I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o wer   E ng i neer ing   ( I J AP E )   Vo l.  15 ,   No .   2 J u n e   20 26 ,   p p .   915 ~ 9 2 6   I SS N:  2252 - 8 7 9 2 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijap e . v 1 5 . i 2 . pp 915 - 926          915       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : // ija p e. ia esco r e. co m/   Dev elo pment of  gro undwa ter  l ev el  sens o r f o r in terne o things - ba sed pea tland  fi re mon itoring       Abdu M ui d 1, 2 ,   Nina   Siti  Am ina h 1 M a m a n B ud im a n 1 ,   M it ra   Dj a m a l 1   1 D e p a r t me n t   o f   P h y si c s,  F a c u l t y   o f   M a t h e m a t i c a n d   N a t u r a l   S c i e n c e s ,   I n st i t u t   T e k n o l o g i   B a n d u n g ,   B a n d u n g ,   I n d o n e si a   2 D e p a r t me n t   o f   P h y si c s,  F a c u l t y   o f   M a t h e m a t i c a n d   N a t u r a l   S c i e n c e s ,   U n i v e r si t a s   Ta n j u n g p u r a ,   P o n t i a n a k ,   I n d o n e s i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  1 4 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Sep   2 0 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Ma r   1 2 ,   2 0 2 6       M o n i to ri n g   g r o u n d wa ter  lev e ls  i n   p e a tl a n d is  c ru c ial  f o m it i g a t in g   f o re st   a n d   lan d   fires ,   wh ic h   fre q u e n tl y   o c c u in   tro p ica re g io n s.  Cu rre n p e a tl a n d   g ro u n d wa ter  lev e m o n it o rin g   sy ste m g e n e ra ll y   h a v e   li m it a ti o n i n   t h e ir   se n sin g   ra n g e .   Ad d it i o n a ll y ,   t h e   l a c k   o e lec tri c it y   a n d   in tern e in f r a stru c tu re   a ro u n d   t h e   m o n it o rin g   sites   p re se n ts  a n o t h e c h a ll e n g e .   To   a d d re ss   th e se   issu e s,  in   t h is  stu d y ,   we   d e v e l o p e d   a   g ro u n d wa ter  lev e se n so b a se d   o n   a   flo a i n teg ra ted   wit h   a n   o p to c o u p ler  a a   r o tary   e n c o d e t o   m o n i to c h a n g e s   in   wa ter  lev e ls  in   re a l - ti m e .   Th e   sy ste m   is  c o n n e c ted   to   a n   i n ter n e o th in g s   (Io T)  p latfo rm   t h ro u g h   a   Lo Ra   c o m m u n ica ti o n   m o d u le,  p o we re d   b y   so la r   p a n e ls,  e n a b li n g   c o n ti n u o u wire les d a ta  tran sm issio n   o v e a   larg e   ra n g e .   To   o v e rc o m e   th e   se n sin g   ra n g e   li m it a ti o n ,   we   d e v e l o p e d   a   r o tar y   e n c o d e with   a   p u ll e y   d riv e n   b y   a   l o n g   ro p e .   Tes ti n g   wa c o n d u c ted   u si n g   tr a n sp a re n t   p ip e with   v a ry i n g   wa ter  lev e l to   e v a lu a te  t h e   se n so r' p e rfo rm a n c e .   Ex p e rime n tal  re su lt sh o we d   t h a th e   se n so c o u ld   m e a su re   wa ter  le v e ls  wit h   a   re so lu ti o n   o f   ±3 . 3 3   m m .   T h is   r e se a rc h   p ro v i d e a   tec h n i q u e   f o m e a su rin g   g ro u n d wa ter  lev e ls  with   a n   e x te n d e d   m e a su re m e n ra n g e .   A d d i ti o n a ll y ,   it   p ro d u c e a   p e a tl a n d   fire  ris k   m o n it o rin g   sy ste m   b a se d   o n   g ro u n d wa ter  lev e l   p a ra m e ters .   It  is  e x p e c ted   c a n   su p p o rt  p e a tl a n d   fire  m it ig a ti o n   e ff o rts  m o re   e fficie n tl y   a n d   e ffe c ti v e ly .   K ey w o r d s :   Gr o u n d wate r   s en s o r   I n ter n et  o f   th in g s   L ar g s en s in g   r a n g e   Mo n ito r in g   s y s tem   Peatlan d   f ir e   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mitr Djam al   Dep ar tm en t o f   Ph y s ics,  Facu lty   o f   Ma th e m atics a n d   Natu r al  Scien ce s ,   I n s titu t T ek n o lo g i B an d u n g   B an d u n g   4 0 1 3 2 ,   J awa   B ar at,   I n d o n esia   E m ail: m itra @ itb . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O   T h s u s ce p tib ilit y   o f   p ea tlan d s   to   f ir es  in c r ea s es  as  g r o u n d wate r   lev els  d r o p   [ 1 ] .   W h en   th e   g r o u n d wate r   lev el  f alls   to   4 0   cm ,   th lan d   b ec o m es  d r y   a n d   d eg r ad ed   [ 2 ] ,   [ 3 ] .   T h r is k   o f   lan d   f ir es  is   s ig n if ican tly   co r r elate d   with   s o il  m o is tu r e   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   Acc u r ate  f o r ec asti n g   o f   g r o u n d wate r   lev el  ( GW L )   is   ess en tial  f o r   ef f ec tiv m an ag e m en o f   th is   v ital  r eso u r ce ,   b u it  r em ain s   co m p lex   an d   ch allen g in g   task   [ 6 ] An   ap p r o ac h   f o r   class if y in g   g r o u n d   i n f o r m atio n   in   wild f i r e - a f f ec ted   ar ea s   u s in g   a n   im p r o v e d   UNe t m o d el  h as  b ee n   u n d er tak en   [ 7 ] .   T o   p r e v en p ea tlan d   f ir es,  it  is   ess en tial  to   d ev elo p   g r o u n d w ater   lev el  s en s o r   to   m o n ito r   th GW L   o f   p ea tlan d s   [ 8 ] .   lar g s en s in g   r an g e ,   r ea l - tim m ea s u r em en t,  co n t in u o u s ,   an d   e n er g y   h ar v esti n g   ca p ab ilit ies  ar r eq u ir ed   to   m ee th s p ec if icatio n s   f o r   p ea tlan d   g r o u n d wate r   lev el  s en s o r   [ 9 ] .   T o   ac h iev th is ,   we  co n d u cted   co m p ar ativ a n aly s is   o f   ex is tin g   m eth o d s   f o r   g r o u n d wate r   l ev el  m ea s u r em en t.   T h m ain   n o v elty   o f   o u r   r esear ch   lies   in   th d e v elo p m en o f   lo w - co s t,  f lo at - b ased   g r o u n d wate r   lev el  s en s o r   in teg r ated   with   a n   o p to co u p le r - b ased   r o tar y   e n co d e r ,   wh ic h   en ab les  ac cu r ate  a n d   c o n tin u o u s   m ea s u r em en o f   g r o u n d wate r   lev els  o v er   lar g s en s in g   r an g e.   Un lik co n v en tio n al  wate r   lev el  s en s o r s   s u ch   as  p r ess u r e   tr an s d u ce r s ,   u ltra s o n ic ,   o r   ca p ac itiv s en s o r s wh ich   o f ten   f ac lim itatio n s   in   p ea tlan d   e n v ir o n m en ts   d u e   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g ,   Vo l.  15 ,   No .   2 ,   J u n e   20 26 915 - 926   916   s o f s o il,  u n s tab le  p latf o r m s ,   o r   wate r   c o n tam in atio n o u r   p r o p o s ed   d esig n   is   m ec h a n ically   r o b u s an d   en v ir o n m en tally   ad a p tab le.   Gr o u n d wate r   lev el  m ea s u r em en tech n iq u es  ca n   b d iv id e d   in to   two   m ain   ca teg o r ies:   d ir ec co n tact  an d   n o n - d ir ec c o n tact   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   N o n - c o n tact  tech n iq u es  ar b ec o m in g   a n   alter n at iv to   m o n ito r in g   g r o u n d wate r   lev els  in   h az ar d o u s   p lace s .   