Development of a wireless sensing platform for the real time remote monitoring of sea level

Traditional tide-gauge installations used for sea-level monitoring are accurate but often expensive, power-hungry, and limited to fixed locations with suitable infrastructure. Many coastal areas, lagoons, rivers, and temporary observation sites lack the possibility of hosting such equipment, which restricts the spatial and temporal coverage of environmental data. This project addresses that gap by developing a compact and low-power sensing platform capable of autonomously measuring underwater pressure and providing real-time sea-level information in locations where conventional instrumentation is impractical or impossible to deploy. The proposed system integrates an MS5803 digital pressure and temperature sensor with an STM32WL55 microcontroller, which combines embedded processing capabilities and a sub-GHz LoRa radio within a single chipset. The device acquires raw pressure data, applies sensor-specific calibration coefficients, and produces temperature-compensated pressure readings suitable for conversion into water-level estimates. A dedicated firmware layer manages the full acquisition chain, packet formatting, low-power scheduling, and periodic uplink transmission over LoRaWAN. The resulting data is delivered to The Things Network, enabling remote monitoring without the need for wired communication or local infrastructure. Extensive laboratory tests were performed to validate sensor behavior, confirm the correctness of the compensation algorithms, and assess wireless transmission reliability. Controlled water-column experiments demonstrated stable and repeatable pressure measurements, while field communication tests confirmed long-range LoRaWAN coverage and robust end-to-end connectivity. The results show that a low-cost embedded platform can provide dependable real-time sea-level measurements, offering a practical alternative for environmental monitoring scenarios where traditional tide-gauges are not feasible.

Le installazioni mareografiche tradizionali garantiscono misure accurate del livello del mare, ma sono spesso costose, energicamente impegnative e richiedono infrastrutture stabili per essere operative nel lungo periodo. Molte aree costiere, lagunari e fluviali non dispongono delle condizioni necessarie per ospitare tali strumenti, limitando così la possibilità di ottenere dati ambientali continui e distribuiti sul territorio. Questo lavoro si inserisce in tale contesto e propone lo sviluppo di una piattaforma di misura compatta e a basso consumo, capace di rilevare la pressione idrostatica e fornire informazioni sul livello dell’acqua in tempo reale nei siti in cui la strumentazione convenzionale non può essere utilizzata. Il sistema progettato integra un sensore digitale MS5803 per la misura di pressione e temperatura con un microcontrollore STM32WL55, dotato di capacità di elaborazione embedded e di una radio LoRa operante in banda sub-GHz. Il dispositivo acquisisce i dati grezzi del sensore, applica le opportune compensazioni tramite coefficienti memorizzati nel PROM e ricava valori di pressione corretti e affidabili. Un firmware dedicato gestisce l’intera catena di acquisizione, la formattazione dei pacchetti, le routine di risparmio energetico e la trasmissione periodica tramite LoRaWAN verso The Things Network, permettendo il monitoraggio remoto senza la necessità di collegamenti cablati o infrastrutture locali. La validazione sperimentale ha compreso test in laboratorio con colonne d’acqua controllate per verificare la stabilità delle misure e la correttezza degli algoritmi di compensazione, insieme a prove di comunicazione wireless per valutare l’affidabilità della trasmissione a lungo raggio. I risultati hanno evidenziato misure di pressione stabili e ripetibili, una conversione coerente in stime del livello dell’acqua e una comunicazione LoRaWAN robusta, dimostrando che una piattaforma embedded a basso costo può costituire una soluzione efficace per il monitoraggio ambientale in tempo reale in contesti dove l’installazione di mareografi tradizionali non è praticabile.