Tarımsal İlaçlamada Kullanılmak Üzere GPS Destekli Oransal Kontrolcü Biriminin Geliştirilmesi

Year 2023, Volume: 10 Issue: 3, 481 - 490, 23.07.2023

Nazır Can Aladağ , Ali Taşkıran , Güven Akgül , Bekir Yalçın

https://doi.org/10.30910/turkjans.1214900

Cited By: 1

Abstract

Tarımsal ilaçlamada otomasyon, hem arazi ve bitki verimliliği açısından hem de girdilerin azaltılması bakımından giderek önemli hale gelmiştir. Bu çalışmada, tarım ilacı normuna uygun dozajda ilaçlamanın yapılabilmesi için oransal kontrol biriminin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda, ilaçlama ve hidrolik sistemi kontrolü ve gerçek zamanlı hıza bağlı tarım ilacı akış miktarının kontrolü ele alınarak oransal kontrol birimi geliştirilmiştir. Geliştirilen sistem; ana hatlarıyla motorlu valfler, debimetre, basınç sensörü, insan makina arayüzü (HMI) ekranı ve elektronik kontrol biriminden (ECU) oluşmaktadır. Sistemdeki yüksek basınçlı ilaç akış miktarının, traktör ilerleme hızına ve kuyruk mili (PTO) devrine göre istenilen düzeyde tutulabilmesi için Hassas Oransal İntegral Türevsel Kontrol (PID) yöntemi kullanılmıştır. Sistemde ilaçlama yapılacak alanın kayıt altına alınabilmesi için integral uygulamaları kullanılarak algoritmalar geliştirilmiştir. Ayrıca, sistemde Küresel Konumlama Sisteminin (GPS) ölçümlerinin doğruluğunu arttırmak amacıyla da Genişletilmiş Kalman Filtre (EKF) algoritmaları geliştirilmiştir. Tüm bu algoritmaların oluşturduğu prototip oransal kontrolcünün performans testlerinde ilaçlama hatası maksimum %-2.32 kabul edilebilir düzeyde elde edilmiş ve geliştirilen kontrolcü birimin ülkemiz ilaçlama makina sektöründe uygulanabileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Keywords

PID Control, Crop Sprayers, GPS, Proportional Pesticide Spraying, Flow Control

Supporting Institution

ÖNALLAR TARIM MAKİNELERİ A.Ş.

Development of GPS Aided Proportional Controller Unit Used in Agricultural Spraying

Abstract

Automation in agricultural spraying has increasingly become important in terms of both land and plant production and also decreasing of cost. In this study, it is aim to develop a proportional control unit that will be able to spray in accordance with the pesticide norm. In this context, proportional controller was developed by taking into account controlling of spraying and its hydraulic system and pesticide flow amount depending on real time speed. The developed system basically consists of motorized valves, flowmeter, pressure sensor, human machine interface (HMI) and electronic control unit (ECU). Sensitive Proportional Integral Derivative Control (PID) was developed to keep the desired level of high pressured pesticide flow amount in the spraying system according to feed rate of tractor and its shaft spındle (PTO). Algorithms were developed using integral applications to record of area to be sprayed. Besides, in order to increase the accuracy of measurements made with global position system (GPS), extended layer filtering (EKF) algorithms were created. -2.32 % acceptable spraying maximum error was obtained in performance tests of the developed prototype proportional controller unit for pescide spraying. It is also concluded that the developed controller unit can be applied in spraying machine sector.

Keywords

PID Control, Crop Sprayers, GPS, Proportional Pesticide Spraying, Flow Control

References

• Altıkat, A. Turan, T. Torun, F.E. 2009. Türkiye’de Pestisit Kullanımı ve Çevreye Olan Etkileri. Atatürk Üniv. Ziraat Fakültesi Dergisi, 40 (2):87-92.
• Atcıoğlu, T., Bayat, A., 2006.. Yerli Yapım Bir Tarla Pülverizatörüne Elektronik Kontrol Sisteminin Uygulanması ve Etkinliğinin Saptanması. Çukorova Ünv., Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları A.D., Yüksek Lisans Tezi, Adana, 59s.
• Felizardo, K.R. Mercaldi, H.V. Oliveira, V.A. and Cruvinel, P.E. 2013. Modeling and Predictive Control of a Variable-Rate Spraying System. 8th EUROSIM Congress on Modelling and Simulation, 10-13 September2013, Cardif UK, pp. 202-207.
• Karadöl, H. Arslan, S. and Aybek, A. 2017. PID control for sprayer sections under laboratory conditions. Agronomy Research, 15(1): 187–195.
• Kushwaha, P.K. Giri, V.K. 2013. PID controllers for water level control of two tank system. VSRD. Int. Journal of Electrical, Electronics & Communication Engineering, 3(3): 383–389.
• OECD, 2021. Report on the State of the Knowledge – Literature Revihızew on Unmanned Aerial Spray Systems in Agriculture. OECD Series on Pesticides, No: 105, OECD Publishing, Paris, pp. 73.
• Priyanka, K. Mariyammal, A. 2018. DC Motor Speed Control Using PWM. International Journal of Innovative Science and Research Technology, 3(2):584-587.
• Rao, V.P.S. and Rao, G.S. 2019. Design and Modelling of anAffordable UAV Based Pesticide Sprayer in Agriculture Applications. Fifth International Conference on Electrical Energy Systems (ICEES), 21-22 February 2019, Chennai, India, pp. 1-4.
• Solanelles, F. Escolà, A. Planas, S. Rosell, Camp, J.R. Gràcia, F. 2006. An Electronic Control System for Pesticide Application Proportional to the Canopy Width of Tree Crops. Biosystems Engineering, 95 (4):473-481.
• Tahmasebi, M. Rahman, R.A. Mailah, M. Gohari, M. 2012. Sprayer boom active suspension using intelligent active force control. Conference Paper in World Academy of Science, Engineering and Technology 68, 1277–1281.
• Tiryaki, O. Canhilal, R. Horuz, S. 2010. Tarım İlaçları Kullanımı ve Riskleri. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi,256(2): 154-169.
• Tobi, İ. Sağlam, R. 2015. Süne İlaçlamaları İçin İşletme Koşullarında İlaç Kalıntı Miktarı ve Dağılım. Harran Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 19(2):110-121.
• Tudi, M. Daniel Ruan, H. Wang, L. Lyu, J. Sadler, R. Connell, D. Chu, C. Phung, D.T. 2021. Agriculture Development, Pesticide Application and Its Impact on the Environment. Int. J. Environ. Res. Public Health, 18, 1112: 1-23.