Ho wev er ,   n o n - co n tact  tech n iq u es  ar e   lim ited   o n   ac cu r ate  a n d   m o r e   ex p en s iv e   [ 1 2 ] .   R ad ar ,   u ltra s o n ic,   im ag e/v id eo ,   an d   in f r a r ed   s en s o r s   ca n   b s elec ted   f o r   n o n - c o n tact  ty p e.   W h ile  th co n tact   m ea s u r em e n s y s tem s   o f ten   p r o v id e   s im p ler   an d   m o r c o s t - ef f ec tiv e   m ea s u r em en t.  Flo at,   ca p ac itan ce ,   p r ess u r an d   f ib e r   o p tic  ca n   b s elec ted   f o r   c o n tact  ty p m ea s u r em en t   [ 1 3 ] .   Ma r ick   et  a l .   [ 1 4 ]   p r o p o s tech n iq u f o r   m e asu r in g   g r o u n d wate r   lev el  u s in g   f lo at  s en s o r   with   m o d if ied   d if f er e n tial  in d u ctan ce   elec tr o m ec h an ical  tr an s d u ce r ,   d em o n s tr atin g   lin e ar   ch ar ac ter is tics .   Ho wev er ,   th d esig n ' s   r an g is   lim ited   to   2 5   cm .   T o   m ea s u r ch a n g in g   g r o u n d wate r   le v els  in   an   u n s tab le   f lo w,   Ma jd alan i   et  a l .   [ 1 5 ]   s u g g ested   u s in g   f lo at  with   a n   in f r ar e d   s en s o r .   T h is   m eth o d   ca n   ac cu r ately   m ea s u r g r o u n d wate r   lev els  f r o m   0   to   3   cm   with   1   m m   p r ec is io n ,   b u th e   d ev ice   is   s till   lab o r ato r y - s ca le   [ 1 5 ] .   Z h en g   et  a l .   [ 1 6 ]   s h o ws  th at   g r o u n d wate r   le v els  ca n   b m ea s u r ed   u s in g   th e   g au g c o m b in es  an   elec tr ic  DC   m o to r .   Ho wev er ,   th e   d e v ice   ca n n o m ea s u r e   g r o u n d wate r   lev els  co n tin u o u s ly   [ 1 6 ] .   T h er ef o r e ,   we  u s ed   f lo at  i n teg r ated   with   a n   o p to co u p ler .   T h is   is   n ew  ap p r o ac h   to   m ea s u r in g   g r o u n d wate r   lev els,  as  cu r r en m eth o d s   ar c o n s tr ain ed   b y   th s en s in g   r an g t h at  ca n   b e   m ea s u r ed .   On   th e   o th er   h an d ,   th p r ess u r m eth o d   m ea s u r e s   u p   to   0 . 4   m   [ 1 7 ] ,   an d   th ca p ac itiv m eth o d   m e asu r es u p   to   0 . 3   m   [ 1 8 ]   I n   r ec e n y ea r s ,   in te r n et  o f   th in g s   ( I o T )   tec h n o l o g y   ad v a n c em en ts   h av e   led   to   m o r e   ef f i cien an d   in n o v ativ g r o u n d wate r - lev el   m o n ito r in g   s o lu tio n s   [ 1 9 ] - [ 2 1 ] .   B h ar d waj   et  a l .   [ 2 2 ]   in tr o d u ce s   r ea l - tim e   f r am ewo r k   b ased   o n   th I o T   f o r   m o n ito r in g   g r o u n d wate r   an d   is s u in g   aler ts   to   p r o m p t a ctio n s ,   co n s titu tin g   th in itial  p h ase  o f   th e   p r o p o s e d   p r o ject.   I n   th is   r esear c h ,   we  ch o s a   co n tact  tec h n iq u b ec a u s co n tact   m ea s u r em en s y s tem s   ar e   m u ch   less   s u s ce p tib le  to   en v ir o n m en tal   d is tu r b an ce s   co m p ar ed   to   n o n - c o n tact   m ea s u r em en ts .   f ew  r esear ch er s   f o cu s ed   n o n - co n tac te ch n iq u es  an d   n o I o T - b ased .   T h er h av b ee n   lim ited   s tu d ies  co n ce r n ed   o n   s en s in g   r an g e,   r ea l - tim an d   c o n tin u o u s   m ea s u r em en t.  T h e r ef o r e,   th is   r esear ch   in ten d s   to   u s f lo at  in teg r at ed   with   an   o p to c o u p ler   as  n ew  m eth o d   to   m ea s u r in g   g r o u n d wate r   lev els  in   p ea tlan d s .   T h o b jectiv es  o f   t h is   r esear ch   ar p r o p o s ed   d ev elo p m en o f   g r o u n d wate r   lev e s en s o r   f o r   in ter n e t   o f   th in g s - b ased   p ea tlan d   f ir e   m o n ito r in g .   T h is   m eth o d   h as  t h p o ten tial  to   b e   lar g e - r an g g r o u n d wate r   lev el  m ea s u r em en tech n i q u e.   I n   ad d itio n ,   th s y s tem   is   eq u ip p ed   with   s o lar   p an el,   a   lo w - p o wer   an d   lo n g - r a n g e   d ata  p r o ce s s in g   an d   tr an s m is s io n   d ev ice,   a n d   d ata   p r o ce s s in g   alg o r ith m   to   class if y   th le v el  o f   p ea tlan d   f ir e   v u ln er ab ilit y .   I is   h y p o t h esized   th at  th is   s y s tem   ca n   co n tin u o u s ly   m o n ito r   p ea tlan d   g r o u n d wate r   lev els  in   r ea l - tim an d   p r o v i d war n in g s   o f   p ea tlan d   f ir h az ar d s .       2.   M E T H O D   2 . 1 .     M a t er ia ls   T h m ater ials   f o r   b u ild in g   th e   g r o u n d wate r   lev el  s en s o r   ar e   av ailab le  in   T ab le  1 .   n ew  elec tr o n ic  b o ar d   was  d esig n ed   f o r   th tr an s m itter   an d   r ec eiv er   d ev ice.   I in teg r ates  th e   g r o u n d wate r   lev el  s en s in g   p ar t,   m icr o co n tr o ller ,   L o R a ,   an d   W i - Fi  co m m u n icatio n   o n   s in g le  b o ar d   to   o p tim ize  s ize.   I co n s is ts   o f   f o u r   b lo ck s ,   n am ely :   i)   Sen s in g   u n it:  c o m p r is es  m ec h an ical  an d   elec tr o n ic  co m p o n en ts ,   in clu d in g   f lo at,   o p to co u p ler ,   a n d   m icr o co n tr o ller ,   wh ich   f u n ctio n   co llectiv ely   to   d etec t v ar iati o n s   in   wate r   lev el.   ii)   Pro ce s s in g   u n it:  i n co r p o r ates   p r o g r am m ab le  m icr o co n t r o ller   em b ed d ed   with   d ed icat ed   f ir m war e   to   f ac ilit ate  s en s in g   o p er atio n s   a n d   d ata  tr a n s m is s io n   v ia  th L o R co m m u n icatio n   p r o to co l.   iii)   C o m m u n icatio n   u n it:  r esp o n s ib le  f o r   m an a g in g   d ata  tr a n s m is s io n   b etwe en   th s en s o r   n o d an d   th L o R g atew ay ,   u tili zin g   th s tan d ar d ized   L o R p r o to c o l to   en s u r r eliab le  lo n g - r a n g c o m m u n icatio n .   iv )   Po wer   u n it:  u tili ze s   r ec h a r g e ab le  b atter y   with   ca p ac ity   o f   3 5 0 0 m Ah   an d   a n   o p er atin g   v o ltag r an g o f   2 . 8 5 t o   4 . 2 to   s u p p ly   p o w er   to   th en tire   s y s tem .     2 . 2 .     Ro t a ry   enco der  des ig n ba s ed  o n f lo a t   a nd   o pto co up l er   T h s y s tem   co n s is ts   o f   m ec h an ical  f lo at,   p u lley   m e ch an is m ,   r o tar y   en co d er   d i s k ,   an d   an   o p to co u p ler   s en s o r .   T h e   f lo at,   m ad e   f r o m   s ea led   p last ic  b o ttle  ( 1 0 0   m m   i n   len g th   an d   5 0   m m   in   d iam eter ) ,   is   ch o s en   f o r   its   b u o y a n cy   a n d   lig h tweig h t   p r o p er ties ,   allo win g   it  to   r is an d   f all  in   r e s p o n s to   ch an g in g   wate r   lev els.  I n   th is   s tu d y ,   g r o u n d wate r   lev el  s en s o r   was  d esig n ed   u s in g   a   f lo at  m ec h an i s m   in teg r ated   with   an   o p to co u p ler   to   cr ea te  r o tar y   en co d e r .   