Um sensor autônomo para medida de umidade do solo, de baixo consumo e baixa tensão, baseado na técnica de pulso de calor, usando geradores termoelétricos para colheita de energia

• Processo: 12/20862-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2013
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2015
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica - Medidas Elétricas, Magnéticas e Eletrônicas, Instrumentação
• Pesquisador responsável: Elnatan Chagas Ferreira
• Beneficiário: Pedro Carvalhaes Dias
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 14/01470-3 - Projeto e fabricação de un sensor de umidade do solo usando dispositivos semicondutores fabricados com tinta semicondutora sobre alumina, integrado com um gerador termoelétrico de BITE, BE.EP.DR
• Assunto(s): Sensores Geradores de energia Colheita de energia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Colheita de energia (Energy Harvesting) | Geradores termoelétricos com elementos Peltier | Instrumentação Eletrônica Analógica e Digital | Sensores de umidade de solo | Sistemas de sensores sem fio | Instrumentação de precisão para sensores de humidade de solo autônomos

Resumo

Será desenvolvido um novo sensor de umidade de solo, baseado na técnica de pulso de calor, autoalimentado usando uma técnica de energy harvesting. O sensor utilizará uma nova técnica, que emprega apenas um transistor como elemento aquecedor e como elemento sensor de temperatura. A umidade do solo é obtida através da medida da variação de temperatura no sensor causada pelo pulso de calor. Para tornar o sistema útil para aplicações em campo, será desenvolvido um sistema de comunicação wireless de baixíssimo consumo, para que o sensor possa transmitir os dados para um leitor remoto, que permitirá mapear os resultados medidos da umidade de solo de forma georreferenciada. Um sistema de energy harvesting, baseado em geradores termoelétricos que serão fabricados sobre substratos flexíveis, será desenvolvido e incorporado ao sensor. O sistema de energy harvesting usará apenas a diferença de temperatura entre o ar e o sensor (que estará enterrado a cerca de 20-30 cm no solo) para gerar energia suficiente para construir um sistema 100% autônomo. Devido às limitações do sistema de energy harvesting, para que o sensor seja viável todos os sistemas eletrônicos incorporados deverão ser desenvolvidos de forma a trabalhar com baixas tensões e com consumo de corrente ultra baixo. Uma série de contribuições são esperadas ao fim do projeto:- um novo sensor de umidade de solo baseado em apenas um elemento (um transistor bipolar) será desenvolvido;- uma técnica de interrogação com circuitos de baixa tensão e baixo consumo será desenvolvida para os novos sensores;- uma nova arquitetura e estrutura de sensor será desenvolvida para permitir que um sistema de energy harvesting baseado na diferença de temperatura entre o ar e o sensor enterrado no solo seja desenvolvido;- o funcionamento do sistema de energy harvesting usará novos geradores termoelétricos, que serão fabricados em substratos flexíveis, para poderem ser empregados com o sensor proposto;- um sistema de transmissão de dados wireless de baixíssimo consumo será desenvolvido, em conjunto com um leitor com capacidade de georreferenciamento. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DIAS, PEDRO C.; CADAVID, DORIS; ORTEGA, SILVIA; RUIZ, ALEJANDRO; FRANCA, MARIA BERNADETE M.; MORAIS, FLAVIO J. O.; FERREIRA, ELNATAN C.; CABOT, ANDREU. Autonomous soil moisture sensor based on nanostructured thermosensitive resistors powered by an integrated thermoelectric generator. SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL, v. 239, p. 1-7, MAR 1 2016. (12/20862-4, 14/01470-3)

DIAS, PEDRO CARVALHAES; OLIVEIRA MORAIS, FLAVIO JOSE; DE MORAIS FRANCA, MARIA BERNADETE; FERREIRA, ELNATAN CHAGAS; CABOT, ANDREU; SIQUEIRA DIAS, JOSE A.. Autonomous Multisensor System Powered by a Solar Thermoelectric Energy Harvester With Ultralow-Power Management Circuit. IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, v. 64, n. 11, p. 2918-2925, NOV 2015. (12/20862-4, 14/01470-3)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

DIAS, Pedro Carvalhaes. Circuits and components for autonomous environmental sensors powered by thermoelectric energy harvesting modules: a contribution to sustainable development and green economy growth = Circuitos e componentes para Sensores Ambientais autônomos alimentados por módulos termoelétricos de energy harvesting: uma contribuição para desenvolvimento sustentável e crescimento econômico ecologicamente correto. 2015. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Campinas, SP.