Süt Sığırı Ahırları İçin Web Tabanlı Çevre İzleme Sistemi Tasarımı ve Toz Konsantrasyon Modellemesi

Öz

Bu çalışmada, süt ahırları için toz konsantrasyonu ve sıcaklık/nem seviyelerini ölçmeyi hedefleyen web tabanlı bir çevre koşulları izleme sistemi tasarımı ve değerlendirilmesi amaçlanmıştır. GSM modülüyle Arduino teknolojisini entegre eden bir prototip cihaz, web tabanlı bir platforma gerçek zamanlı veri iletimi sağlamak için geliştirilmiştir. Sistem, Sıcaklık Nem İndeksi'ni (THI) hesaplayarak tozu, sıcaklığı ve nemi etkili bir şekilde izlediği küçük ölçekli bir süt sığırı ahırında test edilmiştir. Çoklu regresyon (MR) ve yapay sinir ağları (ANN) kullanılarak yapılan istatistiksel analiz, sıcaklık ve nemin toz konsantrasyonlarını önemli ölçüde etkilediğini ve her iki modelin de güçlü tahmin performansına ulaştığını ortaya koymuştur (YSA: R² = 0,7, YSA: R² = 0,71). Bu sonuçlar, her iki yöntemin de çevre koşullarına bağlı olarak toz seviyelerini doğru bir şekilde tahmin edebileceğini göstermektedir. Bu düşük maliyetli çözüm yalnızca hava kalitesi izlemeyi iyileştirmekle kalmayıp aynı zamanda süt ahırlarında ısı stresini kontrol etmek, hayvan refahını ve üretkenliğini artırmak için uygulanabilir bir araç sunmaktadır. Sistemin uygun fiyatlı olması, onu küçük aile çiftlikleri için erişilebilir ve daha geniş tarımsal uygulamalar için uyarlanabilir hale getirmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Hava kalitesi
• Arduino
• süt sığırı
• toz konsantrasyonu
• sıcaklık nem indeksi.

Web-Based Environmental Monitoring System Design and Dust Concentration Modeling for Dairy Barns

Öz

This study focuses on designing and evaluating a web-based environmental conditions monitoring system for dairy barns, targeting dust concentration and temperature/humidity levels. A prototype device integrating Arduino technology with GSM module was developed to enable real-time data transmission to a web-based platform. The system was tested in a small-scale dairy barn, where it effectively monitored dust, temperature, and humidity while calculating the Temperature Humidity Index (THI). Statistical analysis using multiple regression (MR) and artificial neural networks (ANN) revealed that temperature and humidity significantly influence dust concentrations, with both models achieving strong predictive performance (MR: R² = 0.7, ANN: R² = 0.71). These results indicate that both methods can accurately predict dust levels based on environmental conditions. This low-cost solution not only improves air quality monitoring but also offers a viable tool for controlling heat stress in dairy barns, enhancing animal welfare and productivity. The system's affordability makes it accessible for small family farms and adaptable for broader agricultural applications.

Anahtar Kelimeler

• Air quality
• Arduino
• dairy cattle
• dust concentration
• temperature humidity index.

Destekleyen Kurum

TÜBİTAK 2209-A - Üniversite Öğrencileri Araştırma Projeleri Destekleme Programı tarafından desteklenmiştir.

Teşekkür

The project was supported by TÜBİTAK 2209-A University Students Research Projects Support Program. We would like to thank Dr. Sefa Aksu for his technical support during the project. Also, the abstract of the project was presented in International Balkan Agricultural Congress, 2024.

Kaynakça

1. Bakutis, B., Monstviliene, E., & Januskeviciene, G. (2004). Analyses of Airborne Contamination with Bacteria, Endotoxins, and Dust in Livestock Barns and Poultry Houses. Acta Veterinaria Brno, 73, 283-289.
2. Bottcher, R. W., Keener, K. M., Munilla, R. D., Williams, C. M., & Schiffman, S. S. (2000). Dust and odor emissions from tunnel ventilated swine buildings in North Carolina. In Air Pollution from Agricultural Operations: Proceedings of the 2nd International Conference (pp. 196–203). Des Moines, IA.
3. Burnett, W. E. (1969). Odor transport by particulate matter in high density poultry houses. Poultry Science, 48, 182–185.
4. Carpenter, G. A. (1986). Dust in Animal Indoor Environments—Review of Some Aspects. Journal of Agricultural Engineering Research, 33, 227-241.
5. Donham, K. J., Scallon, L. J., Popendorf, W., Treuhaft, M. W., & Roberts, R. C. (1986). Characterization of dusts collected from swine confinement buildings. American Industrial Hygiene Association Journal, 47, 404–410.
6. Gay, S. W., Schmidt, D. R., Clanton, C. J., Janni, K. A., Jacobson, L. D., & Weisberg, S. (2003). Odor, total reduced sulfur, and ammonia emissions from animal housing facilities and manure storage units in Minnesota. Applied Engineering in Agriculture, 19, 347–360.
7. Harry, E. G. (1978). Air Pollution in Farm Buildings and Methods of Control: A Review. Avian Pathology, 7, 441-454.
8. Hartung, J. (1986). Dust in livestock buildings as a carrier of odours. In V. C. Nielsen, J. H. Voorburg, & P. L’Hermite (Eds.), Odour prevention and control of organic sludge and livestock farming (pp. 321–332). Silsoe, UK: Elsevier Applied Science Publishers.

9. Hartung, J., & Seedorf, J. (1999). Characterization of airborne dust in livestock housing and its effects on animal and environment. International Symposium on Dust Control in Animal Production Facilities, Congress Proceedings (pp. 140-152). Scandinavian Congress Center, Aarhus.
10. Kirkhorn, S. R., & Garry, V. F. (2000). Agricultural lung diseases. Environmental Health Perspectives, 108(Suppl 4), 705–712.
11. Maghirang, R. G., Manbeck, H. B., Roush, W. B., & Muir, F. V. (1991). Air contaminant distributions in a commercial laying house. Transactions of the ASAE, 34, 2171–2180.
12. National Research Council (1971). A Guide to Environmental Research on Animals. Washington, DC: National Academy of Sciences.
13. Sharp. (2024). Application note of Sharp dust sensor GP2Y1010AU0F. Sharp Corporation, Japan.
14. Tan, Z., & Zhang, Y. (2004). A Review of Effects and Control Methods of Particulate Matter in Animal Indoor Environments. Journal of Air and Waste Management Association, 54, 845–854.
15. Takai, H., Pedersen, S., & White, R. (1997). Dust Concentrations in Animal Indoor Environments in Northern Europe. In Proceedings of the 5th International Symposium on Livestock Environment (pp. 504-511). Bloomington, MN.
16. Ullman, J. L., Mukhtar, S., Lacey, R. E., & Carey, J. B. (2004). A Review of Literature Concerning Odors, Ammonia, and Dust from Broiler Production Facilities: 4. Remedial Management Practices. Journal of Applied Poultry Research, 13, 521–531.
17. Uzundumlu, A. S. (2012). AB ülkeleri ile Türkiye tarımsal yapısının karşılaştırılması. Alınteri Dergisi, 23(B), 64-73.
18. Williams, A. G. (1989). Dust and odour relationships in broiler house air. Journal of Agricultural Engineering Research, 44, 175–190.
19. Xin, H., & Hamson, J. (1997). Livestock/Poultry Heat Stress Index Category and Recommended Management Actions. Iowa State University, Extension Service Publications. Iowa.