Design of Solar Measurement IoT Node Using LPWAN
Master thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2641842Utgivelsesdato
2019Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
I denne oppgaven ønsker vi å utvikle en embedded plattform basert på lavenergi nettverksteknologieneLoRa og NB-IoT. Enheten skal være i stand til å rapportere potensiellsolenergiproduksjon til en sentral server. Det er også et designmål å begrense utstyretsstørrelse og kostnad.En liste med systemkrav foreslås, og et overordnet design blir utviklet. Enhetensfunksjonalitet deles inn i moduler, og et utvalg av komponenter samt en generell skjemategningpresenteres for to ulike design. Det ene designet er basert på nRF9160 mikrokontrollerenmed NB-IoT og LTE-M funksjonalitet. I det andre designet brukes et RN2483LoRa-modem sammen med en ATtiny817 som styringsenhet.En energihøster krets for sollys med et oppladbart batteri legges frem som en løsningpå strømforsyning. Modulen ble verifisert som fungerende, men det kom frem at det valgtesolpanelet ikke var stort nok til å kunne skaffe tilstrekkelig energi i vintermørket. Derforburde et større panel benyttes.For å finne den potensielle solcellepanelproduksjonen ble det laget en sensor for åmåle kortslutningsstrømmen og temperaturen til solcellepanelet. Sammen med paneletsegenskaper kan sollysets innstrålingstetthet estimeres. Ut fra dette kan man finne denmulige produksjonen til panelet. Sensorer for å bestemme enhetens orientering og posisjonble lagt til for å gi ytterligere informasjon om den observerte irradiansen.En modell for oppbyggingen av enhetens programvare, kommunikasjonsprotokoll ogmeldingsstruktur ble foreslått. Det ble gjennomført en test hvor enheten lykkes i å sende ogmotta meldinger fra serveren med bruk av MQTT.Arbeidet som presenteres i dette prosjektet er ikke en komplett implementasjon, menfungerer som et grunnlag for å ferdigstille sensornoden. In this project, we want to develop an embedded platform based on the low power widearea network technologies LoRa and NB-IoT, that is capable of reporting the potential solarenergy production to a central server. Restricting the size and cost of the equipment is aalso a design goal.A set of system requirements is proposed, and a design approach is presented. Therequired functionality of the device is divided into modules, and a selection of componentsand a general schematic is presented for two different designs. One design is based on thenRF9160 NB-IoT and LTE-M enabled microcontroller, while the other uses a RN2483LoRa modem with a ATtiny817 as central unit.A solar harvester circuit with a rechargeable battery is suggested for power management.Although the basic features of the module was functioning, it was discovered thatthe selected solar panel was not large enough to power the system during the dark winterseason, thus, a larger panel should be used.For finding the potential solar panel production, a sensor for measuring the short circuitcurrent and the temperature of the solar panel was made. Together with the characteristicsof the panel, the solar irradiance can be estimated, which in turn describes the possibleproduction from the panel. Sensors for the orientation and position of the device was alsoadded to provide additional information about the observed irradiance.A model for the device software, communication protocol, and message structure wasproposed, and a test sending and receiving messages from a server using MQTT wassuccessfully performed.The work presented in this project falls short of a full implementation, but it can serveas a basis for finalizing the design of the sensor node.