Diseño e implementación de un sensor de CO2 inalámbrico y energéticamente autónomo

Abstract

En el contexto de la Industria 4.0, la implementación de tecnologías IoT y sensores inteligentes se ha convertido en un requisito esencial para mejorar la eficiencia y productividad de los procesos industriales. En esta misma línea, las tendencias de hogar inteligente también aumentan la demanda de sensores inteligentes que proporcionen datos para, por ejemplo, tomar acciones correctivas. En esta memoria de titulación se presenta el diseño, implementación y evaluación de un sensor de CO2, temperatura y humedad, que utiliza tecnología de Energy Harvesting para su alimentación y transmite datos por Bluetooth Low Energy (BLE). Se presenta el desarrollo completo, comenzando con la idea inicial, pasando por el diseño y elección de componentes y terminando con el dispositivo ensamblado. El principal objetivo de este dispositivo es monitorizar la calidad del aire en interiores, ya que es ahí donde las personas pasan la mayor cantidad de tiempo en su día a día. Otro motivo para esto es controlar la propagación de COVID-19, ya que la concentración de CO2 es un buen indicador de la condición de ventilación de un lugar. El proceso de diseño comienza con la descripción de los requerimientos para luego dividir el problema en partes, generando un diagrama de bloques. En base a este, se eligen los componentes y se diseña el diagrama esquemático. Teniendo en cuenta el tamaño de estos, se diseña una carcasa capaz de contenerlos. A partir de ese diseño se extraen las medidas máximas que puede tener la PCB y una vez diseñada se manda a fabricar. Para el ensamble se usaron distintas máquinas y herramientas, entre las que se incluyen stencil, pick and place manual, horno, cautín, pinzas y microscopio, debido al uso de pequeños componentes SMD. El dispositivo desarrollado utiliza como microcontrolador el SoC nRF52840 compatible con BLE, incorpora tres sensores para tomar mediciones: SCD41, SGP40 y BME688, despliega los datos en una pantalla de tinta electrónica y utiliza el PMIC AEM10941 con un panel solar para cargar dos supercondensadores que proveen de energía el sistema.