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、loushuijianceheyeweijiance，nengtongshiduqujibaigebiaoqian


，jijuchengbenyoushi，jibojitiejidu
，yiyucaijiyunxingshujuyifenxihecaiquxingdong，shixiankuaisubushu
，wuxuweihu

，shiyongyujutiaozhanxingdehuanjingruqianghou
、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%deshijiandouchuyukongxianhuodigonghaomoshi，jinxudianchitigongjidigonglv。yinci，chongfenliyongwulianwangjiediandeshuangmoshitexing
，caiyongshuimianzhankongbijishu
，zuixiaohuayouyuanmoshideshijian，jinkenengyanchangdigonghaomoshideshijian，kexianzhujiangdixitonggonghao
，youzhuyuyanchangdianchishiyongshouming。

 

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。NCP171創(chuang)新(xin)的(de)雙(shuang)模(mo)式(shi)結(jie)構(gou)在(zai)有(you)源(yuan)模(mo)式(shi)下(xia)具(ju)有(you)可(ke)靠(kao)的(de)射(she)頻(pin)傳(chuan)輸(shu)所(suo)需(xu)的(de)出(chu)色(se)的(de)噪(zao)聲(sheng)和(he)動(dong)態(tai)性(xing)能(neng)，以(yi)及(ji)精(jing)確(que)傳(chuan)感(gan)所(suo)需(xu)的(de)極(ji)低(di)噪(zao)聲(sheng)性(xing)能(neng)，同(tong)時(shi)提(ti)供(gong)低(di)功(gong)耗(hao)模(mo)式(shi)下(xia)的(de)超(chao)低(di)Iq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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