Estación meteorológica perpetua sin batería

Dime los pasos

Ahora es posible crear proyectos de microcontroladores remotos de bajo consumo que pueden funcionar indefinidamente sin baterías y no fallar incluso en caso de un corte de energía. Deja que eso se asiente.

Como ejemplo, le mostraremos cómo construir una estación meteorológica basada en LoRa que funciona únicamente con paneles solares. Su código está escrito en CircuitPython, ejecutándose en una popular placa de microcontrolador para aficionados: la Adafruit Metro M0 Express. La novedad es que puede conservar el estado del programa de medición meteorológica, incluso durante los periodos de oscuridad total cuando se queda sin energía. Se llama informática intermitente o informática perpetua, y abre un nuevo mundo de electrónica duradera, donde muchas aplicaciones funcionarán bien, y prácticamente para siempre, sin depender de una batería.

El truco es una versión especialmente modificada del intérprete de CircuitPython que es resistente a los cortes de energía. (No el lenguaje - la sintaxis de CircuitPython permanece intacta). Esto significa que no necesitamos alimentar nuestra estación meteorológica con una fuente de alimentación continua, como una batería. En cambio, recolectamos energía de una celda solar y la almacenamos temporalmente en un capacitor. El sistema se iniciará cuando el capacitor contenga suficiente energía para ejecutar algún código, y el programa continuará donde lo dejó antes de la falla de energía. De esta forma, podemos recopilar información meteorológica de manera oportuna sin depender de una batería potencialmente contaminante y viajes frecuentes para reemplazar esta batería.

Finalmente, podemos construir sistemas integrados verdaderamente perpetuos, sin batería y con autonomía de energía utilizando componentes listos para usar. Probamos el concepto en 2020 con nuestro proyecto Battery Free Game Boy dirigido por Jasper de Winkel, donde alimentamos el juego con paneles solares y la energía cinética de las pulsaciones de los botones del jugador. Ahora lo hemos traído a CircuitPython.

Llamamos a nuestro sistema BFree. Puede programar su microcontrolador en CircuitPython estándar, y una placa de expansión especialmente diseñada almacena el estado intermedio de la computación durante cortes de energía. Luego, su microcontrolador puede continuar donde lo dejó y continuar ejecutando CircuitPython correctamente cuando regrese la energía.

Game Boy sin batería, septiembre de 2020, extracto de ACM Proceedings on Interactive, Mobile, Wearable, and Ubiquitous Technologies

BFree consta de dos elementos: una placa de expansión ("Shield") adjunta sobre el Metro M0 Express y el software que se ejecuta sin problemas en el Metro M0. Esta combinación permite que las aplicaciones de CircuitPython escritas para Metro M0 continúen donde se quedaron después de un corte de energía. BFree está diseñado para operar en un entorno con energía insuficiente para alimentar continuamente el Adafruit Metro M0.

El escudo BFree alberga un microcontrolador de la serie MSP430FR de Texas Instruments. La peculiaridad de este microcontrolador es la presencia de RAM no volátil en forma de RAM ferromagnética (FRAM). Este tipo de memoria no volátil es de bajo consumo y direccionable por bytes. Funciona como una SRAM estándar, pero con la ventaja de no perder sus datos cuando se va la luz. Es una mejor opción que la memoria flash, que consume mucha energía para escribir y requiere escribir una "página" completa a la vez.

El software BFree es una versión modificada...