我可以在家中的何处收集能量来为无线传感器供电?

物联网 智能家居 传感器 能量消耗 可持续性
2021-05-29 22:19:34

我正在阅读这篇关于物联网能量收集的文章“自供电无线传感器节点的五个构建块”(在IoT Meta上共享)。

它列出了一些可收集的能源,例如:

  • 热能
  • 振动能量

我计划实施一些原型,收获设备以探索可能性。获取一些关于我家可以收集多少能量的实验数据。目前,我正在尝试确定我家中可以放置和有效使用这些能量收集器的可能位置。

我想到的:

  • 也许可以在浴室的洗衣机上安装振动能量收集器危险的环境,因为湿度可能很高,因此需要适当的保护。
  • 热能收集器可以放置在厨房烤箱附近
  • 热能收集器可以放置在卧室加热元件附近

我应该在公寓的哪些其他部分放置更多的收割机进行试验?

例如,微波炉可以成为可能的来源或其他常用的厨房用具吗?

我的浴室上方(公寓内)有一个电锅炉,所以也许通向浴室的热水管也是很好的来源。

还能有什么?是否有更多可能在家中收集振动能量?

4个回答

门!!!

我不知道这是否在您的问题范围内,但您无法想象打开/关闭门会浪费多少精力!

1970 年创作的一部名为Gaston Lagaffe 的法国连环漫画介绍了一个人,他利用开门的能量来压榨橙子、打印图片、煮咖啡……

编辑,多亏了 Olivier Dulac 的评论,我无需阅读我所有的加斯顿收藏就能找到该条!如果来自我的翻译但我无法翻译最后一张图片,这是一个法语双关语,关于当我们生气时我们会精神错乱。

加斯顿漫画


为了留在您的问题范围内,我正在考虑一些情况:

  • 脚步声?在人们最常走的地方的一块牌匾上收集振动:入口,你放外套的地方,靠近 Kinect 运动场。
  • 计算机、服务器:收集热量。
  • 使用热水屋顶板制作室外锅炉(当然您需要房东的同意)并收集热量。
  • 充电鞋!

太阳能甚至在室内也可以替代热能和振动能收集。这种室内光伏使用自然光和人造光。

关于无线传感器网络室内光能量收集的可行性(Carlos Carvalho 和 Nuno Paulino)讨论了衰减自然照明的室内光能量收集。作者描述了平均功率为 11.51 µW 的低功率无线传感器节点的供电。这种低平均功率水平是通过每小时仅进行一次传输的系统的非常低的占空比来实现的。

无线传感器网络太阳能收集器的尺寸(村田应用说明 M1002)比较了不同的环境能源:

Energy_Source_Power_Level_Table

显然,在室内环境中使用环境光会产生比其他光源更低的回报,但它仍然适用于某些用例。

虽然对我的问题有很多有价值的答案,但我也对这个话题做了一些进一步的研究。

我找到了一个额外的收集解决方案,也是一个关于无线、太阳能供电的传感器节点的很好的参考设计,不使用电池。


首先是德州仪器的附加方法,称为射频开关采集技术(视频值得一看,射频开关部分从2:29开始。)它基于磁开关,其结构如下图所示。

射频开关采集模型

在图中红色的是用户将按下的开关部分。我们里面有一个磁铁,有两个磁极。这是通过这个核心创造一个磁场回到另一个极。

当用户拨动开关时,您可以看到字段发生变化。它通过核心向相反的方向移动。我们从麦克斯韦方程组知道,通过这些绕组的磁场变化会产生电流。这是我们可以收获和利用的能量。

开关产生的交流电流需要转换为可以为电容器充电的直流电流。然后存储在电容器中的能量可用于为低功耗无线 MCU 供电。

远程开关 - 电源解决方案曲线和流程

TI 实际上已经意识到这一点,他们能够为无线 MCU 提供 21 毫秒的足够能量。

能量收集图和视觉设置


参考设计是一个太阳能骰子,它可以将加速度计的数据无线传输到智能手机。该解决方案不使用电池并且非常紧凑。值得阅读或浏览提供的测试数据、原理图等文档。

这是我的一个想法,我会在这里扔掉......

似乎应该可以拥有一个小型设备,您只需将电源线缠绕几次(或将设备缠绕在电源线上,我不确定是哪个)。当“主机”设备通电并且有电流流动时,电源线上的“寄生虫”就会通电——显然不会太多。但是,也许足以定期向某个接收器发送带有 ID(如 MAC 地址)的无线“ping”。这会给你带来一个传感器,它会在“哑”设备打开时告诉你。根据 ping 的频率,您甚至可以推断哑设备使用了多少功率。

由于该机制简单且价格低廉,并且无需监管部门批准即可插入主电源(UL/CE 等),因此可能有人可以以每包约 5 美元的目标价格出售这些设备。当你得到足够多的东西时(这就是拥有很多东西的重点),机器学习系统可以了解你的习惯:吹风机开着,大约 30 分钟就可以睡觉了。打开咖啡机,打开收音机……诸如此类。而且您不必购买价格是 5 美元传感器 30-40 倍的智能吹风机或咖啡机,即可获取使用数据。