomasyon mantığını da kolayca kavrayabilirsiniz.

Son Söz

Modern sera işletmeciliği artık sadece tarım bilgisi gerektirmiyor - teknoloji adaptasyonu da kritik başarı faktörü. Bu yazı serisi ile sizlere, hem teknik detayları hem de praktik uygulama yöntemlerini anlatmaya çalışıyorum.

Sonraki yazımızda İklimlendirme Kontrolü’ne dalış yapacağız. Sıcaklık ve nem optimizasyonu ile başlayacağız.

Soru, öneri ve geri bildirimlerinizi YeşilForum’a yazmanızı istiyorum. Orayı bu gibi güzel konular için bir kaynak haline getirebiliriz.

not: bu yazı, yoğun araştırma + tecrübe + yaklaşık 7 saatlik bir efor sonucu tamamlandı. Yapay zeka ile genişletilip detaylandırıldı. Yazıyı yarısına kadar getirip devamını forum’a üye olup ordan okuyabilirsiniz demek yerine; tamamını twitter’da da paylaştım. Eğer şuan buraya kadar gelip bu satırları okuyorsanız, tecrübelerinizi, sorularınızı YeşilForum’da diğer insanlarla paylaşmanızı rica ediyorum.

Sera Otomasyonu Yazı Serisi - Bölüm 1/4 tamamlandı.