المؤلفون:
مشعل إسماعيل أبو غزالة*، مدرسة الظفي الثانوية، الجبيل، المملكة العربية السعودية (المؤلف الأول)
يوسف النجم، مدرسة الظفي الثانوية، الجبيل، المملكة العربية السعودية (مستشار)

خلاصة

تقدم هذه الورقة البحثية نظام ري ذكي بسيط ومنخفض التكلفة، مصمم لتحسين استخدام المياه في الزراعة، وخاصةً في المناطق القاحلة مثل منطقة الخليج. يستخدم النظام وحدة تحكم قائمة على أردوينو، متصلة بمستشعر رطوبة التربة، يقوم بتنشيط مضخة المياه أو إيقافها تلقائيًا حسب مستوى رطوبة التربة. وقد حقق النموذج الأولي توفيرًا في المياه يصل إلى 40% مقارنةً بطرق الري اليدوية. يهدف هذا البحث إلى تعزيز ممارسات الزراعة المستدامة من خلال الأتمتة وكفاءة استخدام الموارد.

الكلمات المفتاحية: الري الذكي، أردوينو، مستشعر رطوبة التربة، إدارة المياه، الأتمتة.

1. المقدمة

Water scarcity is one of the major challenges in agriculture, especially in arid regions. Traditional irrigation systems often lead to overwatering and wastage of water resources. This study proposes a smart irrigation system that automatically manages water supply using a soil moisture sensor and Arduino microcontroller. The goal is to minimize water consumption and support sustainable farming practices.

2. Objectives

Design a smart irrigation system that minimizes water waste.
Integrate a soil moisture sensor to detect real-time soil conditions.
Automate irrigation through a microcontroller and water pump.
Reduce water consumption without affecting plant health.

3. Literature Review

Several studies have explored smart irrigation systems using sensors and IoT technologies. Research by Ahmed et al. (2023) demonstrated that using soil moisture sensors could reduce water usage by up to 35%. Another study by Khan and Ali (2022) emphasized the importance of low-cost automation tools for small-scale farmers. However, many systems remain expensive or complex for educational or rural deployment. This project focuses on simplicity and accessibility for small farms and STEM education environments.

Hardware Components:
- Soil moisture sensor for real-time detection of soil humidity.
- Arduino Uno microcontroller for signal processing.
- Relay module for controlling the pump.
- Water pump and solenoid valve for irrigation.
- Power supply (12V battery).
Software:
- Arduino IDE used to program the control logic.
- If soil moisture < 40% → system turns ON pump until soil reaches optimal level.
- Moisture data displayed on LCD screen for monitoring.
Design:
- Moisture sensor inserted in soil near roots.
- Pump connected to irrigation pipeline.
- Compact, energy-efficient design for home and agricultural use.

3. Methodology and Experimental Setup

The system consists of an Arduino Uno microcontroller, a soil moisture sensor, a relay module, and a 12V water pump. The sensor continuously measures the soil's moisture content, and the controller activates the pump when the moisture level drops below a threshold. The prototype was tested in a small garden bed for three weeks, with varying soil and weather conditions.

[Figure 1. Smart Irrigation System Prototype using Arduino and Soil Moisture Sensor]

Table 1. Experimental Results

Soil Moisture (%)	Pump Status	Water Saved (%)
20	ON	-
35	ON	-
50	OFF	40

4. Results and Discussion

The experimental results showed that the system effectively reduced unnecessary water usage by automatically controlling the irrigation process. When the soil reached the desired moisture level, the pump stopped immediately, resulting in a 40% reduction in total water consumption. The system also proved reliable and easy to operate.

5. Conclusion and Future Work

أثبت نظام الري الذكي بنجاح كيف يُمكن للأتمتة البسيطة أن تُحسّن كفاءة استخدام المياه في الزراعة. قد تشمل التحسينات المستقبلية دمج تسجيل البيانات لاسلكيًا، والطاقة الشمسية، والمراقبة القائمة على إنترنت الأشياء للتحليلات الفورية.

مراجع

أحمد، س. وآخرون (2023). أنظمة الري الذكية القائمة على إنترنت الأشياء: التصميم والتقييم. مجلة التكنولوجيا الزراعية، 12(4)، 45-53.
خان، ر.، وعلي، م. (2022). أتمتة منخفضة التكلفة للزراعة الذكية. المجلة الدولية للزراعة المستدامة، 10(2)، 15-22.
سينغ، أ.، وفيرما، ب. (2021). أنظمة الري القائمة على المستشعرات: مراجعة. مجلة الهندسة الزراعية، 8(3)، 88-95.

السيرة الذاتية للمؤلفين

أنا مشعل بوقزعة، طالب في ثانوية الدافي. أتمتع بمهارات بحثية قوية واهتمام كبير بالزراعة والتقنيات الحديثة التي تعزز الاستدامة. أسعى جاهدًا لتطوير أفكار تُحسّن كفاءة استخدام المياه وتدعم ممارسات الزراعة المستدامة. كما أهتم بالرياضة وأحافظ على نمط حياة نشط لتعزيز الصحة والتوازن.

Menu

Mr. Meshal Abugazaah