I n t e r n at ion al  Jou r n al   of   E lec t r ical  an d   Com p u t e r   E n gin e e r in g  ( I JE CE )   Vol.   16 ,   No.   5 ,  Oc tober   20 26 ,   pp .   2282 ~ 2293   I S S N:  2088 - 8708 ,   DO I :  10 . 11591/i jec e . v 16 i 5 . pp 2 282 - 2293             2282       Jou r n al  h omepage :  ht tp: // ij e c e . iaes c or e . c om   L ow - c ost  e d u c at io n al  p r o t ot y p e  f o r  IoT - b as e d  PV   e n e r gy  m on itor i n g an d  M P PT c on t r o l       Abd e lm alek  M im o u n i 1 ,   Yous s e f   Chah e t 2 ,   Aum e u r   E l  Am r an i 1 ,   M oh am e d   Az e r ou al 1 ,   M oh am e d   E l  Am r aou i 2 ,   L ah c e n   B e j j it 1   1 I nt e ll ig e nt  E le c tr ic a l  S ys te ms , M a te r ia ls   a nd C ompone nt s  ( S E I M C )  R e s e a r c h G r oup, L a bor a to r y of   S pe c tr ome tr y of  M a te r ia ls  a nd  A r c ha e oma te r ia ls  ( L A S M A R ) , H ig he r  S c hool  of  T e c hnol ogy  M e kne s ,  M oul a y I s ma il  U ni ve r s it y of  M e kn e s ,  M or oc c o   2 L a bor a to r y of  S pe c tr ome tr y of  M a te r ia ls  a nd A r c ha e oma te r ia ls   L A S M A R , F a c ul ty  of  S c ie nc e s , M oul a y I s ma il  U ni ve r s it y of  M e kne s ,  M e kne s ,  M or oc c o       Ar t icle   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e ived  F e b  20,   2026   R e vis e d  M a y  5,   2026   Ac c e pted  J ul  22,   2026       T h i s   p ap er  p res e n t s   a  l o w - c o s t   emb e d d e d   p l a t fo rm  i n t e g rat i n g   p h o t o v o l t a i c  (PV )  en erg y   mo n i t o r i n g ,   max i m u m  p o w er  p o i n t   t ra ck i n g   (MPPT ),   an d   In t er n et   o f  T h i n g s   (I o T )  c o mmu n i ca t i o n   f o r  real - t i me  co n t ro l   an d   p erfo rma n ce  ev al u at i o n .   T h e  p r o p o s e d   s y s t em  i s   b u i l t   aro u n d   an   E SP 3 2   mi cro c o n t ro l l er  w i t h   d u a l   I N A 2 1 9   s e n s o rs   a n d   a   cu s t o m - d es i g n ed   D C – D C  b o o s t   c o n v ert er  o p era t i n g   at   2 0   k H z.   T w o   MPPT   s t r at eg i es ,   p er t u r b   an d   o b s erv e  (P&O )  an d   fu zz y   l o g i c  co n t r o l   (FL C),   ar e  i mp l emen t ed   an d   ex p er i men t al l y   co m p ared   u n d er  i d e n t i cal   o u t d o o r  co n d i t i o n s .   E x p eri me n t al   res u l t s   o b t ai n ed   u n d er  n at u ral   i rra d i a n ce  d em o n s t ra t e  t h at   t h e  FL C  ap p ro ach   ach i e v es   fa s t er  c o n v erg e n ce  an d   red u ced   s t ea d y - s t a t e  o s ci l l a t i o n s   co mp ared   t o   P&O .   Sp eci f i cal l y ,   FL C  i mp ro v es   t rac k i n g   effi c i en c y   fro m  8 2 . 5 %   t o   8 4 % ,   red u ce s   d u t y   cy c l e  ri p p l e,   an d   i n crea s es   a v erag e  ex t rac t ed   p o w er  b y   ap p r o x i mat e l y   1 . 5 % .   T h e  s y s t em  a l s o   en a b l e s   real - t i m e  acq u i s i t i o n   o f  I – V  an d   P – V   ch aract er i s t i c s   t h r o u g h   d u t y - cy c l e  s w e e p i n g .   T h e  p ro p o s ed   arch i t ect u re  i n t eg rat e s   s en s i n g ,   co n t r o l ,   a n d   Io T   t e l emet ry   u s i n g   MQ T T   an d   a  T h i n g s Bo ard   d as h b o ard ,   en a b l i n g   co n t i n u o u s   m o n i t o ri n g   w i t h   n eg l i g i b l e   co mmu n i ca t i o n   l a t en c y   rel a t i v e  t o   t h e  MPPT   u p d a t e   p eri o d .   T h i s   w o rk   co n t ri b u t es   a  rep ro d u ci b l e,   l o w - c o s t   t es t b ed   t h at   b r i d g e s   emb ed d e d   co n t ro l ,   p o w er  el ect r o n i cs ,   an d   Io T - b a s ed   mo n i t o r i n g ,   w i t h   p o t en t i al   ap p l i cat i o n s   i n   b o t h   ed u cat i o n   an d   rap i d   p r o t o t y p i n g   o f  s mar t   PV   s y s t e ms .   K e y w o r d s :   E duc a ti ona l  pr otot ype   I nter ne t  of   T hings   L ow - c o s t   M a xim um  powe r   point   tr a c king   P hotovol taic   R e a l - ti me  moni tor ing   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l e  u n d e r   t h e  CC  B Y - SA   l i ce n s e.     C or r e s pon din g  A u th or :   Abde lm a lek  M im ouni   I ntelli ge nt  E lec tr ica l  S ys tems ,   M a ter ials   a nd  C omp one nts   ( S E I M C )   R e s e a r c h  Gr oup,   L a bor a tor y  o f   S pe c tr ometr y  of   M a ter ials   a nd  Ar c ha e omate r ials   ( L ASM AR ) ,   Highe r   S c hool  o f   T e c hnology  M e kne s ,   M oulay  I s mail  Unive r s it y  of   M e kne s   M e kne s   50000,   M or oc c o   E mail:   a bde l. mi mouni @e du. umi . a c . ma       1.   I NT RODU C T I ON   T he   r a pid   global  t r a ns it ion  towa r d   r e ne wa ble  e ne r gy  ha s   incr e a s e d  the  im po r tanc e   of   photovol taic   ( P V)   s ys tems ,   not  only   in  indus tr ial   de ploym e nt  but  a ls o  in  a c a de mi c   e duc a ti on  a nd  r e s e a r c h  [ 1] ,   [ 2] .   W it h   the  incr e a s e d  e mphas i s   on  incor por a ti ng  s us taina bil it y  a nd  digi taliza ti on  int o  e duc a ti ona l  pr o gr a ms   a t  tec hnica l  ins ti tut e s   a nd  unive r s it ies ,   ther e   is   a n  incr e a s e d  ne e d  f or   a c c e s s   to  a f f or da ble   a nd  f unc ti ona l  platf or ms   c a pa ble  of   f a c il it a ti ng  e duc a ti ona l  p r ogr a ms   c onc e r ning  the  f unda menta ls   of   s olar   e ne r gy  c onve r s ion,   togethe r   wi th  e mbedde d  c ont r ols   a nd   I nter ne t   of   T hings   ( I o T ) - ba s e d  da ta  mana ge ment  [ 3] – [ 7] .  How e ve r ,   be c a us e   mos t  a va il a ble  P V  tr a ini ng   kit s   a nd  labor a tor y   s ys tems   a r e   pr ohibi ti ve ly  e xpe ns ive,   pr opr ieta r y,   o r   li mi ted   in   f unc ti ona li ty,   many   e duc a ti ona l  pr ogr a ms   r e ly   pr im a r il y   on   s im ulati on - ba s e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         L ow - c os t  e duc ati onal  pr otot y pe   for   I o T - bas e d  P V   e ne r gy   monitor ing   …   ( A bde lmalek   M imouni )   2283   de mons tr a ti ons   r a ther   than   ha nds - on  e xpe r im e ntation,   pa r ti c ular ly  in  low - r e s our c e   or   de ve lopi ng  e d uc a ti ona l  e nvir onments .   