Energy-Harvesting IoT Networks for Smart Farming Applications

Ibrahim  Aldaouab; Abdulmunim  Guwaeder; Ahmad B.G. Abdalla

doi:10.54172/k0mpe749

المؤلفون

Ibrahim Aldaouab Department of Electrical and Electronics Engineering, Omar Al-Mukhtar University, Libya. Author
Abdulmunim Guwaeder School of Arts and Science, Department of Technology Langston University, Langston, Ok, 73050,USA Author
Ahmad B.G. Abdalla Department of Electrical and Electronics Engineering, Omar Al-Mukhtar University, Libya. Author

DOI:

https://doi.org/10.54172/k0mpe749

الكلمات المفتاحية:

إنترنت الأشياء (IoT)، الزراعة الذكية، حصاد الطاقة، LoRaWAN، الاستشعار الذاتي، الأنظمة منخفضة الطاقة

الملخص

تعتمد الزراعة المستدامة بشكل متزايد على أنظمة الاستشعار الذاتية القادرة على العمل لفترات طويلة في البيئات النائية. يقدم هذا العمل شبكة مراقبة لإنترنت الأشياء (IoT) واعية باستهلاك الطاقة، تعتمد على حصاد الطاقة الشمسية والاتصالات اللاسلكية الفعالة لدعم الاستحواذ المستمر على بيانات الحقول. يدمج النظام بين تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) لحصاد الطاقة، وتخزين الطاقة ببطاريات ليثيوم وفوسفات الحديد (LiFePO_4)، وجدولة الطاقة التكيفية لتحسين العمر التشغيلي مع تقليل متطلبات الصيانة. تم استخدام تقنية الـ LoRaWAN لتوفير اتصال منخفض الطاقة وطويل المدى، مع تحسينات مستمرة تستهدف دقة الاستشعار، وكفاءة طاقة الأجهزة، وقوة الاتصالات من خلال تصميم الدوائر المحسّن وتحسين الهوائي. يتيح الإطار العام مراقبة زراعية قابلة للتوسيع وصديقة للبيئة، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الزراعة الحديثة القائمة على البيانات.

المراجع

[1] S. I. Hassan et al., “A systematic review on monitoring and advanced control strategies in smart agriculture,” IEEE Access, vol. 9, pp. 32 517–32 548, 2021.

[2] A. Al-Fuqaha, M. Guizani, M. Mohammadi, M. Aledhari, and

M. Ayyash, “Internet of things: A survey on enabling technologies, protocols, and applications,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 17, no. 4, pp. 2347–2376, 2015.

[3] J. A. Paradiso and T. Starner, “Energy scavenging for mobile and wireless electronics,” IEEE Pervasive Computing, vol. 4, no. 1, pp. 18–27, 2005.

[4] M. Centenaro, L. Vangelista, A. Zanella, and M. Zorzi, “Long-range communications in unlicensed bands: The rising stars in the iot and smart city scenarios,” IEEE Wireless Communications, vol. 23, no. 5,

pp. 60–67, 2016.

[5] L. Liu, Z. Wang, Z. Wang, S. He, Z. Xu, and X. Li, “Recent progress in the energy harvesting technology—from self-powered sensors to self-sustained iot, and new applications,” Nanomaterials, vol. 11, no. 11, p. 2975, 2021.

[6] H. Jawad, R. Nordin, S. Gharghan, A. Jawad, and M. Ismail, “Energy-efficient wireless sensor networks for precision agriculture: A review,” Sensors, vol. 17, no. 8, p. 1781, 2017.

[7] S. Wolfert, L. Ge, C. Verdouw, and M.-J. Bogaardt, “Big data in smart farming – a review,” Agricultural Systems, vol. 153, pp. 69–80, 2017.

[8] C.-H. Chang, C.-H. Lin, and C.-H. Wu, “Investigation of wireless sensor network performance in real indoor environments,” Interna-tional Journal of Distributed Sensor Networks, vol. 6, no. 1, pp. 1–12, 2010.

[9] S. Patil and S. Thorat, “Solar powered automatic irrigation system,” International Journal of Innovative Research in Science, Engineer-ing and Technology, vol. 6, no. 4, pp. 1234–1240, 2017.

[10] R. Kumar and M. Singh, “Smart irrigation system using iot and soil moisture sensing,” International Journal of Engineering and Technology, vol. 7, no. 3, pp. 342–346, 2018.

[11] M. Centenaro, L. Vangelista, A. Zanella, and M. Zorzi, “Long-range communications in unlicensed bands: The lorawan technology,” IEEE Wireless Communications, vol. 23, no. 5, pp. 60–67, 2016.

[12] A. Al-Sumaiti et al., “Maximum power point tracking techniques for photovoltaic systems: A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 63, pp. 435–448, 2016.

[13] A. Abdelghany, B. Uguen, C. Moy, and D. Lemur, “Modelling of the packet delivery rate in an actual lorawan network,” Univ Rennes, CNRS, IETR, 2025.