Proyecto SEM-self energy meter

Abstract

Se diseñó e implementó un método de medida y su circuito, llamado SEM (Self Energy Meter), que agrega al nodo de una red de sensores inalámbricos la capacidad de medir su propio consumo de energía. Dicha información permitiría, en campo y en tiempo real, modificar parámetros de operación como ser la tasa de envío de datos o la ruta de los mismos, a partir de una estimación del tiempo de vida remanente del nodo. También permitiría detectar funcionamientos anómalos. Durante el desarrollo permitiría realizar un power profiling para optimizar algoritmos, protocolos de comunicación, etc. El método de medida propuesto reduce el problema de medir un rango dinámico de consumo de cinco décadas (desde unos pocos mA hasta decenas de mA) a dos décadas (desde unos pocos mA hasta decenas de mA), mediante la medición diferida del consumo del modo sleep del nodo. Esto se realiza midiendo la corriente de recarga del condensador que se utiliza como fuente de alimentación mientras el nodo está en sleep. El circuito de medida diseñado y fabricado está formado por una resistencia shunt que genera un voltaje proporcional a la corriente a medir, a partir de la cual una fuente de corriente controlada por voltaje y un oscilador controlado por corriente generan una señal cuya frecuencia es proporcional al consumo. El SEM fue testeado usando un TelosB con ContikiOS. Los resultados experimentales muestran que el SEM tiene una alta linealidad (coeficiente de determinación de 0,996), presenta una muy baja deriva térmica y es independiente del voltaje en las baterías. Su consumo extremadamente bajo (desde 6;6mA hasta 18;4mA en medición) determina una mínima influencia en la duración de las baterías (menor a 1% para cualquier ciclo de trabajo). Se compararon las medidas con los resultados de una estimación por software, donde se mejoran los resultados fuera de las condiciones de laboratorio, tanto ante variaciones de la temperatura, de la fuente de alimentación o consumos extras provocados por el comportamiento anómalo de algún componente. El costo del circuito representa menos de 5% del costo del nodo favoreciendo su amplia adopción.