Eine Plattform für energieautarke Sensorknoten im Feldtest

Abstract

In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer modularen Plattform zur Durchführung von Feldtests und stationären Versuchen mit energieautarken, kabellosen Sensorknoten gezeigt. Gestützt durch Erkenntnisse aus verwandten Arbeiten werden ausgehend von einem abstrakten Konzept alle Schritte bis zum praktischen Einsatz der Plattform behandelt. Zu diesem Zweck werden flexible Hardware-Komponenten angefertigt, die ein Photovoltaik-basiertes Energy-Harvesting System bilden. Für die verwendeten Komponenten werden Treiber und eine Firmware auf Basis des Betriebssystems RIOT implementiert. Im Rahmen eines mehrwöchigen Feldtests im Freien wird demonstriert, wie mit mehreren dieser Knoten die Messung, lokale Speicherung und Funkübertragung von Umweltdaten und Metriken zur eigenen Energiebilanz umgesetzt wird. Anhand der gewonnenen Informationen wird illustriert wie das System zur detaillierten, praxisrelevanten Analyse energiebezogener Systemparameter eingesetzt werden kann, um bei der Entwicklung generischer Energieverwaltungsmechanismen zu unterstützen.

In this paper the development of a modular platform for field tests and stationary experiments with energy self-sufficient, wireless sensor nodes is shown. Based on findings from related work, all steps from an abstract concept up to the practical use of the platform are covered. For this purpose, flexible hardware components are built that form a photovoltaic-based energy harvesting system. Drivers and firmware based on the RIOT operating system are implemented for the components used. An outdoor field test is performed over several weeks to demonstrate how multiple of these nodes can be used to measure, locally store and transmit environmentalv and measurement data about their own energy balance. The information obtained is used to illustrate howthe system can be used for detailed, practically relevant analysis of energy-related system parameters to support the development of generic energy management mechanisms.