Design and development of wireless sensor node and power consumption characterization
Creators: name: Βερύκιος, Παναγιώτης Ανδρέα
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Ασύρματος αισθητηριακός κόμβος
Συγκομιδή ενέργειας από το περιβάλλον
Κατανάλωση ισχύος
Wireless sensor nodes
Energy harvesting
Power consumption

description: This thesis is focused on the design and development of a wireless sensor node (WSN), that is powered by energy harvested energy. The developed node has also been tested regarding the power consumption in order to define the energy autonomy that can be achieved with certain Photovoltaic cells and batteries. Low-power hardware system design among with low power firmware development, extends lifetime of battery powered devices. In combination with an efficient energy harvesting solution for the energy intake, the energy autonomy can be further extended especially in rechargeable battery powered based wireless sensor nodes. A prototype of a wireless sensor has been designed and manufactured. Firmware routines have been developed. The system periodically wakes up from sleep mode and takes measurements from some environmental sensors and then process the accordingly in order to calculate some values related to indoor conditions monitoring. The measurements and the calculated values are then transmitted to a steady node via BLE. The system is powered by a rechargeable battery which is charged via the energy provided by a photovoltaic cell through an energy harvesting power management chip which provides also the power rail for the components of the system. The steady node keeps the log files with the received values in order to monitor the operation in time. The testing process includes both power consumption measurements in different modes of operation (idle, sleep, data acquisition, wireless transmission) as well as energy autonomy tests. The energy autonomy achieved with certain photovoltaic panels and batteries has been tested by testing how much time is required for the battery to deplete.
description: Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας έγινε ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός ασύρματου αισθητηριακού κόμβου ο οποίος χρησιμοποιεί της συγκομιδή ηλιακής ενέργειας από το περιβάλλον για την τροφοδοσία του. Ο κόμβος που κατασκευάστηκε μετρήθηκε η κατανάλωση ενέργειας του σε διαφορετικές λειτουργίες έτσι ώστε να προσδιοριστεί η ενεργειακή αυτονομία που μπορεί να έχει με συγκεκριμένη μπαταρία. Ο σχεδιασμός ηλεκτρονικών συστημάτων χαμηλής κατανάλωσης σε συνδυασμό με την ανάπτυξη ειδικού λογισμικού για την πιο αποδοτική, από άποψη κατανάλωσης, λειτουργία τους, επεκτείνουν την διάρκεια ζωής τους. Σε συνδυασμό με ένα αποδοτικό τρόπο συγκομιδής ενέργειας από το περιβάλλον η ενεργειακή αυτονομία των αισθητηριακών κόμβων που χρησιμοποιούν επαναφορτιζόμενες μπαταρίες , τους μπορεί να διευρυνθεί περαιτέρω. Το πρωτότυπο που σχεδιάστηκε κατασκευάστηκε και έγινε έλεγχος της λειτουργίας του. Το σύστημα ξυπνά ανά διαστήματα και παίρνει μετρήσεις από κάποιους περιβαλλοντικούς αισθητήρες και τις επεξεργάζεται ανάλογα έτσι ώστε να υπολογίσει κάποια μεγέθη που έχουν σχέση με τον περιβαλλοντικό έλεγχο και τις στέλνει ασύρματα . Η μπαταρία φορτίζεται μέσω ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος διαχείρισης της ισχύος. Ένας σταθερός κόμβος κρατάει τις τιμές που λαμβάνει έτσι ώστε να μπορεί να παρατηρηθεί η μεταβολή των τιμών στο χρόνο. H ενεργειακή αυτονομία που επιτυγχάνεται με συγκεκριμένα φωτοβολταϊκά πάνελ και συγκεκριμένη μπαταρία έχει ελεγχθεί καταγράφοντας πόσος χρόνος χρειάζεται για να αδειάσει εντελώς η μπαταρία.