Kablosuz algılayıcılarımı çalıştırmak için evimde nerede enerji harcayabilirim?

IoT’de enerji harcaması hakkında “Kendinden Beslemeli Kablosuz Sensör Düğümlerinin Beş Yapı Bloğu” ( Meta ile paylaşılıyor) adlı bu makaleyi okudum .

Örneğin birkaç hasat edilebilir enerji kaynağını listeler:

• Termal enerji
• titreşim enerjisi

Olanakları keşfetmek için bazı prototipler üretip, cihazları toplamayı planlıyorum. Evimde ne kadar enerji harcanabileceği ile ilgili deneysel veriler elde etmek. Şu anda evimdeki bu enerji toplayıcıların yerleştirilebileceği ve verimli bir şekilde kullanılabileceği olası noktaları belirlemeye çalışıyorum.

Düşündüğüm şey:

• Belki banyodaki çamaşır makinesine titreşimli bir enerji toplayıcı takılabilir . Nem oranı oldukça yüksek olabileceğinden riskli ortamlar bu nedenle uygun koruma gereklidir.
• Mutfakta fırının yanına termal enerji toplayıcı yerleştirilebilir .
• Termal enerji toplayıcıları , yatak odalarındaki ısıtma elemanlarının yanına yerleştirilebilir .

Dairenin başka hangi kısımlarını denemeler için biçer döverler yerleştirmeliyim?

Örneğin, bir mikrodalga fırın olası bir kaynak veya sık kullanılan diğer mutfak aletleri olabilir mi?

Banyomun üstünde (dairenin içinde) elektrikli bir kazanım var, bu yüzden belki de banyoya akan sıcak su boruları da iyi kaynaklar.

Orada başka ne olabilir? Bir evde titreşim enerjisi toplamak için daha fazla olasılık var mı?

KAPILAR !!!

Sorunuzun kapsamına girip girmediğini bilmiyorum ama bir kapıyı açmanın / kapatmanın boşa harcanan enerjisini hayal bile edemezsiniz!

1970 yılında yazılan Gaston Lagaffe adında bir Fransız çizgi roman şeridi portakal basmak, resim basmak, kahve yapmak, ...

EDIT , Olivier Dulac'ın yorumu sayesinde tüm Gaston koleksiyonumu okumak zorunda kalmadan şeridi bulabildim! Eğer benden çeviri ancak son resmi çeviremiyorum, sinirlendiğimizde kendimizi rahatsız eden şeyler hakkında Fransızca bir ceza.

Sorunuz kapsamında kalmak için bazı senaryoları düşünüyorum:

• Ayak sesleri? İnsanların en çok yürüdüğü bir plakla titreşimi toplamak: giriş, katlarınızı koyacağınız yer, bir Kinect oyun alanının yakınında.
• Bilgisayarlar, sunucular: ısılarını toplarlar.
• Sıcak su çatı panelleri kullanarak bir dış kazan yapın (tabii ki ev sahibinizin anlaşmasına ihtiyacınız var) ve ısıyı toplayın.
• Orada şarj ayakkabılar!

Güneş enerjisi iç mekanlarda bile termal ve titreşimli enerji hasata bir alternatiftir. Bu iç mekan fotovoltaikleri, hem doğal ışığı hem de yapay ışığı kullanır.

Kablosuz Sensör Ağları İçin İç Mekan Işık Enerjisi Hasatının Fizibilitesi Üzerine (Carlos Carvalho ve Nuno Paulino), zayıflatılmış doğal aydınlatmanın iç mekan ışık enerjisi toplamasını tartışmaktadır. Yazarlar, ortalama 11.51 µW güç seviyesine sahip düşük güçlü bir kablosuz sensör düğümünün gücünü açıklamaktadır. Bu düşük ortalama güç seviyesi, sadece her saat başı bir iletim yapan sistemin çok düşük bir devir döngüsüyle elde edilir.

Kablosuz Sensör Ağları için Güneş Enerjisi Toplayıcılarının Boyutlandırılması (Murata Uygulama Notu M1002) farklı ortam enerji kaynaklarını karşılaştırır:

Açıkça kapalı bir ortamda ortam ışığının kullanılması diğer kaynaklardan daha düşük bir geri dönüş sağlar, ancak yine de bazı kullanım durumlarında işe yarayabilir.

