Determination of the Variations on Battery Consumption According to Temperature and Relative Humidity of Silicon Labs Si7021Wireless Sensor Systems in Greenhouse

Year 2021, , 263 - 269, 30.06.2021

Celil Serhan Tezcan , Kemal Sulhi Gündoğdu

https://doi.org/10.35193/bseufbd.880520

Abstract

Climatic parameters need to be measured and necessary arrangements should be made according to these observations in order to be suitable for greenhouse climatic conditions in agricultural production. In agricultural production, it is important to know the temporal change of climatic values belonging to different locations of the greenhouse in order to ensure the comfort of plant growing environment. Today, the use of sensors determining various climatic parameters is becoming widespread. The design of the sensor system to include battery and wireless communication technology makes it easier to position the sensor in the desired position in the greenhouse. In this study, it was tried to determine the daily battery consumption of Silicon Labs Si7021 sensors used to determine temperature and humidity values in a greenhouse according to temperature and humidity values. In this study, 18 sensors were used and placed in different locations in the greenhouse. Temperature, relative humidity and sensor battery voltage measurements were carried out for twelve months between 2016-2017 in five minute intervals. From these values, daily average temperature, relative humidity and battery voltage changes were determined. Data were tested by ANOVA, regression and correlation analyzes. According to the results, it was investigated whether there was a significant relationship between the daily battery level change in the sensors used and the daily average temperature and humidity values. It is concluded that there is no strong relationship to create regression model between daily battery voltage change and two environmental parameters for all sensors.

Keywords

Temperature, Relative Humidity, Silicon Labs Si7021 Wireless Sensor, Battery Consumption, Greenhouse

Supporting Institution

Bursa Uludağ Üniversitesi Bilimsel Araştırma Komisyonu

Project Number

BAP OUAP (Z) -2015/10

Thanks

This study was carried out within the scope of project numbered BAP OUAP (Z) -2015/10, supported by the Scientific Research Projects Unit of Bursa Uludağ University. We thank Bursa Uludağ University Scientific Research Projects Unit for its support.

Serada Silicon Labs Si7021 Kablosuz Sensör Sistemlerinin Sıcaklık ve Neme Göre Pil Tüketimindeki Değişimlerinin Belirlenmesi

Abstract

Tarımsal üretimde sera iklim şartlarına uygun olması için iklimsel parametrelerin ölçülmesi ve bu gözlemlere göre gerekli düzenlemelerin yapılması gerekmektedir. Tarımsal üretimde, bitki yetiştirme ortamının konforunu sağlamak için seranın farklı yerlerine ait iklim değerlerinin zamansal değişimini bilmek önemlidir. Günümüzde çeşitli iklim parametrelerini belirleyen sensörlerin kullanımı yaygınlaşmaktadır. Sensör sisteminin pil ve kablosuz iletişim teknolojisini içerecek şekilde tasarlanması, sensörün serada istenilen konuma konumlandırılmasını kolaylaştırır. Bu çalışmada, bir serada sıcaklık ve nem değerlerinin belirlenmesinde kullanılan Silicon Labs Si7021 sensörlerinin günlük pil tüketiminin sıcaklık ve nem değerlerine göre belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu çalışmada 18 adet sensor kullanılmış ve serada farklı yerlere yerleştirilmiştir. 2016-2017 yılları arasında on iki ay boyunca beş dakikalık aralıklarla sıcaklık, bağıl nem ve sensor pil voltajı ölçümleri yapılmıştır. Bu değerlerden günlük ortalama sıcaklık, bağıl nem ve akü voltaj değişimi belirlenmiştir. Veriler ANOVA, regresyon ve korelasyon analizleri ile test edildi. İstatistiksel analiz sonuçlarına göre, kullanılan sensörlerde günlük pil seviyesi değişimi ile günlük ortalama sıcaklık ve nem değerleri arasında anlamlı bir ilişki olup olmadığı araştırılmıştır. Tüm sensörler için günlük pil voltajı değişimi ile iki çevresel parametere arasında regresyon modeli oluşturmak için güçlü bir ilişki olmadığı sonucuna varılmıştır.

Keywords

Sıcaklık, Bağıl Nem, Silion Labs Si7021 Kablosuz Sensörü, Pil Tüketimi, Sera

Project Number

BAP OUAP (Z) -2015/10

References

• Kalaycı, T. E. (2009).Kablosuz Sensör Ağlar ve Uygulamaları, Akademik Bilişim’09 - XI. Akademik Bilişim Konferansı Bildirileri, 11-13 Şubat 2009 Harran Üniversitesi, Şanlıurfa.
• Tekin, Ç., Demirel, A.B. & Örün, Ç. (2011).Tarımda Kablosuz Ağlar, Akademik Bilişim 2011, İnönü Üniversitesi, Malatya.
• Sarpay, A. (2016). İnternet Kullanımının Çevresel Etkileri, Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Ankara.
• Suri, A., Iyengar, S. S. & Cho, E. (2006). Ecoinformatics using wireless sensor networks: An overview, Ecological Informatics, 1, 287-293.
• Odabaşı, S. & Tozan, Ş. D. (2009). Kablosuz Sensör Ağlar ve Kablosuz Sensör Ağlarda Enerji Tüketimi, Elektrik-Elektronik-Bilgisayar ve BiyomedikalMühendisliği 13. Ulusal Kongresi, Ankara.
• Guo, W., Healy, W. M. & Zhou, M. (2013). Experimental study of the thermal impacts on wireless sensor batteries, 2013 10th IEEE International Conference on Networking, Sensing and Control (ICNSC), 430-435, doi: 10.1109/ICNSC.2013.6548777.
• Anonymous (2021). https://www.panasonic-batteries.com/en/cold-weather-batteries, (Date of access: 10.05.2021).
• Anonymous (2021). Silicon Lab Si7021 datasheet, https://www.silabs.com/documents/public/data-sheets/Si7021-A20.pdf, (Date of access: 13.05.2021).
• Park, C., Lahiri, K. & Raghunathan, A. (2005). Battery discharge characteristics of wireless sensor nodes: an experimental analysis. 2005 Second Annual IEEE Communications Society Conference on Sensor and Ad Hoc Communications and Networks, 2005. IEEE SECON 2005., Santa Clara, CA, USA.
• Rodrigues, L. M., Montez, C., Moraes, R., Portugal, P. & Vasques, F. (2017). A temperature-dependent battery model for wireless sensor networks, Sensors, 17(2), 422.
• Erdinç, O., Vural, B. & Uzunoğlu, M. (2009). A dynamic lithium-ion battery model considering the effects of temperature and capacity fading, International Conference on Clean Electrical Power, Capri, Italy, 383-386.
• Rodrigues, L., Leao, E., Montez, C., Moraes, R., Portugal, P. & Vasques, F. (2018). An Advanced Battery Model for WSN Simulation in Environments with Temperature Variations. IEEE Sensors Journal, 18(19), 8179-8191.