Desenvolvimento e análise de uma micro-PCI IoT de baixo consumo energético e multiconectividade para redes heterogêneas

Abstract

Resumo: Esta dissertação apresenta o desenvolvimento e análise de uma solução inovadora para transceptores loT de baixo consumo energetico com foco na multiconectividade, materializada no projeto de uma micro-PCI compacta de 30 mm x 20 mm, que integra o microcontrolador ESP32-D0WD e o transceptor LoRa SX1276, juntamente com antenas otimizadas para operacao em WiFi (2,4 GHz), Bluetooth Low Energy (BLE) e LoRa (915 MHz). O dispositivo foi projetado para atender a crescente demanda por eficiencia energetica, conectividade diversificada e integracao simplificada, alcançando um consumo medio de apenas 0,5 W em modo ativo e sendo ideal para aplicações loT que exigem baixo custo e alto desempenho. O processo de desenvolvimento envolveu o uso de ferramentas avancadas como o OrCAD e o Sigrity Aurora para simulacão e analise de integridade de sinal, destacando-se os estudos de acoplamento eletromagnetico, que identificaram coeficientes de ate 28,4% entre trilhas paralelas. Para mitigar interferências e preservar a integridade dos sinais, foram propostas solucoes baseadas em espacamentos mínimos de 1 mm e a inclusão de vias de blindagem, garantindo robustez contra ruídos em ambientes adversos.

Abstract: This dissertation presents the development and analysis of an innovative solution for low-power loT transceivers with a focus on multiconnectivity, materialized in the design of a compact 30 mm x 20 mm micro-PCB, which integrates the ESP32-D0WD microcontroller and the LoRa SX1276 transceiver, along with antennas optimized for operation in W iFi (2.4 GHz), Bluetooth Low Energy (BLE), and LoRa (915 MHz). The device was designed to meet the growing demand for energy efficiency, diversified connectivity, and simplified integration, achieving an average consumption o f only 0.5 W in active mode and being ideal for IoT applications th a t require low cost and high performance. The development process involved the use o f advanced tools such as OrCAD and Sigrity Aurora for simulation and signal integrity analysis, highlighting the electromagnetic coupling studies, which identified coefficients of up to 28.4% between parallel tracks. To mitigate interference and preserve signal integrity, solutions were proposed based on minimum spacings of 1 mm and the inclusion o f shielding paths, ensuring robustness against noise in adverse environments.