Soruma çok değerli cevaplar verirken, konu hakkında biraz daha araştırma yaptım.

Pil kullanmadan ek bir hasat çözümü ve kablosuz güneş enerjisi ile çalışan bir sensör düğümü hakkında harika bir referans tasarımı buldum.

İlk olarak, RF Switch hasat tekniği olarak adlandırılan Texas Instruments'tan ek yöntem . (Video izlemeye değer, RF anahtar kısmı 2: 29'da başlar.) Aşağıdaki görüntüde yapının görülebildiği bir manyetik anahtara dayanır.

Buradaki kırmızı çizimde kullanıcının iteceği anahtar kısmı. İçinde iki kutuplu bir mıknatıs var. Ve bu, çekirdekten diğer kutba geri dönen bir mıknatıs alanı yaratıyor.

Kullanıcı düğmeyi çevirdiğinde, alanın değiştiğini görebilirsiniz. Çekirdek boyunca ters yöne gider. Ve Maxwell denklemlerinden, bu sargılar boyunca manyetik alandaki bu değişimin bir akım üreteceğini biliyoruz. Bu, toplayıp kullanabileceğimiz enerjidir.

Anahtar, bir kapasitör şarj edebilen DC akımına dönüştürülmesi gereken bir AC akımı üretir. Ardından, kapasitörde depolanan enerji düşük güçte bir kablosuz MCU’ya güç vermek için kullanılabilir.

TI aslında bunu gerçekleştirdi ve kablosuz MCU için 21 milisaniye için yeterli enerji sağlayabildiler.

Referans tasarımı, bir akselerometrenin verilerini bir akıllı telefona kablosuz olarak aktarabilen bir Solar Zar . Çözüm, pil kullanmıyor ve oldukça kompakt. Sağlanan test verilerini , şemalarını ve diğer belgeleri okumanıza veya taramanıza değer .

Bu, benim buraya attığım bir fikir ...

Şebeke güç kablosunu birkaç kez sarmanız gereken küçük bir cihaza sahip olmanız mümkün gibi görünüyor (veya cihazı güç kablosunun etrafına sarın, hangisinden emin değilim). "Ana bilgisayar" cihazı açıldığında ve akım akarken, güç kablosundaki "parazit" enerjilenir - açıkçası değil. Ancak, bazı alıcılara periyodik olarak bir ID (MAC adresi gibi) kablosuz "ping" göndermek için yeterli olabilir. Bunun size ne sağlayacağı "aptal" cihazlar ne zaman açılsa size söyleyebilecek bir sensör. Ping'lerin sıklığına bağlı olarak, dilsiz cihazın ne kadar güç harcadığını bile görebilirsiniz.

Mekanizma basit ve ucuz olacağından ve şebeke elektriğine (UL / CE vb.) Takmak için hiçbir yasal onay gerektirmediğinden muhtemelen birileri bunları her biri ~ 5 $ hedef fiyatla paketler halinde satabilir. Bunlardan yeterince aldığınızda (bu çok fazla olması gereken nokta olacaktır), bir makine öğrenme sistemi alışkanlıklarınız hakkında bir şeyler öğrenebilir: Saç kurutma makinesi açık, yatmadan önce muhtemelen ~ 30 dakika. Kahve makinesi açık, radyoyu aç ... böyle bir şey. Ve sadece bu kullanım verilerini elde etmek için 30-40 kat daha fazla 5 $ sensör kadar mal akıllı bir saç kurutma makinesi veya kahve makinesi satın almak zorunda değilsiniz.

Rezonans frekanslarını oldukça dikkatli bir şekilde araştırmanız gerekmesine rağmen, radyatörler bir titreşim kaynağı olmalıdır (pompadan tahrik edilir).

Anahtarlara kinetik enerji hasadı yapmak da mümkündür , ancak bu hayal ettiğiniz kullanım şekli olmayabilir.

Denklemin diğer tarafı, bir iletim için ne kadar enerjiye ihtiyacınız olduğunu belirlemektir, bu da size kaçak / bekleme drenajınızla birlikte ne kadar sıklıkla iletmenin mümkün olduğu hakkında bilgi verecektir.

