Hidroponik tarımda besin solüsyonundaki bazı elementlerin miktar değişimini makine öğrenimiyle gerçek zamanlı takip eden uzaktan veri toplama sisteminin ve bitki gelişimini etkileyen ışığın yoğunluğunu ölçebilen Yb/CIGS fotosensörün geliştirilmesi
Development of a remote data acquisition system for real-time monitoring of some elemental variations in nutrient solutions in hydroponic farming using machine learning, and a Yb/CIGS photodetector for measuring light intensity affecting plant growth
Yazar: CELAL ALP YAVRU
Danışman: PROF. DR. İSMAİL SERKAN ÜNCÜ
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Eğitim ve Öğretim = Education and Training ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu doktora tez çalışmasında, üniversitelerde hidroponik tarım üzerine çalışmalar gerçekleştiren öğrenciler ile akademisyenlerin kullanabileceği aynı zamanda ticari uygulamalarda da kullanılabilecek şekilde tasarlanmış Mg, P, K elementlerinin değişikliklerini gerçek zamanlı belirlemek için bir uzaktan veri toplama sistemi geliştirilmiştir. Ayrıca bitki gelişiminde büyük öneme sahip olan ışık yoğunluğunu ölçebilecek bir Yb/CIGS ince film fotosensör üretilmiştir. 

Element değişikliğini uzaktan okuyabilen sistemin geliştirme aşamasında toplam 300 örnek besin çözeltisi hazırlanmış ve bunların ICP-OES ve EC ölçümleri bir veri seti oluşturmak için kullanılmıştır. Bu veri seti Python arayüzünde yapay sinir ağları kullanılarak genişletilmiş ve buluta yüklenmiş, bulutla iletişim kurmak ve rastgele hazırlanan çözeltilerin iletkenlik değerlerini karşılaştırmak için uzaktan veri okuyabilen bir EC ölçer geliştirilmiştir. Sistemin 10 farklı numune üzerinden elde edilen deneysel başarı oranı %81.68 olarak bulunmuştur. 

Fotosensör üretiminde alt kontak olarak Mo, foto aktif katman olarak CIGS ve üst kontak olarak Yb kullanılmıştır. CIGS tabanlı fotodiyotun yapısal, elektriksel ve yüzey özellikleri incelenmiş, detektör performansı güneş ışığı ve kızılötesi ışık altında test edilmiştir. Ölçümler, Yb/CIGS fotosensörün hem görünür hem de yakın kızılötesi bölgedeki ışık yoğunluğunu belirlemek için uygun olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In this Ph.D. dissertation, a remote data acquisition system was developed to detect real-time changes in Mg, P, and K elements, designed for use by students and academics conducting studies in hydroponic agriculture at universities, as well as for potential commercial applications. Additionally, a Yb/CIGS thin-film photosensor was produced to measure light intensity, which plays a crucial role in plant development.

During the development phase of the system that can remotely read element changes, a total of 300 nutrient solution samples were prepared, and their ICP-OES and EC measurements were used to create a dataset. This dataset was expanded using artificial neural networks in a Python interface and uploaded to the cloud. A remote EC meter capable of communicating with the cloud and comparing the conductivity values of randomly prepared solutions was developed. The experimental success rate of the system, based on 10 different samples, was found to be 81.68%.

In the production of the photosensor, Mo was used as the bottom contact, CIGS as the photoactive layer, and Yb as the top contact. The structural, electrical, and surface properties of the CIGS-based photodiode were examined, and the detector performance was tested under sunlight and infrared light. The measurements showed that the Yb/CIGS photosensor is suitable for detecting light intensity in both the visible and near-infrared regions.