F or   e f f e c ti ve   tea c hing  on  P V   s ys tem  tec hnology,   t he r e   is   a   c a ll   to  d is c us s   how  e lec tr ica l  c onve r s ion,   c ontr ol  a lgor it hms ,   a nd  r e a l - ti me  da ta  r e late   to   e a c h  other   in  a   P V  s ys tem.   At  the   he a d  of   a ny  e ne r gy   s ys tem  e mpl oying  P V   tec hnology   li e s   the  maximum   pow e r   point   t r a c king   ( M P P T )   a lgor it hm ,   whic h  ke e ps   c ha nging   to  maintain   a n  opti mal  ope r a ti ng   point   f or   a   P V   m odule  in   or de r   to   maximi z e   a va il a ble   output   unde r   va r ying   ir r a dianc e   leve ls   a s   we ll   a s   tempe r a tur e   [ 8] ,   [ 9 ] .   C onve nti ona l  M P P T   a lgor i thm s   li ke   the   popular   pe r tur b  a nd   obs e r ve   ( P &O)   method  make   im pleme ntation   s im ple  but  r e s ult   in  os c il lator y  be ha vior s   du r ing  s t e a dy  s tate   c ondit ions ,   thus   a f f e c ti ng  s ys tem  e f f icie nc y   dur ing   dyna mi c   s it ua ti ons   [ 10 ] ,   [ 11 ] .   I ntelli ge nt   M P P T   methods ,   s uc h  a s   f uz z y  logi c   c ontr ol  ( F L C ) ,   mi ti ga te  thes e   c ha ll e nge s   thr ough  dim ini s hing  s tea dy - s tate   r ippl e s   a nd   im pr oving  e ne r gy  e f f icie nc y  [ 12 ] ,   [ 13] .   T he   s pe c if ica ti ons   of   a ny  P V  modul e   include   s hor t  c ir c uit   c ur r e nt   (  ) ,   ope n   c ir c uit   volt a ge   (  ) ,   maximum   powe r   ( ) ,   v olt a ge   a nd   c ur r e nt   a t   maximum   powe r   point s   ( ,  ) ,   a nd  tot a l   e f f icie nc y.   T he s e   va lues   c a n  be   obtaine d  with  r e s pe c t  to  I - V  a nd  P - V  c ur ve s   be ha vior   on  I r r a dianc e   a s   we ll   a s   tempe r a tu r e   f a c tor s .   T he r e f or e ,   ther e   is   a   ne e d  to   plo t  thes e   c u r ve s   to   de ter mi ne   thes e   s pe c if ic  va lues   [ 14] ,   [ 15] .   F ur ther mor e ,   ther e   ha s   be e n  a   pa r a digm   s hif t   withi n  the  I o T   tec hnology  c onc e r ning  e ne r gy   moni tor ing  a nd   mana ge ment  [ 16 ] – [ 18] .   T he   in c or por a ti on  of   I o T   in to  photovol taic   s ys tems   pr ovides   a ugmente d  f unc ti ona li ti e s ,   s uc h  a s   r e a l - ti me  moni tor ing,   int e ll igent  e ne r gy   mete r s ,   r e mot e   c ontr ol  mec ha nis ms ,   a nomaly  de tec ti on,   powe r   pr oduc ti o n  f or e c a s ti ng,   a nd  pr e ve ntative  maintena nc e .   I o T   s ys tem s   c ompr is e   va r ied  c omponents ,   including   da ta  a c qui s it ion  a nd  tr a ns mi s s ion  modul e s   li ke   Ar duino ,   E S P 32,   a nd   R a s pbe r r y  P i  a nd  li gh twe ight   c omm unica ti on   pr o tocols ,   s uc h  a s   M QT T   a nd   HT T P   c omm unica ti o n,   a long   with  c loud  platf o r ms ,   s uc h  a s   T hingS pe a k,   T hings B oa r d,   a nd  Node - R E D  [ 19] – [ 22] .   T he   int e gr a ti on  o f   e ne r gy   mana ge ment  us ing  r e ne wa bles   a nd  I oT   tec hnology  pr ovides   a   unique   oppor tuni ty  to  e mpl oy  mul ti d is c ipl inar y  idea s   withi n  e duc a ti ona l  s tudi e s ,   int e gr a ti ng  e lec tr onics ,   e ne r gy  mana ge ment,   a nd   c omm unica ti on  tec hnology  int o  a c c e s s ibl e   a nd  low - c os t  pr otot ype s .   De s pit e   the   a va il a bil it y  of   s e ve r a l  low - c os t  P V  moni tor ing  s y s tems ,   mos t  e xis ti ng  platf or ms   e it he r   f oc us   s olely   on  da ta  a c quis it ion  without   r e a l - ti me  c ontr ol  c a pa bil it ies   or   im pleme nt  M P P T   a lgor it h ms   without   int e gr a ted  I oT   moni tor ing.   F ur the r mor e ,   f e w   s tudi e s   pr ovide  e x pe r im e ntal  c ompar is ons   of   c las s ica l  a nd  int e ll ige nt  M P P T   tec hniques   unde r   s a me  ope r a ti ng  c ondit ions   on  the  s a me  e mbedde d  platf or m.   T o   a ddr e s s   thes e   li mi tations ,   thi s   wor k  pr opos e s   a   unif ied  e mbedde d  a r c hit e c tur e   int e gr a ti ng  r e a l - ti me  M P P T   c ontr ol ,   high - r e s olut ion  s e ns ing,   a nd  I o T - ba s e d  moni tor ing .   Unl ike  p r e vio us   s tudi e s ,   the   pr opos e d  s ys tem  e na bles   di r e c t  e xp e r im e ntal  c ompar is on  be twe e n  P &O  a nd  F L C   a lgor it h ms   un de r   identica l  ha r dwa r e   a nd  e nvir onmenta l   c ondit io ns .   T he   s tudy  a im s   to  de s ign,   im pleme nt,   a nd  va li d a te  a n  e duc a ti ona l  pr otot ype   that  int e gr a tes   I oT - ba s e d  P V  e ne r gy   moni to r ing   a nd  M P P T   c ontr ol  us ing   low - c os t  ha r dwa r e   a nd   ope n - s our c e   s of twa r e .   C ons tr uc ted  us ing  a   mi c r oc ontr oll e r   ( E S P 32) ,   the  pr opos e d  s ys tem  c ombi ne s   M P P T   a lgor it hm  wi th  r e a l - ti me  da ta  a c quis it ion  thr ough  I NA 219  s e ns or s   to  c on tr ol  a   DC - DC   boos t  c onve r ter ,   a s   we ll   a s   wir e l e s s   da ta   tr a ns mi s s ion  to  a   da s hboa r d  via  the   M QT T   p r otoc ol.   T his   pr otot ype   of f e r s   a n  int e r a c ti ve   a nd   r e pli c a ble  tool   f or   s tudents   a nd  r e s e a r c he r s   to  obs e r ve   P V  pe r f or manc e ,   c ompar e   a nd  e va luate   M P P T   methods ,   a nd  vis ua li z e   e ne r gy  f low   dyna mi c s   in   r e a l - ti me.   I n   a ddit ion,   th e   s ugge s ted  pr otot ype   f a c il it a tes   on - de vice   tr a c ing   of   P - V  a nd  I - V  c ur ve s   us ing  duty   c yc le   modul a ti on   a nd  p lot ti ng  the   r e s ult s   on   M AT L AB .   T hr ough   th is   e du c a ti ona l  pr otot ype ,   lea r ne r s   ga in  d ir e c t  e xpos ur e   to  vit a l   t e c hnica l  knowle dge ,   including   s e ns or   int e r f a c ing,   P W M - ba s e d  c ontr ol,   c loud  c omm unica ti on,   a nd  e ne r gy  e f f icie nc y  a na lys is ,   f os ter ing  both  theor e ti c a l  unde r s tanding  a nd  pr a c ti c a l  c ompete nc e .     