Botão sem fio com alimentação automática (sem bateria)

O que seria uma abordagem / projeto de circuito viável para criar um botão sem fio com alimentação própria, supondo que seja realista?

Isto é o que quero dizer com cada um dos três termos:

• Auto-alimentado: Potência derivada apenas da ação mecânica de pressionar o botão

• Sem fio: Pressionar o botão faz uma transmissão de RF (vamos considerar um caso com consumo de corrente de pico de 40 mA durante a transmissão)

• Botão de pressão: qualquer tipo de botão que eu possa comprar em uma loja de hobby ou até mesmo me montar, mas não um botão onde eu precise girar a manivela para ativar o interruptor;)

Gostaria de montar um pequeno projeto de "rede" em minha casa (em ambientes fechados), com esses botões localizados em vários pontos, mas gostaria de acabar com qualquer fonte de energia da bateria, portanto, estou experimentando a idéia de alimentação própria . Afinal, o pressionamento do botão traz energia mecânica que poderia ser usada e, além disso, o evento de transmissão de RF resultante será a única vez que o circuito estará vivo ou precisará extrair corrente (de cerca de 40 mA).

Meus pensamentos quebrados até agora:

• Estou pensando em usar um capacitor / supercap que carrega durante o evento mecânico.
• Talvez eu pudesse usar algum método de captação (piezoelétrica, baseada em engrenagens etc.) da energia mecânica do impulso.
• Notei que existe um chip interessante que pode ser útil aqui: o LTC3588

Para quem estiver interessado em uma abordagem piezoelétrica bastante direta, descobri um relatório bem-sucedido (usando um botão piezoelétrico de um isqueiro) no artigo a seguir de 2001 por dois pesquisadores do MIT Media Lab (aliás, o artigo é intitulado muito semelhante ao meu Questão!):

• Um controlador de botão de pressão compacto, sem fio e auto-alimentado por J Paradiso, M Feldmeier - Ubicomp 2001: Ubiquitous Computing, 2001 - Springer

O seguinte extrato do artigo resume bem seu método:

Um capacitor de tanque de 4,4 μF integra a carga transferida de um pressionamento de botão. Isso, por sua vez, alimenta um regulador linear MAX666 de baixa saída, que fornece uma alimentação estável (embora muito ineficiente) de +3 volts até que a carga do capacitor do tanque seja drenada. Quando o MAX666 é ativado, o codificador de ID digital HT12E é ativado, produzindo uma transmissão de ID serial de 12 bits repetida por meio do módulo transmissor On-Off-Keyed (OOK).

Um desenho do seu circuito:

Imagens de sua placa / componentes:

Aqui estão mais detalhes específicos que peguei na implementação:

• Para a seção piezoelétrica / botão, eles pegaram o núcleo de um isqueiro Scripto “Aim 'N Flame” e modificaram a ação da mola para tornar a batida mais suave.

• O elemento piezo gera picos em torno de alguns milhares de volts - isso é passado através de um transformador, com uma taxa de giro de 90: 1, produzindo 30V no capacitor do tanque.

• A eficiência de conversão (mecânica em elétrica) para o piezo e o transformador juntos é de 7%.

• No ponto após o regulador linear, eles mediram 0,5 mJ para serem entregues (a 3V).

• Para a transmissão sem fio, eles usaram um codificador Holtek HT-12E, que gera 8 bits de ID e 4 bits de dados, que são transmitidos por um RFM HX1003 (418MHz, consumo de 7,5 mW, alcance de 50 pés).

Eu acho que você provavelmente poderia fazê-lo de uma maneira semi-razoável se você fizesse algo como pegar um interruptor de luz e conectá-lo a uma engrenagem. Faça com que essa engrenagem mova algum tipo de gerador e colete a eletricidade (você provavelmente precisaria de algumas engrenagens e uma mola). Você também pode fazer isso com um botão personalizado:

Agora, isso, obviamente, requer que você construir algum tipo de botão de si mesmo, a fim de tornar o movimento engenhoca, e você tem que segui-lo com um esquema muito baixa perda de rectificação, ou ter uma reaaaaaaaalllllly curso longo no botão de prensas. Você pode fazer isso, mas não sei se é prático. A parte de transmissão de RF parece menos o problema e mais o mecanismo para ganhar carga suficiente. Você pode operar os eletrônicos atuais com pouquíssima energia, mas como gerar qualquer energia parece ser o problema.

Cortejar rabiscos!