Design of a battery-free wireless sensor node

Abstract

Redes de sensores sem fios são hoje em dia utilizadas numa grande variedade de aplicações, o que justifica o facto de que os sensores que as constituem sejam igualmente diversificados. Ainda assim, quase todos eles dependem de baterias, as quais ficam sem carga normalmente muito antes do fim de vida dos restantes componentes. Para além disso, o tamanho da baterias é neste momento um impeditivo à redução do tamanho dos sensores. Uma forma de contornar estes problemas consiste em retirar as baterias dos dispositivos e em alternativa captar a energia das ondas electromagnéticas radiadas por uma fonte colocada próxima destes. Neste documento descrevem-se em detalhe um sensor sem fios projectado para captar energia de ondas rádio a 866.6MHz e a respectiva antena. Além de ser passivo, o sistema proposto é também programável, uma vez que o sensor integra um microcontrolador de uso geral, e inclui um conector de 50 e uma interface para depuração e expansão, composta por um total de 26 pinos. Em termos de performance prática, o sistema proposto á capaz de executar tarefas relacionadas com comunicação e processamento atá um máximo de 4.1 metros de distância de uma antena transmissora a operar dentro das limitações impostas pelas entidades reguladoras locais, no que diz respeito a potência.

Wireless sensor networks are currently of primary importance in a multitude of applications, and therefore, it comes as no surprise that there are many types of sensor nodes as well. Yet, almost all of them operate on batteries that normally deplete long before the predicted life span of basically all the other hardware components. Not only that, the large size of the batteries is indeed actually preventing sensor nodes from becoming smaller. One way of overcoming the drawbacks related to batteries is to remove them and harvest all the necessary energy from electromagnetic waves being radiated by a nearby source. In this document, a wireless sensor node designed to harvest energy from radio waves at 866.6MHz and its antenna are proposed and described in detail. In addition to being passive, the proposed system is also programmable, given that the sensor node includes a general-purpose microcontroller, and features a 50 port, and an interface for debugging and expansion, comprised of a total of 26 pins. Lastly, with regards to practical performance, the proposed system is able to carry out communication and processing tasks at up to a distance of 4.1 meters away from a transmitter antenna radiating within the limits imposed by local regulatory entities, with respect to power.