T his   wor k   c ontr ibut e s   to   the  f ield  o f   e mbedde d  s ys tem  lea r ning  a nd   r e ne wa ble  e ne r gy  e duc a ti on   in   ke y  wa ys :  i)   E duc a ti ona l  a c c e s s ibi li ty:   C r e a ti ng  a n  inexpe ns ive  P V  moni tor ing  a nd  c ontr ol  s ys te m  us ing  ope n - s our c e   ha r dwa r e   ( E S P 32,   I NA 219,   Ar duino   I DE ,   a nd  T hings B oa r d) ;   ii )   P e da gogica l  i ntegr a t ion:   An  e xa mpl e   of   how  da ta  a c quis it ion,   c ontr ol  a lgo r i thm s ,   a nd  c omm unica ti on - ba s e d  I oT   int e gr a ti on   c a n  be   int e gr a ted  int o   a   s ingl e   pr otot ype   f or   tea c hing  pur pos e s ;   ii i)   P r a c ti c a l  d e mons tr a ti on:  An  e xpe r im e ntal  c ompar is on  of   c las s ica l  M P P T   methods   a nd  int e ll igent  methods   us ing  the  s a me  platf or m,   whic h  wou ld  a ll ow  s tudents   to  moni tor   r e a l - ti me  de c is ions   of   a lgo r it hms ;  a nd   iv)   S c a lable   f r a mew or k:   T his   e xpe r im e ntal  c onf igur a ti on  is   a ls o  s c a lable   f o r   us e   in   c las s r oom  e xpe r im e nts ,   r e s e a r c h  pr ojec ts ,   a s   we ll   a s   in  I oT   wor ks hops   f or   pr ojec ts   r e late d  to  r e ne wa ble  e ne r gy  c onc e pts   in  the  c ontext  o f   S mar t  G r id.       2.   S YST E M   OVE RV I E W   2. 1.     E d u c at ion al  d e s ign   c on c e p t   T he   pr o tot ype   wa s   c onc e ived   a s   a   p r a c ti c a l  lea r nin g  platf o r m  that  b r idges   theor e ti c a l   c onc e pts   of   P V   e ne r gy  c onve r s ion  with   r e a l - wor ld   im pleme ntati on.   I t   wa s   buil t   to   he lp  s tudents   unde r s tand   h ow  da ta  a c quis it ion,   c ontr ol  a lgo r it hms ,   a nd  c omm unica ti o n  pr otocols   int e r a c t  wi thi n  a   c ompl e te   P V  moni to r ing  a nd  c ontr ol  s ys tem.   T he   s e tup  wa s   de s igned  f or   e a s y  r e pli c a ti on  in  a c a de mi c   labs   or   c las s r oom  de mon s tr a ti ons   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   16 ,   No.   5 ,   Oc tober   20 26 :   2282 - 2293   2284   us ing  inexpe ns ive  a nd  wide ly  a v a il a ble  c ompon e nts .   T he   pr otot ype   is   c a pa ble  of   taking  lea r ne r s   out  of   s im ulation  s of twa r e   to  e xpe r im e ntation  a t   a   leve l  invol ving  ha r dwa r e   c omponents ,   r e s ult ing  in  i nc r e a s e d   unde r s tanding  of   s ys tem  be ha vior   a nd   c ontr ol  r e s pons e   unde r   c ha nging  s olar   c ondit ions .     2. 2.     S ys t e m   a r c h it e c t u r e   T he   ove r a ll   s ys tem  a r c hit e c tur e   pr ovides   a   c o mpl e te,   c los e d - loop  e duc a ti ona l  s e tup  that  li nks   ha r dwa r e   c ontr ol,   da ta  a c quis it ion,   a nd  I oT   mon it or ing.   I t   e na bles   us e r s   to  vis ua li z e   the  be ha vio r   of   P V   s ys tems   unde r   va r ying  ir r a dianc e   c ondit ions   whil e   s im ult a ne ous ly  obs e r ving  the  e f f e c t   of   dif f e r e nt  M P P T   s tr a tegie s   on  e ne r gy   e f f icie nc y  a nd   c onve r ter   pe r f or manc e .   T he   pr opos e d  s ys tem  c ons is ts   of   a   DC - DC   boos t  c onve r ter   whic h  c onne c ts   a t  the  input   with  a   phot ovolt a ic  s our c e   a nd  a   load  a t  the  output .   T he   c on ve r ter   is   c ontr oll e d   by  a   c ontr ol   a nd  moni tor   unit .   T his   uni t  is   divi de d   int o  th r e e   leve ls :  da ta  a c quis it ion  leve l,   whic h   c oll e c ts   e lec tr ica l  pa r a mete r s   in  r e a l  ti me  thr o ugh  high  pr e c is ion  I NA 219  s e ns or s ,   c ontr ol  le ve l  that  im pleme nts   the   M P P T   a lgor it hms   to   a djus t   the   du ty  c yc le   f or   e xt r a c ti ng  the   maximum   powe r ,   while   the   I o T   c omm unica ti on  int e r f a c e   moni tor s   the  s ys tem  p e r f or manc e .   All   thes e   leve ls   a r e   ha ndled  by  a   low - c os t   mi c r oc ontr oll e r   E S P 32.   T he   E S P 32   a ls o  s uppor ts   on - de vice   tr a c ing  of   I - V  a nd   P - V  c ur ve s   c omm uni c a te   with   a   laptop  to  log  a nd  plot   s e r ial  da ta  v ia  M AT L AB   e nvir onment.   I n  a ddi ti on,   the   E S P 32   is   c onne c ted  to  a     Wi - F i  ne twor k  to  e na ble  c omm unica ti on  with   the  I oT   s e r ve r   us ing  the   M QT T   p r otocol.   F igur e   1   pr e s e nts   the   pr opos e d  s ys tem  a r c hit e c tur e   block  diagr a m.             F igur e   1.   T he   pr opos e d  a r c hit e c tur e   b lock  diagr a m   a nd  c ir c uit   diagr a m  o f   the   pr otot ype   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         L ow - c os t  e duc ati onal  pr otot y pe   for   I o T - bas e d  P V   e ne r gy   monitor ing   …   ( A bde lmalek   M imouni )   2285   3.   I M P L E M E NT E D  HARD WAR E   COM P ONE NT S   A  ha r dwa r e   a r c hit e c tur a l   de s ign  f o r   the   pr otot y pe   is   ne e de d  to  s tr ike   a   ba lanc e   be twe e n  s pe e d,   c ompl e xit y,   a nd   c os t  e f f e c ti ve ne s s .   F igur e   1   s hows   the   c ir c uit   diagr a m   of   the   pr otot ype ,   whic h  is   de s igned  by   c ombi ning  a   s olar   pa ne l,   de ve loped   DC - DC   boos t  c onve r ter ,   E S P 32   modul e ,   a nd  two  c ur r e nt - volt a ge   s e ns or s   f r om   I NA 219.   All   the  c omponents   ha ve   be e n  c ho s e n  to  make   them   low   in   c os t,   e a s il y  a va il a ble,   a n d  s im ple  to  im pleme nt  f or   tea c hing.   T he   P V  s our c e   is   a   polycr ys talli ne   s olar   pa ne l  of   6  V,   8  W ,   that  s uppli e s   the  de s igned  boa r d  input .   T his   input   is   c onne c ted  to  a   non - i s olate d  boos t  c o nve r ter   that  incr e a s e s   the  volt a ge   to  mee t  the  r e qu ir e ments   of   the  load   while  maintaining   maximum   powe r   thr ough  M P P T   c ontr ol .   As   s hown  in   F igur e   2,   t he   boos t  c onve r ter   c ir c uit   c ons is ts   of   a n  inducto r   ( 200   µ H ) ,   a n  I R F Z 44  M OSF E T ,   a   S c hott ky   Diode   ( 1N58 22) ,   a nd   c a pa c it or s   ( two  e lec tr olyt ic  c a pa c it or s   of   100  µ F ) .   