楼宇自动化系统中的能量收集系统构建方法
能量收集型系统的现实意义
能量收集概念已经出现超过10年了， 然而在现实环境中，由环境能源供电的系统一直很笨重、复杂和昂贵。不过，有些市场已经成功地采用了能量收集方法，如交通运输基础设施、无线医疗设备、轮胎压力检测和楼宇自动化系统。尤其是在楼宇自动化系统中，诸如占位传感器、自动调温器甚至光控开关等，以前安装时通常使用的电源或控制配线，现在已经不需要了，取而代之是，它们采用了局部能量收集系统。
一个采用能量收集方法的无线网络可以将一栋大楼中任何数量的传感器连接起来，以在非主要区域的大楼或房间中没人时，调节该区域的温度或关掉该区域的照明灯，从而降低HVAC和电力费用。此外，能量收集电子线路的成本常常低于布设电源线的成本或更换电池所需的日常维护成本，因此用收集的能量供电之方法，显然有经济收益。
不过，如果每个节点都需要自己的外部电源，那么很多无线传感器网络就失去了优势。尽管电源管理技术确实在持续发展，已经使电子电路能在给定电源情况下工作更长时间，但这是有限度的，而用收集的能量供电提供了一种补充方法。 因此，能量收集通过将局部环境能源转换成可用的电能，成为一种给无线传感器节点供电的方法。
环境能源包括光、温差、振动波束、已发送RF信号或能通过换能器产生电荷的任何能源。这些能源在我们周围到处都是，利用合适的换能器，如面向温差的热电发生器（ TE G）、面向振动的压电组件、面向太阳光（或室内照明光）的光伏电池等，可将这些能源转换成电能，这些所谓的“免费”能源可用来自主地给电子组件和系统供电。
随着RF和微控制器MCU器件在性能与能耗方面取得的新进展，意味着构建一个采用能量收集型应用，例如传感器节点，现在变得更加容易。此外，对于同样的能量收集而言，新构建的应用能够比之前应用提供更强的能力。因此，在越来越多的应用中，能量收集为传感器节点供电正在成为切实可行的解决方案，本地化处理采集的数据，然后回传到一个集中器。
能量收集型系统组成
我们来考虑一个嵌入式能量收集型系统，如图1所示。其中某些组成部分，例如能量收集器，在任何能量收集型设计中都是必要的。
图1：能量收集型传感器节点
从哪里可以获取传感器供电所需能量呢？从光、热、振动还是RF？表1中汇总了可收集潜在能量的常见能量来源。本例中，假设我们正在使用太阳能收集器。除了能量收集源之外，应用中也需要某种形式的能量存储设备，最常见是电容组，或者小型可充电电池。
表1：能量收集源
如何构建优质的能量收集型系统
除了这些应用组成部分之外，开发人员还要选择元器件进行相关设计，所选择的元器件必须待机电流极低；在工作模式时功耗极低；且能够在活动模式和待机模式之间快速切换。
1）添加RF连接
RF元器件选型时，关键因素是要选择一个合适的通信协议，协议要能够提供足够带宽以传输所需数据，同时能耗要尽可能低。简单、专用的sub-GHz解决方案非常适合能量收集型应用的需求。我们假设该设计中由于进行了本地信号处理，而仅仅需要进行少量数据传输，那么RF元器件在大部分时间里将处于待机模式，仅在需要传输少量预处理数据时才被唤醒。基于以上这些原因，高能效的sub-GHz收发器，例如SILICON LABS 公司的Si4464，会是很好的选择。Si4464的待机模式电流仅50nA，在非收发模式下能够最大限度的减少能量消耗，而且从待机模式切换到运行模式时，唤醒时间仅需要450us。这种等级的无线能效使得开发人员能够在获取和管理数据的应用中，实现 RF元器件的能耗最小化。
2）选择合适的MCU
接下来讨论MCU，一个理想候选者是内建ARM Cortex-M4内核的MCU，它拥有大量专用的DSP功能，与没有DSP能力的MCU相比，能够在更少的时钟周期内完成信号处理。为了体验带有DSP功能的内核所提供的益处，可以考虑在能量收集型应用中使用Silicon Labs公司的EFM32 Wonder Gecko MCU。然而，内核并不是获取最佳能效的唯一因素。还需要考虑其他方面，例如信号采集所需的能耗(以及所使用的技术)、MCU外设之间的交互，使得MCU能够在更长的时间内保持在低能耗模式。
3）高能效的信号采集
考虑到信号采集任务，最佳化能效可以通过多种方式实现。假设要获取的是模拟信号，就可以采用模数转换器(ADC)或者专用接口实现信号采集。我们先从ADC开始，有几种方法可用于数据采集。图3中图形化显示了这些过程。首先最常用的做法是，利用计时器触发ADC采样，并将所获取的采样数据传输到DMA，在1Ksps采样速率下，能耗为165uA。尽管这很好地利用了外设的互动性，但没有使用MCU的任何特殊功能。
图3：EFM32 MCU上的低功耗ADC工作原理
第二种方法在同样采样速率下改善了能耗。其方法是在待机状态时让MCU进入能耗模式2(EM2)，一直到被中断唤醒为止(中断可来自多种触发源，包括EM2下的可用定时器)。EM2的待机能耗为900nA，但是MCU只需要2us就能恢复全速运行状态。因此，超低能耗模式带来的时间成本，EM2切换回全速运行状态所带来的能耗，两者间达到了很好的平衡。这种情况下，同样实现1Ksps采样速率时，能耗降低到60uA，与第一种方法相比能耗有了显著下降。此方法可能是最合适的方法，因为许多嵌入式应用都是靠中断驱动的。然而，根据应用对特殊情况的要求，还可以利用其他方法进一步降低能耗。
第三种方法(可视此方法为一个“优化循环”方案)仍然采用EM2，但本次并非等待中断，而是使用等待事件(Wait for Event ，WFE)指令，该指令是Cortex-M指令集的一部分。WFE指令使MCU能够对外部或者内部事件进行响应，类似于中断触发。然而，在这种情景下，不再是从主循环中进入中断，而是MCU直接从EM2中唤醒并开始执行下一条指令，消除了中断延迟时间。虽然这种方法并不适合所有应用，但采用此方法可以降低能耗，同样1Ksps采样速率时，能耗不到20uA。
为了判断采用哪种方法更适合您的应用，做一个详细的分析是非常必要的。为了达到所需的最小能耗，你需要评估采样率的大小，以及MCU在各种模式下的能耗。
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SILICON LABS 32位MCU选型，频率24MHz~80MHz，Flash存储4kB~2048kB，RAM存储2kB~512kB。
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产品型号
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品类
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系列
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Package Type
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Cryptography
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EFM32GG290F512-BGA112
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32位MCU
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EFM32 Giant Gecko
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ETM; SW
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
SILICON LABS EFM32PG23/EFM32PG22 32-bit Microcontrollers选型表
EFM32PG23 Series 2 and EFM32PG22 Series 2 MCUs
