International Science and Technology Journal

Home < Articles < Article Details

Smart Irrigation Using Arduino UNO R4 WiFi in Surman, Libya

الملخص
تقدم هذه الدراسة تصميمًا ومعايرةً موضعيةً وتحققًا وظيفيًا لنموذج أولي لنظام ري ذكي، باستخدام تربة جُمعت من موقع زراعي بمدينة صرمان، ليبيا. يعتمد النظام على لوحة Arduino UNO R4 WiFi كوحدة تحكم رئيسية، ويتكامل معها مستشعر رطوبة التربة المقاومي FC-28، ومستشعر DHT22 لقياس درجة الحرارة والرطوبة الجوية، ومستشعر المطر، ووحدة مرحل كهربائي، وشاشة LCD ‏16×2 بواجهة I²C، إضافة إلى مضخة مياه تعمل بالتيار المستمر. أُجريت معايرة ثنائية النقاط لمستشعر رطوبة التربة، حيث اعتُمدت قراءة 850 ADC مرجعًا للحالة الجافة، وقراءة 300 ADC مرجعًا للحالة الرطبة/المشبعة، ثم حُولت القراءات إلى مؤشر نسبي لرطوبة التربة يتراوح بين 0 و100%. ويعتمد النظام على استراتيجية تحكم بنطاق التباطؤ (Hysteresis Control)، بحيث يبدأ الري عند انخفاض مؤشر الرطوبة عن 30%، ويتوقف عند وصوله إلى 40%، مع إعطاء أولوية لمستشعر المطر لإيقاف عملية الري عند اكتشاف وجود الماء على سطح الحساس. شمل التحقق التجريبي أربع دورات ري متكررة في ظروف عدم وجود المطر، واختبارًا مستقلًا لمحاكاة المطر للتحقق من أولوية الإيقاف، بالإضافة إلى عشر قراءات متتالية لتقييم استقرار الحساس بفاصل زمني قدره ثانيتان. أظهرت دورات الاختبار دون مطر أن متوسط مؤشر بدء الري بلغ 28.25 ± 0.57%، بينما بلغ متوسط مؤشر التوقف 40.65 ± 0.57%. كما بلغ متوسط زمن تشغيل المضخة 45.0 ± 2.58 ثانية، مع تسجيل دورة تشغيل/إيقاف واحدة في كل اختبار. أما اختبار استقرار الحساس، فقد أظهر متوسط قراءة قدره 627.7 ± 0.95 ADC، بما يعادل مؤشر رطوبة نسبيًا قدره 40.42 ± 0.15%. وتؤكد النتائج قابلية تكرار منطق التحكم المعتمد على المعايرة الموضعية ونطاق التباطؤ على المدى القصير، كما تدعم إمكانية تطوير النظام مستقبلًا وربطه بتطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) ومنصات المراقبة المتصلة................. الكلمات المفتاحية:................ الري الذكي؛ Arduino UNO R4 WiFi؛ مؤشر رطوبة التربة النسبي؛ مستشعر المطر؛ التحكم بنطاق التباطؤ (Hysteresis Control)؛ الزراعة الدقيقة.
Abstract
This study presents the design, site-specific calibration, and functional verification of a prototype smart irrigation system using soil collected from an agricultural site in Surman, Libya. The Arduino UNO R4 WiFi controller integrates an FC-28 resistive soil-moisture sensor, DHT22, rain sensor, relay, 16×2 I²C LCD, and DC water pump. A two-point calibration used 850 ADC as the dry reference and 300 ADC as the wet/saturated reference, mapped to a 0–100% relative moisture index. Hysteresis control starts irrigation below 30% and stops it at 40%, while rain detection overrides the dry-soil request. Verification included four repeated no-rain cycles, one simulated-rain override test, and ten stability readings at 2-s intervals. The no-rain cycles produced mean start and stop indices of 28.25 ± 0.57% and 40.65 ± 0.57%, with a mean pump runtime of 45.0 ± 2.58 s and one ON/OFF cycle per trial. Sensor stability averaged 627.7 ± 0.95 ADC (40.42 ± 0.15%). The results verify short-term repeatability of the locally calibrated hysteresis logic and support future IoT-connected extensions................. Keywords:.............. Smart irrigation; Arduino UNO R4 WiFi; Relative soil-moisture index; Rain sensor; Hysteresis control; Precision agriculture