T h s y s tem   o p e r ates  b y   d etec tin g   th v er tical   m o v em en o f   th e   f lo at,   wh ich   co r r esp o n d s   to   c h an g es  in   g r o u n d wate r   lev el.   T h e   f lo at   is   attac h ed   to   n y lo n   t h r ea d   th at   is   wo u n d   o v e r   p u lley ,   wh ich   is   m ec h an ically   co n n ec ted   to   r o tatin g   d is k   m o u n ted   o n   th s h af o f   th e   en co d er   s y s tem .   As  th wate r   lev el  c h an g es,  th e   f lo at   m o v es  v er tica lly ,   ca u s in g   r o tatio n al  m o v em en o f   th e   d is k .   As  th f lo at  m o v es,  th e   r o tar y   en co d e r   co n v er ts   th e   m o ti o n   in to   d ig ital  s ig n als,  allo win g   f o r   ac cu r ate   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       Dev elo p men t o f g r o u n d w a ter lev el  s en s o r   fo r   in tern et  o f th in g s - b a s ed   p e a tla n d   …  ( A b d u Mu id )   917   m ea s u r em en o f   wate r   lev el  f lu ctu atio n s .   Fig u r e   1   s h o ws  th b lo ck   d iag r am   o f   t h g r o u n d wate r   lev el  s en s o r .   T h g r o u n d wate r   lev el  s en s o r   co n s is ts   o f   two   m ain   p ar ts th m ec h a n ical  an d   elec tr o n ic  c o m p o n en ts ,   s u ch   as   f lo ats,  p u lley ,   d is c,   o p to co u p le r   m o d u le,   m icr o c o n tr o ller   m o d u le,   an d   tr a n s m itter   m o d u le.       T ab le  1 .   Ma ter ials   r eq u i r ed   M a t e r i a l s   S p e c i f i c a t i o n     R a n g e   o f   o p e r a t i o n   F l o a t   P l a st i c   b o t t l e   1 0 0   m m i n   l e n g t h ,   5 0   mm   i n   d i a me t e r   D i sc   P l a st i c   p l a t e s   4 5   mm   i n   d i a m e t e r   O p t o c o u p l e r   R o t a r y   e n c o d e r   p h o t o e l e c t r i c   H C - 020K   S u p p l y   v o l t a g e   4 . 0 5 . 5 V   C u r r e n t   ( I R   LED )   < 2 0 mA   S i g n a l   o u t p u t   TT   ( 0 5 V )   Tr a n sm i t t e r   S TM 3 2 L0 5 2 C 8 T 6 + S X 1 2 7 6   L o R a   S u p p l y   v ol t a g e   1 . 8 V 3 . 6 V   A mb i e n t   t e m p   4 0 ° C   t o   + 8 5 ° C   Lo R a   d a t a   r a t e 0 . 0 1 8 3 7 . 5 k b p s   Ty p i c a l   r a n g e   1 1 0 k u r b a n ,   1 0 1 5 k m r u r a l   R e c e i v e r   S X 1 2 7 6   L o R a   +   ESP 3 2   G a t e w a y   S u p p l y   v o l t a g e   3 . 0 3 . 6 V   O p e r a t i n g   t e mp   4 0 ° C   t o   + 8 5 ° C   Wi - F i   r a n g e   u p   t o   3 0 0 m   S e r v e r   R a s p b e r r y   P i   4   M o d e l   B   I n p u t   v o l t a g e   5 V   ±   5 %   O p e r a t i n g   t e mp e r a t u r e   0 ° C   t o   5 0 ° C   Wi - F i   2 . 4 G H z   r a n g e   ~ 3 0 1 5 0 m   S o l a r   p a n e l   3 5 0   m x   2 5 5   m x   1 7   mm ,   1 0   W   R a t e d   p o w e r   1 0   W   V o l t a g e   ( V m p )   ~ 1 7 1 8   V   O p e r a t i n g   t e mp e r a t u r e   4 0 ° C   t o   + 8 5 ° C   B a t t e r y   1 8 6 5 0 ,   3 5 0 0   mA h   N o mi n a l   v o l t a g e   3 . 6 3 . 7 V   F u l l   c h a r g e   v o l t a g e   4 . 2 V   C h a r g i n g   t e m p   r a n g e   0 ° C   t o   + 4 5 ° C           Fig u r 1 .   T h b lo c k   d iag r am   o f   th g r o u n d wate r   lev el  s en s o r       T h r o ta r y   e n co d e r   u s ed   in   th i s   s y s tem   lev er ag es  th r o tatio n   o f   f l o at  co n n ec ted   to   a   r o t atin g   s h af t.   T h o p to c o u p le r   is   p o s itio n ed   to   d etec th c h an g es  in   s h af t   p o s itio n   b y   r ea d in g   th r o tatio n al  p atter n .   E ac h   ch an g in   t h f lo at' s   p o s itio n ,   d r iv en   b y   f lu ct u atio n s   in   wate r   lev el,   g en e r ates  s ig n al  f r o m   th o p to c o u p le r ,   wh ich   is   th en   tr an s m itted   to   th m icr o co n tr o ller   f o r   p r o ce s s in g .   T h is   r o tatio n al  m o tio n   is   d etec ted   b y   an   o p to co u p ler   ( p h o to - in ter r u p ter ) ,   wh ich   r ea d s   s er ies  o f   alter n atin g   tr an s p ar e n an d   o p aq u s eg m en ts   ( s lo ts )   o n   th en co d e r   d is k .   E ac h   s lo co r r esp o n d s   to   s p ec if ic  an g u lar   d is p lace m en t,  wh ich   is   th en   co n v er te d   in to   a   d ig ital  p u ls e.   T h ese  p u ls es  ar e   co u n te d   b y   m icr o co n t r o ller   ( STM 3 2 L 0 5 2 C 8 T 6 )   to   d eter m in th am o u n t   o f   r o tatio n   an d ,   h e n ce ,   th c h an g in   wate r   lev el.   T h m ec h an ical  d esig n   d etails  ar illu s tr ated   s ch em atica lly   in   F ig u r 2 .   T h f lo at  an d   weig h ar e   co n n ec ted   b y   th e   r o p e.   T h le n g th   o f   th r o p e   is   ad ju s ted   to   f it  th s en s in g   r an g e.   T h d im en s io n s   o f   th f lo at,   weig h t,  p u lley ,   d is c,   an d   r o ta r y   ax is   ar ad ju s ted   to   m atch   th f ield   co n d itio n s .   T h p u lley s   an d   d is cs  ar e   attac h ed   to   th r o tar y   ax is   in   o r d er   to   f ac ilit ate  th eir   s im u ltan eo u s   r o tatio n .   T h h o llo w   d is is   p o s itio n ed   with in   th g ap   b etwe en   t h o p to co u p ler s .   T h e   f lo at  is   in   co n tact  with   g r o u n d wate r .   T h w eig h p u lls   th r o p e,   an d   th d is k   r o tates in   r esp o n s to   ch an g es in   th g r o u n d wat er   lev el.   I n   th is   r esear ch ,   two   o p to c o u p ler s   ar em p lo y ed ,   r esu ltin g   in   two   o u tp u ts ,   "A"   a n d   "B."  T h d is tan ce   b etwe en   th o p to co u p ler s   is   d eter m in ed   to   en s u r th at  o u t p u "A"   is   9 0 °  o u o f   p h ase  with   o u tp u "B."  T o   d eter m in th d ir e ctio n   o f   r o t atio n ,   it  is   n ec ess ar y   to   ex am in wh ich   o u t p u lead s   th o th er .   I f   th p u ls f r o m   o u tp u is   - 90 °   o u o f   p h ase  with   B   ( i.e .   o u tp u B   lead s   A) ,   th s en s o r   will  r o tate  clo ck wis e.   C o n v er s ely ,   if   o u tp u is   +9 0 °   o u t   o f   p h as with   B   ( i.e .   o u tp u lead s   B ) ,   th s en s o r   will  r o tate  co u n ter - clo ck wis e.   T h e   n u m b er   o f   r o tatio n s   is   d eter m in ed   b y   ca lcu latin g   th n u m b er   o f   p u ls es,  wh ich   is   th en   co n v er ted   in to   g r o u n d wate r   lev el.   T o   im p r o v m ea s u r em en t a cc u r ac y ,   we  c alib r ated   th s y s tem   b y   co r r el atin g   th n u m b er   o f   en co d er   p u ls es  to   v er tical  d is p lace m en u s in g   k n o w n   co n v er s io n   f ac t o r   d er iv e d   f r o m   th d is k s   cir cu m f er en ce   an d   t h n u m b e r   o f   s lo ts .   T h is   e n ab les  th e   s y s tem   to   tr an s late  r o tatio n al  d ata   in to   p r ec is lin ea r   wate r   lev el  m ea s u r em en ts .       