All  of   them  ha ve   be e n  de s igned  to  pr ovide  les s   s witching  los s ,   s maller   output   r ipp le,   a s   we ll   a s   s table   dyna mi c   pe r f or manc e   in   c ha nging  e nvir onmenta l  c ond it ions ,   a s   de s c r ibed  in  [ 23] .   I n  ( 1 )   a nd   ( 2) ,   r e s pe c ti ve ly,   the  v a lues   of   inductor   a nd   c a pa c it or   a r e   given.     =      ( 1)     =       ( 2)     W he r e   ∆   a nd   ∆   a r e   the  c u r r e nt   a nd  volt a ge   r ippl e ,   r e s pe c ti ve ly,     is   the   duty   c yc le,     is   the   s witching   f r e que nc y.     I n  a ddit ion  to  the   c omponent  s e lec ti on,   the   e f f icie n c y  of   the   DC – DC   boos t  c onve r ter   plays   a   c r it ica l  r ole  in  the   ove r a ll   s ys tem  pe r f or manc e .   C onve r te r   e f f icie nc y  c a n  be   e xpr e s s e d  a s   ( 3) :       =         ( 3)     whe r e     a nd     r e pr e s e nt  the  output   a nd  input   powe r   of   the  c onve r ter ,   r e s pe c ti ve ly.   T he   major   s our c e s   of   los s   in  the  c onve r te r   a r e   the   s witching  los s e s   in  the  M OSF E T ,   c onduc ti on   los s e s   in  the   indu c tor   a nd   c a pa c it or s ,   a nd  f or wa r d   volt a ge   d r op  a c r os s   the  diode.   T he   s e lec ted  c omponents   we r e   c hos e n  to  mi nim ize   thes e   los s e s   while  maintaining  low  c os t  a nd  e a s e   o f   im pleme ntation.   I n  pa r ti c ula r ,   the  us e   of   a   S c hott ky  diode  r e duc e s   c onduc ti on  los s e s ,   while  the  s e lec ted  s witc hing  f r e que nc y  of   20  kHz   pr ov ides   a   c ompr omi s e   be twe e n  e f f icie nc y  a nd   dyna mi c   r e s pons e .   T his   de s ign  a p pr oa c h  e ns ur e s   s table   ope r a ti on   unde r   va r ying   ir r a dianc e   c ondit ions   while  r e maining  s uit a ble  f or   e duc a ti ona l  a nd  e xpe r im e ntal  a ppli c a ti ons .   E S P 32  is   a   low - c os t  mi c r oc ontr oll e r ,   whic h   f e a t ur e s   a   dua l - c or e   pr oc e s s or ,   int e gr a ted  W i - F i   a nd  B luetooth  c onne c ti vit y,   a nd  mul ti ple  P W M   c ha nne ls   [ 24] .  T he s e   c a pa bil it ies   make   it   s uit a ble  f or   r e a l - ti me   c ontr ol  a nd   I o T   da ta   c omm unica ti on   withi n   a   c o mpac t  a nd  low - c os t  platf or m.   T wo   high - pr e c is ion  I NA 219   s e ns or s   a r e   us e d  to   mea s ur e   c ur r e nt   a nd   volt a ge   on  both   the   input   a nd   output   s ides   o f   the   c onve r t e r .   E a c h  s e ns or   c omm unica tes   with  the  E S P 32   thr ough   th e   I 2C   int e r f a c e ,   with   unique  a ddr e s s e s   ( 0 × 40  a nd  0 × 44)   a s s igned  to  pr e ve nt  da ta   ove r lap.   T he   s e ns or s   p r ovide  c a li br a ted   mea s ur e ments   of   c ur r e nt ,   vol tage ,   a nd   powe r ,   e na bli ng  a c c ur a te  mon it or ing   of   s ys tem  pe r f or manc e   a nd  a lgor i thm   e f f icie nc y .           F igur e   2.   E qu ivale nt  c ir c uit   of   a   DC - DC   boos t  c onve r ter       4.   S OF T WAR E   I M P L E M E N T AT I ON  AN D  CON T ROL   S T RA T E GY   4. 1.     S ys t e m   p r ogr am m i n g  e n viron m e n t   T he   s of twa r e   f r a mew or k  ha s   be e n  de s igned  us ing  the  Ar duino  int e gr a ted  de ve lopm e nt  e nvir onment  ( I DE ) ,   whic h  p r ovides   a   c onve nient  platf or m  f o r   wr it ing   c ode   to  de bug  the  E S P 32   mi c r oc ontr o ll e r .   T he   E S P 32   is   p r ogr a mm e d   us ing  C + +   ba s e d  ope n - s our c e   li br a r ies   to  im pleme nt  Algo r it hm   1,   including   r e a l - ti me   da ta  c oll e c ti on  f r om   the   ha ndli ng  I NA 219  s e ns or s ,   r unning   the  M P P T   c ontr ol   a lgor it hms   f or   a djus ti ng  duty   c yc le  to  ge ne r a te   the  P W M   s ignal,   a s   we ll   a s   uploading  da ta  to   the   moni tor ing  da s hboa r d   via   M QT T   c omm unica ti on  pr otocols .   S e r ial  c omm unica ti o n  with  M AT L AB   e na bli ng  loca l  da ta  a c quis it ion  a nd  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   16 ,   No.   5 ,   Oc tober   20 26 :   2282 - 2293   2286   vis ua li z a ti on  dur ing   tes ti ng  o r   tr a c ing   the  P - V   a nd  I - V  c ur ve s   of   the   P V   modul e   to   e na ble  s tudents   to   moni tor   how  a lgor it hms   r e s pond  to  di f f e r e nt   ir r a dianc e   leve ls .   All   c ont r ol   a lgo r it hms   we r e   r u n  in   r e a l   ti me ,   a l ong   wit h   a n  o pti mi z e d   s a m pli ng   pe r iod   t o  e ns ur e   that   t he   s ys tem   is   r e s po ns ive   wi thou t   ove r loa ding   the   mi c r oc o ntr o ll e r .     Algor it hm  1 .   Algo r it hm  i mpl e mente d  on  E S P 32       Include libraries, define and initialize variables and objects;   Check sensors communication;     Connect to Wi - Fi network;     Connect to the MQTT broker;     Loop   function       Data_Reading function:       V_pv, I_pv, P_pv ← V, I, P values → INA219 sensor;       V_load, I_load, P_load ← V, I, P values → INA219 sensor;       MPPT_Algorithm function:                if   P_O  then           P_O algorithm;           end           if   FLC  then         FLC algorithm;           end           if    I - V_P - V_Tracer  then         Duty_Cycle Sweeping;           end       if   publish time  then         if   failed to connected  then           Reconnect function;         end         Publish data to the MQTT broker;       end   Wire transmission of data;     end     4. 2.     P e r t u r b   an d   ob s e r ve   algorit h m   T he   pe r tur b  a nd  obs e r ve   ( P &O)   a lgo r it hm  wa s   im pleme nted  a s   the  ba s e li ne   M P P T   tec hnique  be c a us e   of   it s   s im pli c it y  a nd  wide   us e   in  e duc a ti ona l  a nd  indus tr ial  a ppli c a ti ons .   T he   a lgor it hm  w or ks   by   pe r iodi c a ll y  pe r tur bing  the  c onve r ter ’ s   duty  c yc le  a nd  obs e r ving  the  r e s ult ing  c ha nge   in  output   powe r .   