Energy-harvesting self-powered system for autonomous current sensing

This thesis presents the design and implementation of a self-powered energy-harvesting system for monitoring electrical panel current. The system integrates a supercapacitor-based energy storage stage managed by an energy-harvesting power management IC and regulated through a high-efficiency buck-boost DC–DC converter. Current measurement is performed using a high-precision digital power monitoring device, providing an indirect estimation of the panel current from the harvested signal. A low-power real-time clock is used to schedule periodic wake-up events, while a hardware latching power control circuit enables controlled shutdown of the microcontroller to minimize energy consumption. The firmware implements continuous current sampling, averaging, and secure data transmission over Wi-Fi using MQTT. Experimental calibration ensures that the harvested current accurately reflects the electrical activity of the monitored panel. The proposed system demonstrates autonomous operation powered solely by harvested energy, providing reliable current monitoring and low-power management suitable for energy-constrained applications.

Questa tesi presenta la progettazione e l’implementazione di un sistema autoalimentato in energy harvesting per il monitoraggio della corrente di quadri elettrici. Il sistema integra uno stadio di accumulo energetico basato su supercondensatori, gestito da un circuito integrato di power management e regolato tramite un convertitore DC–DC buck-boost ad alta efficienza. La misura della corrente è effettuata mediante un dispositivo digitale di monitoraggio energetico ad alta precisione, che fornisce una stima indiretta della corrente del quadro a partire dal segnale acquisito. Un real-time clock a basso consumo programma eventi periodici di wake-up, mentre un power latch consente lo spegnimento controllato del microcontrollore per minimizzare i consumi energetici. Il firmware implementa campionamenti periodici della corrente, operazioni di media e trasmissione sicura dei dati via Wi-Fi tramite MQTT. La calibrazione sperimentale garantisce che la corrente acquisita rifletta con precisione l’attività elettrica del quadro monitorato. Il sistema proposto dimostra un funzionamento autonomo alimentato esclusivamente dall’energia di harvesting, fornendo monitoraggio affidabile della corrente e gestione a basso consumo, adatto ad applicazioni con vincoli energetici.