Design and Implementation of an IoT-Based Smart Water Pumping System for Automated Irrigation Control and Real-Time Monitoring

Abstract

Abstract The Internet of Things (IoT) is experiencing increasing adoption in several sectors, including industry, healthcare, and especially agriculture. This technology offers innovative and revolutionary solutions for monitoring and controlling systems, thanks to its ease of deployment, low cost, and ability to ensure long-distance communication. In agriculture, the IoT plays a crucial role in optimizing pumping systems and water resource management. In this context, this work proposes the design and implementation of an intelligent, real-time monitoring and control system for an agricultural pumping system, based on an IoT architecture. The system is based on a TMS320F28379D microcontroller, which acts as the main control unit. This microcontroller acquires and processes data from voltage and current sensors to analyze operating conditions and detect electrical anomalies. The collected information is then transmitted to an ESP32 module via UART communication. The ESP32 transmits data to a second ESP32 module using LoRa technology, ensuring long-range wireless communication. This second module connects to a Wi-Fi network, enabling data to be sent to a server and displayed on a dedicated mobile application The mobile application offers an intuitive interface for real-time monitoring of electrical parameters, displaying system status, and remotely controlling the pump. The system also incorporates advanced protection for a three-phase asynchronous motor against electrical faults such as overvoltage, undervoltage, overload, phase loss, imbalance, and reverse rotation. Experimental results confirm the system's performance in terms of reliability, protection, and monitoring, making it suitable for agricultural applications, particularly in remote or resource-limited areas. يشهد إنترنت األشياء (IoT (انتشا ًرا متزايدًا في قطاعات عديدة، تشمل الصناعة والرعاية الصحية، وخاصة الزراعة. توفر هذه التقنية حلوًًل مبتكرة وثورية ألنظمة المراقبة والتحكم، بفضل سهولة نشرها وانخفاض تكلفتها وقدرتها على ضمان اًلإتصال عن بُعد. في القطاع الزراعي، يلعب إنترنت األشياء دو ًرا محوريًا في تحسين أنظمة الضخ وإدارة موارد المياه. في هذا السياق، يقترح هذا العمل تصميم وتنفيذ نظام ذكي للمراقبة والتحكم في الوقت الفعلي لنظام ضخ زراعي، قائم على بنية إنترنت الأشياء. يعتمد النظام على وحدة تحكم دقيقةD28379F320TMS ، والتي تعمل كوحدة تحكم رئيسية. تقوم هذه الوحدة باستقبال ومعالجة البيانات من مستشعرات الجهد والتيار لتحليل ظروف التشغيل والكشف عن أي خلل كهربائي. ثم تُرسل المعلومات ال ُمجمعة إلى وحدة 32ESP عبر منفذ UART تقوم وحدة 32ESP بدورها بإرسال ، مما يضمن اتصاًًل البيانات إلى وحدة 32ESP أخرى باستخدام تقنيةLoRa ًلسلكيًا بعيد المدى. تتصل هذه الوحدة الثانية بشبكة واي فاي، مما يتيح إرسال البيانات إلى خادم وعرضها على تطبيق جوال مخصص. يوفر التطبيق واجهة سهلة اًلستخدام لمراقبة المعايير الكهربائية في الوقت الفعلي، وعرض حالة النظام، والتحكم عن بُعد في المضخة. كما يتضمن النظام حماية متقدمة لمحرك ثالثي األطوار غير متزامن ضد األعطال الكهربائية مثل الجهد الزائد، والجهد المنخفض، والحمل الزائد، وفقدان الطور، وعدم التوازن، والدوران العكسي. تؤكد النتائج التجريبية أداء النظام من حيث الموثوقية والحماية والمراقبة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الزراعية، لا سيما في المناطق النائية أو ذات الموارد المحدودة