Energy scavenging per sensore ultra low power
Creators: name: Ceruti, Stefano
Publisher: name: Scuola Universitaria della Svizzera Italiana (SUPSI)
Year: 2024
Subjects: sensor
energy harvesting

description: Questo progetto si concentra sulla progettazione e implementazione di un sistema di sensori autonomo per applicazioni IoT, utilizzando tecniche di energy harvesting per garantire l'indipendenza dalla rete elettrica. L'obiettivo principale è stato quello di creare un dispositivo capace di raccogliere, elaborare e trasmettere dati ambientali in modo autonomo, sfruttando fonti energetiche rinnovabili come l'energia solare. Il sistema sviluppato comprende diversi sensori, tra cui il sensore di luce ambientale LTR329, il sensore di qualità dell'aria ZMOD4510, e il sensore BME280 per la misurazione della temperatura, pressione e umidità, tutti interfacciati tramite I2C con un microcontrollore ESP32-C6 dotato di modulo WiFi integrato. Durante il processo di sviluppo, è stata data particolare attenzione all'ottimizzazione del consumo energetico dei componenti selezionati, adottando strategie di gestione della potenza avanzate e modalità di operazione a basso consumo per estendere la durata della batteria e massimizzare l'efficienza energetica. I risultati sperimentali hanno evidenziato che il sensore di luce ambientale LTR329 funziona correttamente nelle condizioni di illuminazione normale, ma richiede una calibrazione ulteriore per garantire precisione in condizioni di luce estremamente bassa. Il sensore di qualità dell'aria ZMOD4510, sebbene efficace nella rilevazione di gas nocivi, ha mostrato instabilità nella comunicazione I2C con il microcontrollore, suggerendo la necessità di miglioramenti nel firmware per ottimizzare la trasmissione dei dati. Il sensore BME280 ha dimostrato elevate prestazioni nella misurazione della temperatura e umidità, mentre le letture della pressione atmosferica necessitano di ulteriori verifiche per garantire dati validi. ____ Per un possibile lavoro futuro si consiglia un lavoro sull'affinamento dei moduli di comunicazione e sulla minimizzazione dell'uso energetico per migliorare ulteriormente l'efficienza e l'affidabilità del sistema. This project focuses on the design and implementation of an autonomous sensor system for IoT applications, utilizing energy harvesting techniques to ensure independence from the electrical grid. The primary goal was to create a device capable of autonomously collecting, processing, and transmitting environmental data by leveraging renewable energy sources such as solar power. The developed system includes various sensors, such as the LTR329 ambient light sensor, the ZMOD4510 air quality sensor, and the BME280 sensor for measuring temperature, pressure, and humidity, all interfaced via I2C with an ESP32-C6 microcontroller equipped with an integrated WiFi module. During the development process, special attention was given to optimizing the energy consumption of the selected components by adopting advanced power management strategies and low-power operation modes to extend battery life and maximize energy efficiency. Experimental results indicated that the LTR329 ambient light sensor functions correctly under normal lighting conditions but requires further calibration to ensure accuracy in extremely low light conditions. The ZMOD4510 air quality sensor, while effective in detecting harmful gases, showed instability in I2C communication with the microcontroller, suggesting the need for firmware improvements to optimize data transmission. The BME280 sensor demonstrated high performance in measuring temperature and humidity, although the atmospheric pressure readings require further verification to ensure valid data. For future work, it is recommended to focus on refining the communication modules and minimizing energy use to further enhance the efficiency and reliability of the system.