I f   the  powe r   incr e a s e s   a f ter   the   pe r tu r ba ti on,   the  a djus t ment  c onti nue s   in   the  s a me  di r e c ti on;  i f   it   de c r e a s e s ,   the  pe r tur ba ti on  dir e c ti on  is   r e ve r s e d.   T his   it e r a ti ve   pr oc e s s   e na ble s   the  s y s tem  to  tr a c k  the  maximum   powe r   point   ( M P P )   but  c a n  lea d  to  s mall  os c il lations   a r ound  it   dur ing  s tea dy - s tate   c ondit ions   [ 25] ,   [ 26] .  F igur e   3   pr e s e nts   the  P &O  a lgor it hm   logi c ,   whic h  c onti nu ous ly  mea s ur e s   the  P V  volt a ge   a nd  c u r r e nt,   c om putes   the  ins tanta ne ous   powe r ,   a nd  upda tes   the  P W M   duty   c yc le  ge ne r a ted  with  a   20   kHz   s witching  f r e que nc y.           F igur e   3.   P &O   a lgor it hm   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         L ow - c os t  e duc ati onal  pr otot y pe   for   I o T - bas e d  P V   e ne r gy   monitor ing   …   ( A bde lmalek   M imouni )   2287   4. 3.     F u z z y  logi c   c on t r ol  ( F L C)   As   a   s uppleme nt  to  the  c las s ica l  method,   the  F L C   a lgor it hm  wa s   a ls o  de ve loped  to  de mons tr a te  a n   int e ll igent  M P P T   pr oc e dur e   that   doe s   not   r e qui r e   a   mathe matica l  model  o f   the  P V  s ys tem.   T he   c ontr ol   a lgor it hm  take s   2  input   pa r a mete r s ,   e r r or   ( )   a nd  c ha nge   in  e r r or   (  ) ,   whic h  a r e   de f ined  a s   the  s lope  a nd   the  va r iabili ty  o f   the  P - V  c ha r a c ter is ti c s   o f   the   P V   mo dule.   T he   c ont r ol  a lgo r it hm   then  p r oduc e s   the  ou tp ut  (  ) ,   whic h  is   the  c ha nge   in  the  duty   c yc le.   E qua ti ons   ( 4 )   a nd  ( 5 )   s how  the  de f in it ion  e xpr e s s ion  of   the  inp uts   ( )   a nd   ( )   with  s a mpl ing   ti mes   k  [ 13] ,   [ 27 ] .     ( ) = ( ) − ( − 1 ) ( ) − ( − 1 )   ( 4)      ( ) = ( ) − ( − 1 )     ( 5)     whe r e   ( )   a nd   ( )   a r e   r e s pe c ti ve ly  the  powe r   a nd  the   volt a ge   of   the  P V  pa ne l.   T he   f uz z y  c ontr ol  pr oc e s s   c ons is ts   of   thr e e   main  s t a ge s :  f uz z if ica ti on,   inf e r e nc e ,   a nd  de f uz z if ica ti on,   a s   pr e s e nted  in  F igur e   4.   Dur ing  f uz z if ica ti on,   th e   input   va r iable s     a nd     a r e   c onve r ted  int o   li ngui s ti c   va r iable s   us ing  f ive  tr iangula r   membe r s hip   f unc t ions :  ne ga ti ve   big   ( NB ) ,   ne ga ti ve   s mall   ( NS) ,   z e r o  ( Z E ) ,   pos it ive  s mall  ( P S ) ,   a nd  pos it ive  big   ( P B ) .   T he s e   membe r s hip  f unc ti ons   we r e   s e lec ted  to  pr ovide  a   ba lanc e   be twe e n  c ontr ol  r e s olut ion  a nd  c omput a ti ona l   e f f i c ienc y  s uit a ble  f or   r e a l - ti me  im pleme ntation   on  th e   E S P 32 .  T he   inf e r e nc e   e ngine  is   ba s e d  on  the  M a mdani  me thod  a nd  e mpl oys   a   r ule  ba s e   c ompos e d  of   25  r ules .   T he s e   r ules   a r e   de s igned  to  r e f lec t  the  nonli ne a r   be ha vior   of   the  P V  s ys tem  a nd  to  guide  the  ope r a ti ng  poin t  towa r d  the  M P P .   E a c h  r ule  de f ines   the  r e lations hip  be twe e n  the  input s   ( ,  )   a nd  the  output   (  ) ,   e na bli ng   a da pti ve   a djus tm e nt  of   the  duty   c yc le  unde r   c ha n ging  c ondit ions .   F inally ,   the   de f uz z if ica ti on   s tage   us e s   the  c e ntr oid  ( c e nter   of   gr a vit y )   method   to   c onve r t   th e   a ggr e ga ted  f uz z y   output   int o  a   c r is p  c ont r ol  s ig na l.   T his   method  e ns ur e s   s moot h  tr a ns it ions   in  the   duty  c yc l e   a nd  c ontr ibut e s   to   r e duc ing  os c il lations   a r ound   th e   M P P .           F igur e   4.   F uz z y  logi c   c ontr ol   s tr a tegy       4. 4.     Dat a   Ac q u is it ion   an d   I oT   in t e gr at ion   I n  a ddit ion   to   the  c ont r ol   logi c ,   the   E S P 32   c onti n uous ly  c oll e c ts   volt a ge   a nd   c ur r e nt   f r o m  both   the   P V  input   a nd  c onve r ter   ou tput ,   then  c omput e s   powe r   a nd  duty  c yc le  va lues .   T he   E S P 32  c omm unic a ti on  with   a   laptop  pr ovides   loca l   r e a l - ti me  da ta  vis ua li z a ti on  a nd  s tor a ge   in   ti mes tampe d  C S V  f i les   f or   s ubs e que nt  a na lys is   us ing  the  M AT L AB   e nvir onment.   T he s e   e na ble  a n  a c quis it ion  r outi ne   f or   on - de vice   tr a c in g  of   P - V  a nd  I - V  c u r ve s   by   incr e menta ll y   s we e ping  the   c onve r ter   du ty   c yc le  f r om   0   to   0. 95 ;   thi s   r outi ne   c a n   be   ini ti a ted  with   a   s e lec ti on  s witch.   T he   E S P 32  c on ne c ts   to  a   W i - F i  ne twor k   a nd   tr a ns mi ts   J S ON - f o r matted  mea s ur e ments   tele metr y  to  the  T hings B oa r d  platf o r m  us ing  M QT T   pr otocol .     T hings B oa r d  is   a n  ope n - s our c e   I oT   platf or m  tha t  s uppor ts   de vice   c onne c ti vit y,   da ta  a c quis it ion,   pr oc e s s ing,   vis ua li z a ti on,   r ule - ba s e d  a utom a ti on,   a nd   de vice   mana ge ment   [ 28] .   I t   a ll ows   c omm unica ti on  thr ough  wide ly  us e d  I oT   pr otocols   s uc h  a s   M QT T ,   C oAP,   a nd   HT T P ,   a nd  c a n  ope r a te  wi th  S QL ,   No S QL ,   or   hybr id  da taba s e   a r c hit e c tur e s .   T he   platf o r m  is   a v a il a ble  in  thr e e   de ploym e nt  opti ons :  the  f ul ly  ope n - s our c e   C omm unit y  E dit ion ,   the  f e a tur e - r ich   P r of e s s ional  E dit ion ,   a nd   a   c loud - ba s e d  platf or m - as - a - s e r vice   ve r s ion.   I n  the   pr e s e nt  wor k ,   the  C omm unit y   E d it ion   wa s   a dopted  f or   im pleme nti ng   the  moni tor ing   int e r f a c e .   T his   e dit ion  pr ovides   ti me - s e r ies   plot s   a nd  la s t  va lue   c a r ds   f or   quick  s tatus   c he c ks ,   with  widge ts   that  s uppor t  z oomi ng,   r a nge   s e lec ti on,   a nd  e xpor t   o f   his tor ica l  da ta  f or   pos t - lab  a na lys is .   