Design and Implementation of an IoT-Based Solar-Powered Meteorological Station for Monitoring Climate Variables in Isolated Areas

Abstract

"Abstract: An innovative solar-powered meteorological station will utilize an IoT-based approach to provide reliable solutions for remote areas lacking electricity and conventional or reliable communications infrastructure, as well as for agricultural facilities to enable early prediction of weather changes. The primary purpose of this project is to collect essential climate information (such as temperature, humidity, air pressure, wind speed and direction, precipitation, and air quality) with minimal or no human intervention. The station's solar energy and intelligent power management system will allow it to operate effectively for several months in extreme environmental conditions. This station is built around an ESP32 low-power microcontroller. A solar panel, a lithium battery, and an MPPT (Maximum Power Point Tracking) charge controller to enable charging even in overcast conditions will power each station. For communication with agricultural facilities and isolated areas, different technologies will be used based on the available local infrastructure: Wi-Fi, LoRaWAN, NB-IoT, or satellite communications. This project provides integrated solutions for climate monitoring in challenging locations using solar energy, smart power management, and long-range communication technologies. Despite the problems associated with operating in harsh conditions, the difficulty of system maintenance, and frequent communication outages due to the remote location, the design features and advantages—such as local data storage, data transmission via dedicated applications, and self-monitoring—make this project practical and reliable. This type of remote sensing will greatly assist farmers and users in monitoring their land and making immediate decisions based on accurate, real-time data. Keywords: Internet of Things (IoT), Autonomous Weather Station, ESP32 Microcontroller, LoRaWAN, MPPT Charge Controller, Smart Agriculture, Remote Climate Monitoring, Local Data Logging, Energy-Harvesting IoT, Remote Sensing." "ملخص:

ستستخدم محطة أرصاد جوية مبتكرة تعمل بالطاقة الشمسية نهجًا قائمًا على إنترنت الأشياء لتوفير حلول موثوقة للمناطق النائية الخالية من الكهرباء والتي تفتقر إلى البنية التحتية التقليدية أو الموثوقة للاتصالات والمنشآت الزراعية لتنبؤ مسبقا بتغير الأحوال الجوية. الهدف الأساسي من هذا المشروع هو جمع معلومات مناخية أساسية (مثل درجات الحرارة، الرطوبة، الضغط الجوي، سرعة الرياح واتجاهها، هطول الأمطار، وجودة الهواء) بأقل تدخل بشري أو بدونه. سيمكن نظام إدارة الطاقة الذكي والطاقة الشمسية المحطة من العمل بكفاءة لعدة أشهر في ظروف بيئية قاسية. هذه المحطة عبارة عن ترتيب مبني حول متحكم دقيق ESP32. سيتم تشغيل كل محطة بواسطة لوح شمسي، بطارية ليثيوم، ومنظم شحن بتقنية تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) لشحن اللوح حتى في الظروف الغائمة. بالنسبة للاتصال بالمنشآت الزراعية والمناطق المعزولة سيتم استخدام تقنيات مختلفة حسب البنية التحتية المحلية المتاحة (Wi-Fi ؛LoRaWAN ؛ NB-IoT ؛ الأقمار الصناعية ). يوفر هذا المشروع حلولاً متكاملة لمراقبة المناخ في المواقع الصعبة باستخدام الطاقة الشمسية، الإدارة الذكية للطاقة، وتقنيات الاتصال بعيدة المدى على الرغم من المشاكل المرتبطة بالتشغيل في الظروف القاسية، وصعوبة صيانة النظام، وكثرة الأيام التي ينقطع فيها الاتصال بسبب المنطقة، فإن خصائص ومزايا التصميم التخزين المحلي للبيانات وارسالها عبر التطبيقات الخاصة، والمراقبة الذاتية تجعل من الممكن لهذا المشروع أن يكون عمليًا وموثوقًا. هذا النوع من الاستشعار عن بعد سيساعد كثيرا الفلاحين والمستخدمين بمراقبة أراضيهم واتخاذ قرارات فورية مبنية على بيانات دقيقة ولحظية. الكلمات المفتاحية:إنترنت الأشياء (IoT)، محطة أرصاد جوية مستقلة، المتحكم الدقيق ESP32، تقنية LoRaWAN، منظم شحن MPPT، الزراعة الذكية، مراقبة المناخ في المناطق النائية، تجميع البيانات. "