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Veröffentlicht von:Poldi Heitkamp Geändert vor über 10 Jahren
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Entwicklung einer solarbasierten Energieversorgung für IRIS-Sensorknoten
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Wie kann ein Backbone aus Sensorknoten dauerhaft versorgt werden?
Motivation Wie kann ein Backbone aus Sensorknoten dauerhaft versorgt werden? Idee: Mit Sonnenenergie und einer Solarzelle Autark Ausgereifte Technologie Vielzahl von Modultypen verfügbar Flexibler Anbringungsort Deshalb: Entwicklung einer solarbasierten Energieversorgung
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Anforderungen an die Energieversorgung Das entwickelte Konzept
Inhalt Anforderungen an die Energieversorgung Das entwickelte Konzept Stand der Arbeit Nächste Schritte
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Ausfallsicherheit auch während Wintermonaten
Anforderungen Ausfallsicherheit auch während Wintermonaten Betrieb innerhalb eines weiten Temperaturbereiches von -20°C bis +50°C Gute Handhabbarkeit der Energieversorgung Hohe Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Energieversorgung An verschiedene Energieverbräuche anpassbar
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Sensorknoten im Backbonenetz
Konzept Solarzelle Energiespeicher Ladeschaltung/ Laderegler Anforderungen der Sensorknoten im Backbonenetz
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Konzept IRIS Knoten Solarpanel I/O ADC Versorgung Pufferkondensator
Unenn: 3,9V Uleerlauf: 4,9 V I/O ADC Versorgung IRIS Knoten Pufferkondensator Aufwärts-Wandler In: 3,6 V – 4,9 V Out: 4,2 V- 5,1 V Imax: 200 mA Abwärts-Wandler In: 3,8 V – 5,1 V Out: 2,0 V – 3,3 V Iout: 30 mA Blei-Gel-Akku 2 x 2,0 V Ubatt: 3,8 V – 5,1 V Kapazität: 2,5 Ah Energiepfade Steuerpfade und Kontrollsignale
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Konzept IRIS Knoten Solarpanel I/O ADC Versorgung Pufferkondensator
Unenn: 3,9V Uleerlauf: 4,9 V I/O ADC Versorgung IRIS Knoten Pufferkondensator Aufwärts-Wandler In: 3,6 V – 4,9 V Out: 4,2 V- 5,1 V Imax: 200 mA Abwärts-Wandler In: 3,8 V – 5,1 V Out: 2,0 V – 3,3 V Iout: 30 mA Blei-Gel-Akku 2 x 2,0 V Ubatt: 3,8 V – 5,1 V Kapazität: 2,5 Ah Energiepfade Steuerpfade und Kontrollsignale
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Konzept IRIS Knoten Solarpanel I/O ADC Versorgung Pufferkondensator
Unenn: 3,9V Uleerlauf: 4,9 V I/O ADC Versorgung IRIS Knoten Pufferkondensator Aufwärts-Wandler In: 3,6 V – 4,9 V Out: 4,2 V- 5,1 V Imax: 200 mA Abwärts-Wandler In: 3,8 V – 5,1 V Out: 2,0 V – 3,3 V Iout: 30 mA Blei-Gel-Akku 2 x 2,0 V Ubatt: 3,8 V – 5,1 V Kapazität: 2,5 Ah Energiepfade Steuerpfade und Kontrollsignale
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Konzept IRIS Knoten Solarpanel I/O ADC Versorgung Pufferkondensator
