Un sensore di apertura sulla finestra, un termometro in cantina, un contatore d'acqua in un pozzetto: dispositivi che funzionano per anni con una piccola pila, senza che nessuno se ne ricordi. Uno smartphone, con una batteria enormemente più grande, non arriva a due giorni. La differenza sta tutta nella progettazione: un sensore IoT passa quasi tutto il tempo a non fare nulla.
Il principio: dormire quasi sempre
Il consumo di un dispositivo elettronico si misura in milliampere quando è attivo e può scendere a pochi microampere, cioè millesimi di milliampere, quando dorme. Un sensore ben progettato:
- dorme per la stragrande maggioranza del tempo;
- si sveglia per un evento, come un magnete che si allontana, o a intervalli regolari;
- legge il dato, lo trasmette in pochi millisecondi;
- torna a dormire.
Quello che conta è il consumo medio. Un dispositivo che assorbe molto per un istante ogni dieci minuti e pochissimo nel resto del tempo ha un consumo medio bassissimo. Il calcolo concettuale è semplice: si sommano l'energia spesa nei brevi momenti attivi e quella, piccola ma continua, del sonno.
Un esempio ragionato: se un sensore consuma poco in sonno ma trasmette ogni dieci secondi invece che ogni dieci minuti, le trasmissioni diventano sessanta volte più frequenti, e il consumo medio può crescere fino a ridurre la durata da anni a settimane. La frequenza di trasmissione è la leva più potente.
La scelta del protocollo radio
La radio è di solito il componente più assetato. Protocolli diversi hanno costi energetici molto diversi.
| Protocollo | Consumo per trasmissione | Portata | Uso tipico |
|---|---|---|---|
| Wi-Fi | alto, connessione lenta | casa | sensori alimentati o ricaricabili |
| Zigbee, Thread | basso | casa, con mesh | sensori domestici a pila |
| Bluetooth LE | basso | pochi metri o decine di metri | termometri, beacon |
| LoRaWAN | basso, trasmissioni lente | chilometri | agricoltura, contatori, edifici estesi |
| NB-IoT, LTE-M | moderato | rete cellulare | contatori, tracker, luoghi remoti |
LoRaWAN
LoRaWAN usa una modulazione radio pensata per inviare pochi dati a grande distanza con consumi ridotti. I messaggi sono piccoli e poco frequenti, ma possono coprire chilometri in campo aperto. Servono gateway che ricevono i messaggi e li inoltrano a un server di rete. È molto usato per sensori agricoli, monitoraggio ambientale e contatori.
NB-IoT e LTE-M
Sono varianti delle reti cellulari pensate per dispositivi a basso consumo. Hanno il vantaggio di usare l'infrastruttura degli operatori senza installare gateway, al costo di una SIM e di un abbonamento. Funzioni come la modalità di risparmio energetico permettono al dispositivo di restare registrato alla rete dormendo a lungo.
La pila giusta
Non tutte le pile sono uguali, e la scelta incide sulla durata quanto il firmware.
- Pile a bottone al litio come le CR2032: piccolissime, adatte a sensori che trasmettono raramente. Soffrono i picchi di corrente: con trasmissioni frequenti la tensione cala e il dispositivo può resettarsi.
- Pile stilo al litio: più capacità, ottima tenuta al freddo, adatte a dispositivi in esterno o in cantine fredde.
- Pile alcaline: economiche, ma al freddo rendono molto meno e a fine vita possono perdere liquido.
- Batterie ricaricabili: comode per dispositivi con consumi più alti, ma con autoscarica maggiore e tensioni diverse da quelle delle pile.
La temperatura conta: in un congelatore o in un pozzetto d'inverno la capacità utile di molte pile cala sensibilmente.
Errori che accorciano la durata
- Segnale debole: un sensore lontano dall'hub ritrasmette più volte e consuma di più. Aggiungere un nodo ripetitore nella mesh può allungare la vita della pila più di qualunque impostazione.
- Intervalli di report troppo brevi: molti sensori permettono di impostare ogni quanto inviare il dato o di trasmettere solo quando il valore cambia oltre una soglia.
- LED di stato che lampeggiano a ogni trasmissione: in alcuni dispositivi si possono disattivare.
- Firmware non aggiornato: alcuni aggiornamenti correggono proprio problemi di consumo.
Gestire decine di sensori a pila
Con molti dispositivi in casa, la gestione delle pile diventa un piccolo lavoro. Qualche abitudine semplifica la vita:
- un'automazione che avvisa quando una pila scende sotto una certa soglia;
- un elenco con il tipo di pila di ciascun sensore e la data dell'ultima sostituzione;
- una piccola scorta delle pile più usate.
In sintesi
- I sensori IoT durano anni perché dormono quasi sempre e trasmettono per pochi millisecondi.
- La frequenza di trasmissione è il fattore che incide di più sulla durata della pila.
- Zigbee, Thread e Bluetooth LE vanno bene in casa; LoRaWAN e NB-IoT coprono grandi distanze.
- Il tipo di pila e la temperatura di esercizio cambiano molto l'autonomia reale.
- Un buon segnale radio e avvisi di batteria scarica rendono la gestione semplice.