M e c ha nic a l     The  fl oat   R ot a r y   E nco der   Op t ocou pl e r   D i sc   T r a nsm i t t e r   M i c r o c o n t r o l l er   E l ec t r o n i c s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g ,   Vo l.  15 ,   No .   2 ,   J u n e   20 26 915 - 926   918       Fig u r 2 .   Desig n   o f   th g r o u n d wate r   lev el  s en s o r       2 . 3 .     Desig n o f   g ro un dwa t er   lev el  m ea s urem ent   p last ic  b o ttle  f lo at  s ized   1 0 0   m m   i n   len g t h   an d   5 0   m m   in   d iam eter   is   u s ed   t o   m ain tain   an   u p r ig h p o s itio n   wh en   s u b m er g ed .   T h f lo at  is   p ar tially   f illed   with   g r o u n d wate r   to   p r o v id b u o y a n cy .   On en d   o f   th e   f lo at  is   attac h ed   to   a   r o p c o n n ec ted   to   p u lley ,   wh ile  th e   o th er   is   co n n ec ted   to   a   weig h t.   T h weig h t   en s u r es  th at  th s tr in g   r em ain s   tau at   all  tim es.  T h m ass   o f   t h f lo a is   d esig n ed   to   b g r ea ter   th a n   th at  o f   th e   weig h t   to   en s u r th at  th f lo at  r em ain s   in   co n tact  with   th g r o u n d w ater   s u r f ac e.   B y   f illi n g   th f l o at  with   g r o u n d wate r   u p   to   7 5 o f   its   v o lu m e,   th p u lley   an d   its   ax is   r o tate  clo ck wis an d   co u n ter clo ck wis as  th g r o u n d wate r   lev el  r is es  an d   f alls .   p er f o r a ted   d is k   is   m o u n ted   o n   t h is   ax is   an d   r o tates  with   th e   p u lley .   As  th wate r   lev el  r is es,  th f lo at  r is e s   to o ,   p u llin g   th r o p an d   m ak in g   th p u lley   an d   d is k   tu r n .   I f   th g r o u n d wate r   lev el  g o es   d o wn ,   th f lo at  will p u ll th s t r in g   d o wn ,   m a k in g   th e   p u lley   an d   d is k   to   r o tate  in   th e   o p p o s ite  d ir ec tio n .   Fig u r 3   illu s tr ates  th d esig n   o f   th elec tr o n ic  an d   m ec h an ical  cir cu it  f o r   th g r o u n d wate r   lev el  s en s o r .   T h s en s o r   cir cu it  is   m o u n ted   o n   p ip with   d ia m eter   o f   3   in ch es   an d   len g t h   o f   4   m eter s .   T h m id d le  an d   b o tto m   p ar ts   o f   th p ip ar p er f o r ated   to   allo g r o u n d wate r   to   e n ter ,   wh ile  th to p   en d   is   s ea led   to   p r o tect   th m ec h an ical  an d   elec tr o n ic   co m p o n en ts .   T h o p to c o u p ler   is   co n n ec ted   t o   m icr o co n tr o ller ,   wh ich   is   th en   co n n ec te d   to   an   L C f o r   d is p lay in g   m ea s u r em en r esu lts .   I n   th is   r esear ch ,   s en s o r   d ata   tr an s m is s io n   o v er   l o n g   d is tan ce s   is   ac h iev ed   u s in g   L o R ( lo n g   r a n g e )   m o d u les.  T h e   r ea s o n   f o r   em p lo y in g   L o R m o d u les is   th eir   lo w - p o wer   co n s u m p tio n ,   lo n g   r a n g e ,   an d   lo co s t   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ]   T h ex p e r im en tal  p r o ce d u r es,  esp ec ially   th s im u latio n   o f   wate r   lev el  f lu ctu atio n s ,   ca lib r atio n   p r o ce s s es,  an d   h o t h s en s in g   r an g e   was a s   f o llo ws:     i)   Simu latio n   o f   wate r   lev el  f lu ct u atio n s   T o   s im u late  r ea l   wate r   lev el   v ar iatio n s   u n d er   co n tr o lled   c o n d itio n s ,   we  u s ed   a   v er tical  t r an s p ar en tu b wate r   co lu m n   with   h eig h o f   3 . 5   m ete r s .   T h f l o at  s en s o r   s y s tem   was  in s talled   with i n   th is   co lu m n ,   an d   wate r   lev els  wer ad ju s ted   i n cr em en tally   ( e. g . ,   1 0   cm   p er   s tep )   b y   ad d in g   o r   r em o v in g   wate r   u s in g   g r ad u ated   co n tain e r .   T h e   f lo a t's   v er tical  m o v em en g en er at ed   co r r esp o n d in g   r o tatio n al  m o tio n ,   wh ic h   was  r ec o r d e d   b y   th o p to co u p ler - b ased   r o tar y   e n co d e r .     ii)   C alib r atio n   p r o ce s s   C alib r atio n   was  p er f o r m e d   b y   m ea s u r in g   th n u m b er   o f   en co d er   p u ls es  g en er ated   f o r   ea ch   k n o wn   wate r   lev el  in cr em en t.  W estab lis h ed   lin ea r   r elatio n s h ip   b etwe en   p u ls co u n an d   wat er   lev el  h eig h t.  Fo r   ex am p le,   if   t h en co d er   d is k   h ad   2 0   s lo ts   an d   o n f u ll  r o tatio n   co r r esp o n d e d   to   4 0   p u ls es ,   ea ch   p u ls e   r ep r esen ted   a p p r o x im ately   3   m m .   T h is   ca lib r atio n   f ac t o r   was  s to r ed   in   th e   m icr o co n tr o ller   f o r   r ea l - tim e   co n v er s io n   o f   p u ls es to   wate r   lev el  m ea s u r em en ts .     iii)   E v alu atio n   o f   s en s in g   r a n g e   T o   d eter m i n th e   m ax im u m   s en s in g   r an g e,   we   test ed   th s y s tem   with   v ar y in g   wate r   h eig h ts   f r o m   0   cm   u p   to   th e   f u ll  d ep th   o f   th e   test   co lu m n   ( 3 5 0   cm ) .   T h f l o at  m ec h a n is m   s u cc ess f u lly   tr ac k ed   wate r   lev els   ac r o s s   th is   f u ll  r an g e,   d em o n s tr atin g   its   s u itab ilit y   f o r   g r o u n d wate r   tab le  m o n ito r i n g .   T h d esig n   is   s ca lab le   f o r   d ee p er   ap p licatio n s ,   d ep en d in g   o n   th len g th   o f   th e   th r ea d   an d   th f lo at  c h am b er   d ep t h   in   f ield   d ep lo y m e n t.     P ulley   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       Dev elo p men t o f g r o u n d w a ter lev el  s en s o r   fo r   in tern et  o f th in g s - b a s ed   p e a tla n d   …  ( A b d u Mu id )   919       Fig u r 3 .   Me ch a n ical  an d   elec tr o n ic  cir cu it c o n n ec tio n s       2 . 4 .     Desig n o f   c o mm un ica t io n sy s t em   On ce   th wate r   lev el  d ata  i s   p r o ce s s ed ,   th m icr o co n tr o ller   tr an s m its   th i s   d ata  u s in g   L o R co m m u n icatio n   m o d u le  to   d esig n ated   d ata  ce n ter   o r   I o T   p latf o r m .   L o R was  ch o s en   f o r   its   ca p ab ilit y   to   tr an s m it  d ata  o v er   lo n g   d is tan ce s   with   lo p o wer   co n s u m p t io n ,   m ak in g   it  s u itab le   f o r   m o n ito r in g   wid an d   r em o te  p ea tlan d   ar ea s .   T h r ec eiv ed   d ata  o n   th e   I o T   p lat f o r m   is   th e n   v is u alize d   in   g r ap h ical  f o r m   a n d   an aly ze d   to   m o n ito r   r ea l - tim ch an g es in   g r o u n d wate r   lev els .   T h is   s tu d y   p r esen ts   th e   d esig n   o f   a   co m m u n icatio n   s y s tem   b etwe en   th s en s o r   n o d an d   th e   g atew ay ,   as  well  as  b etwe e n   th g atew ay   a n d   t h I o T   d ev ice.   