Unenn: 3,9V Uleerlauf: 4,9 V I/O ADC Versorgung IRIS Knoten Pufferkondensator Aufwärts-Wandler In: 3,6 V – 4,9 V Out: 4,2 V- 5,1 V Imax: 200 mA Abwärts-Wandler In: 3,8 V – 5,1 V Out: 2,0 V – 3,3 V Iout: 30 mA Blei-Gel-Akku 2 x 2,0 V Ubatt: 3,8 V – 5,1 V Kapazität: 2,5 Ah Energiepfade Steuerpfade und Kontrollsignale
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Konzept IRIS Knoten Solarpanel I/O ADC Versorgung Pufferkondensator
Unenn: 3,9V Uleerlauf: 4,9 V I/O ADC Versorgung IRIS Knoten Pufferkondensator Aufwärts-Wandler In: 3,6 V – 4,9 V Out: 4,2 V- 5,1 V Imax: 200 mA Abwärts-Wandler In: 3,8 V – 5,1 V Out: 2,0 V – 3,3 V Iout: 30 mA Blei-Gel-Akku 2 x 2,0 V Ubatt: 3,8 V – 5,1 V Kapazität: 2,5 Ah Energiepfade Steuerpfade und Kontrollsignale
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Konzept IRIS Knoten Solarpanel I/O ADC Versorgung Pufferkondensator
Unenn: 3,9V Uleerlauf: 4,9 V I/O ADC Versorgung IRIS Knoten Pufferkondensator Aufwärts-Wandler In: 3,6 V – 4,9 V Out: 4,2 V- 5,1 V Imax: 200 mA Abwärts-Wandler In: 3,8 V – 5,1 V Out: 2,0 V – 3,3 V Iout: 30 mA Blei-Gel-Akku 2 x 2,0 V Ubatt: 3,8 V – 5,1 V Kapazität: 2,5 Ah Energiepfade Steuerpfade und Kontrollsignale
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Konzept IRIS Knoten Solarpanel I/O ADC Versorgung Pufferkondensator
Unenn: 3,9V Uleerlauf: 4,9 V Temperatur- kompensation I/O ADC Versorgung IRIS Knoten Einstellen der Ladespannung Pufferkondensator Aufwärts-Wandler In: 3,6 V – 4,9 V Out: 4,2 V- 5,1 V Imax: 200 mA Abwärts-Wandler In: 3,8 V – 5,1 V Out: 2,0 V – 3,3 V Iout: 30 mA Blei-Gel-Akku 2 x 2,0 V Ubatt: 3,8 V – 5,1 V Kapazität: 2,5 Ah Energiepfade Steuerpfade und Kontrollsignale
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Konzept IRIS Knoten Solarpanel Kontroll- schaltung Bypass
Unenn: 3,9V Uleerlauf: 4,9 V Temperatur- kompensation Kontroll- schaltung Bypass Kontrolsig. I/O ADC Versorgung IRIS Knoten Einstellen der Ladespannung Pufferkondensator Aufwärts-Wandler In: 3,6 V – 4,9 V Out: 4,2 V- 5,1 V Imax: 200 mA Abwärts-Wandler In: 3,8 V – 5,1 V Out: 2,0 V – 3,3 V Iout: 30 mA Blei-Gel-Akku 2 x 2,0 V Ubatt: 3,8 V – 5,1 V Kapazität: 2,5 Ah Energiepfade Steuerpfade und Kontrollsignale
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Konzept IRIS Knoten Solarpanel Kontroll- schaltung Bypass
Unenn: 3,9V Uleerlauf: 4,9 V Temperatur- kompensation Kontroll- schaltung Bypass Kontrolsig. I/O ADC Versorgung IRIS Knoten Einstellen der Ladespannung Pufferkondensator Aufwärts-Wandler In: 3,6 V – 4,9 V Out: 4,2 V- 5,1 V Imax: 200 mA Abwärts-Wandler In: 3,8 V – 5,1 V Out: 2,0 V – 3,3 V Iout: 30 mA Blei-Gel-Akku 2 x 2,0 V Ubatt: 3,8 V – 5,1 V Kapazität: 2,5 Ah Energiepfade Steuerpfade und Kontrollsignale
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Konzept IRIS Knoten Solarpanel Kontroll- schaltung Bypass
Unenn: 3,9V Uleerlauf: 4,9 V Temperatur- kompensation Kontroll- schaltung Bypass Notfall Batterie z.B. 2 X 1,5 V Trockenbatterie NiMh, Li Kontrolsig. Ein/Aus I/O ADC Versorgung IRIS Knoten Einstellen der Ladespannung Pufferkondensator Aufwärts-Wandler In: 3,6 V – 4,9 V Out: 4,2 V- 5,1 V Imax: 200 mA Abwärts-Wandler In: 3,8 V – 5,1 V Out: 2,0 V – 3,3 V Iout: 30 mA Blei-Gel-Akku 2 x 2,0 V Ubatt: 3,8 V – 5,1 V Kapazität: 2,5 Ah Energiepfade Steuerpfade und Kontrollsignale
