Flexible IOT framework for fast prototyping multisensor products for energy applications

November 18, 2025

A literatura demonstra que o conhecimento do consumo de energia por parte dos utilizadores conduz à redução do mesmo, contudo a adoção em escala destes sistemas enfrenta diversas barreiras. No mercado residencial os custos elevados do equipamento, instalação complexa e dispendiosa e a necessidade de técnicos especializados são as principais. Dispositivos de medição autónomos são frequentemente desacreditados por divergirem das contagens dos operadores de rede, as baseadas em dados da rede inteligente são muitas vezes inconsequentes devido à necessidade de informações em tempo real para que a correlação entre consumo e comportamento possa ser facilmente estabelecida. A motivação e o sentido de oportunidade deste trabalho apoiam-se em duas tendências tecnológicas críticas que criaram condições favoráveis para responder aos desafios referidos anteriormente: a instalação de milhões de novos contadores de eletricidade inteligentes e novos módulos de comunicação Wi-Fi de baixo custo. A metodologia proposta é flexível, focada na prototipagem rápida de produtos ligados à internet, respondendo à necessidade de desenvolvimento de sensores de consumo de energia fáceis de instalar, baseados nas capacidades dos novos contadores de eletricidade digitais e inteligentes. Utilizando as interfaces dos contadores, os dados confiáveis e precisos são fornecidos aos consumidores, possibilitando mudança e oportunidade para otimizar o consumo de energia. A solução proposta adequa-se às oportunidades e desafios tecnológicos e regulatórios, bem como às restrições do mercado. O modelo de negócio e os desafios regulatórios e económicos levaram à necessidade de diversificação e à ampliação de metodologia, incorporando componentes adicionais sensorização. Usando a metodologia proposta, dezenas de protótipos foram desenvolvidos e geradas centenas de iterações, resultando daí os produtos nos quais hoje milhares de utilizadores baseiam a sua gestão diária de energia, automação e opções tarifárias, com um impacto económico positivo nas suas vidas. Este trabalho permitiu ainda melhorar o quadro regulatório nacional favorecendo uma melhor gestão, economia e segurança. Research has extensively shown that understanding electricity consumption can lead to reductions in usage. The main barriers to widely adopting information tools in the residential market are high equipment costs, complex and expensive installation processes, and the need for specialized technicians to assemble it in the electrical panel. Standalone measuring devices are often discredited because they diverge from network operator measurements, and innovative grid data solutions are limited by their need for near-real-time information to easily establish the link between consumption and behavior. The motivation and timing for this work are driven by two key technological trends that have created favorable conditions to address the aforementioned challenges: the rollout of millions of smart electricity meters and the development of low-cost Wi-Fi communication modules. This work aimed to develop a flexible Internet of Things (IoT) framework for rapid prototyping, addressing the need for accessible and easy-to-install energy consumption sensors that harness the capabilities of new digital and smart electricity meters. By utilizing smart meter interfaces, reliable and accurate data can be provided to consumers, fostering trust and enabling energy consumption optimization. The proposed solution aligns with current technological and regulatory opportunities, challenges, and market constraints. The business model, along with regulatory and economic difficulties, prompted diversification and the development of a framework capable of meeting additional sensing needs. Using this framework, dozens of prototypes were created through various iterations, leading to multiple products that thousands of consumers now use for daily energy management, automation, and tariff decisions, with a positive economic impact. Improving the regulatory framework to promote real-time energy consumption information can lead to better management, cost savings, and security for consumers and third parties. This system delivers actionable data for energy users, leveraging the scalability of cloud computing and the immediacy of real-time dashboards. Furthermore, this work provides valuable consumption data for modeling and training machine learning algorithms.

Authors in the community:

• 

  C

  Carlos Diogo Coimbra Henriques

  ist156285

Supervisors of this institution:

• 

  C

  Carlos Augusto Santos Silva

  ist23960

101844239

Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia

environmental-engineering - Environmental engineering

Keywords

• Internet of Things
• HAN - Home Area Network
• Smart meter
• Energy consumption
• Agile Development
• Internet das coisas
• Porta HAN
• Contador inteligente
• Consumo energético
• Desenvolvimento Ágil

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Instituto Superior Técnico