Um Novo Sistema de Captação de Energia Solar e Eletromagnética com um Pacote Impresso em 3D para Sensores Sem Fio de Internet das Coisas com Eficiência Energética

Este artigo discute o projeto de um novo sistema de comunicação alimentado por captação de energia dual (solar + eletromagnética), que opera na faixa ISM de 2,4 GHz, possibilitando a operação autônoma de um circuito de gerenciamento de energia de baixo consumo para um sensor sem fio, apresentando uma boa capacidade de "cold start". O coletor proposto consiste em uma antena retangular de slot de porta dupla, um pacote impresso em 3D, uma célula solar, um conversor RF-dc, uma unidade de gerenciamento de energia (PMU), uma unidade de microcontrolador e um transceptor RF. Cada componente projetado foi caracterizado por meio de simulações e medições. Como resultado, a antena apresentou um desempenho que satisfazia os objetivos do design na faixa de frequência de 2,4-2,5 GHz. Da mesma forma, o circuito de conversão RF-dc miniaturizado projetado gerou uma tensão e potência suficientes para suportar a operação autônoma da PMU bq25504 para níveis de potência de entrada RF tão baixos quanto -12,6 e -15,6 dBm nas condições de "cold start" e "hot start", respectivamente. Os testes experimentais da PMU utilizando o coletor de energia híbrido proposto confirmaram a redução do tempo de carga do capacitor em 40% e a redução do nível mínimo de potência de entrada RF necessário em 50% em comparação com o exigido para o coletor RF e solar individual sob a condição de irradiação de luz ambiente de 334 lx.