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Konzept IRIS Knoten Solarpanel Kontroll- schaltung Bypass
Unenn: 3,9V Uleerlauf: 4,9 V Temperatur- kompensation Kontroll- schaltung Bypass Notfall Batterie z.B. 2 X 1,5 V Trockenbatterie NiMh, Li Kontrolsig. Ein/Aus I/O ADC Versorgung IRIS Knoten Einstellen der Ladespannung Pufferkondensator Aufwärts-Wandler In: 3,6 V – 4,9 V Out: 4,2 V- 5,1 V Imax: 200 mA Abwärts-Wandler In: 3,8 V – 5,1 V Out: 2,0 V – 3,3 V Iout: 30 mA Blei-Gel-Akku 2 x 2,0 V Ubatt: 3,8 V – 5,1 V Kapazität: 2,5 Ah Energiepfade Steuerpfade und Kontrollsignale Temperatursensor
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Konzept IRIS Knoten IRIS Knoten Zustände: Interessante Spannungen:
1. Laden aktiv 2. Akku ist tiefentladen 3. Akku ist fast voll 4. Bypass aus der Solarzelle Solarpanel Unenn: 3,9V Uleerlauf: 4,9 V Temperatur- kompensation Kontroll- schaltung Bypass Notfall Batterie z.B. 2 X 1,5 V Trockenbatterie NiMh, Li Kontrolsig. Ein/Aus I/O ADC Versorgung IRIS Knoten I²C ADC Versorgung IRIS Knoten Interessante Spannungen: 1. Solarzellen-Spannung 2. Akkuspannung 3. Spannung des IRIS-Knotens 4. Spannung der Pufferbatterie Zustände Einstellen der Ladespannung Spannungen Pufferkondensator Aufwärts-Wandler In: 3,6 V – 4,9 V Out: 4,2 V- 5,1 V Imax: 200 mA Abwärts-Wandler In: 3,8 V – 5,1 V Out: 2,0 V – 3,3 V Iout: 30 mA Blei-Gel-Akku 2 x 2,0 V Ubatt: 3,8 V – 5,1 V Kapazität: 2,5 Ah Energiepfade Steuerpfade und Kontrollsignale Temperatursensor
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Features der Energieversorgung
Stand alone: Zur Funktion ist keine Software erforderlich, lediglich zur Kontrolle des Status Integrierbar: Die Platine ist an den IRIS-Knoten ansteckbar und ermöglicht weiterhin das Anstecken zusätzlicher Erwiterungsboards Guter Wirkungsgrad: Erreichbar durch die Arbeitspunktoptimierung der Solarzelle und der Verwendung von Schaltwandlern sowie eine niedrige Stromaufnahme der Gesamtschaltung
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Features der Energieversorgung
Ausfallsicherheit: Durch eine Notfallbatterie kann die Ausfallsicherheit erhöht werden Skalierbar: Die Energieversorgung kann an andere Energieverbräuche angepasst werden I²C-Interface: Sämtliche Zustände und Spannungen sind über eine I²C-Schnittstelle auslesbar nur ein ADC-Pin wird somit benötigt
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Stand der Arbeit
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Inbetriebnahme abschliessen Labortests
Nächste Schritte Inbetriebnahme abschliessen Labortests Dauertests mit Datenübertragung und Speicherung in MySQL Bewerten der Testergebnisse
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Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!
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