T h e   s en s o r   n o d e   is   co m p o s ed   o f   th e   STM 3 2 L 0 5 2 C 8 T 6   m icr o co n t r o ller   m o d u le,   SX1 2 7 6 R F9 6   L o R m o d u le,   an d   o p t o co u p ler   in clu d in g   m ec h an ical  p ar t.   T h g atew ay   r ec eiv es  g r o u n d wate r   lev el  s en s o r   d ata  u s in g   th L o R p r o to co an d   tr an s m its   th d ata  to   th s er v e r   u s in g   th m ess ag q u eu i n g   telem etr y   t r an s p o r ( MQ T T )   p r o to co l.   T h R asp b er r y   Pi  4 B   is   u s ed   as  th s er v er   a n d   is   e m b ed d e d   with   I o T   s u p p o r tin g   ap p licatio n   s o f twar s u ch   a s   I n f lu x DB ,   No d e - R E D,   an d   Gr af an a.   I s er v es  as  lo ca s er v er   f o r   s to r in g ,   p r o ce s s in g ,   h an d lin g ,   an d   d is p lay in g   th d atab ase .   Fig u r 4   d e p icts   th n etwo r k   s ch em o f   t h I o T   tech n iq u in   th is   s tu d y .   T h s tatio n   in v o lv es a   g atew a y ,   lo ca l ser v er ,   an d   W i - Fi r o u ter   m o d u le.   T h W i - Fi r o u t er   ac ts   as  a   b r id g b etwe en   th lo ca s er v er   an d   u s er s   v ia  th in ter n et  n etwo r k .   T h u s er   r ef e r s   to   th d ev ices  th at  u s er s   u s to   ac ce s s   d ata  t h r o u g h   in ter n et  b r o wsi n g   ap p licatio n s .   T h is   r esear ch   em p lo y s   I n f lu x DB   an d   No d e - R ed   ap p licatio n s   f o r   d ata  s to r ag e.   T h e   g r o u n d wate r   lev el  s en s o r   p r o v i d es  th d ata,   wh ic h   i s   tr an s m itted   to   t h e   R asp b er r y   Pi  d ev ice  v ia  MQ T T   an d   p r o ce s s ed   in   No d e - R ed .   T h d ata  is   th en   co n v er ted   in to   J av aScr ip Ob ject  No tatio n   ( J SON )   f o r m at  an d   s to r ed   in   th I n f lu x DB   d atab ase.   E ac h   tr a n s m itter   an d   r ec eiv er   h as   u n iq u J SON  d ata  with   d is tin ct  v alu es f o r   g eo h ash   m etad ata  th at  in d icate   th eir   lo ca tio n .           Fig u r 4 .   B lo ck   d iag r am   o f   I o T   s ch em e     W a t er   In l et   W a t er  L evel   F l o a t   W ei ght     S e n s o r  No d e   L o R a   M i c r o   c o n t r o ll e r     W a t e r   l e v e l   s e n s o r   (T r a n sm i tte r )   Ga t e w a y   Wi F i   M o d u l e   E S P 8 2 6 6   (R ec ei ve r )   Io T   R a s p b e r r y  P i   I n f l u x D B   G r a f a n a   N o d e - R E D   (Se r ve r )   L o R a   M QT T   M QT T   L o R a   M ic r o   c o n t r o ll e r     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g ,   Vo l.  15 ,   No .   2 ,   J u n e   20 26 915 - 926   920   Fig u r 5   illu s tr ates  th g r o u n d wate r   lev el  m o n ito r i n g   s y s tem   alg o r ith m .   T h alg o r ith m   s tar ts   b y   r eq u esti n g   g r o u n d wate r   lev el  d ata  f r o m   th I n f lu x DB   d atab ase.   T h o b tain e d   g r o u n d wate r   lev el  v alu es  ar e   th en   ch ec k ed ,   an d   d ec is io n s   a r m ad e   b ased   o n   t h em .   T h d ata  is   ca teg o r ized   in to   two   g r o u p s “Da n g er ”  if   th g r o u n d wate r   lev el  e x ce ed s   4 0 0   m m   an d   “Saf e”   if   th e   g r o u n d wate r   lev el  is   less   th an   o r   eq u al   to   4 0 0   m m .   T h g r o u n d wate r   lev el  is   p r esen ted   th r o u g h   n u m er ical  v alu es,  g r ap h s ,   an d   co lo r s .   Gr ee n   in d icate s   lev el  o f   4 0 0   m m   o r   less ,   s ig n if y in g   s af ety ,   wh ile   r ed   is   u s ed   f o r   l ev el  ex ce ed i n g   4 0 0   m m ,   in d i ca tin g   d a n g er .   T h e   m o n ito r in g   s y s tem   d ash b o a r d   also   d is p lay s   m ap   o f   th p ea t lan d   ar ea   with   th s en s o r   p lac em en ts .           Fig u r 5 .   Gr o u n d wate r   lev el  m o n ito r in g   s y s tem   alg o r ith m   in   th Gr af a n ap p licatio n       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   3 . 1 .     E v a lua t i o n   o f   r o t a ry   enco der  perf o rm a nce   E x p er im en ts   h av b ee n   co n d u cted   to   ev alu ate  th p e r f o r m an ce   o f   th r o tar y   en c o d er .   W d id   two   d if f er en s im u latio n s .   T h f ir s s im u latio n   r o tated   th d i s in   clo ck wis d ir ec tio n ,   wh ile  th s ec o n d   s im u latio n   r o tated   th e   d is in   co u n ter clo ck wis d ir ec tio n .   Du r in g   t h s im u latio n ,   th e   b e h av io r   o f   th e   r o tar y   en co d er   is   an aly ze d .   T h s im u latio n   r esu lts   ar e   g iv e n   in   Fig u r 6 .   T h e   f ir s s im u latio n   was  to   ex am in e   th e   o p to co u p ler   p r o g r am   c o d in   ter m s   o f   p u ls e   wav es.  T h r esu ltin g   d ata  p r o v id ed   in s ig h i n to   th s tate  o f   th p u ls as a   f u n ctio n   o f   d is r o ta tio n   d ir ec tio n .   Data   o b tain e d   f r o m   th ex p e r im en ts   s h o wed   th at  th d ir ec tio n   o f   th r o tar y   en c o d er s   d is k   af f ec ts   th p h ase  o f   th s q u ar wav p r o d u ce d   b y   th o p to c o u p ler .   Fig u r 6 ( a )   d ep icts   th s er ial  m o n ito r   d is p lay   o b s er v ed   o n   th Ar d u in o   I DE   d ash b o ar d .   T h r esu lts   in d icate   th at  th r o tar y   en co d er   g e n er ates  s q u ar wav e.   T h ex p er im e n ts   s h o wed   th at  th d ir ec tio n   o f   th r o t ar y   en co d e r s   d is k   af f ec ts   th p h ase  o f   th e   s q u ar wav p r o d u ce d   b y   th e   o p to co u p ler .   W h en   th d is r o tates  to   th r ig h t   ( clo ck wis e) ,   th s q u ar wav ex h ib its   g r ad u al  tr an s itio n   f r o m   lo to   h ig h   lev els,  wh ile   co u n ter clo ck wis r o tatio n   r esu lts   in   tr an s itio n   f r o m   h ig h   to   lo w.   Op to c o u p le r   A   is   in   th ' 0 '   s tate  wh ile  o p t o co u p ler   B   is   in   th e   ' 1 '   s tate,   w ith   p h ase  d if f er e n ce   o f   9 0 °.  I n   o t h er   wo r d s ,   o p to co u p ler   s q u ar wav B   p r ec ed es  o p to co u p ler   s q u ar wav A.   I f   th d is is   r o tated   to   th le f ( co u n ter clo c k wis e) ,   o p to co u p ler   wa v p r ec ed es  o p to c o u p ler   wav B .   T h s ec o n d   s im u latio n   aim s   to   e v alu ate  th r o tar y   e n co d er   p r o g r am   co d e   in   ter m s   o f   p u ls co u n tin g .   Data   was  o b tain ed   o n   t h n u m b er   o f   p u ls es  g e n er ated   b y   t h r o tar y   en co d er   as  a   f u n ctio n   o f   th e   n u m b e r   o f   d is r o tatio n s .   Fig u r 6 ( b )   p r esen ts   s cr ee n s h o t   o f   th s er ial  m o n ito r   d is p lay   o f   th d ata  p lo c u r v e,   illu s tr atin g   th n u m b er   o f   p u l s es  v er s u s   d i s r o tatio n .   T h s im u latio n   r esu lts   s h o th at  th n u m b er   o f   p u ls es  g en er ated   b y   th e   r o tar y   en c o d er   in cr ea s es  if   th d is is   r o tat ed   clo ck wis an d   th n u m b er   o f   p u ls es  d ec r ea s es  if   th d is is   r o tated   co u n ter cl o ck wis e.   