從低功耗到免電池

 

免mian電dian池chi的de傳chuan感gan器qi節jie點dian可ke降jiang低di成cheng本ben，因yin為wei無wu需xu更geng換huan電dian池chi或huo無wu需xu維wei護hu，傳chuan感gan器qi工gong作zuo壽shou命ming更geng長chang。采cai用yong免mian電dian池chi的de物wu聯lian網wang還hai有you利li於yu可ke持chi續xu發fa展zhan，因yin為wei減jian小xiao了le對dui受shou限xian原yuan材cai料liao如ru鈷gu的de依yi賴lai
，和he回hui收shou再zai利li用yong預yu算suan。電dian磁ci開kai關guan
、太陽能電池、振動能量采集器是可靠的、經驗證的免電池技術
，適用的應用如智能樓宇
、家居的照明控製、遠程控製
，樓宇自動化的開門、窗，維護性應用的升降門運行計數器
，安全應用的滅火器摘機檢測等。

 

低功耗互聯協議是實現免電池的關鍵，如低功耗藍牙和Zigbee™ Green Power。如今低功耗藍牙無處不在，是分布廣泛的生態係統。低功耗藍牙和Zigbee™ Green Power都具有超低功耗
，支持通過能量采集實現免電池的應用
，支持低功耗藍牙或Zigbee™ Green Power的設備可加入Mesh網絡實現在擴展範圍內安全地多對多通信。

 

行業最低功耗的藍牙5無線電係統單芯片(SoC) RSL10極其適用於通過能量采集實現完全免電池的方案，它在接收模式功耗7 mW
，深度睡眠模式功耗僅62.5 nW，獲行業最高的EEMBC® ULPMark™評分。RSL10係統級封裝(SIP)在一個6 x 8 x 1.46 mm的微型封裝中集成RSL10無線電、天線和所有的無源器件
，簡化係統設計並最小化物料單(BOM)，易於設計導入到任何智能無線互聯應用中，且已通過美國、歐洲
、日本等多國認證體係。

 

超低功耗的嵌入式硬件平台：RSL10傳感器開發套件

 

RSL10傳感器開發套件結合行業最低功耗的RSL10 SIP 和Bosch Sensortec的尖端傳感器技術，包括環境光、慣性和環境傳感器的十多個低功耗傳感器
，實現功耗優化

、具有超長電池使用壽命的傳感器節點，用於智能家居、智能樓宇、資產跟蹤、個人物聯網等應用。該套件高度集成
，外形緊湊，還包含軟件開發環境和可聯接到雲的移動應用程序 (App) RSL10 Sense and Control，開箱即用，從而簡化和加快開發。這App讀取該套件配套的眾多傳感器，並通過MQTT將傳感器數據發送到雲，也可通過MQTT訂閱來自雲的執行器數據。例如
，使用RSL10傳感器開發套件可快速構建、測ce試shi和he部bu署shu用yong於yu工gong人ren安an全quan的de工gong業ye可ke穿chuan戴dai設she備bei或huo資zi產chan監jian控kong等deng應ying用yong。在zai工gong人ren安an全quan應ying用yong用yong例li中zhong，可ke檢jian測ce跌die倒dao，迅xun速su發fa出chu警jing報bao
，減jian少shao對dui緊jin急ji情qing況kuang的de響xiang應ying時shi間jian，也ye可ke預yu先xian發fa現xian高gao溫wen有you害hai的de危wei險xian情qing況kuang，最zui終zhong減jian少shao受shou傷shang風feng險xian，降jiang低di運yun營ying成cheng本ben，提ti高gao生sheng產chan效xiao率lv。

 

 

能量采集方案：RSL10太陽能電池多傳感器平台

 

完全由太陽能供電的新型尖端傳感器開發平台RSL10太陽能電池多傳感器平台
，免電池免維護，填補能源需求的缺口。該平台基於行業最低功耗的RSL10 SIP
，結合Bosch Sensortec的超低功耗智能傳感器進行溫度、壓力和濕度持續檢測，通過低功耗藍牙傳輸數據到雲網關進行雲互聯，用於氣候控製、工人安全和移動健康等應用。

 

 

RSL10太陽能電池多傳感器平台的特性包括：

 

● 提供持續監測技術，無需電池。

● 通過RSL10 SIP提供業界最低功耗的藍牙®低功耗技術。

● 待機模式下為55 nw，0 dbm 時的Rx和Tx為10 mW。

● 支持信標(Beacon)和遙測傳輸。

● 使用帶有Arm® Cortex®調試連接器(10引腳) 適配器的SEGGER J-Link完全可重新編程。

● 超低漏電流。

● 自適應占空比(自檢可用的能量用於傳輸)。

● 雙太陽能電池接口(通孔線焊或ZIF接口)。

● 超低功耗智能傳感器。

● 低壓、高精度溫度傳感器，溫度範圍寬(-40至125℃)(NCT203)。

● 結合數字濕度、壓力和溫度傳感器(BME280)。

● 智能3軸超低功耗加速度計(BMA400)
，具有集成的喚醒和睡眠功能。

● 預閃存含交織Beacon固件。

● Eddystone TLM Beacon。

● 傳輸存儲電容器的電壓電平、溫度
、上電後的時間以及上電後的廣告包。

● 兼容低功耗藍牙(BLE) Scanner應用程序(iOS®或Android™)。

● 定製環境服務Beacon。

● 傳輸溫度、濕度和壓力。

● B-IDK CMSIS-Pack中提供了軟件庫和示例。

● 支持各種照明條件(人工照明或太陽能燈，低至180 lux)。

● 能量采集方案：藍牙低功耗開關

 