Bu günlük enerji kullanımımızdan enerji toplamak için harika bir fikir. Ancak, topladığınız enerjinin bir yerden geldiğini düşünmelisiniz. Odanızın ısıtma elemanlarından bir miktar ısı toplamak istiyorsanız, cihazınızla elektriğe dönüştürülen tüm ısının odayı ısıtmayacağının farkında olmalısınız. Bu nedenle, odanızı ısıtıcınızı kurmadan önce eskisi kadar rahat tutmak istiyorsanız, odanızın ısıtıcısı daha fazla elektrik tüketmek zorunda kalacaktır.

• Isının boşa harcandığı cihazlardan ısı alın (örneğin, ana rolü ısınmayacak herhangi bir nesne, yukarıda belirtilen sunucuların bilgisayarları gibi), elde etmek istediklerinizin ruhunda daha fazla görünüyor.
• Gaston-Lagaffe tarzında, her geçerken enerji oluşturmak için kapılar, merdivenler vb. Küçük cihazlar ayarlayabilirsiniz. Diğerleri arasında bir fikir, merdivenlerinizin tepesine küçük bir dinamo kurabilirsiniz ve her indiğinizde bir naylon kordon alıp dinamoyu çalıştırabilirsiniz. Aşağı indikten sonra kordonu salıverirsiniz ve geri sarar. Merdivenleriniz 10 metre uzunluğunda naylon kordon yaklaşık 20 metre boyunca çalışacaktır, bu nedenle iyi bir dişli oranı ve verimli bir dinamo ile etrafınızdaki herhangi bir küçük cihaz için ihtiyacınız olan gücü üretebilirsiniz.

1. WiFi sinyalleri

   İnternette gezinmek için komşunuzun Wi-Fi'sini çalmayı unutun. Ucuz günlük malzemeleri kullanarak, Duke Üniversitesi Pratt Mühendislik Okulu'ndaki araştırmacılar, interneti kablosuz olarak iletmek için kullanılanlar gibi mikrodalga sinyallerini kullanılabilir elektriğe dönüştürebilen dikkat çekici bir cihaz geliştirdiler. Böylece gelecekte evinizi güçlendirmek için komşunuzun Wi-Fi ağını kullanabilirsiniz.

2. EM Duvardaki AC kablolarından alanlar (bir elektrik kablosunun yakınına monte edilmişse).

   Özet - Kablosuz sensör ağları için enerji harcamasına büyük ilgi gösterilmiştir. Vücut ısısı gibi termal kaynaklardan ve insan hareketi gibi mekanik kaynaklardan enerji toplanması önerilmiştir. Elektromanyetik spektrumun görünür kısmından enerji toplayan sensör ağ sistemleri de vardır. Bununla birlikte, iç ortamlardaki ortam ışık seviyeleri tipik olarak dış mekanda bulunanlardan önemli ölçüde düşüktür ve düşünülen iç ortamın yapısına büyük ölçüde bağlıdır. Son zamanlarda, AC güç hatlarından yayılan elektromanyetik enerji kullanan düşük güçte saat senkronizasyonu önerildi. Bu yazıda bir adım öne geçip soruyu yanıtlamaya çalışıyoruz: Enerji, AC güç hatlarından yayılan elektromanyetik enerjiden toplanabilir ve düşük görev döngüsü olan bir kablosuz sensör ağını çalıştırmak için kullanabilir mi? Bu tür enerji toplanmasının umut verici göründüğünü bulduk.

1. Bir dinamoya bağlı egzersiz bisikleti / koşu bandı. Bu da size çalışmak için bir teşvik verecektir.
2. Fonksiyonlarını yiyecek mikrodalga fırını / konveksiyon fırını kullanmak yerine, pişirme yerine küçük bir baca yerleştirebilirsiniz (kaçan buharlar sorun yaratabilir).
3. Tam olarak nasıl olduğunu bilmiyorum ama insanlar bütün gün kanepede oturuyor. Bunun potansiyel bir enerji olduğunu biliyorum ama orada bir şeyler başarılabilir.
4. Yukarıdaki cevaplardan gelen kapı fikri harika.
5. Verandada minik rüzgar değirmenleri.
6. Güneş pilleri (şu anda ucuz olanlarda mevcut) dışarıda kullanılabilir.
7. En çılgın : Duş / musluğun altında küçük bir türbin kullanmak

Toplanabilecek sık sık mevcut bir sıcaklık farkı şöyle olacaktır:

iç ev sıcaklığı ve dış arasındaki fark .