T he   f r a mew or k   de ve loped  uti li z ing  the   M QT T   c omm unica ti on   pr otocol   f o r   d a ta  tr a ns mi s s ion  hinges   on   the  publi s h - s ubs c r ibe  model,   in   whic h  the   E S P 32   a c ts   a s   the   publi s he r   a nd   the   de s igned  da s hboa r d  on   the   T hings B oa r d   platf or m  s e r v e s   a s   the   s ubs c r iber ,   a s   s hown  in  F igur e   5.   T he   r e a l - ti me  a na lys is   e na ble s   the  lea r ne r s   to  tr a c k  the  dyna mi c   va r iation  of   s ys tem  va r iable s ,   unde r s tand  tr e nds ,   a nd  a na lyz e   the  pe r f or manc e   of   a lgor it h ms   thr ough  the  d e s igned   da s hboa r d.   T he   de s igned  f r a mew or k   e nha nc e s   c r uc ial  lea r ning   c onc e pts   r e late d  to   da ta  a c quis it ion,   c omm unica ti on  pr otocols ,   a nd   vis ua li z a ti on  on  c lo ud  platf or ms .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   16 ,   No.   5 ,   Oc tober   20 26 :   2282 - 2293   2288       F igur e   5.   M QT T   c omm unica ti on  p r otocol  a r c hit e c t ur e       5.   E XP E RI M E NT AL   S E T UP   F igur e   6   pr e s e nts   the   e xpe r im e ntal   va li da ti on   s e tup  of   the   pr opos e d  s ys tem.   T he   pr otot ype   wa s   e va luate d  unde r   na tur a l  s unli ght  us ing  a   c ompac t  be nc h  that  include s   the  P V  modul e ,   c us tom   DC - DC   boos t  c onve r ter ,   va r iable   r e s is ti ve   load,   a s   we ll   a s   the  E S P 32  mi c r oc ont r oll e r   a nd  I NA 219  s e ns or s   a t  the  c ontr ol - s e ns ing  boa r d.   E va luation  mea s ur e ment  e quipm e nt  c ompr is e d  a   digi tal  mul ti mete r ,   a n  os c il los c ope   f or   wa ve f or m  ins pe c ti on,   a nd  lux  mete r   f or   c ontextu a li z ing  ope r a ti ng   c ondit ions .   S e r ial   loggi ng   to   M AT L AB   s uppor ted  gr ound - tr uth   vis ua li z a ti on  a longs ide   th e   I o T   da s hboa r d.   T o   ke e p  the   de s ign  r e pr oduc ibl e   f or   lab   c our s e s ,   the  c us tom   boos t  s tage   us e d  wide ly  a va il a ble  pa r ts :  a   S c hott ky  diode  ( 1N5822) ,   a   200  µ H  i nduc tor ,   two  100   µ F   e lec tr olyt ics ,   a nd   a   low - R ds ( on)   M OSF E T   ( I R F Z 44) .   T his   s e lec ti on  pr ovides   low  r i pple  a nd  s table   tr a ns ient  be ha vior   a t  modes t  c os t,   a ppr opr iate   f or   s tudent  buil ds .   T a ble  1  s umm a r ize s   the  e xpe r im e ntal  c ondit ions .             F igur e   6.   E xpe r im e ntal  va li da ti on   s e tup  of   the  pr o pos e d  s ys tem       T a ble  1.   E xpe r i menta l  c ondit ions   P a r a me te r   V a lu e   P V  pa ne l   6V  /  8W   I r r a di a nc e   N a tu r a l  s unl ig ht  ( ~ 600 – 900 W /m ²)   T e mpe r a tu r e   A mbi e nt  ( ~ 25 – 30°C )   S a mpl in g t im e   100 ms   S w it c hi ng f r e que nc y   20 kHz   L oa d   V a r ia bl e  r e s is ti ve   D ur a ti on   ~ 15 – 20 mi n pe r  t e s t       6.   RE S UL T S   AN D  DI S CU S S I ON   I n  the  c ur r e nt  c onf igu r a ti on,   the  I - V  a nd  P - V  c ha r a c ter is ti c s   a r e   ge ne r a ted  by  va r ying  the  c onve r ter ’ s   duty  c yc le  with   the  P V  pa ne l   s ti ll   a tt a c he d   to  th e   boos t  c onve r ter .   T he   r e s ult ing  c ha r a c ter is ti c s ,   s hown  in   F igur e   7 ( a ) ,   we r e   r e c or de d  unde r   the   e xpe r im e nta l  tes t   c ondit ions   a nd   us e d  to   identi f y   the   maximu m  powe r   point ,   whic h   wa s   late r   a dopted  a s   a   r e f e r e nc e   f o r   e va luating  the  M P P T   a lgor it hms .   Ove r a ll ,   the  c u r ve s   f oll ow   the  typi c a l  be ha vior   of   a   photovol taic   modul e ,   wit h  a n  e xtende d  qua s i - c ons tant  c ur r e nt  r e gion  f oll owe d  by  a   c lea r   kne e   point .   B a s e d   on   th e   I – V   c u r ve ,   the   s hor t - c ir c uit   c u r r e nt   wa s   e s ti ma ted   to   be   a pp r o xim a te ly     1. 5 – 1 . 55   A ,   w he r e a s   the   c ur r e nt   a pp r oa c he d   z e r o   a t   a n   o pe n - c i r c ui t   vo lt a ge   of   a bou t   6 . 5 – 7   V .   T he   c or r e s pond ing   P – V  c ur ve   pr e s e n ts   a   s ing le   a nd   we l l - de f in e d  maxi mum   a r ou nd     ≈   5   V  a nd      ≈   1 . 34   A ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         L ow - c os t  e duc ati onal  pr otot y pe   for   I o T - bas e d  P V   e ne r gy   monitor ing   …   ( A bde lmalek   M imouni )   2289   yield ing      ≈   6 . 7   W .   How e ve r ,   thi s   c ha r a c ter iza ti on  method  ha s   a n  inher e nt  li mi tation:   be c a us e   the  s w e e p   wa s   pe r f or med  thr ough  duty - c yc le  va r iation  while  the  pa ne l  r e maine d  c oupled  to  the  boos t  c onve r ter ,   the  tr ue   ter mi na l  ope r a ti ng   li mi ts   of   the  P V   modul e   c o uld  not  be   f ull y   r e a c he d.   T he r e f or e ,   I s c   a nd   Voc   we r e   de ter mi ne d  s e pa r a tely  thr ough  indepe nde nt  mea s ur e ments .   T he   M P P T   i mpl e menta ti on  r e s ult s   we r e   logge d  a nd  a na lyze d  in  M AT L AB   unde r   identica l  ir r a dianc e   a nd  load  c ondit ions .   F igur e   7( b)   p r e s e nts   a   c ompar is on  of   the  duty  c yc les   c omput e d  on  the  E S P 32  f or   the   F L C   a nd  the  P &O   method.   B e c a us e   the  duty  c yc le  gove r ns   e ne r gy  t r a ns f e r   in   the  boos t  c onv e r ter ,   it s   tempor a l  be ha vior   r e f lec ts   e a c h  c ontr oll e r ’ s   a bil i ty  to  tr a c k  the  M P P   in  r e a l  ti me.   T he   F L C   s e tt les   mor e   r a pidl y  a nd  maintains   a   mar ke dly  s maller   s tea dy - s tate   os c il lation,   indi c a ti ng  f a s ter   c onve r ge nc e   a nd  lowe r   r ippl e .   B y  c ontr a s t,   P &O  e xhibi ts   pe r s is tent  pe r tur ba ti on  c yc les ,   whic h  c a n  r e duc e   e ne r gy  e f f icie nc y  a nd  incr e a s e   c umul a ti ve   s witching  s tr e s s   on  the  powe r   s tage .           ( a )   ( b)     F igur e   7.   E xpe r im e ntal   ( a )   I - V  a nd   P - V  c ha r a c ter is ti c s ,   a nd  ( b )   duty   c yc le  c ompar is on       T o  qua nti tatively  e va luate   the  pe r f or manc e   of   t he   im pleme nted  M P P T   a lgor it hms ,   s e ve r a l  ke y  pe r f or manc e   met r ics   we r e   de f ined.   T he   tr a c king   e f f icie nc y  ( )   is   e xpr e s s e d  a s   the  r a ti o   be twe e n  t he   e xtr a c ted  powe r   a nd  the  theor e ti c a l  maximum   po we r   a va il a ble  f r om  the  P V   modul e   ( 6)   a nd  the  s tea dy - s tate   r ippl e   wa s   c ons ider e d  to  a s s e s s   the  s tabili ty  of   the   c ontr ol  a lgor it hm   a r ound   the  M P P ,   de f ined   in  ( 7 ) .     =             ( 6)      =  −   × 100   ( 7)     whe r e     r e pr e s e nts   the  mea s ur e d  output   powe r   unde r   M P P T   ope r a ti on  a nd    c or r e s ponds   to  the   maximum   powe r   obtaine d   f r om   the  I - V/P - V  c ur ve   tr a c ing.   F igur e   8 ( a )   s hows   that  both   methods   a djus t  the   P V  output   volt a ge .   F L C   maintains   the  ope r a ti ng  point   ne a r   the  M P P   with   lowe r   r ippl e   a nd  high e r   s tabili ty.   F igu r e   8( b )   pr e s e nts   the  output   pow e r .   P &O   int r oduc e s   lar ge r   f luctua ti ons   ne a r   the   M P P ,   whil e   F L C   r e a c he s   s tea dy  ope r a ti on   f a s ter   a nd   de li ve r s   a   mo r e   c onti nuous   powe r   pr of il e .   F L C   yields   s tr onge r   pe r f or manc e   be c a us e   it   li mi ts   los s e s   a nd  s uppor ts   unif or m   e ne r gy  e xtr a c ti on .   T he   r e s ult s   indi c a te   that   F L C   pr ovides   h igher   pr e c is ion  a r ound   the  M P P .   T he   F L C   a lgor it hm  mana ge d  to   a tt a in   a n  a ve r a ge   e f f icie nc y  of   t r a c king  o f   84 % ,   whic h   is   much   higher   than   the  P &O   a lgor it hm’ s   82. 5 % .   I n  a ddit ion,   f r om   the  r e s ult ,   th e   F L C   de mons tr a ted  a n  a ve r a ge   powe r   ga in  of   1. 5% .   T he   s tea dy  s tate   r ippl e   is   a nother   mea s ur e   of   the  s tabili ty  of   the  c ont r ol  s c he mes .   T he   P &O   a lgor it hm   ha s   a   r ippl e   of   a bout  1. 8 % ,   whe r e a s   the  F L C   method  ha s   a   r ippl e   of   jus t  0. 5 % ,   ind ica ti ng  be tt e r   s tabili ty  a nd  les s   os c il lations   a r ound  the  M P P .   M P P T   tr a c king  e f f icie nc ies   r e por ted  in   the  l it e r a tur e   a r e   mo r e   than   90%   in   c ontr oll e d  lab   c ondit ions   us ing   high - pr e c is ion  s e ns or s   a nd  s table   s our c e s   of   i r r a dianc e   [ 8] ,   [ 29] ,   [ 30] .  I n   c ontr a s t,   the  r e s ult s   r e po r ted  in   our   pa pe r   ( 82 . 5%   f or   P &O   a nd  84%   f o r   F L C )   a r e   lowe r   due   to  the   l ow - c os t   e mbedde d  platf or m  us e d,   the  ve r y  s mall  r e s olut io n  of   the  I NA 219  s e ns or s ,   a nd  ir r a dianc e   a nd  tem pe r a tur e   nor maliza ti on  in   outdoo r   e xpe r i ments .   F ur ther ,   th e   r e a l - wor ld  e nvi r onment  p r e s e nts   va r iabili ty   that   is   o f ten  not  pr e s e nt  in   c ontr oll e d   s ys tems .   De s pit e   thes e   c ons tr a int s ,   the  p r opos e d  s ys tem  pr ovides   c ons is tent  a nd  r e li a ble  c ompar a ti ve   r e s ult s ,   de mons tr a ti ng  the  e f f e c ti ve ne s s   of   the  F L C   a lgor it hm  in  im pr oving  s tabili ty  a nd   e ne r gy  e xtr a c ti on  withi n   a   pr a c ti c a l  a nd   low - c os t  im pleme ntation  f r a mew or k .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   16 ,   No.   5 ,   Oc tober   20 26 :   2282 - 2293   2290   B y  e xe c uti ng  both   a lgor it hms   on   the   s a me  plat f or m,   the   s tudents   will   be   a ble  to   c ompar e   a nd  c ontr a s t  the  pe r f or manc e s   unde r   s im il a r   c ondit ion s .   S pe c if ica ll y,   they   will   be   a ble  to   obs e r ve   a nd  s tudy  the  manne r   in  whic h   F L C   he lps   in  r e duc ing   s tea dy - s tate   os c il lations ,   e nha nc e s   the  r a te  of   c onve r ge nc e ,   a nd   s us tains   s upe r ior   pe r f o r manc e s   unde r   s udde n  c ha nge s   in  i r r a dianc e .   T he   int e gr a t ion  o f   I o T   f unc ti ona li ti e s   e na bles   r e a l - ti me  s upe r vis ion,   a nomaly  de tec ti on,   a nd  pr e ve nti ve   maintena nc e ,   ther e by  e nha nc ing  op e r a ti ona l  e f f icie nc y  a nd  c ontr ibu ti ng  to   longer   s ys tem  li f e ti me  thr ough  mor e   e f f e c ti ve   e ne r gy  mana ge ment.   F igur e   9   il lus tr a tes   the  de ve loped   c us tom   da s hboa r d,   whi c h  pr ovides   a   c ompl e te   vis ua li z a ti on   int e r f a c e ,   i nc ludi ng  time - s e r ies   c ha r ts   f or   volt a ge ,   powe r ,   c ur r e nt ,   a n d  duty  c yc le  mea s ur e ments   a nd  c a r ds   dis playing  the  late s t  va lues   of   the  moni tor e d   pa r a mete r s .   B y  inco r por a ti ng  thi s   I o T   laye r ,   the   e xpe r im e ntal  pr ot otype  is   tr a ns f or med  int o  a n  int e ll igent  moni to r ing  platf o r m  that  a ll ows   s tudents   to  obs e r ve ,   a na lyze ,   a nd  int e r a c t  with  s ys tem  be ha vior   in  r e a l  t im e .         ( a )   ( b)     F igur e   8.   P &O   a nd  F L C   a lgor it hm   e xpe r im e ntal  r e s ult s :  ( a )   volt a ge   c ompar is on  a nd   ( b)   powe r   c ompar is on           F igur e   9.   M onit or ing   da s hboa r d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         L ow - c os t  e duc ati onal  pr otot y pe   for   I o T - bas e d  P V   e ne r gy   monitor ing   …   ( A bde lmalek   M imouni )   2291   T he   va li d a ti o n   s e tu p   us e s   a   l ow - c os t ,   ope n - s our c e   plat f or m   t ha t   b r i ngs   to ge the r   P V   da ta   a c qu is it ion ,   M P P T   c on tr o l ,   a nd   I o T - ba s e d   mon it o r in g.   