"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.

1. Séminaire Pracom 12 Juin 2014
Ulrich Rousseau
@ulrichrousseau
Ulrich.rousseau@wi6labs.com
Sobriété énergétique desSobriété énergétique des
capteurs Wireless charging etcapteurs Wireless charging et
Récupération d'énergie ambianteRécupération d'énergie ambiante

2. TempératureTempérature
IntrusionIntrusion
ÉnergieÉnergie
PollutionPollution
BruitBruit
HumiditéHumidité
Réseau de capteurs sans fil,Réseau de capteurs sans fil,
faible énergie et sécuriséfaible énergie et sécurisé

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. ScalabilitéScalabilité RadioRadio
EnergieEnergie SécuritéSécurité
ServiceService
Multi distances
Connectivité IP
Plateforme
Intégration
système
Simulation
Gestion
Système
Récupération
d’énergie
Couches ISO
MAC/IP/AP
L'offre Wi6labsL'offre Wi6labs

5. L'illusion de l’énergie abondante et bon marchéL'illusion de l’énergie abondante et bon marché
Crédit photo: Patrick McGarvey https://www.flickr.com/photos/intamin10/1816239395/
2022 : 50 objets connectés par foyer (1)2022 : 50 objets connectés par foyer (1)
25M foyer en France25M foyer en France
→→ 1875 Éoliennes1875 Éoliennes

6. Nécessite d'une stratégie systèmeNécessite d'une stratégie système
« De l'argile, nous faisons un pot, mais c'est le« De l'argile, nous faisons un pot, mais c'est le
vide à l'intérieur qui retient ce que nous voulons »vide à l'intérieur qui retient ce que nous voulons »
Lao-TseuLao-Tseu

7. Un sous ensemble HardwareUn sous ensemble Hardware
● NumériqueNumérique
● RF / AnalogiqueRF / Analogique
● ContrôleContrôle
● RéservoirRéservoir
Un sous ensemble LogicielUn sous ensemble Logiciel
Une topologie réseauUne topologie réseau
Un environnementUn environnement
Réseau de capteurs :Réseau de capteurs :
Un système embarqué complexeUn système embarqué complexe

8. HardwareHardware
ApplicationApplication
EnvironnementEnvironnement
Simulation : Dimensionner le systèmeSimulation : Dimensionner le système

9. Sélectionner le composant HW adéquatSélectionner le composant HW adéquat
BOM VS MIPS VS Pw VS Envt

10. RXSensibilité RxSensibilité Rx
Minimiser TxMinimiser Tx
L'importance des choix RFL'importance des choix RF

11. Dormir le plus possibleDormir le plus possible

12. Topologie réseauTopologie réseau
Scheduling / BeaconScheduling / Beacon
SniffingSniffing
Adaptative powerAdaptative power
Quelle Stratégie ?Quelle Stratégie ?

13. Cloud
Expérimentation terrain: Open Energy Data
Compteur2
Compteur4
Compteur3 Compteur6
Compteur1
Compteur5 Compteur8
Compteur7
Capteur Wi6Labs
Passerelle Kerlink
Télé-relève et partage de la consommation électrique

14. Technologies et standardsTechnologies et standards
Wireless ChargingWireless Charging

15. Induction Magnétique
Principe : un émetteur envoie une forte puissance
électromagnétique, un récepteur la capte et l'utilise
comme énergie.
Implémentation facile - BF
CEM
Objet métallique = récepteur → Danger potentiel
Alignement – émetteur / récepteur
Et après ?: Qi V1.2.4 multimode inductif / résonnant

16. Résonance magnétique ou électrique
Principe : un émetteur fait raisonner une bobine a une
fréquence précise, un récepteur sensible à cette
fréquence converti comme énergie.
Émetteur et récepteur utilisent la même fréquence de résonance
Liberté spatiale - Rendement
Risque de perturbation Électromagnétique
Bluetooth Low Energy
Et après ?: Guerre des standards ?

17. Photovoltaïque
Piézoélectrique
Thermoélectrique
Charge
Circuit de
récupération
et de charge
Énergie
ambiante
Stockage
Crédit photo: Diogo Martinshttps://www.flickr.com/photos/quarenta/2876309035//
Récupération d’énergie ambianteRécupération d’énergie ambiante

18. Sources de récupération d'énergie 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
Efficacité
X50

19. Technologies émergentes (3)Technologies émergentes (3)
Mécanique :
Vibration - mems
Pulse
Thermique :
Pyro electrique
Thin Film - mems
Thermo electric
Source : MEMS - Emerging Energy Harvesting Devices

20. Photovoltaïque ?Photovoltaïque ?
Source : National Renewable Energy Laboratory (NREL), Golden, CO

21. Batterie VS SuperCap (4)Batterie VS SuperCap (4)
Densité d’énergie VS Puissance disponibleDensité d’énergie 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
Crédit 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
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