Sıcaklık kontrollü bir yaşam ortamıyla, genellikle ya da böyle önemsiz olmayan bir fark olacaktır. Bu olmadan bile, dış sıcaklık genellikle 24 saat boyunca değişir, oysa iç sıcaklıkları sabit tutmaya çalışırız - Günün çoğu hala farklı olabilir. Farkın önemsiz olduğunu biliyorum, - Ama mesele şu ki - Bir süredir orada.

Bunun çok büyük bir avantajı, bana öyle geliyor ki, iOT sensörleri için, enerji kaynağının yaşam alanının çevresinin - Tavan, pencereler, duvarlar, döşeme (belki de) çevresinde mevcut olmasıdır.

Sonra tekrar, belki de bunun mantıklı olduğunu düşünüyorum çünkü Avustralya’da yaşıyorum ve 40 santigrat derecenin üzerinde günlerimiz var. ;-)

Yeterince enerji harcayabileceğinizi bulmak için herhangi bir hesaplama yapmadım ... Ama açıkçası - Ne kadar ihtiyacınız olduğuna bağlı.

Bunlardan biri, bu kadar pasif bir cihaz ve düzlemsel bir şekil olması, muhtemelen 6 inç karelik oldukça büyük bir şey tasarlayabileceğinizdir. ancak tavana veya duvara montaj için hala estetik açıdan hoştur.

Bir dezavantajı, çok fazla farkın olmadığı bir satırda günler alabilmenizdir - Dış sıcaklık rahat bir oda sıcaklığında dolaşıyorsa.

Sadece bir düşünce. Şerefe.

EK: Evet, bunun serbest enerji olmadığını biliyorum, ancak OP açıkça bunu istemedi. IoT cihazlarıyla ilgili yaygın bir sorun, her yerde kablo kullanıyor. Belki de OP, en azından kısmen, sadece bundan kaçınmak istiyor?

Sen.

Ortalama bir insan istirahatte 100 watt güç üretir . Bu güce yeter 6 dizüstü hakkında size gücünün% 100'ünü dönüştürebilir eğer (düşük-uç dizüstü bilgisayar için 15 W tahminini varsayarak) Eğer elektrik içine üretirler. Elbette, fizik yasalarını yenemeyiz ve kaçınılmaz olarak enerjinizin% 100'ünü elektriğe çeviremezsiniz; Sonuçta metabolizmanız ve bedensel işlevleriniz için enerjiye ihtiyacınız var.

Vücut ısınızdan güç üreten keçe yaratan başlangıçlar vardır (bundan yaklaşık 1 veya 2 watt üretilebilir).

Alternatif olarak, bu gerçekten güzel infografikte IEEE tarafından gösterildiği gibi elektrik üretmek için bir egzersiz bisikleti kullanabilirsiniz .

Ve diğerleri başarısız olursa, sensörlerinizi her zaman el ile çevirebilirsiniz:

^{Kaynak: Wikipedia (Kamu malı)}

Bu yöntem sizin içeride olmanıza dayanmaktadır (ve bazı yöntemler krank / pedal / dinamoyu çalıştırmak için gerçekten mevcut olmanıza bağlıdır), bu yüzden tamamen kusursuz değildir.

Isıdan elektrik üretmekten bahsediyorsunuz. Termal enerjiyi işe dönüştüren tüm cihazların sıcak ve serin bir tarafı vardır. Isıdan elde edilen teorik maksimum enerji, bu sıcaklıklar arasındaki farktan gelir. Bu, soğuk şeylerin, sıcak şeylerin olduğu kadar enerji üretmek için de iyi olduğu anlamına gelir; ancak soğuk bir şeye çok yakın sıcak bir şey alıp aralarına bir termoelektrik jeneratör yerleştirirseniz daha da iyi olursunuz .

