Esta plataforma emplea técnicas de recolección de energía (energy harvesting) para extender el ciclo de vida de los sensores aumentando la autonomía de sus baterías de manera que se minimice la necesidad de realizar operaciones de mantenimiento sobre el sistema. Se trata de un sistema ciberfísico con capacidad de sensar y comunicar inalámbricamente con otros módulos o plataformas similares para prestar servicios en la industria 4.0 y operar en la nube. Se han desarrollado mejoras en las redes inalámbricas de sensores complejas y autoalimentadas instaladas en entornos industriales severos (sometidos a temperaturas superiores a 50oC, vibraciones, campos electromagnéticos…). Este proyecto se centra en sistemas inalámbricos diseñados para la medición y tratamiento de la señal medida (i.e., procesado en el dominio de la frecuencia mediante FFT, algoritmos de notificación y alerta por alarmas, etc.).
Estos sistemas presentan unas necesidades energéticas y de procesamiento mayores que los que únicamente realizan mediciones a bajas frecuencias, por eso estos resultados se podrían extrapolar a otros sistemas de monitorización del IoT o de la Industria 4.0.
Los objetivos de este proyecto son:
- Desarrollar una plataforma modular hardware/software de redes de sensores inalámbricos autoalimentados orientados a la industria 4.0, de bajo coste y bajo consumo.
- Aprovechar los entornos industriales severos para obtener energía residual con la que alimentar los nodos mediante técnicas de captación de energía (energy harvesting) para proveer la auto alimentación de los sensores o la extensión de la autonomía de sus baterías.
- Minimizar el mantenimiento necesario para reemplazar baterías.
Se ha diseñado y desarrollado un sistema de energy harvesting termoeléctrico. Este sistema consta de una batería recargable de Ion-Litio, dos células Peltier Laird UT 15-200 colocadas en serie y un chip de gestión energética BQ25570 de Texas Instruments. La tensión de entrada proveniente de los transductores (células Peltier) se eleva y regula para ofrecer una tensión de alimentación de salida estable y almacenar la energía sobrante en la batería recargable. Esta batería proporciona potencia de salida cuando la potencia de entrada procedente del transductor termoeléctrico es insuficiente. Se emplean para ello dos células Peltier Laird UT 15-200 en serie, de dimensiones 4 x 4,4 cm y 3,5 mm de grosor cada una.
Para maximizar el ciclo de vida de los sensores es preciso, no sólo cargar lo máximo posible la batería del sensor, sino también minimizar todo lo posible su consumo. Para ello se ha optimizado el software embebido, minimizando las operaciones realizadas, minimizando las comunicaciones inalámbricas y facilitando configuraciones de ahorro energético. Se han desarrollado funcionalidades de cambio remoto de configuraciones y de reducción de consumo energético.
También se ha desarrollado un software de simulación y configuración que permite cambiar remotamente la configuración de los sensores y simular su comportamiento. Esta herramienta es especialmente relevante para el telecontrol que evita el tener que acceder a la planta e interrumpir o perturbar los procesos productivos de la industria. Incluye una aplicación de escritorio para Lectura/Escritura de parámetros, un gemelo digital para poder simular y probar determinadas funcionalidades y configuraciones sin tener que interactuar con el hardware, y una aplicación cloud de monitorización.
Se han desarrollado las pruebas de validación del diseño y posteriormente se han fabricado y validado las nuevas versiones de los nodos y sensores en entornos similares a la planta piloto (temperaturas >50oC).