S t ude n t s   c a n   view   r e a l - ti m e   I – V   a n d   P – V   mea s u r e me nts ,   a nd   t he   s ys tem   inc ludes   bo th   P &O   a nd   F L C   M P P T   metho ds   to   a ll ow   s t r a igh tf or wa r d   c ompa r is on   of   the ir   pe r f or manc e .   A   de d ica ted   I o T   lay e r   ha ndles   c on ti nuous   mo nit o r i ng   a nd   da ta   lo ggi ng   wi thou t   dis r u pti ng   the   c ont r ol   loop .   B e c a us e   the   p r oto type   r e li e s   on   c om monl y   a va i lable   ha r dwa r e   a n d   ope n - s our c e   too ls ,   it   is   e a s y   t o   r e p r oduc e   a nd   wo r ks   we ll   f or   labo r a t or y   c ou r s e s   a n d  pr o jec t - ba s e d   lea r ning .   H owe ve r ,   a t   t he   a c qu is it i on   s tage ,   thi s   im p leme n tati on  us e s   s e ns or s   tha t  c a n   on ly  w or k   on  a   s mal l - s c a le  P V  s ys te m ,   wh ich  is   a   li mi t i ng  f a c to r   dur i ng  va li da t ion  on  hig he r   powe r   s c e na r ios .   T he   i mpl e me ntat ion   doe s   no t  i nc lu de   i r r a dia ti o n  a n d  t e mper a tu r e   s e ns or s ,   whi c h  play   c r uc ial   pa r ts   dur ing   no r ma li z a ti on   p r oc e s s e s   on   P - V   a nd   I - V  c ur v e s   to   a s s e s s   M P P T   r e s ult s   on  va r ying   ope r a t ing   c ond it i ons .   I mp r ove m e nts   on   f utu r e   i mpl e men tati ons   c ou ld  incl ude   s c a li n g  up  thi s   s ys tem  to   hi ghe r   c a pa c it ies   whi le  inco r po r a t ing   o th e r   powe r   s our c e s   t o  f a c i li tate   mi c r o - g r id   va li d a ti o n.       7.   CONC L USI ON   T h is   s t ud y   de s c r ib e d   t he   de s i gn ,   de ve lo pm e n t ,   a n d   e xp e r i men ta l   va l ida t io n   of   a   l ow - c os t ,   ope n - s o u r c e   p r ot o ty pe   tha t   in te g r a t e s   P V   s e ns in g ,   M P P T   c o ntr o l ,   a nd   I o T   mo ni to r in g   o n   a n   E S P 32   wi t h   d ua l   I N A2 19  m e a s u r e men t .   T h e   p la tf o r m   e na bl e s   t he   c on t r o l ,   s e ns in g ,   a n d   m on i to r in g  o f   da ta .   T his   p r o vi de s   r a pi d   t r a c i ng   of   I - V   a nd   P - V   c u r ve s ,   s im ul ta ne o us   c om pa r is o n   a nd   e va lu a t io n   o f   P & O   a nd   f uz z y   M P P T   c on t r o l .   I n   a d di t io n ,   t he   I o T   i nt e g r a ti on   a ll ows   r e a l - t im e   v is u a l iza t io n   b y   a   d e s i gn e d   da s hb oa r d   o n   the   T h in gs B o a r d   pl a t f o r m ,   e na bl in g  p e r c e pt io n   a n d   r e p r od uc t i on   o f   a bs t r a c t   c onc e p ts   i n  b o th   p owe r   e lec t r o n ics   a n d  da ta   a c qu is it io n .   T he   p r o t ot yp e ’ s   e xp e r i men ta l   v a l id a t i on   u nd e r   na tu r a l   s un li gh t   e xh ib i te d  f a s t   a n d  s ta b le   t r a c i ng   a n d   e v i de n t   c on t r o l   d is ti nc t io ns ,   w he r e   t he   f uz z y   M P P T   c on tr o l  im p r o ve d  bo th   r i pp le   a nd   f a s t   r e s po ns e   t im e s   c o mp a r e d   w it h  P &O   o n  th e   s a me  a r c h it e c t u r e .   T he   p r o pos e d   s ys t e m   p r o to ty pe ,   a p a r t   f r o m   f il li ng   t he   e x is t in g   ga p   be tw e e n   m on it o r i ng   a n d  c on t r o l  l a y e r s   of   P V   s ys te ms ,   is   c a p a b le   a n d   us e f ul   i n   de m o ns t r a t in g   th e   f e a s i bi li t y   of   i n teg r a t in g   a d va n c e d  c o nt r ol  a lg o r i th ms   a n d   I o T   p la t f o r ms   on   r e s o u r c e - c ons t r a ine d   a r c h it e c tu r e s .   B e yo nd   i ts   e du c a ti on a l   va l ue ,   th e   p r op os e d  s ys t e m   o f f e r s   a   s c a l a b le   f r a mew o r k   f o r   r a p id   p r o to t yp in g   o f   s ma r t   P V   m on i to r in g   s ys te ms .   F u tu r e   w o r k   wi ll   f o c us   o n  in te g r a ti ng   e nv i r o nme n ta l  s e ns o r s ,   im p r o v in g  mea s u r e me nt   a c c u r a c y ,   a n d   i nc o r po r a t in g  a dv a nc e d  M P P T   te c h ni qu e s   s uc h   a s   hy b r i d   a nd   mac hi ne   lea r ni n g - ba s e d   a pp r oa c he s .       AC KNOWL E DGM E N T S   T he   f i r s t  a uthor   is   g r a tef ul   f or   the   s uppor t  g iven  b y  the  Na ti ona l   C e nter   f or   S c ientif ic   a nd  T e c hnica l  R e s e a r c h  ( C NR S T )   in  the  f r a mew or k   of   the   " P hD   As s oc iate   S c holar s hip – P ASS "   P r ogr a m.       AU T HO R  CONT RI B U T I ONS   S T AT E M E N T   T his   jour na l   us e s   the  C ontr ibut o r   R oles   T a xo nomy  ( C R e diT )   to   r e c ognize   indi vidual   a uthor   c ontr ibut ions ,   r e duc e   a utho r s hip  dis putes ,   a nd  f a c il it a te  c oll a bor a ti on.       Nam e   of   Au t h or   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   A b d el ma l ek   Mi m o u n i   ✓   ✓   ✓   ✓           ✓     ✓         Yous s e f   C ha he t     ✓     ✓           ✓             Aume ur   E l   Amr a ni   ✓       ✓     ✓         ✓     ✓   ✓     M oha med  Az e r oua l     ✓     ✓     ✓         ✓     ✓       M oha med  E l  Amr a oui     ✓         ✓         ✓     ✓       L a hc e n  B e jj it             ✓             ✓         C   :    C onc e pt ua li z a ti on   M   :    M e th odol ogy   So   :    So f twa r e   Va   :    Va li da ti on   Fo   :    Fo r ma l  a na ly s is   I   :    I nve s ti ga ti on   R   :    R e s our c e s   D   :   D a ta  C ur a ti on   O   :   W r it in g  -   O r ig in a l  D r a f t   E   :   W r it in g  -   R e vi e w  &   E di ti ng   Vi   :    Vi s ua li z a ti on   Su   :    Su pe r vi s io n   P   :    P r oj e c t  a dmi ni s tr a ti on   Fu   :    Fu ndi ng a c qui s it io n         CONF L I CT   OF   I NT E RE S T   S T AT E M E N T   Author s   s tate   no  c onf li c t   of   int e r e s t.       DA T A  AV AI L A B I L I T Y   D a t a   a v a i la bi l it y   is   no t   a pp li c a bl e   t o   t his   pa pe r   a s   no  n e w   da ta   w e r e   c r e a te d   o r   a na l yz e d   i n   t h is   s t ud y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.