An artificial intelligence and Internet of things based automated irrigation system

Abstract

It is not hard to see that the need for clean water is growing by considering the decrease of the water sources day by day in the world. Potable fresh water is also used for irrigation, so it should be planned to decrease fresh water wastage. With the development of the technology and the availability of cheaper and more effective solutions, the efficiency of the irrigation increased and the water loss can be reduced. In particular, Internet of things (IoT) devices have begun to be used in all areas. We can easily and precisely collect temperature, humidity and mineral values from the irrigation field with the IoT devices and sensors. Most of the operations and decisions about irrigation are carried out by people. For people, it is hard to have all the real time data such as temperature, moisture and mineral levels in the decision-making process and make decisions by considering them. People usually make decisions with their experience. In this study, a wide range of information from irrigation field was obtained by using IoT devices and sensors. Data collected from IoT devices and sensors sent via communication channels and stored on MongoDB.With the help of Weka software, the data was normalized and the normalized data was used as a learning set. As a result of the examinations, decision tree (J48) algorithm with the highest accuracy was chosen and artificial intelligence model was created. Decisions are used to manage operations such as starting, maintaining and stopping the irrigation. The accuracy of the decisions was evaluated and the irrigation system was tested with the results. There are options to manage, view the system remotely and manually and also see the system’s decisions with the created mobile application.

Dünyadaki temiz su kaynaklarının günden güne azalması göz önüne alındığında temiz su ihtiyacının arttığını görmek zor değildir. Temiz içme suyu aynı zamanda sulama için de kullanılır bu nedenle temiz su israfı azaltma süreci planlanmalıdır. Teknolojinin gelişmesi, daha ucuz ve daha etkin çözümlerin ortaya çıkması ile birlikte, sulama verimliliği artmakta ve su kaybı azalmaktadır. Özellikle, Nesnelerin İnterneti cihazları (IoT) tüm alanlarda kullanılmaya başlanmıştır. IoT cihazlar ve sensörler ile sulama alanından sıcaklık, nem ve mineral değerlerini kolayca ve hassas bir şekilde toplayabiliriz. Günümüzde sulama ile ilgili işlem ve kararların çoğu insanlar tarafından yürütülmektedir. Karar verme sürecinde sıcaklık, nem ve mineral seviyeleri gibi birçok gerçek zamanlı veriye sahip olmak ve bunları dikkate alarak karar vermek insanlar için zordur. İnsanlar genellikle kendi deneyimleriyle karar alırlar. Bu çalışmada, IoT cihazları ve sensörler kullanılarak sulama alanından geniş bir veri toplanmıştır. IoT cihazlarından ve sensörlerden toplanan veriler, iletişim kanallarından sunucuya aktarılır ve MongoDB üzerinde saklanır. Weka yazılımı yardımı ile normalizasyon işlemleri yapılan veriler öğrenme seti olarak kullanılır. Denemeler sonucunca yüksek başarı oranına sahip karar ağacı (J48) algoritması seçilmiş ve yapay zeka modeli oluşturulmuştur. Kararlar, sulamayı başlatmak, sürdürmek ve durdurmak gibi işlemleri yönetmek için kullanılmıştır. Kararların doğruluğu değerlendirilmiş ve sulama sistemi sonuçlarla test edilmiştir. Oluşturulan mobil uygulama ile sistemi uzaktan ve manuel olarak yönetmek, görüntülemek ve ayrıca sistemin vermiş olduğu kararları görebilmek için seçenekler vardır.