I ca n   b in ter p r eted   th at  th e   n u m b er   o f   p u ls es  in c r ea s es  if   th wate r   lev el  in cr ea s es,  an d   th n u m b er   o f   p u ls es  d ec r ea s es  if   th w ater   lev el  d ec r ea s es.  T h n u m b er   o f   p u ls es  is   th en   co n v er ted   in to   wate r   le v el  v alu f r o m   th s en s o r   ca lib r atio n   p r o ce s s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       Dev elo p men t o f g r o u n d w a ter lev el  s en s o r   fo r   in tern et  o f th in g s - b a s ed   p e a tla n d   …  ( A b d u Mu id )   921       ( a)   ( b )     Fig u r 6 .   T h p er f o r m a n ce   o f   th r o tar y   en co d er : ( a)   o p to c o u p ler   an d   B   p r o d u ce   s q u a r wav es with   p h ase  d if f er en ce   o f   9 0 °   an d   ( b )   t h n u m b er   o f   p u ls es f o llo win g   th d ir ec tio n   o f   r o tatio n   o f   t h d is k       3 . 2 .     T esting   t he  s ens o s ens i t iv it y   a nd   re s o lutio n   W co n d u cte d   s im u latio n s   u s in g   two   d is cs  o f   d if f er e n s izes  to   test   th e   s en s o r ' s   s en s itiv ity   an d   r eso lu tio n .   T h f ir s s im u latio n   u s es  d is cs  with   d iam eter   o f   4 5   m m ,   an d   th e   s ec o n d   s im u latio n   u s es  d is cs  with   d iam eter   o f   2 5   m m .   Fig u r 7   s h o ws th s im u latio n   u s i n g   th f ir s t d is c.   T h n u m b e r   o f   h o les th at  ca n   b m ad in   th e   f ir s d is is   2 0 ,   wh ile  th n u m b er   o f   h o les  i n   th s ec o n d   d is is   1 1 .   Du r i n g   th e   s im u latio n ,   t h e   n u m b er   o f   p u ls es  g en er ate d   b y   th e   o p t o co u p ler   is   o b s er v ed .   T h e   r esu lts   s h o t h at  wh e n   u s in g   th e   f ir s d is c   th o p t o co u p ler   g en er ates 4 0   p u ls es  p er   r o tatio n   o f   th e   d is c,   wh ile  wh e n   u s in g   th e   s ec o n d   d is c,   it  g e n er ates  2 2   p u ls es.  I n   th is   s tu d y ,   th e   n u m b er   o f   p u ls es  is   co n v er ted   i n to   a   g r o u n d wate r   lev el   v alu e.   Sen s o r   s en s itiv ity   r ef er s   to   th c h an g e   in   o u tp u t ( wate r   lev el)   p e r   u n it o f   in p u t v ar iatio n   ( n u m b e r   o f   p u ls es).   T h f ir s s im u latio n   ac h iev ed   s en s o r   s en s itiv ity   o f   3   m m /p u ls e,   wh ile  th e   s ec o n d   d is ac h iev ed   a   s en s itiv ity   o f   6   m m /p u ls e.   Gr o u n d wate r   lev el  s en s o r   r eso lu tio n   r e f er s   to   th e   s m allest  wate r   lev el  d if f er en ce   th at  t h s en s o r   ca n   d etec an d   m ea s u r ac c u r ately .   T h e   f ir s s im u latio n   o b tain e d   a   s en s o r   r eso lu tio n   o f   3 . 3 3   m m ,   wh ile  th e   s ec o n d   s im u latio n   r esu lted   in   s en s o r   r eso lu tio n   o f   6 . 0 5   m m .   I was  f o u n d   th at  th n u m b er   o f   h o les  in   th d is af f ec ts   th s en s itiv ity   an d   r es o lu tio n   o f   th s en s o r .   T h n u m b er   o f   h o les  in   th e   d is is   d eter m in ed   b y   th e   d iam eter   o f   th d is c.   I n   g r ea ter   d is d iam eter ,   m o r e   h o les  ca n   b e   cr ea ted ,   r esu ltin g   in   h i g h er   s en s itiv ity   an d   r eso lu tio n   co m p ar ed   t o   d is cs with   s m aller   d iam eter .           Fig u r 7 .   T h r ea li z atio n   o f   th m ec h an ics p ar o f   th wate r   l ev el  s en s o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g ,   Vo l.  15 ,   No .   2 ,   J u n e   20 26 915 - 926   922   3 . 3 .     E v a lua t i o n o f   t he  s ens o r’ s   s ens i ng   ra ng e   I n   th is   s tu d y ,   t h s en s in g   r an g o f   th e   p r o p o s ed   m eth o d   w as  ev alu ated   t h r o u g h   th e   s im u latio n   o f   a   wate r   lev el  f lu ctu atio n   ev en t u s in g   tr an s p ar en t p ip es,  as  illu s tr ated   in   Fig u r e   8 .   W ca n   co n tr o th f lu ct u atio n   o f   th wate r   le v el  in   th e   tr a n s p ar en p ip e   u s in g   a   wate r   p u m p .   m eter   is   attac h e d   to   th s id o f   th tr an s p ar en p i p to   k n o t h ac tu al  wate r   lev el.   W co n d u cted   th test   with   two   d if f er e n s im u latio n s .   T h e   f ir s s im u latio n   u s es   an   in cr ea s ed   wate r   s ce n ar io ,   an d   th s ec o n d   s im u latio n   u s es  r ed u ce d   wate r .   I n   ea ch   s ce n ar io ,   we  u s ed   two   d if f er en len g th s   o f   r o p e.   I n   th f i r s s im u latio n ,   we  u s ed   r o p with   len g th   o f     2   m eter s .   W h ile  th s ec o n d   s im u latio n ,   we  u s ed   r o p wit h   len g t h   o f   3 . 5   m eter s .   Sim u latio n   r esu lts   s h o th at  th m ax im u m   s en s in g   r an g o f   th e   s en s o r   r ea ch es  2   m et er s   wh en   u s in g   a   r o p e   with   a   len g th   o f   2   m eter s ;   wh ile  u s in g   r o p with   len g th   o f   3 . 5   m eter s ,   th m ax im u m   s en s in g   r an g r ea ch es  3 . 5   m eter s .   Du r in g   th e   s im u latio n ,   th s en s o r ' s   b eh av io r   is   an aly z e d .   B ased   o n   th ex p er im en t,   th r elatio n s h ip   b etwe en   wate r   lev el   an d   th n u m b er   o f   p u ls es  was  o b tain ed   2 5 6 . 5 5 0 . 6 1 8 5 ,   wh er is   th n u m b er   o f   p u ls es  an d   is   th e   wate r   lev el.   T h test   r esu lts   in d icate   th at  th s en s o r   h as  lin ea r   ch ar ac ter is tics .   T h f in d i n g s   o f   th r esear ch   in d icate   th at  th p r o p o s ed   g r o u n d wate r   lev el  s en s o r   is   ab le  t o   m ea s u r th g r o u n d wate r   le v el  u p   to   th e   len g th   o f   th r o p e   u s ed .   I n   o t h er   wo r d s ,   th m ax im u m   s en s in g   r an g o f   t h s en s o r   is   alig n e d   wi th   th len g t h   o f   th r o p u tili ze d .   T h is   ca p ab ilit y   is   wel l - s u ited   to   m ee th r eq u ir em en ts   o f   m ea s u r in g   g r o u n d wate r   lev els  in   p ea tlan d s ,   wh er wate r   d ep th s   f lu ctu ate  f r o m   s h allo to   d ee p .   T h s tu d y   d e m o n s tr ates  t h in ter c o n n ec tio n   o f   th e   g r o u n d wate r   lev el   s en s o r   with   th STM 3 2 L 0 5 2 C 8 T 6   m icr o co n tr o ller   m o d u le  an d   SX1 2 7 6   L o R m o d u le  o n   th p r in ted   cir cu it  b o ar d   ( PC B ) .   Fig u r 9   s h o ws  th p ar o f   th I o T   d ev ice.   T h p o wer   s u p p ly   is   f r o m   s o lar   p an els  an d   is   s to r ed   o n   b atter ies,    as  illu s tr ated   in   Fig u r 9 ( a) .   