使用 xG22E 能量收集 Explorer 套件，简化环境物联网

用户可以使用能量采集 Explorer Shield Kit，按照此通用方法，对每个关键组件完成适当的评估。

• 了解应用功率预算：
  • 根据无线电事件和睡眠间隔，确定应用程序的峰值耗电量和平均耗电量。
• 评估可用能源：
  • 可以从多种环境源（如光、振动、热交换、电磁和运动脉冲）中利用能量。根据电压、电流和阻抗需求，每个应用可能最适合某个特定来源。Explorer Shield Kit 适用于带整流器和稳压器的交流电源和直流电源。
• 能源测量和电源管理选择：
  • MG22E Explorer Shield 在整个能量路径中提供多个 PCB 测试点，以便使用测试台设备来测量，以确定能耗。此外，Silicon Labs Simplicity Studio 还提供功率分析仪等扩展工具，以持续测量和优化应用，提高能效。
• 储能类型和容量大小：
  • 全面了解能源预算和关键能耗参数之后，便可选择储能元件。与传统电池不同，可以根据确切的能量需求，定制基于电容器的储能装置。电容器解决方案具有多种技术、外形尺寸和成本，兼容 MG22E Explorer Kit Shield 旋入式端子。
• 物联网协议选择和能源算法实施：
  • 最重要的是，物联网 SoC 才是环境物联网的真正核心所在。MG22E 是 Silicon Labs 功耗最低、平台优化最多的 SoC，支持多个 2.4GHz 协议（蓝牙低功耗、Zigbee Green Power、专有 2.4GHz）。这些协议的基础是 Silicon Labs RAIL 协议，它提供了无线通信的抽象层功能。对于信标设备，可以根据平台能量测量，动态调整协议的有效载荷、发射功率、物理层和睡眠间隔。

配备 e-peas 的 MG22E 扩展板概述

我们对未来的设想是，物联网终端设备可以改造，变成无电池设备。为了实现这一目标，Silicon Labs 正在显著降低能量收集技术在大众市场中的门槛，使得所有开发人员——无论是学生还是专家——都能轻松地开发出更具可持续性的项目。该套件用途广泛，工程师可以探索（并测量）多种电源、储能元件和物联网协议，还提供 MikroBus 和 qwiic 连接器功能，方便集成传感器。

e-peas 专门致力于开发电路来解决环境能源问题，他们与 Silicon Labs 工程师密切合作，为 Simplicity Studio 开发这些扩展板和兼容驱动程序。

来源：https://www.powerelectronicsnews.com/energy-harvesting-for-autonomous-systems/

扩展板套件的理念是利用现有的 Silicon Labs 硬件。MG22E Explorer Kit 是一个带有分支引脚和编程端口的开发板。Silicon Labs 设计了一套可调节的扩展板，能够与 Explorer Kit 配合使用，并增加了许多新的电源功能。用户指南 591 提供了完整的硬件安装用户手册。包括一个 PV 电池和电容器样本。

扩展板 #1 – BRD8203 – 电池背包

BRD8203 电池扩展板作为基准，可轻松通过电池、电容器或备用 PMIC 电路为 Explorer Kit 提供电力。这样，用户能够进行测量，以便快速比较有电池和无电池的性能。

该扩展板具有多个测试点和一个开关，可在电源之间切换，并用于探索不同的电池和电容器化学物质。该扩展板还支持叠加额外的扩展板。用户可以试验不同的协议和应用程序设置，以确立基准，然后再继续推进能量收集硬件设计。此扩展板没有 PMIC 电路。示例可以配置为使用内部 MG22E 电源管理。

扩展板 #2 – BRD8202 – 运动按钮 – AEM00300

扩展板 BRD8202 是用于无电池开关和按钮的专用扩展板。该扩展板包括一个内置的收集器运动开关，可以在按下和松开按钮时整流能量。此设计中不需要额外的外部储能元件。该按钮提供足够的能量，可以非常短暂地为板载储能库供电以及通信。

e-peas AEM00300 是此扩展板的核心，并已配置为最适合此能量源。提供了对 Zigbee Green Power 和 Bluetooth LE RAIL 数据包设置信标的软件示例。

扩展板 #3 – BRD8201 – 双收集器 – AEM13920

扩展板 BRD8201 是能量收集设备的主扩展板。该扩展板（连同交流直流适配器桥）为用户提供了一切必要的组件，用以构建、测量、比较和改进环境物联网源。该扩展板可同时满足两个能量源（交流或直流）的需求。这样，用户可以创建多来源设备，或者非常轻松地比较和对比两个来源。该套件具有多个测试点，可进一步堆叠或增加传感器。

e-peas 的最新 AEM13920 是该扩展板的核心。这是他们最先进的 PMIC。驱动程序托管在 Silicon Labs 储存库上，可在 Simplicity Studio 中配置。这款强大的 PMIC 旨在让设计人员定制其设计（使用 i2c 驱动程序接口），或帮助缩小应用程序所需的正确 PMIC 范围。此扩展板还通过 USB 连接和跳线端子，实现可控的快速充电。

输入 AC-DC 适配器 – BRD8204 BRD8205

Silicon Labs 和 e-peas 已经确保，使用本套件所含的内容、修改示例应用程序或连接其他外部电路，可以轻松处理能源收集设计的各个方面。为了处理这两种类型的能量源（交流和直流），已经添加了调节器和整流器的适配器块，并且可以很容易拧入扩展板端子。

交流输入适配器是基于 MOSFET 的整流器，并通过电容器进行平滑处理，同时配备保护电路。这适用于振动或电磁感应等交流源。直流输入适配器还包括过电压保护，在原始扩展板设计中省略了该保护，当作选件。适配器为额外的电容预留位置。

设置能量收集 Explorer Kit

对于许多新开发套件来说，开箱即用的体验对于项目的成功至关重要。Silicon Labs 是物联网专家，能够提供与 MG22E Explorer 板兼容的一系列示例应用。github.com 上开源提供这些示例。它们如同其他示例一样，可以克隆、编译和闪存到 Silicon Labs MG22E 中。

默认安装示例为蓝牙 RAIL 传感器。将提供的 PV 电池和电容器安装到位后，设备将立即开始自动设置信标！

每个示例都有一个全面的 README，着重显示了固件行为和预期性能。这些应用程序是通用的，易于修改，以用于资产跟踪或智能建筑传感器等。它们旨在突出能源与物联网协议之间的差异。示例包括传感器用例和开关。在 Silicon Labs 的免费 EFR Connect 移动应用程序上，可以检测到信标。此外，可以安装专用的 MG24 Explorer Kit（不包含在产品中）示例应用程序，充当蓝牙低功耗、RAIL 和 Zigbee 协议的读取器或协调器。e-peas AEM 驱动程序也托管在 GitHub 中，并可在 Simplicity Studio 中轻松修改。

现在由您开始测量、编码和添加传感器！欢迎来到环境物联网的精彩世界。如需直接支持，请联系 Silicon Labs 社区。

结论

在 Silicon Labs，我们专注于创新，并始终致力于引领行业发展，推动物联网的生态可持续未来。与 e-peas 的合作，共同开发 Explorer Kit 扩展板，是我们不断推动技术创新与环境可持续发展的重要里程碑。xG22E 是一款最节能、多协议的无线 SoC。我们很高兴以此产品扩充我们的无线产品组合。

如需了解更多信息，请查看我们的网页，阅读关于环境物联网的博客，了解我们最具能效的无线 SoC——xG22E，或直接联系我们。