Séminaire Pracom 12 Juin 2014
Ulrich Rousseau
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ÉnergieÉnergie
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Bluetooth
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● NumériqueNumérique
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BOM VS MIPS VS Pw VS Envt
RXSensibilité RxSensibilité Rx
Minimiser TxMinimiser Tx
L'importance des choix RFL'importance des choix RF
Dormir le plus possibleDormir le plus possible
Topologie réseauTopologie réseau
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Adaptative powerAdaptative power
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Expérimentation terrain: Open Energy Data
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Technologies et standardsTechnologies et standards
Wireless ChargingWireless Charging
Induction Magnétique
Principe : un émetteur envoie une forte puissance
électromagnétique, un récepteur la capte et l'utili...
Résonance magnétique ou électrique
Principe : un émetteur fait raisonner une bobine a une
fréquence précise, un récepteur ...
Photovoltaïque
Piézoélectrique
Thermoélectrique
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Technologies émergentes (3)Technologies émergentes (3)
Mécanique :
Vibration - mems
Pulse
Thermique :
Pyro electrique
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Photovoltaïque ?Photovoltaïque ?
Source : National Renewable Energy Laboratory (NREL), Golden, CO
Batterie VS SuperCap (4)Batterie VS SuperCap (4)
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Sobriété énergétique des capteurs. Wireless charging et Récupération d'énergie ambiante

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"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.

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Sobriété énergétique des capteurs. Wireless charging et Récupération d'énergie ambiante

  1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 8. HardwareHardware ApplicationApplication EnvironnementEnvironnement Simulation : Dimensionner le systèmeSimulation : Dimensionner le système
  9. 9. Sélectionner le composant HW adéquatSélectionner le composant HW adéquat BOM VS MIPS VS Pw VS Envt
  10. 10. RXSensibilité RxSensibilité Rx Minimiser TxMinimiser Tx L'importance des choix RFL'importance des choix RF
  11. 11. Dormir le plus possibleDormir le plus possible
  12. 12. Topologie réseauTopologie réseau Scheduling / BeaconScheduling / Beacon SniffingSniffing Adaptative powerAdaptative power Quelle Stratégie ?Quelle Stratégie ?
  13. 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. 14. Technologies et standardsTechnologies et standards Wireless ChargingWireless Charging
  15. 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. 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. 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. 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. 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. 20. Photovoltaïque ?Photovoltaïque ? Source : National Renewable Energy Laboratory (NREL), Golden, CO
  21. 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. 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 Icon : www.visualpharm.com

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