环境物联网，适用于无电池设备的蓝牙方案拓展物联网可持续性

时间： 2024-07-12 来源：SILICON LABS（芯科科技）微信公众号

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随着企业努力创造更环保、更具生态意识的产品和设备生态系统，物联网世界也在不断适应这一转变。从锁和传感器等智能家居设备，到工厂监控和机械传感器等工业设备，无电池和低功耗解决方案正在彻底改变和重塑可持续物联网的未来，并产生全新的概念－环境物联网（Ambient IoT）。SILICON LABS（亦称“芯科科技”）产品经理Chandana Daryani女士将通过本篇博文来介绍环境物联网的发展现况、应用优势，以及芯科科技相关的解决方案。

环境物联网—新的连接设备

为了解决电池给智能连接设备带来的挑战和缺点，物联网的先驱们正在朝着一个新的、有能源意识、无电池连接设备的未来前进。这一物联网领域统称为环境物联网，旨在实现无缝连接，而不会带来环境和功能影响。

什么是环境物联网？

环境物联网是指连接物联网设备的类别，这些设备收集自然可用的能量，如磁场、电场、光、热差、动能和振动，为它们供电。这些能源，也被称为环境能源，可以减少对电池的依赖，甚至可能取代对电池的需求，从而使产品具有灵活的形状因素，降低BOM成本，并大大延长产品寿命。

这里一个重要的术语是收集。环境物联网和能量收集（Energy Harvesting）是不同但相关的概念。能量收集是指利用、转换、然后储存来自各种环境源的能量的过程，如太阳能、射频波和物理振动。环境物联网利用能量收集技术为新时代的设备提供动力，这些设备的目标是依赖短距离无线连接的应用，包括智能家居设备，如开关和锁、智能建筑、资产跟踪、智能计量和工厂自动化。

然而，在谈到如何实现环境物联网的应用之前，让我们深入了解为什么节能解决方案不仅对物联网至关重要，而且还可能改变游戏规则。

为什么开发人员应该拥抱环境物联网设计？

有了环境物联网，智能设备现在可以依靠自然能源来获取电力并保持连接，而不是依赖于传统的电池。这些来源（如光、热、运动等）延长了设备的使用寿命，并显著减少了电池对环境的有害影响。但是，依赖这些能源的动力怎么会比依赖传统电池更好呢？为什么会突然转向使用可再生能源为设备供电？原因有很多：

为客户创造更环保的未来
提高可伸缩性
有助于长期节省成本
培养创新
解锁新的用例

环境物联网应用

借助环境物联网，开发人员现在可以使用节能平台构建设备，从而最大限度地减少功耗，延长设备使用寿命，并减少设备对传统电池的依赖。许多当前的物联网应用可能会转向环境和功耗优化的解决方案。

智能建筑：使用Zigbee Green Power的动能脉冲采集无电池门把手和灯开关控制有助于减少不断更换电池的需求，并通过允许开关在不同空间内移动而无需翻新，从而使办公大楼更加智能。

资产跟踪：跟踪和管理仓库库存是具有挑战性的，但资产标签和其他跟踪系统使它变得更容易！然而，他们需要经常更换电池。环境物联网提供了电池优化的解决方案，减少了对电池的依赖，或者允许采用无电池标签设计，这比手动条形码扫描有了显著的改进。

农业：传感器用于帮助监测和绘制温室和车辆状况，获取温度、湿度和其他环境因素的实时信息，以及监测牛棚中的牛和它们的健康状况。无电池解决方案使智能农业的实施变得更加容易，因为无需不断更换有助于自动化农业的传感器中的电池。

智能家居和电器：门锁、水龙头和开关等智能家电有助于住宅自动化，并建立一个更智能、更互联的家庭。在这个用例中，可以通过使用能量收集设计来消除对电池的依赖及其相关的更换成本。能量收集发电机。

游戏电子产品：室内太阳能和射频供电电视遥控器，和电脑键盘提供了一个节能和经济高效的蓝牙解决方案。

其他一些关键应用包括胎压监测传感器（TPMS）、电子货架标签（ESL）、工厂自动化以及使用振动和热能收集的预测性维护机器监测。

芯科科技提供全方位的环境物联网解决方案

在芯科科技，我们的使命是使无线连接设备能够改变世界各地的行业。在日益数字化的世界中实现无缝互联是首要任务。为了确保物联网的未来对生态负责，我们优化了xG22系列SoC (BG22E SoC, MG22E SoC和FG22E SoC)，以包括支持能量收集的功能。

凭借双Cortex-M33和Cortex M0+无线电内核，xG22E是我们迄今为止最节能的SoC。对于希望构建低功耗，高性能智能设备的开发人员来说，它是理想的选择，这些设备可以在电池优化，节能的平台上运行。对于希望实现超快速、低能量冷启动、低能量深度睡眠唤醒和高效能量模式转换的设备制造商来说，也是理想之选，这些解决方案可以减轻有害的电流峰值，防止损坏存储单元。

除了我们的无线电板和xG22E Explorer Kit开发套件外，芯科科技还宣布与e-peas建立合作伙伴关系，后者是专为能量采集应用设计电源管理集成电路（PMIC）的领先提供商。通过这一合作关系，芯科科技和e-peas共同为xG22E Explorer Kit开发了两个能量采集屏蔽体（harvesting shield）。

为了更好地针对能量采集应用面临的严格限制条件进行系统开发，全新的xG22E Explorer Kit支持开发人员去定制最适合其应用的外围设备和调试选项，并获得高度精确的测量结果，来更好地构建具有能量采集屏蔽体的应用和设备。每个能量采集屏蔽体都针对不同的能源和储能技术进行了调整和优化。它们都是定制的，可以安装在Explorer Kit上。值得注意的是，其中一个屏蔽体使用了e-peas最新的AEM13920双采集器，它可以同时从两种不同的能源中采集能量，如室内或室外光、热梯度和电磁波等，而不会牺牲能量转换效率。第二个共同开发的屏蔽体是基于e-peas的AEM00300屏蔽体，专门用于从随机脉冲能量源采集能量。

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Output Power Range (dBm)

Temperature Range (ºC)

Package Type

Package Size(mm)

EFR32BG24B110F1536IM48-B

Bluetooth®Wireless SoC

AES-128;AES-256;ECC;SHA-1;SHA-2

-20 to 10

-97.6DBM(1Mbit/s GFSK)

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