Design and Implementation of Autonomous Wireless Sensors for Electrical Protection Systems Using Ultra Low Power Consumption Microprocessors

Revista Politécnica

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Title Design and Implementation of Autonomous Wireless Sensors for Electrical Protection Systems Using Ultra Low Power Consumption Microprocessors
Diseño e Implementación de Sensores Autónomos Inalámbricos para Sistemas Eléctricos de Protección Utilizando Microprocesadores de Bajo Consumo de Potencia
 
Creator Barahona, Andrés
Salazar, Jaime
Soria Colina, Mauricio
Novoa Guamán, Edison
Caina, Darwin
Pérez, Fabián
 
Subject Sensor autónomo inalámbrico
Protecciones eléctricas
Energía solar
Dispositivos de ultra bajo consumo de potencia
Comunicación con XBee S1
Wireless autonomous sensor, electrical protection, solar energy, ultra-low power consumption device, XBee S1 communication modules.
 
Description This article constitutes the design of an autonomous sensor for electrical protection systems using new technologies that includes energy harvesting and the low power consumption of the electronic elements used. The prototype is developed in four stages. The first stage focuses on acquiring information from an external electrical system using a current sensor, that data is processed in the second stage by the development card which detects when a disturbance occurs in the current signal of the external electrical system and prioritizes the low power consumption of the devices when it is not necessary to transmit information. The third stage covers radio frequency data communication, which is executed once the processing algorithm has detected that the current exceeds the limits of normal operation, otherwise the transmission of information is disabled, and the device is in a low consumption mode. The last stage makes energy harvesting and storage of it, using solar modules, the solar radiation is harvested and transformed into electrical energy, the same that feeds the prototype, the excess energy is stored in a lithium-polymer battery, which works in absence of solar radiation. Finally, the equipment is integrated in a printed circuit board that constitutes the final prototype. To verify the correct operation of the designed sensor, many operation tests are carried out and the results obtained are analyzed.
Este artículo presenta el diseño de un sensor autónomo para sistemas de protección eléctrica empleando tecnologías innovadoras que, para su operación, se abastecen de recursos energéticos del medio ambiente y además requieren de un bajo consumo de potencia. El prototipo posee tarjetas electrónicas que operan en cuatro etapas. La primera etapa se encarga de adquirir datos reales de corriente de un sistema eléctrico de prueba. En la segunda etapa, mediante el preprocesamiento y análisis de datos, se detectan perturbaciones en la señal de corriente del sistema eléctrico de prueba. La tercera etapa comprende la comunicación de datos por radiofrecuencia, la cual se ejecuta solo cuando su algoritmo de procesamiento ha detectado valores de corriente anormales, caso contrario, la transmisión de información se mantiene deshabilitada y con el dispositivo operando en modo de ultra bajo consumo de energía. La última etapa del sensor autónomo se encarga de proveerlo de energía mediante baterías de litio-polímero y paneles fotovoltaicos que aprovechan el uso y almacenamiento de la energía solar. Finalmente, para probar el sensor diseñado, se realizan varias pruebas de funcionamiento y se analizan los resultados obtenidos.
 
Publisher Escuela Politécnica Nacional
 
Date 2021-07-31
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
 
Format application/pdf
 
Identifier https://revistapolitecnica.epn.edu.ec/ojs2/index.php/revista_politecnica2/article/view/1222
10.33333/rp.vol48n1.03
 
Source Revista Politécnica; Vol. 48 No. 1 (2021): Revista Politécnica; 31-42
Revista Politécnica; Vol. 48 Núm. 1 (2021): Revista Politécnica; 31-42
Revista Politécnica; v. 48 n. 1 (2021): Revista Politécnica; 31-42
2477-8990
1390-0129
10.33333/rp.vol48n1
 
Language spa
 
Relation https://revistapolitecnica.epn.edu.ec/ojs2/index.php/revista_politecnica2/article/view/1222/559
 
Rights Derechos de autor 2021 Revista Politécnica
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0
 

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