58
- ELETTRONICA OGGI 432 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2013
COMPONENTS
NANOPOWER
vasta gamma di sistemi wireless destinati a vari settori,
tra cui trasporti, infrastrutture, rilevamento e automazione
industriale e asset tracking. In genere questi sistemi pas-
sano gran parte della loro vita operativa in standby (asle-
ep), consumando una manciata di µW. A un certo punto
si attivano, un sensore misura parametri come pressione,
temperatura o flessione meccanica e
trasmette i relativi dati, in modalità
wireless, a un system manager remo-
to. Di solito per la misurazione, l’ela-
borazione e la trasmissione occorrono
pochi millisecondi, eppure in questo
breve periodo di tempo vengono con-
sumate decine di mW di potenza. I
duty cycle di queste applicazioni sono
generalmente bassi, quindi anche la
potenza media da recuperare può
essere relativamente bassa. Alla fine
la fonte di energia va sostituita, anche
se si tratta di una semplice batteria. Ma
se un progetto di energy harvesting
può usare energia ambientale per la
maggior parte del tempo e la batteria
quando l’altra fonte non è disponibile,
la durata di quest’ultima può essere
prolungata in modo significativo.
Applicazioni con sensori wireless
con tecnologia nanopower
L’automazione degli edifici è un esem-
pio di applicazione dei sensori wire-
less. Sistemi come sensori di presenza,
termostati e interruttori della luce pos-
sono utilizzare, al posto dei tradizionali cavi di alimenta-
zione, una combinazione di fonti di energia ambientale,
mediante il recupero energetico abbinato a una batteria
per una rete wireless. Questa soluzione alternativa può
anche contribuire a ridurre i costi della manutenzione
ordinaria normalmente associata ai sistemi cablati, per
non parlare della possibilità di eliminare i normali cavi.
Allo stesso modo una rete wireless che utilizza una tecnica
di recupero energetico può collegare un numero qualsiasi
di sensori in un edificio per ridurre i costi relativi a riscal-
damento, ventilazione e condizionamento dell’aria (HVAC)
e illuminazione, togliendo l’alimentazione a zone dell’edifi-
cio non essenziali, prive di occupanti.
Case study sul recupero energetico
Si prenda come esempio un sistema di monitoraggio
HVAC con tecnica di energy harvesting costituito da con-
dotti dell’aria forzata, installato in un complesso industria-
le che ha necessità di monitorare costantemente il flusso
d’aria, la temperatura e la pressione del sistema. Ogni
nodo di sensori wireless (WSN) può avere al suo interno
sensori per monitorare temperatura, pressione e flusso.
Le misurazioni devono essere effettuate e trasmesse ogni
cinque secondi. In genere i sistemi HVAC sono piuttosto
lunghi e sepolti nell’infrastruttura dell’edificio, per questo
le linee di alimentazione e informazione sono molto costo-
se da gestire e soggette a manutenzione costante, oltre
che a potenziali riparazioni dai costi elevati. La sostituzio-
ne periodica delle batterie comporta molte spese a causa
delle laboriose operazioni necessarie per raggiungerle.
Ciò che serve è un sistema di alimentazione in grado di
funzionare continuamente, che usa l’energia ambientale
recuperata e, quando questa non è disponibile, una mini-
ma alimentazione a batteria. Una delle fonti di energia
ambientale più diffusa e disponibile è la vibrazione. Un
piccolo trasduttore piezoelettrico può facilmente conver-
tire l’energia ricavata dalle vibrazioni di un compressore
HVAC in un segnale elettrico AC a bassa corrente (Fig.
1). Questa fonte avrebbe bisogno di essere raddrizzata
e ridotta per fornire una bassa tensione utilizzabile per
Fig. 2 - Schema EH piezoelettrico / batteria primaria dell’LTC3330
