Energy harvesting for IoT road monitoring systems

Internet of Things (IoT) solutions guarantee the high performance requested by users and authorities in terms of efficiency, sustainability, connectivity, and durability for modern transportation infrastructures, allowing, at the same time, small size, low power consumption, wireless transmission and easily deployable solutions. IoT monitoring systems powered through Energy Harvesting Technologies (EHTs) are often indicated as the most efficient solutions to address these requests because of several advantages (e.g., remote management simplification, independence from electricity grid). In this paper, the most used EHTs in the field of road infrastructures were analyzed and, among them, a photovoltaic standalone system (PVSS) was selected and considered as the power supply unit of an electronic structural health monitoring (SHM) system. In particular, a network of sensor units (SUs), wirelessly connected to one central unit (CU), acting as an innovative road pavement monitoring system solution was taken in account as benchmark. Consequently, the objective of this study is to draw guidelines for the designer that can establish the proper sizing of the PVSS, based on the energy consumption of the SHM system, according to multiple factors, such as typology and number of sensors, frequency of measurements, duty cycle, and days of autonomy. RÉSUMÉ. Les solutions d’Internet des objets (IdO) garantissent la haute performance demandée par les utilisateurs et les autorités en termes d’efficacité, de durabilité, de connectivité et de durabilité pour les infrastructures de transport modernes, permettant à la fois une petite dimension, une faible consommation d’énergie, une transmission sans fil et des solutions faciles à déployer. Les systèmes de surveillance d’IdO alimentés par les technologies de récolte d'énergie (EHTs, le sigle de « Energy Harvesting Technologies » en anglais) sont souvent indiqués comme les solutions les plus efficaces pour répondre à ces demandes en raison de plusieurs avantages (par exemple, la simplification de la gestion à distance, l'indépendance du réseau électrique). Dans cet article, les EHTs les plus souvent utilisées dans le domaine des infrastructures routières ont été analysés et, parmi eux, un système photovoltaïque autonome (PVSS, le sigle 606 I2M. Volume 17 – n° 4/2018 de « photovoltaic standalone system » en anglais) a été sélectionné et considéré comme l'unité d'alimentation électrique d'un système électronique de contrôle de santé intégré (CSI). En particulier, un réseau d'unités de capteurs (SU, le sigle de « sensor unit » en anglais) connecté sans fil à une unité centrale (CU, le sigle de « central unit » en anglais) qui fonctionne en tant que solution des systèmes de surveillance des chaussées routières innovantes a été pris en compte comme standard. Par conséquent, l’objectif de cette étude est d’élaborer des lignes directrices pour le concepteur en eux permettant d’établir le bon dimensionnement du PVSS, en fonction de la consommation d’énergie du système de CSI anisi que des multiples facteurs, tels que la typologie et le nombre de capteurs, la fréquence des mesures. , cycle de travail et jours d'autonomie.