Fig u r 9 ( b )   s h o ws  p ar o f   th g atew ay   an d   s er v er .   T h v o ltag s o u r ce   is   r eg u lated   d ir ec c u r r e n ( DC )   v o lta g d e r iv ed   f r o m   a n   1 8 6 5 0   b atter y .   T h L o R d e v ice  o p e r ates  at  a   f r eq u e n cy   o f   9 1 5   MH z .   T h s o lar   p an el  u s ed   h as  d im en s io n s   o f   3 5 0   m m   ×   2 5 5   m m   ×   1 7   m m   an d   ca n   p r o d u ce   m ax im u m   p o wer   o u tp u t   o f   1 0   W   p ea k   u n d er   i n ten s s u n lig h co n d itio n s .   I h as  an   o p e n - cir cu it   v o lta g o f   2 1 . 9 6   a n d   s h o r t - cir cu it  cu r r e n o f   0 . 6 3   A.   T h m ea s u r ed   o u t p u v o lt ag o f   th s o lar   p an el  d u r in g   s u n n y   co n d itio n s   is   2 0 . 2 0   V.   T h p o wer   s o u r ce   is   eq u ip p ed   with   two   1 8 6 5 0   b a tter ies,  ea ch   with   ca p ac ity   o f   3 5 0 0   m Ah   a n d   a   v o ltag r an g o f   2 . 8 5   to   4 . 2   V,   d ep en d in g   o n   th b atter y   c ap ac ity .   T h T P5 1 0 0   r ec h ar g e ab le  m o d u le  ca n   b e   ch ar g ed   with   a   m ax im u m   cu r r en t o f   2   an d   h as a n   in p u t v o ltag o f   9   V.           ( a)   ( b )     Fig u r 8 .   T h s en s in g   r a n g te s of   th s en s o r :   ( a)   t h f lu ctu a tio n   o f   th e   wate r   lev el  in   th e   tr an s p ar en t p ip e   an d   ( b )   th c u r v o f   th e   n u m b er   o f   p u ls es a s   f u n ctio n   o f   wate r   l ev el           ( a)   ( b )     Fig u r 9 .   R ea lizatio n   o f   I o T   d ev ices: ( a)   s en s o r   n o d an d   ( b )   g atew ay   an d   s er v er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       Dev elo p men t o f g r o u n d w a ter lev el  s en s o r   fo r   in tern et  o f th in g s - b a s ed   p e a tla n d   …  ( A b d u Mu id )   923   3 . 4 .     T he  g ro un dwa t er   lev el  m o nito ring   s y s t em   I n   th is   s tu d y ,   th L o r m o d u le  was  ch o s en   as  th co m m u n icatio n   n etwo r k   d u to   i ts   ab ilit y   to   p r o v id e   lo n g - r an g e,   lo w - p o w er   wir eless   co m m u n icatio n ,   wh ich   is   ess en tial  f o r   en v i r o n m en tal  m o n ito r in g   ap p licatio n s   in   r em o te  an d   i n f r astru ctu r e - p o o r   a r ea s   s u ch   as  p ea tlan d   a n d   f o r est  r eg i o n s .   L o R a   o p er ates   ef f ec tiv ely   o v er   d is tan ce s   o f   s ev er al  k ilo m eter s   ev en   in   n o n - lin e - of - s ig h ( NL o S)  c o n d it io n s   an d   c o n s u m es  s ig n if ican tly   less   p o wer   co m p ar ed   to   W i - Fi  o r   ce llu lar   tech n o lo g ies,  m ak in g   it  id ea f o r   b atter y - p o wer e d   I o T   s en s o r   n o d es.   Ad d itio n ally ,   L o R a' s   s u p p o r f o r   s tar   n etwo r k   to p o lo g ies  a n d   h ig h   lin k   b u d g et  allo ws  it   to   co v er   lar g ar ea s   with   m in im al   in f r a s tr u ctu r e,   wh ich   alig n s   with   th d ep lo y m en r e q u ir em e n ts   o f   d is tr ib u ted   ea r ly   war n in g   s y s tem .   Oth er   wir eless   o p tio n s   s u ch   as  B lu eto o th   an d   Z ig B ee   ar lim ited   in   r an g e,   wh ile  ce llu lar   co m m u n icatio n   is   m o r p o w er - h u n g r y   an d   r eq u ir es  p ai d   n etwo r k   ac ce s s ,   m ak in g   L o R th m o s co s t - ef f ec tiv an d   s ca lab le  ch o ice  f o r   th r esear c h   ap p licatio n .   Fig u r 1 0   s h o ws  th v is u aliza tio n   o f   th e   g r o u n d wate r   lev e m o n ito r in g   s y s tem .   T h u s er   in ter f ac e   d ash b o ar d   is   cr ea ted   u s in g   G r af an a.   Gr a f an is   a n   o p en - s o u r ce   an al y tics   an d   in te r ac tiv e   v is u aliza tio n   web   ap p licatio n .   T h d ash b o ar d   i n clu d es  m ap   o f   th m o n ito r e d   lo ca tio n ,   with   c o lo r e d   p o i n ts   in d icatin g   s en s o r   lo ca tio n s   an d   g r o u n d wate r   lev el  s tatu s .   R ea l - tim clo ck   an d   g r o u n d wate r   lev el  v alu es  ar p r esen ted   o n   t h e   r ig h in   b o t h   n u m e r ical  an d   g r ap h ical  f o r m ats.  W co m p ar ed   th g r o u n d wate r   lev el  v alu s h o wn   o n   th e   Gr af an d ash b o ar d   with   t h ac tu al  v alu e.   T h e   av er a g r el ativ er r o r   o f   th is   e x p er im e n was  f o u n d   to   b e   1 . 6 7 %.           Fig u r 1 0 .   T h g r o u n d wate r   le v el  m o n ito r i n g   s y s tem   d ash b o ar d   o n   th v is u aliza tio n   web   a p p licatio n       T h f in d in g s   o f   th is   r esear ch   h ig h lig h an   in n o v ativ I o T - b ased   ap p licatio n   f o r   m o n ito r in g   p ea tlan d   f ir v u l n er ab ilit y   b ased   o n   p ea tlan d   g r o u n d wate r   lev el  p ar am eter s .   E x is tin g   g r o u n d wate r   le v el  s en s o r s   ar n o t   m o s tly   ab le  to   b ap p lied   to   p ea tlan d s ,   wh ich   r eq u ir th q u alif icatio n s   o f   lar g s en s in g   r an g e,   r ea l - tim e,   au to n o m o u s ,   an d   e n er g y   h ar v esti n g .   E m p l o y in g   th p r o p o s ed   n ew  m et h o d   u s in g   I o T - b ased   o p to co u p ler   s en s o r s   ca n   ad d r ess   th ese  g ap s .   T h is   n ew  m eth o d   ca n   b d ev elo p ed   in   f u tu r e   r esear ch   with   d if f er e n s ca les   an d   f ield s .   T h e   r esu lts   o f   t h is   s tu d y   s h o t h at  th e   co m b i n atio n   o f   a   f lo at  a n d   an   o p to co u p ler   s en s o r   is   a   f ea s ib le  way   o f   m ea s u r in g   g r o u n d wate r   le v els  to   d ep th s   o f   m o r th a n   3 . 5   m eter s .   A   wid er   o p er atio n al  s en s in g   r an g ( u p   to   3 . 5   m eter s   a n d   e x ten d ab le) ,   lo n g er   th an   r esear ch   b y   [ 1 4 ] ,   [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] .   T h is   is   s u p p o r ted   b y   th e   ex p er im en t   th at  s h o ws  th at  th len g th   o f   th e   s en s in g   r an g e   f o llo ws  th e   len g th   o f   th r o p e.   I n   a d d itio n ,   th e   p r o p o s ed   m eth o d   p r o d u ce s   in s tr u m en tatio n   with   h ig h e r   r eso lu tio n   t h an   o th er   m eth o d s   [ 2 5 ] - [ 2 7 ] .   T h g r o u n d wate r   lev el  s en s o r   with   th p r o p o s ed   n ew  m et h o d   i s   s h o wn   to   h av th n ec ess ar y   q u alif icatio n s   f o r   p ea tlan d   wate r   lev el  m o n ito r i n g .   T h is   p r o v id es  an   o p p o r t u n ity   to   im p r o v t h ef f icien cy   a n d   ef f ec tiv e n ess   o f   p ea tlan d   f ir ea r ly   war n in g   s y s tem s .   Fo r   f ield   d ep lo y m en t,   th s y s tem   ca n   b in s tal led   i n   wells  o r   cu s to m - d esig n ed   ac ce s s   tu b es  p lace d   with in   p ea tlan d   ec o s y s tem s .   