Sobriété énergétique des capteurs. Wireless charging et Récupération d'énergie ambiante

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"Sobriété énergétique des capteurs, Wireless charging et récupération d'énergie ambiante" Wi6labs conçoit et développe des réseaux de capteurs sécurisés, sans fil, et de faible consommation pour les applications où l'accès à l’énergie et au réseau sont difficiles. Dans nos villes et bâtiments, l'illusion de l’énergie bon marché et aisément accessible est un leurre. Il est nécessaire de dépasser cette idée pour appréhender le défi énergétique lié à l'explosion annoncée du nombre d'objets connectés. Pourquoi est-il important de concevoir des capteurs à faible consommation énergétique? Il est fondamental d'apporter des réponses à cette question avant d'aborder le sujet du "comment faire". Le bon sens est un bon début pour concevoir des systèmes sobres énergétiquement. Les techniques, issues pour la plupart de l'industrie de la téléphonie mobile, existent, sont matures, et permettent de développer des solutions embarquées peu énergivores. Demain, les technologies de récupération d’énergie ambiante permettront de s'affranchir totalement de batteries et piles. Cette présentation esquisse des recettes pour concevoir des systèmes intelligents et sobres énergétiquement. Les techniques et différentes normes de chargement par induction seront ensuite expliquées. Enfin, dans une dernière partie, je présenterai les pistes explorées par wi6labs pour assurer l'autonomie énergétique de ses réseaux de capteurs.

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  • 1. Sminaire Pracom 12 Juin 2014 Ulrich Rousseau @ulrichrousseau Ulrich.rousseau@wi6labs.com Sobrit nergtique desSobrit nergtique des capteurs Wireless charging etcapteurs Wireless charging et Rcupration d'nergie ambianteRcupration d'nergie ambiante
  • 2. TempratureTemprature IntrusionIntrusion nergienergie PollutionPollution BruitBruit HumiditHumidit Rseau de capteurs sans fil,Rseau de capteurs sans fil, faible nergie et scurisfaible nergie et scuris
  • 3. Micro Controller Bluetooth Low Energy Temperature sensor Mesh Network Bluetooth LE Low power Micro controller MOTION MEMS ENVIRONMENTAL MEMS PROXIMITY SENSOR Radio extension Long Range ACOUSTIC MEMS Wi6SmartSensorsWi6SmartSensors
  • 4. ScalabilitScalabilit RadioRadio EnergieEnergie ScuritScurit ServiceService Multi distances Connectivit IP Plateforme Intgration systme Simulation Gestion Systme Rcupration dnergie Couches ISO MAC/IP/AP L'offre Wi6labsL'offre Wi6labs
  • 5. L'illusion de lnergie abondante et bon marchL'illusion de lnergie abondante et bon march Crdit photo: Patrick McGarvey https://www.flickr.com/photos/intamin10/1816239395/ 2022: 50 objets connects par foyer (1)2022: 50 objets connects par foyer (1) 25M foyer en France25M foyer en France 1875 oliennes1875 oliennes
  • 6. Ncessite d'une stratgie systmeNcessite d'une stratgie systme De l'argile, nous faisons un pot, mais c'est le De l'argile, nous faisons un pot, mais c'est le vide l'intrieur qui retient ce que nous voulons vide l'intrieur qui retient ce que nous voulons Lao-TseuLao-Tseu
  • 7. Un sous ensemble HardwareUn sous ensemble Hardware NumriqueNumrique RF / AnalogiqueRF / Analogique ContrleContrle RservoirRservoir Un sous ensemble LogicielUn sous ensemble Logiciel Une topologie rseauUne topologie rseau Un environnementUn environnement Rseau de capteurs:Rseau de capteurs: Un systme embarqu complexeUn systme embarqu complexe
  • 8. HardwareHardware ApplicationApplication EnvironnementEnvironnement Simulation: Dimensionner le systmeSimulation: Dimensionner le systme
  • 9. Slectionner le composant HW adquatSlectionner le composant HW adquat BOM VS MIPS VS Pw VS Envt
  • 10. RXSensibilit RxSensibilit Rx Minimiser TxMinimiser Tx L'importance des choix RFL'importance des choix RF
  • 11. Dormir le plus possibleDormir le plus possible
  • 12. Topologie rseauTopologie rseau Scheduling / BeaconScheduling / Beacon SniffingSniffing Adaptative powerAdaptative power Quelle Stratgie?Quelle Stratgie?
  • 13. Cloud Exprimentation terrain: Open Energy Data Compteur2 Compteur4 Compteur3 Compteur6 Compteur1 Compteur5 Compteur8 Compteur7 Capteur Wi6Labs Passerelle Kerlink Tl-relve et partage de la consommation lectrique
  • 14. Technologies et standardsTechnologies et standards Wireless ChargingWireless Charging
  • 15. Induction Magntique Principe: un metteur envoie une forte puissance lectromagntique, un rcepteur la capte et l'utilise comme nergie. Implmentation facile - BF CEM Objet mtallique = rcepteur Danger potentiel Alignement metteur / rcepteur Et aprs?: Qi V1.2.4 multimode inductif / rsonnant
  • 16. Rsonance magntique ou lectrique Principe: un metteur fait raisonner une bobine a une frquence prcise, un rcepteur sensible cette frquence converti comme nergie. metteur et rcepteur utilisent la mme frquence de rsonance Libert spatiale - Rendement Risque de perturbation lectromagntique Bluetooth Low Energy Et aprs?: Guerre des standards?
  • 17. Photovoltaque Pizolectrique Thermolectrique Charge Circuit de rcupration et de charge nergie ambiante Stockage Crdit photo: Diogo Martinshttps://www.flickr.com/photos/quarenta/2876309035// Rcupration dnergie ambianteRcupration dnergie ambiante
  • 18. Sources de rcupration d'nergie ambiante (2) 0 10 20 30 40 50 60 PV outdoor 2000 PV indoor 100 Th humain 60 Th industriel 2000 Meca humain 4 Meca machine 800 RF GSM 0,1 RF Wifi 0 Energie Efficacit X50
  • 19. Technologies mergentes (3)Technologies mergentes (3) Mcanique: Vibration - mems Pulse Thermique: Pyro electrique Thin Film - mems Thermo electric Source: MEMS - Emerging Energy Harvesting Devices
  • 20. Photovoltaque?Photovoltaque? Source: National Renewable Energy Laboratory (NREL), Golden, CO
  • 21. Batterie VS SuperCap (4)Batterie VS SuperCap (4) Densit dnergie VS Puissance disponibleDensit dnergie VS Puissance disponible Nombre de cycleNombre de cycle Techno vs BOMTechno vs BOM Energy Density & Power Density of Energy Storage Technologies Image from Wiki Commons StockageStockage
  • 22. Juin 2014 Merci Note: 1. Home and health devices controlled by apps on the rise- BY NATASHA BAKER Reuter 2. Energy Harvesting Is Ready For The Big Time - BY Nancy Friedrich MicroWaves&RF 3. Emerging Energy Harvesting Devices by Yole Development 4. Storage Wars: Batteries VS. Supercapacitors - Santiago Miret Crdit Photo: Flickr: Gregory Tonon - Eigirdas - Emmanuel25 - Christian Schnettelker - Cameron - Merlijn Hoek - JasonBrown2013 - Diogo Martins - Ville Miettinen - Mary Crandall - MyStuart Wikimedia: Stan Zurek (raster) - National Renewable Energy Laboratory (NREL), Golden, CO Icon : www.visualpharm.com