| dc.description.abstract | Τα δίκτυα ασύρματων αισθητήρων (Wireless Sensor Networks - WSNs) βελτιώνουν και
προσδίδουν νέες δυνατότητες σε σημαντικούς τομείς που αφορούν την ποιότητας ζωής, όπως η
υγειονομική φροντίδα ασθενών, η ασφάλεια κτιρίων και η τήρηση των κανόνων υγιεινής των
τροφίμων. Η τροφοδοσία ισχύος των κόμβων των αισθητήρων αποτελεί μια μεγάλη πρόκληση για
αυτές τις εφαρμογές, καθώς οι μπαταρίες, που χρησιμοποιούνται, είναι ογκώδεις και απαιτούν
επαναφόρτιση, πράγμα ασύμφορο πρακτικά σε απομακρυσμένες περιοχές και για μεγάλο αριθμό
αισθητήρων. Για αυτόν τον λόγο, πολλές έρευνες επικεντρώνονται στην δημιουργία συσκευών με
χαμηλή κατανάλωση, ενώ έχουν αναπτυχθεί καινοτόμες πηγές ενέργειας όπως είναι οι συσκευές
συλλογής ενέργειας (energy harvesting devices). Παρόλο που έχουν προταθεί ήδη ραδιοσυστήματα
υψηλής απόδοσης, με χαμηλή κατανάλωση και ρυθμό μετάδοσης στην περιοχή των μερικών kbps,
υπάρχουν εφαρμογές όπου απαιτείται ρυθμός λήψης δεδομένων πολύ χαμηλότερος από την τιμή
αυτή, ακόμα και χαμηλότερος από 1bps. Για αυτό τον λόγο οι εφαρμογές των ασύρματων δικτύων
αισθητήρων περιλαμβάνουν προγραμματισμό των κόμβων ώστε να βρίσκονται τον περισσότερο
χρόνο σε κατάσταση αναμονής (idle or sleep mode). Αυτό αφορά κυρίως το σύστημα πομπούδέκτη, το οποίο θα πρέπει να λειτουργεί για σύντομο χρόνο κατά την αποστολή ή λήψη δεδομένων,
με μεγάλους ρυθμούς και να τίθεται αμέσως σε κατάσταση αναμονής. Η προσέγγιση είναι πολύ
αποδοτική, αλλά περιορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την κατανάλωση ενέργειας κατά την αναμονή,
η οποία είναι σημαντική ιδίως σε περιπτώσεις όπου απαιτείται λειτουργία μεγάλης διάρκειας. Μια
απλή επικοινωνιακή πλατφόρμα για ασύρματους αισθητήρες προτάθηκε πρόσφατα, και
περιλαμβάνει άμεση αποφόρτιση της εξόδου του αισθητήρα ή του συλλέκτη, σε μια κεραία βρόχου.
Τα χαρακτηριστικά του αντίστοιχου ηλεκτρομαγνητικού παλμού, που μπορούν να ανιχνευθούν
τοπικά, αντιπροσωπεύουν τις πληροφορίες του αισθητήρα. Σε αυτήν την διπλωματική, μελετώνται
τα χαρακτηριστικά ενός τέτοιου ταλαντωτή LC. Η συχνότητα, το πλάτος και οι συντελεστές
ποιότητας των ταλαντωτών παρουσιάζονται για διαφορετικές τιμές του πυκνωτή C και για
διαφορετικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά της κεραίας βρόχου. Οι ηλεκτρομαγνητικοί παλμοί,
ανιχνεύονται σε απόσταση έως 1 μέτρου από τον ταλαντωτή και παρουσιάζονται οι μεταδιδόμενες
πληροφορίες. Τα αποτελέσματα αυτά, αποδεικνύουν πως η τοπική μετάδοση πληροφορίας με ρυθμό
ενέργειας 1nJ/byte είναι εφικτή σε εφαρμογές όπου χρησιμοποιείται χαμηλή ταχύτητα μετάδοσης.
Wireless sensor networks (WSNs) may improve and offer new possibilities in critical areas of life
quality such as patient health care, safety of buildings and food hygiene standards monitoring.
Powering senor nodes is a major challenge for such applications, as batteries are bulky and require
recharging, which is not practical in cases involving remote locations or large numbers of sensors.
For this reason, a lot of research has focused on low power electronics for sensors, while novel
electrical power sources such as energy harvesting devices have been developed. While highly
efficient low power radio systems with transmission bit rates in the range of a few kbps have already
been proposed, there are applications where the required data collection rate is much lower, even
below 1 bps. For this reason, WSN implementations typically involve programming nodes to spend
most time in sleep mode, at least for the transceiver, waking up only to quickly send/receive
information in a high bit rate and go back to sleep. This approach is very effective but it is ultimately
limited by sleep-mode consumption, which is substantial, especially for cases where long term
operation is required. Recently, a very simple transmission platform for wireless sensors has been
proposed involving direct discharge of a sensor/harvester output into a loop antenna. The
characteristics of the corresponding electromagnetic pulse, which can be detected locally, represent
sensor information. In this work, the characteristics of such LC oscillation transmitters are studied.
The frequency, amplitude and quality factor of oscillations are presented for different C values and
loop antenna geometrical characteristics. The electromagnetic pulses are detected at a distance up to
1 m from the oscillator and transmission of information is demonstrated. These results show that
local transmission of information with energy rate of 1 nJ/byte may be possible for low bit rate
applications. | en_US |
