IoT-Enabled Smart Irrigation Using ESP32 and LoRa for Precision Water Management in Connectivity-Limited Regions

本文报道了一种农业灌溉系统的新方法。本工作旨在设计和实现一种基于ESP32平台和物联网（Internet of Things, IoT）技术的智能灌溉系统，以优化用水管理。随着物联网技术的快速发展，设备得以互联并可通过互联网进行控制，如今基于实时环境数据设计智能灌溉系统，以在最少人工干预下实现最优用水已成为可能。在撒哈拉地区，由于缺乏通信网络和互联网连接，数据传输需要采用替代通信协议。基于SX1278收发器的LoRa技术可提供远距离、低功耗通信，在理想条件下（视距传输、天线高度较高、低数据速率以及分布式传感器节点与中心网关之间开阔的农村环境），其通信距离可达数公里（农村地区可达10–15 km）。然而，这一理论距离在实际中并不能假定成立。在标准农田部署条件下（地面放置和植被干扰）进行的现场测试表明，链路在约120 m处即发生中断，这验证了系统在田块尺度上的可行性。本项目使用Arduino（版本2.3.7）软件对NodeMCU（ESP32）开发板进行编程，将开发板与Blynk云应用相连接。该项目用于监测温度、湿度和土壤水分，并向灌溉系统发送指令，主从卡采用LoRa技术作为通信工具，以替代WiFi或蜂窝网络等通信系统——这些系统在荒漠或偏远地区可能覆盖不足，或建设成本过高。为应对这一挑战，本文提出了基于ESP32微控制器和LoRa（SX1278）技术的智能灌溉系统的设计与实现，其长期目标是助力传统农业的现代化和环境可持续性。要将覆盖范围扩展至更大田块和撒哈拉地区，需要架高天线、优化LoRa参数（扩频因子和带宽）、采用多跳中继节点或部署多个网关；这些策略被提出作为未来工作。