安森美半導體的藍牙低功耗開關完全以采集的能量工作，實現真正自供電的物聯網應用
，應用示例包括牆麵和照明控製、樓宇自動化和資產跟蹤。該方案結合行業最低功耗的RSL10 SIP和采埃孚股份公司(ZF Friedrichshafen AG)的高性能能量采集開關，每次按下及鬆開按鈕產生350 μJ能量相當於在0 dBm每一傳輸信號隻消耗17微焦(μJ)。這藍牙低功耗開關無需降壓-升壓，減少BOM達25%，兼容安森美半導體的物聯網開發套件(IDK)和藍牙IDK (B-IDK)，包括傳感器

、聯接和致動器器件的全麵陣容


，易於聯接到標準的BLE Scanner或移動/照明應用程序(iOS®或Android™)，並配有完整的BoM、電路圖、PCB布局和Gerber文件
，以及免費使用的開關端固件。

 

 

能量采集方案：Zigbee Green Power開關

 

Zigbee Green Power 基於IEEE 802.15.4 規範，針對通過能量采集實現免電池的自供電設備。安森美半導體的Zigbee Green Power能量采集開關方案含1個能量采集開關、1個基於NCS36510的Zigbee Green Power模塊和Zigbee3.0 GP協議棧，優勢包括：免電池免維護，具成本優勢，遠距離聯接，安裝簡單，兼容商用產品
，本地Mesh。NCS36510是超低功耗的SoC射頻收發器
，接收功耗和發送功耗分別低至6.7 mW和6.0 mW。該方案的典型應用如照明控製、自動開門/窗等。

 

RFID技術

 

射頻識別(RFID)標簽利用天線提供的功率為芯片供電，並以數據形式發送返回信號。這數據可能是解鎖車門的指令、獨一無二的ID
、傳感器的檢測數據如溫度。RFID讀取範圍為高頻10 cm，無源超高頻(UHF)約10 m (因讀卡器功率、天線設計、標簽設計
、方向不同而有所不同)，有源UHF約100 m。安森美半導體的智能無源無線傳感器是免電池的RFID傳感器
，提供溫度監測、距離檢測
、漏lou水shui檢jian測ce和he液ye位wei檢jian測ce
，能neng同tong時shi讀du取qu幾ji百bai個ge標biao簽qian，極ji具ju成cheng本ben優you勢shi，即ji剝bo即ji貼tie即ji讀du，易yi於yu采cai集ji運yun行xing數shu據ju以yi分fen析xi和he采cai取qu行xing動dong，實shi現xian快kuai速su部bu署shu，無wu需xu維wei護hu

，適shi用yong於yu具ju挑tiao戰zhan性xing的de環huan境jing如ru牆qiang後hou、移動物體等，讀卡器可裝在固定的天花板
、門

、桌、架子或移動的手持設備、機器人、無人機，用例包括會議室分時段的占位檢測、辦公室溫度監測、空氣質量監測
、資產管理

、倉庫漏水檢測、工廠電機溫度/振動監測、電氣開關裝置監測等等。

 

 

智能係統級電源管理實現10年電池使用壽命

 

物聯網節點有兩種典型的工作模式：有源模式和低功耗模式。在大多數用例中，設備處於有源模式的時間百分比(稱為占空比)很小，99%的(de)時(shi)間(jian)都(dou)處(chu)於(yu)空(kong)閑(xian)或(huo)低(di)功(gong)耗(hao)模(mo)式(shi)
，僅(jin)需(xu)電(dian)池(chi)提(ti)供(gong)極(ji)低(di)功(gong)率(lv)。因(yin)此(ci)，充(chong)分(fen)利(li)用(yong)物(wu)聯(lian)網(wang)節(jie)點(dian)的(de)雙(shuang)模(mo)式(shi)特(te)性(xing)
，采(cai)用(yong)睡(shui)眠(mian)占(zhan)空(kong)比(bi)技(ji)術(shu)，最(zui)小(xiao)化(hua)有(you)源(yuan)模(mo)式(shi)的(de)時(shi)間(jian)，盡(jin)可(ke)能(neng)延(yan)長(chang)低(di)功(gong)耗(hao)模(mo)式(shi)的(de)時(shi)間(jian)

，可(ke)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)功(gong)耗(hao)
，有(you)助(zhu)於(yu)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。

 

采用低靜態電流的低壓降穩壓器(LDO)，用於低占空比物聯網應用
，有助於實現10年電池使用壽命。如安森美半導體的雙模式50 nA LDO NCP171，提供有源模式下達80 mA的電流，和低功耗模式下低至50 nA的靜態電流。NCP171chuangxindeshuangmoshijiegouzaiyouyuanmoshixiajuyoukekaodeshepinchuanshusuoxudechusedezaoshenghedongtaixingneng，yijijingquechuangansuoxudejidizaoshengxingneng，tongshitigongdigonghaomoshixiadechaodiIq以延長電池使用壽命。這兩種LDO模式可通過切換專用ECO引腳來選擇。NCP171還可在切換到低功耗模式時內置電壓偏移，以進一步降低係統功耗，從50 mV到200 mV不等。而且，與傳統降壓穩壓器相比，由於器件數更少，占位更小，因而降低總成本。

 

 

總結

 

物聯網應用中的傳感器隨物聯網的高速發展而激增，需要通過超低功耗的嵌入式硬件平台、能量采集的自供電、智能係統級電源管理等方案解決設計人員麵臨的能耗挑戰。安森美半導體提供智能係統級電源管理方案實現10年電池使用壽命
，還結合能量采集和低功耗藍牙
、Zigbee Green Power等超低功耗無線互聯技術以及基於RFID技術的方案，使免電池

、免維護的傳感器節點成為可能，配合環保節能的趨勢
，並顯著降低總擁有成本。

 

 

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