Aplikace IoT senzoru napájeného termoelektrickým generátorem na demonstrační výrobní lince

Abstract

Tato bakalářská práce řeší problematiku energetické autonomie IoT senzorových uzlů v průmyslovém prostředí v rámci konceptu Průmyslu 4.0. Hlavním tématem je využití odpadního tepla z elektromotorů k napájení bezdrátových jednotek pro monitorování vibrací, čímž se eliminuje potřeba pravidelné údržby baterií nebo nákladné instalace napájecí kabeláže. Celý projekt integruje principy tepelného energy harvestingu pomocí termoelektrických generátorů, nízkovýkonového návrhu vestavěných systémů a bezdrátové komunikace standardu LoRaWAN. V rámci řešení je navržen a realizován funkční vzorek IoT uzlu, který využívá efektivní napájecí řetězec a asynchronní algoritmus pro detekci a zpracování mechanických kmitů. Navržený systém je ověřen praktickými testy na demonstrační výrobní lince Smart Factory na motoru Bosch Rexroth, kde byla verifikována funkčnost diagnostiky a analyzována energetická bilance systému, která identifikovala nezbytné podmínky pro budoucí dosažení plné energetické neutrality.

This bachelor thesis focuses on the issue of energy autonomy for IoT sensor nodes in industrial environments within the Industry 4.0 framework. The primary focus is on utilizing waste heat from electric motors to power wireless vibration monitoring units, thereby eliminating the need for regular battery maintenance or costly power cabling installations. The entire project integrates principles of thermal energy harvesting using thermoelectric generators, low-power embedded system design, and the LoRaWAN wireless communication standard. As part of the solution, a functional sample of the IoT node was designed and implemented, featuring an efficient power chain and an asynchronous algorithm for detecting and processing mechanical vibrations. The proposed system was verified through practical tests on the Smart Factory demonstration production line using a Bosch Rexroth motor, where the diagnostic functionality was validated and the system's energy balance was analyzed, identifying the essential requirements for achieving full energy neutrality in the future.