Ma in ten an ce   is   s im p lifie d   b y   th e   m ec h an ical   d u r ab ilit y   o f   th f lo at - p u lley   m ec h an is m   an d   t h en er g y   a u to n o m y   p r o v id e d   b y   th s o l ar - p o wer e d   b atter y   s y s tem .   Mo r eo v er ,   d ata   f r o m   m u ltip le  s en s o r   n o d es  ca n   b e   ce n tr ally   m a n ag ed   u s in g   clo u d - b ased   p latf o r m s   s u ch   as  No d e - R E D,   I n f l u x D B ,   an d   Gr af an a,   allo win g   f o r   r ea l - tim v is u aliza tio n ,   s to r ag e,   an d   h is to r ical  an aly s is .         M a r k e r   o f   w a te r   l e v e l       V a l u e         G r a p h         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g ,   Vo l.  15 ,   No .   2 ,   J u n e   20 26 915 - 926   924   4.   CO NCLU SI O N   T h m ain   o b jectiv o f   th is   r esear ch   is   to   d ev elo p   s en s o r   f o r   I o T - b ased   p ea tlan d   f ir m o n ito r in g .   E x is tin g   r esear ch   m o s tly   u s e s   u ltra s o n ic,   in f r ar ed ,   an d   r esis tiv s en s o r s .   Peatlan d   is   lan d   wh er th wate r   lev el  v ar ies  ( f r o m   s h allo to   d ee p )   a n d   g en er ally   lac k s   elec tr icity   an d   in te r n et.   T o   ad d r e s s   th ese  ch allen g es,    g r o u n d wate r   lev el  d etec tio n   n ew  m eth o d   is   r eq u ir e d   th at  ca n   m ea s u r g r o u n d wate r   lev els  lar g s en s in g   r an g e,   i n   r ea l - tim e,   co n tin u o u s ly ,   with   an   in d ep e n d en t   p o wer   s u p p l y .   T o   m ee t h ese  r eq u ir e m en ts ,   we   p r o p o s n ew  m eth o d   th at  in teg r ate  f lo at  an d   o p to co u p ler s .   T h s en s o r   s y s tem s   r esu lt  l ar g s en s in g   r an g e   g r o u n d wate r   lev el  m ea s u r em e n m eth o d .   E v alu atio n   o f   th s en s in g   r an g s h o ws  th at  th s en s o r   ca n   ac h iev e   th s en s in g   r a n g e   ac co r d i n g   to   th le n g th   o f   th r o p e.   I n   th is   s tu d y ,   th s en s o r   is   ab l to   m ea s u r u p   t o     3 . 5   m eter s   b ec au s it  u s es  r o p es  3 . 5   m eter s   o f   lo n g .   T h s tu d y   f o u n d   way   to   ad j u s th s en s itiv ity   an d   r eso lu tio n   o f   th s en s o r .   lin ea r   co r r elatio n   was  f o u n d   b et wee n   th g r o u n d wate r   lev el  an d   th s en s o r   o u tp u t.   T h test   r esu lts   s h o wed   th s en s itiv ity   o f   th s en s o r   is   3   m m /p u ls an d   th r eso lu tio n   is   3 . 3 3   m m .   T h e   av er ag er r o r   p er ce n ta g is   1 . 6 7 %.  T h e   g r o u n d wate r   lev el   s en s o r   in   th is   s tu d y   is   d i f f er en f r o m   o th er s   in   ter m s   o f   th e   lar g e   s en s in g   r a n g e.   E x is tin g   s en s o r s   h av e   lim itatio n s   in   g r o u n d wate r   lev el   s en s in g   r an g e.   W h ile   th s en s o r   we  d ev elo p ed   ca n   m ea s u r u p   to   r an g o f   3 . 5   m eter s .   Fu r th er m o r e,   th is   r esear ch   p r o d u ce d   m o n ito r in g   s y s tem   f o r   p ea tla n d   f ir v u ln e r ab ilit y   b ased   o n   I o T - b ased   g r o u n d wate r   lev el  p ar am eter s .   T h e   cu r r en t   p r o to ty p e   h as  n o t   y et  b ee n   test ed   f o r   lo n g - ter m   o p er atio n   u n d er   ac tu al   p ea tlan d   co n d itio n s ,   wh ic h   ar e   k n o wn   to   b co r r o s iv e,   h u m id ,   an d   f illed   with   o r g an ic  m a tter .   T h m ec h an ical  f l o at - p u lley   s y s tem   is   al s o   s u s ce p tib le  to   p h y s ical  d is tu r b an ce s   f r o m   an im als  o r   en v ir o n m en tal  f ac to r s   s u ch   as  s tr o n g   win d s   o r   wate r   s u r g es.   T o   im p r o v d u r ab ilit y ,   we  p lan   to   en clo s th m ec h an ical  s y s tem   with in   wea t h er - r esis tan ca s in g   an d   ex p l o r th u s o f   co r r o s io n - r esis tan m ater ials   s u ch   as  s tain less   s teel  o r   h ig h - g r ad p o ly m er s .   T o   o p tim ize  p o wer   co n s u m p tio n ,   esp ec ially   f o r   r em o te  d ep lo y m en ts ,   we  in ten d   to   in teg r ate  an   ad ap tiv s leep - wak cy cle  in   th m icr o c o n tr o ller   f ir m war an d   ex p lo r e n er g y   h ar v esti n g   o p tio n s   s u c h   as  s o lar   ch ar g in g .   Ou r   co n tr ib u tio n   r esu lts   in   n o v el  m ec h an ical - elec tr o n ic  in teg r atio n   u s in g   o p to co u p ler - b ased   r o tar y   s en s in g   f o r   wate r   le v el  m o n ito r in g   a n d   d esig n   tailo r e d   f o r   lar g s en s in g   r an g e,   s u itab le  f o r   d ee p   o r   f lu ct u atin g   g r o u n d wate r   in   p ea tla n d s .   Fu tu r r esear ch   ca n   a d d   o th er   s en s o r s   an d   ar tific ial  in tellig en ce   alg o r ith m s   to   p r ed ict  f ir es th at  will o cc u r   in   r ea l - tim e.   T h is   s tu d y   s u cc ess f u lly   d ev elo p ed   g r o u n d wate r   lev el  m o n ito r in g   s y s tem   b ased   o n   th e   I o T   u s in g   f lo at  s en s o r   an d   o p to co u p ler   t o   d etec r ea l - tim ch an g es  in   wate r   lev els.  T h s y s tem   h as  s ig n if ican p o ten tial  to   co n tr ib u te  to   ea r ly   war n in g   ef f o r ts   f o r   p ea tlan d   f i r es,  p ar ticu lar ly   in   d is aster - p r o n a r ea s .   So cially ,   th im p lem en tatio n   o f   th is   s y s tem   ca n   en h an ce   co m m u n ity   r esil ien ce   to   f ir r is k s ,   p r o v id ea r ly   aler ts   to   s tak eh o ld er s ,   an d   s u p p o r d at a - d r iv en   d ec is io n - m a k in g .   T h is   r esear ch   also   alig n s   with   s ev er al  Su s tain ab le   Dev elo p m en Go als  ( SDGs ) ,   esp ec ially   SDG  1 3   ( C lim ate  Actio n )   th r o u g h   th m itig atio n   o f   p ea tlan d   f ir e   r is k s   th at  co n tr ib u te  to   ca r b o n   em is s io n s SDG  1 5   ( L if e   o n   L an d )   th r o u g h   th e   p r o te ctio n   o f   v u l n er ab le   p ea tlan d   ec o s y s tem s t h er ef o r e,   th f in d in g s   o f   th is   s tu d y   ar n o t   o n ly   tech n ically   r ele v an b u also   o f f er   b r o ad   p o s itiv im p ac ts   o n   s o ci ety   an d   th e   en v ir o n m en t.       F UNDING   I NF O R M A T I O   Au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   in v o lv ed .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T     T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .       Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Ab d u l M u id                               Nin Sit i A m in ah                               Ma m an   B u d im an                               Mitr Djam al                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.