Consommation énergétique de l’IoT: mesurer Raspberry avec Arduino !

Posted on by Olivier PHILIPPOT
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Lors du développement d’un objet connecté, l’autonomie est un de critères les plus importants à tester. Ne pas mesurer la consommation énergétique do votre plateforme peut potentiellement mener à certains problèmes, comme:

  • Une insatisfaction des utilisateurs
  • Une baisse de la durée de vie d’une batterie
  • Une augmentation du coût de maintenance de la plateforme

Mais comment pouvons-nous donc mesurer l’énergie ?

Sur ce blog, nous avons déjà expliqué plusieurs fois comment mesurer l’énergie avec uniquement un logiciel, plus particulièrement sur Android. Mais la mesure sur plateforme IoT n’est pas si simple : pas de sonde énergétique embarquée, pas d’API… Il faudra donc faire des mesures du matériel.

Explications électriques

Pour mesurer la consommation énergétique il faut utiliser un shunt. C’est un resistor qui est à placer dans votre circuit électrique : quand le courant passe à travers le resistor, une tension différentielle se crée. Et l’énergie peut se calculer avec la loi d’Ohm : Energie = Tension x Courant.

On intègre ce shunt de deux manières : haute tension et basse tension. Le fait de choisir haute ou basse dépend de la position du shunt, selon la batterie et l’énergie à l’intérieur. La position « Haute » est localisée entre le point positif de la batterie et votre charge (plateforme), et la « Basse » se positionne entre la masse de batterie et la masse de plateforme.

Le côté Basse tension présente quelques désavantages, plus particulièrement liés à la commutation de la charge qui crée des problèmes de boucle de masse. C’est généralement le cas pour l’IoT, avec les capteurs, régulateurs, etc… Choisissons plutôt donc de mesurer le côté Haute tension !

Mesure rapide d’une plateforme IoT

Arduino fournit un tutoriel axé sur la mesure d’énergie avec une breakout board INA219 et une précision à 1%.

La câblage est plûtot facile à réaliser en utilisant une breadboard et en suivant le tutoriel Adafruit.

Pour tester votre installation, vous pouvez essayer avec un exemple. Vous obtiendrez alors quatre informations :

  • Tension du Bus : la tension totale perçue par le circuit pendant un test. (Tension d’alimentation – tension shunt)
  • Tension du Shunt : et bien… la tension du shunt !
  • Courant : le courant dérivé via la loi d’Ohm et la mesure de la tension
  • Tension sur charge : la tension globale

Mesure d’un objet IoT

Nous pouvons maintenant intégrer la plateforme IoT et pour cela nous avons choisi un Raspberry, ce qui est plutôt cool à mesurer avec un Arduino !

La première difficulté rencontrée est l’insertion du shunt entre le point d’énergie positif de la batterie et le Vin du Raspberry.
Dans un premier temps, vous pouvez l’intégrer directement sur la board Raspberry, en coupant le circuit. Mais nous avons choisi une option moins intrusive, consistant à l’intégrer dans le câble d’alimentation. Raspberry étant alimenté par USB, nous devons donc placer le shunt entre le V+ de l’ordinateur et le V+ du Raspberry :

En situation réelle, cela donne cela :

Vous devez maintenant lancer le code exemple pour obtenir le courant et la tension de la plateforme. Pour un Raspberry sans aucune configuration particulière (sans OS, sans carte) j’ai obtenu une puissance moyenne de 230 mW.

Ensuite, vous n’avez plus qu’à initier les mesures de vos différents projets ! Par exemple, vous verrez ici comment j’ai mesuré une station météo Arduino.