Otimização e eficiência de sistemas microeletrónicos : a influência dos protocolos de comunicação e do hardware na eficiência energética de dispositivos IoT

Abstract

A internet das coisas (IoT) é uma das tecnologias mais importantes do século atual, utilizada em diversos tipos de aplicações, permite interligar os objetos do quotidiano à Internet, oferece automação, monitorização e controlo. Atualmente, é uma tecnologia indispensável no dia a dia de empresas e utilizadores, ajuda a reduzir custos, melhora a eficiência e otimiza os processos. No entanto, existem alguns desafios e aspetos negativos, como questões de segurança, interligação de diferentes dispositivos e a necessidade de aumentar recursos à medida que novos dispositivos são adicionados. Os dispositivos IoT alimentados a bateria devem ser eficientes para garantirem uma boa autonomia. O desenvolvimento de software eficiente, a utilização de protocolos adequados e a escolha de componentes de baixo consumo contribuem para minimizar o consumo de energia, em modo de operação e standby. Este trabalho visa o desenvolvimento de um dispositivo IoT de baixo consumo capaz de medir temperatura e humidade ambiente. O foco principal passa pela otimização ao nível de hardware e software. Uma vez que se trata de um dispositivo alimentado a bateria, a eficiência do sistema é crucial na maximização da autonomia. O projeto inicia com um estudo sobre aspetos relacionados ao IoT e sobre a comparação de dispositivos semelhantes ao objetivo a desenvolver. Em seguida, inicia-se o desenvolvimento do hardware e do software. Durante este período, foi desenvolvida uma placa com três sensores e a partir dos testes realizados, obteve-se as informações necessárias para escolher o mais adequado. Posteriormente, é desenvolvida a placa responsável por receber os dados e as duas versões da placa com o sensor. De seguida, são realizados testes com os protocolos de comunicação e com as placas desenvolvidas. Os testes realizados com os protocolos forneceram informações para escolher o mais indicado, enquanto os testes de corrente em modo standby nas diferentes placas mostraram a evolução da redução da corrente neste modo. Por fim, o software é otimizado através do ajuste na frequência de execução. Palavras-chave: IoT, Hardware, Software, Standby, Otimização

The Internet of Things (IoT) is one of the most significant technologies of the current century, utilized across various applications. It enables everyday objects to connect to the internet, providing automation, monitoring, and control. IoT has become an essential part of the daily operations for both companies and consumers, helping to reduce costs, enhance efficiency, and optimize processes. However, there are also challenges and drawbacks, including security concerns, the integration of different devices, and the necessity to increase resources as new devices are added. Battery-powered IoT devices must be efficient to ensure good autonomy. Effective software development, the use of appropriate protocols, and the selection of low-power components contribute to minimizing energy consumption in both operation and standby modes. This project aims to develop a low-power IoT device that measures ambient temperature and humidity, primarily focusing on optimizing both hardware and software. As it is a battery-powered device, maximizing system efficiency is crucial for enhancing autonomy. The project begins with a study of IoT related aspects and a comparison of devices similar to the one being developed. Following this, the development of both hardware and software begins. During this phase, a board equipped with three sensors was created, and tests were conducted to gather the necessary information to select the most suitable sensor. Next, the board responsible for receiving data, as well as two versions of the sensor board, were developed. Communication protocols were then tested alongside the developed boards. These tests provided insights for selecting the most suitable protocol, while consumption tests in standby mode across the different boards demonstrated a reduction in power consumption. Finally, the software optimization involved adjusting the execution frequency to enhance overall efficiency. Keywords: IoT, Hardware, Software, Standby, Optimization