Date of Award
4-2025
Document Type
Thesis
Degree Name
Master of Science in Internet of Things
Department
Computer and Network Engineering
First Advisor
Dr. Parag Kulkarni
Second Advisor
Dr. Farman Ullah
Abstract
Traditional agriculture faces challenges, including high water consumption, greenhouse gas emissions, and fluctuations in environmental conditions. The research aims to develop alternative sustainable solutions to address issues related to traditional farming. Hydroponics provides opportunities to grow different types of vegetables indoors, where conventional agriculture is challenging. This thesis presents a comparative study of soil-based and hydroponic arugula cultivation using the nutrient film technique (NFT). The proposed methodology focuses on maintaining high similarity in the implementation of components across systems to ensure fair comparison. This thesis utilized distinct approaches. The first approach compared an outdoor soil-based system with an indoor hydroponic system. The second approach compared the indoor NFT system with the outdoor NFT system.
The results demonstrate that outdoor traditional cultivation consumed 68.82% more water than indoor hydroponic cultivation. The mineral plant results indicated that outdoor hydroponic farming produced the healthiest arugula with the most balanced nutrients and the lowest risk of toxicity. The research methodology demonstrates that a three-layer Internet of Things (IoT) architecture is most suitable for hydroponics, particularly in the UAE environment. The components used in this research were sensors, boards, actuators, and wireless Wi-Fi technology. The proposed method minimizes manual monitoring by enabling remote monitoring and control of the two systems through web dashboards and cloud platforms. The sensors collected key environmental parameters such as total dissolved solids (TDS), carbon dioxide (CO2), light intensity, water flow rate, water level, temperature, humidity, and published on cloud platforms. Integrating IoT components with conventional and hydroponic systems enabled real-time monitoring, enhancing crop production, and improving overall cultivation outcomes. Additionally, the integration of Amazon Web Services (AWS) and ThingSpeak clouds has enhanced the system’s performance and provided tools for scalable storage and analysis. Building the NFT system should help farmers to cultivate plants in nutrient-rich water with less human intervention, facilitating sustainable cultivation practices. This comparative study provides valuable insights into the tradeoffs between hydroponic-based arugula cultivation and traditional farming methods.
Arabic Abstract
مقارنة الأداء بين الأنظمة الزراعية المائية الداخلية التي تعمل بتقنية إنترنت الأشياء وزراعة البيئة التقليدية الخارجية
تواجه الزراعة التقليدية عدة تحديات منها زيادة استهلاك المياه، وانبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري، وتقلبات في عوامل البيئة المحيطة. الهدف من هذا البحث هو بناء وتطوير حلول بديلة مستدامة للحد من مشاكل الزراعة التقليدية. تتميز الزراعة المائية بتوفير عدة فرص لزراعة أنواع مختلفة من الخضروات في بيئة داخلية، بينما تواجه الزراعة التقليدية صعوبات في الزراعة الداخلية. قامت هذه الاطروحة بعرض مقارنة زراعة الجرجير في نظامين التقليدي والمائي باستخدام تقنية الفيلم المغذي (NFT) تركز منهجية البحث المقترح على استخدام مكونات متشابه لجميع الأنظمة وذلك لضمان مقارنة عادلة. هذه الاطروحة استخدمت نهجين مختلفين، وتم تصميم كل منهما لمقارنة أنظمة زراعية مختلفة. النهج الأول هو مقارنة نظام خارجي باستخدام زراعة التربة مع نظام داخلي باستخدام الزراعة المائية. النهج الثاني هو مقارنة نظامين الزراعة المائية أحدهما داخلي والآخر خارجي، كلاهما قائمان على(NFT ).
أظهرت نتائج الدراسة أن الزراعة التقليدية الخارجية في الهواء الطلق استهلكت ٦٨.٨٢ ٪ من المياه أكثر من الزراعة المائية الداخلية. وأشارت نتائج اختبارات المعادن في النبات إلى أن الزراعة المائية الخارجية أنتجت جرجير أكثر صحة وأكثر اعتدالا في العناصر الغذائية وأقل خطر للسمية. أثبتت منهجية البحث أن أفضل بنية لإنترنت الأشياء هي ذات الثلاث طبقات وكذلك هي الأنسب للزراعة المائية وخاصة في بيئة دولة الإمارات العربية المتحدة. تم تجهيز الأنظمة في هذا البحث من عدة أجهزة استشعار ولوحات ومحركات وتقنية الاتصال اللاسلكي (Wi-Fi). طريقة الأنظمة المقترحة تقلل من المراقبة اليدوية من خلال تمكين المراقبة والتحكم عن بعد في النظامين باستخدام متصفح الويب ومنصات السحابة. قامت أجهزة الاستشعار بجمع بيانات حول العوامل البيئية الرئيسية مثال على ذلك إجمالي المواد الصلبة الذائبة ( TDS )، ومستوى ثاني أكسيد الكربون، وشدة الضوء، ومعدل تدفق المياه، ومستوى المياه، ودرجة الحرارة والرطوبة وقامت بإرسالها إلى منصات السحابة ليتم تخزينها. إن دمج أجهزة انترنت الأشياء مع الزراعة المائية والزراعة التقليدية ساهم في إمكانية المراقبة الفعلية مما أدت إلى تحسين انتاج المحاصيل الزراعية، بالإضافة إلى ذلك، أدى دمج خدمات أمازون ويب( AWS ) وسحابة(ThingSpeak ) إلى تحسين أداء النظام وتوفير أدوات تخزين قابلة للتطوير. إن بناء نظام ال (NFT ) يجب أن يساعد المزارعين على استخدام مياه مليئة بالمغذيات عند زراعة النباتات مع أقل تدخل بشري، مما سهل ممارسة الزراعة المستدامة. إن دراسة مقارنة الأنظمة الزراعية وضحت ماهي الفروقات بين زراعة الجرجير عند استخدام الزراعة المائية والزراعة التقليدية.
Recommended Citation
Alharthi, Saleha, "PERFORMANCE COMPARISON OF IOT-POWERED INDOOR HYDROPONIC SYSTEMS AND OUTDOOR TRADITIONAL ENVIRONMENT" (2025). Theses. 1320.
https://scholarworks.uaeu.ac.ae/all_theses/1320
