Návrh autonomního senzorového uzlu pro monitorování okolního prostředí s možností napájení pomocí energie z okolí

Abstract

Tato diplomová práce pojednává o návrhu senzorového uzlu k měření parametrů okolního prostředí. Dalšími jeho funkcemi je možnost odesílání dat pro vzdálený monitoring a získávání energie z okolí (energy harvesting), díky kterému může být senzorový uzel provozován čistě autonomně, tedy bez potřeby servisního zásahu člověka. Nejprve jsou porovnány zdroje energie z okolí a z nich vybrán ten, který je pro tento výrobek nejvhodnější, tzn. v tomto případě fotovoltaický článek. Energie z něj je efektivně využita za pomoci pro tuto práci navrženého obvodu MPPT – energy harvesteru. Dále jsou představeny komunikační technologie. Vhodnými kandidáty jsou sítě z kategorie LPWAN (Low Power Wide Area Network) a po zvážení všech parametrů je vybrána technologie LoRaWAN. Zkonstruovaný senzorový uzel je následně umístěn do speciálně pro tento účel na 3D tiskárně vyrobeného pouzdra. Testování probíhalo v reálných venkovních podmínkách po dobu několika týdnů. Popsáno je také IT řešení umožňující provozování webové stránky zobrazující aktuální naměřená data včetně jejich názorné vizualizace s využitím nástroje pro vykreslování grafů.

This diploma thesis focuses on designing a sensor node intended to measure properties of surrounding environment. Its further functions are wireless data transmission capability and energy harvesting, thanks to which sensor node can be operated purely autonomously, without human intervention e.g., battery replacement. Firstly, alternative sources of energy from surrounding environment are compared and for this purpose photovoltaic cells are chosen, because they are the best suited for this task. Power from photovoltaic cells is used in the most efficient way thanks to MPPT circuit, energy harvester designed specifically for this work. Further, technologies for communications are introduced. Appropriate candidates for this purpose are LPWAN (Low Power Wide Area Networks) and after considering all parameters, LoRaWAN technology is chosen. Designed sensor node is placed into 3D printed case, specifically made for this work. Testing was conducted in real outside environment in span of few weeks. Described is also IT solution capable of showing illustrative means of displaying newest measured data in form of graphs, this task is done by a tool for creating graphs.