Bu çalışmanın amacı, arıcılıkta kullanılmak üzere akıllı bir kovan izleme sistemi tasarlamak ve uygulamaktır. Geliştirilen sistem; kovan içindeki arıların oluşturduğu ses frekansını, kovan ağırlığını ve çevresel sıcaklık ile nem değerlerini ölçerek arıcıya anlamlı bilgiler sunar.
Ağırlık ölçümü sayesinde bal akışı ya da kovan kayıpları takip edilebilirken, ses analizi ile koloni durumu hakkında çıkarımlar yapılabilmektedir. Ayrıca sistem, kovanın izinsiz hareket ettirilmesine karşı bir güvenlik mekanizması da içermektedir.
Birden fazla kovanın aynı altyapı üzerinden çalışabilmesi için düşük enerji tüketimli ve güvenilir bir kablosuz haberleşme yöntemi tercih edilmiştir. Sistem, çoktan-bire iletişim mantığıyla çalışmakta ve yeni kovanlar eklendiğinde genel işleyişi etkilememektedir. Enerji ihtiyacı ise batarya ve güneş paneli kombinasyonu ile karşılanmaktadır.
Akıllı Kovan Sisteminin Genel Yapısı
İçerik
Akıllı arıcılık sistemi; ölçüm yapan istemci modüller (kovanlar) ve bu verileri toplayan bir merkez sunucu yapısından oluşmaktadır.
Sistem, farklı tipteki kovanlarla uyumlu olacak şekilde tasarlanmıştır. Arıcı açısından en kritik veriler; kovan içi sıcaklık, nem, kovan ağırlığı ve arıların çıkardığı ses frekanslarıdır.
Bunlara ek olarak, fiziksel müdahalelere karşı güvenlik algılaması da yapılmaktadır.
ESP32 Kontrol Ünitesi ve Haberleşme Altyapısı
Sistemin temelini, yüksek işlem gücü ve düşük enerji tüketimi sunan ESP32 mikrodenetleyici oluşturmaktadır.
ESP32; WiFi, Bluetooth ve BLE desteği sayesinde farklı haberleşme senaryolarına olanak tanır.
İstemci ve sunucu arasındaki veri iletimi için klasik WiFi + HTTP yöntemleri değerlendirilmiş, ancak enerji verimliliği nedeniyle ESP-NOW protokolü tercih edilmiştir.
ESP-NOW, WiFi donanımını kullanmasına rağmen bir erişim noktasına bağlanmadan çalışır ve bu sayede batarya tüketimini ciddi oranda azaltır.
Aynı anda birden fazla kovanın tek bir sunucuya veri göndermesi mümkündür.
Enerji Sistemi: Güneş Paneli ve Batarya
Kovan üzerindeki modüller, 6V / 2W güneş paneli ve LiPo batarya ile beslenmektedir.
İstemci tarafında düşük kapasiteli, sunucu tarafında ise daha yüksek kapasiteli bataryalar kullanılmıştır. Bunun temel nedeni, sunucunun ek olarak GSM modülü üzerinden veri iletimi yapabilmesidir.
Güneş panelinden gelen enerji, bir şarj kontrol modülü ile bataryaya aktarılmakta; ardından düşük düşümlü bir regülatör (LDO) yardımıyla ESP32 için gerekli olan 3,3V çalışma gerilimi elde edilmektedir.
Ölçüm Sistemleri
Sıcaklık ve Nem Ölçümü
Kovan merkezinde, arıların yoğun bulunduğu bölgede su geçirmez DS18B20 sıcaklık sensörü kullanılmıştır.
Kovan girişine yakın noktada ise DHT11 sensörü ile sıcaklık ve nem ölçümü yapılmaktadır.
Bu sayede kovanın iç ve dış koşulları birlikte izlenebilmektedir.
Ses (Frekans) Analizi
Kovan içine yerleştirilen MAX9814 mikrofon modülü, arıların çıkardığı sesleri kaydeder. Toplanan sinyaller üzerinde FFT (Hızlı Fourier Dönüşümü) uygulanarak baskın frekanslar belirlenir. Bu frekanslar, koloni davranışları hakkında bilgi vermektedir.
Ağırlık Ölçümü
Kovan altına yerleştirilen dört adet yük hücresi, Wheatstone köprüsü yapısında bağlanmıştır. Toplamda 200 kg’a kadar ölçüm yapılabilmektedir. Analog sinyaller, HX711 dönüştürücü ile dijital veriye çevrilir. Doğru sonuçlar için sistem, kovan tamamen monte edildikten sonra kalibre edilmektedir.
Veri Kaydı ve Zaman Damgası
Sunucu tarafında, gerçek zaman bilgisini koruyabilmek için RTC (DS3231) modülü kullanılmıştır. Kovanlardan gelen tüm ölçümler; tarih ve saat bilgisiyle birlikte JSON formatında kaydedilmekte, SD kartta saklanmakta ve internet bağlantısı mevcutsa bulut veritabanına aktarılmaktadır.
İstemci – Sunucu Haberleşmesi (ESP-NOW)
İstemci modül, derin uykudan uyandığında sensör ölçümlerini alır ve bu verileri yapılandırılmış bir veri paketi hâlinde sunucuya gönderir. Sunucu uyku modundaysa, istemci belirli aralıklarla yeniden gönderim yapar. Veri başarıyla iletildiğinde istemci tekrar düşük güç moduna geçer. Bu yaklaşım, sistemin enerji verimliliğini maksimum seviyeye taşır.
Bulut Veritabanı ve Uzaktan Erişim
İnternet bağlantısı sağlandığında, veriler Google Firebase Realtime Database üzerine aktarılmaktadır. Bu yapı sayesinde ölçümler; web tabanlı veya mobil uygulamalar üzerinden uzaktan görüntülenebilir. Firebase’in sunduğu API anahtarları ile sistem güvenli bir şekilde dış dünyaya açılmaktadır.
Modüllerin breadboard bağlantısı
1. DHT11 termometre ve higrometre
2. MPU6050 ivmeölçer ve jiroskop
3. MAX9814 mikrofon
4. 38 pinli ESP32 geliştirme kartı
5. Mikro SD kart modülü
6. DS3231 gerçek zamanlı saat
7. DS18B20 su geçirmez termometre
8. 30 pinli ESP32 geliştirme kartı
Bileşenlerinin kutuya yerleştirilmesi
1. Su geçirmez termometre DS18B20
2. Ağırlık dönüştürücü HX711
3. İvmeölçer ve jiroskop MPU6050
4. Termometre ve higrometre DHT11
5. 38 pinli ESP32 geliştirme kartı
6. 6V 2W güneş paneli
7. Kutuda mikrofon MAX9814
8. 4x 50 kilogramlık terazi
9. Hırsızlık önleyici buton
10. 2500 mAh kapasiteli LiPo pil
11. Modül DFR0264
Projeye ait kaynak ESP32_Server_V2_NOW.ino, ESP32_Client_V2_NOW.ino kodları, 3D kutu çimleri var.