Ayrıca oluşturmak için ödediğiniz enerjiyi toplamamaya da dikkat etmek istersiniz. Sıcak su boruları ve soğuk su boruları arasında biraz enerji elde edebilirsiniz - ancak daha sonra şofbeninizi daha çok çalışmasını sağlarsınız - sadece şebeke gücünü kullanın ve doğrudan bunun için ödeme yapın.

Öte yandan, bir atık su borusu (birinin sıcak duş alması veya tahliye makarnası alması gerektiğini varsayalım) ve soğuk bir boru arasındaki enerji farkından faydalanırsanız, soğuk suyunuz biraz ılıklaşır ve atık suyunuz biraz soğur - bunlardan hiçbiri bir sorun olabilir (kullandığınız belirli soğuk boru buzdolabınıza beslenirse).

Çatıdan kayan kar

Bu özellikle kuzey bir cevaptır, ancak oldukça dik bir eğime sahip metal bir çatınız varsa ve yıl boyunca uygun miktarda kar elde ederseniz, kaydığı zaman çok fazla enerji boşa harcanır.

Alternatif olarak, yıl içerisinde daha az kar yağanlar için çatıdan çıkan yağmur suyu, enerji toplamak için iyi bir yerdir. Elektrikli bir dinamo, oluklarınıza bağlanabilir ve yağmur yağdığı zaman enerji üretir.

Ayrıca İnternet bağlantınıza bağlanabilir ve aşağıdakileri izleyebilir:

1. Yağış miktarı
2. Üretilen enerji miktarı
3. Beklenen yağış miktarı (hava durumu tahmininden) ile gerçek yağış miktarı arasındaki karşılaştırma

Potansiyel olarak, içinden akan suyun miktarına göre dinamo üretim kapasitesini ayarlamak için oluklarda sensörler olabilir.

Senin kara hattın.

Evinizdeki herhangi bir sabit hat üzerinde yaklaşık 48V var. İnternette bu konuda çok sayıda kötü yazı var, ancak bu gördüğüm en iyi gibi görünüyor.

ABD Federal İletişim Komisyonu’nun telekomünikasyon düzenlemelerinin 68. Bölümü, telefon hattına bağlanan ve aktif olarak iletişim kurmayan herhangi bir cihazın en az 5 MΩ direnç göstermesi gerektiğini belirtir.

Birçok mutfak ve diğer ev aletlerinde de önemli titreşimler vardır. Mutfakta bulaşık makinesi ve mikrodalga düşünün. Çamaşır ve kurutma makineleri Motorlu herhangi bir elektronik parça (soğutma fanı? Döner tablalar?) Muhtemelen kayda değer titreşim çıkışına sahiptir.

Mümkün olan birçok seçenek var, ancak en kolay hasat yolu yolu listemde olacaktır:

1. Termoelektrik Peltier elementler tarafından yakalanan termal enerji . Termoelektrik elementler, pahalı değildir ve Avrupa'da , Alibaba.COM ve Amazon.COM'da mevcuttur. .

   1930’da, termoelektrik elemanların, SSCB’deki radyolarda tundraların karbür lambalardan enerji toplamasında kullanıldığını lütfen unutmayın .

2. Güneş enerjisi günümüzde çok sofistike ve soğuk ürünler var. Örneğin, SolarWindow gibi bir şey kullanmak için bir itici güç olabilir.

3. Piezoelektrik (1880'de Pierre Curie ve kardeşi tarafından keşfedilen ) polimerleri gerçekten büyüleyici malzemelerdir. Ekibim birkaç yıldır Danimarka firması Danfoss tarafından tanıtılan PolyPower gibi materyallerle oynuyor .

Biraz belirsiz bir cevap 'sensörden' dir. Donanım olayını sürdürerak, bekleme gücünü, bir bataryanın donanımınızın değiştirilemez bir parçası olarak kabul edilebileceği kadar büyük ölçüde artırabilirsiniz.

PA sızıntısı için bir anahtarlama elemanını optimize ettikleri Bristol Üniversitesi'nden yapılan bu araştırmaya bakın . Bunu daha önce geçerken görmeme rağmen, cihazın kullanım kapsamını tanımlayan bir video izleyene kadar pratik değeri beğenmedim.