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产品型号
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Core
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Cryptography
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EFM32PG23B200F128IM40
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Microcontroller
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EFM32PG23 Series 2
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Vault
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
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产品型号
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品类
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Flash (kB)
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ADC 1
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DAC
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Cap Sense
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SPI
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I2C
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EMIF
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Comparators
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Package Type
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Internal Osc.
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EFM32WG230F128-QFN64
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
C8051F120和AT45DB系列的存储芯片写数据，编译器在单步执行的时候MCU可以读到数据，但是程序运行的时读不到数据，这是为什么？
分析流程：1、MCU通过SPI写数据到1区的SRAM时，有SCK的信号确认，保证数据正常写入SRAM；2、AT45DB系列SRAM到主存写入，是通过开始地址和指令来执行，带擦除的话，先还擦除页面后再写入数据；3、AT45DB系列主存到2区SRAM，也是是通过开始地址和指令来执行，此时如果步骤2写入主存指令还没有执行完成，那么此时写入指令是无效的；4、如果步骤3指令没有执行成功，此时读到数据也是不正确的。由流程可以分析出来：如果主存区忙碌的话，再去对主存区域进行操作，读出的数据无效，所以在写入主存区域，先判断是否忙碌，可读取寄存器地址为57H的状态寄存器，判断第7bit的“RDY/BUSY”位，或者延时一段时间在去操作主存区。
SILICON LABS EFM32 Leopard Gecko 32-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 32位MCU选型，基于48MHz Frequency,64kB~256kB Flash,32kB RAM等参数进行选型。
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产品型号
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Package Type
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EFM32LG230F128G-QFN64
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Microcontroller
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
主控MCU通过C2接口对EFM8BB10F8G MCU的Flash存储器进行读写操作，存在概率性失败。从Flash存储器中读数据也是异常，请问这时什么原因导致的？
检查程序中的中断设置，发现是有一处读操作没有关闭中断导致的，将中断关闭后，对EFM8BB10F8G MCU的Flash进行读、写，存在概率性失败的情况得到解决。因为主控MCU用的是ARM芯片，运行的是linux操作系统，所以主控MCU通过C2接口对EFM8BB10F8G MCU的Flash存储器进行读写操作的函数也是以驱动程序的形式存在的，并且系统中各种软硬中断也比较频繁，因此相对时序控制上也需要更加严格，才能保证可靠的读写操作。
SILICON LABS EFM32 Gecko 32-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 32位MCU选型，基于32MHz Frequency,16kB~128kB Flash,8kB或16kB RAM等参数进行选型。
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产品型号
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Package Type
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
使用EFM8BB1系列MCU时，怎样关闭看门狗定时器？
关闭看门狗定时器，需要向WDTCN寄存器写入0xDE后再写入0xAD将禁止WDT。写0xDE和写0xAD必须发生在4个时钟周期之内，否则禁止操作将被忽略。在这个过程期间，应禁止中断，以避免两次写操作之间有延时。
【经验】 EFM32系列DMA控制器之LDMA与μDMA的区别比较
在EFM32系列的MCU中DMA对提升系统性能有很大的作用，DMA可在CPU不干预的条件下进行数据传输，数据可在CPU地址空间中的任意可读源地址和可写目的地址之间传输。
电子商城
现货市场
服务
可定制电机的连续转矩范围1Nm至2000Nm，峰值转矩3Nm至5500Nm，电机延长线长度、变换编码器类型。
最小起订量： 1 提交需求>
可定制插座连接器的间距1.25mm~2.54mm；列数：单列/双列/三列/四列；端子类型：直焊针、直角焊针、表面贴装式、无焊柔性针压接、绕接、载体.；镀层、车针长度/直径、连接针长度等参数可按需定制。
最小起订量： 1 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
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