能量收集的真正關鍵是擁有一個功耗足夠低的系統，可以使用這些替代來源之一進行操作。這句話似乎很明顯，但假設你希望該系統執行有意義的操作，它比聽起來要困難得多。在大多數情況下，我們談論的是毫瓦或更低的功率，這可能足以驅動最新的超低功耗MCU之一。

能夠完成這一壯舉的供應商之一是EnOcean，其STM 550自供電傳感器。它使用小型太陽能電池從環境光中提取能量，但如果移除太陽能光源，STM 550仍包含備用電池。

從開關到傳感器

EnOcean以生產由能量收集供電的開關而聞名。在對這些開關進行內部審查期間，有人問到，這個相對簡單的開關是否可以用作更復雜的多傳感器產品的基礎。因此，STM 550被構思出來，一種足夠小的設備，可以不顯眼地掛在墻上。從規格到原型大約需要18個月。

多傳感器可以收集五種不同形式的數據：

溫度

濕度

光

加速度

磁性接觸（用于確定門或窗是打開還是關閉）

傳感器最大的組件是太陽能電池，占據了一側的大部分表面積，約占一平方英寸。該傳感器可實現足夠的能量，在室內照明條件下為整個設備供電，包括傳感、處理信息以及將其傳輸到外部源。

也就是說，系統的平均功耗小于3 μA。在正常運行期間，太陽能電池為微小的鋰電池充電，為系統供電。出現在PCB背面的電池可以容納足夠的電量來運行傳感器大約四天，這應該遠遠超過必要的。EnOcean已經打開了門，可以在沒有光源的情況下插入另一個電池，以獲得更長的運行時間。

磁性觸點（側面的玻璃狀元件）讀取將連接到門或窗的磁鐵。如果磁鐵存在，則門/窗關閉，反之亦然。建筑管理員喜歡將此傳感器連接到 HVAC 系統。如果門或窗打開，HVAC 將關閉以節省能源。

“一個非常特別的特點是微小的加速度/振動傳感器，可以檢測許多不同的條件，”EnOcean副總裁Matthias Kassner說。“該設備的主要產業是樓宇自動化，其中許多建筑物都使用舊設備運行。傳感器將知道系統何時未以典型方式運行，例如大型空調機組何時需要維護。傳感器非常靈敏，可以根據用戶的振動來檢測桌子是否被占用。

兩種無線電選項

提供兩種不同的無線電發射器，均針對低功耗進行了優化。它們使用模塊化配置設計到設備中，允許EnOcean根據客戶需求交換一個或另一個，而無需改變設備的外形尺寸。

一個是該公司自己的EnOcean無線電，基于在亞千兆赫范圍內運行的ST設備。它符合國際 ISO 標準。這種介質適合長距離傳輸，并且受到的干擾較小。第二種選擇是北歐藍牙無線電，它可以直接連接到基于藍牙的照明系統或其他端點。

STM 550采用兩個獨立的天線設計。一個是亞千兆赫或藍牙無線電，另一個是NFC天線，這是必需的，因為可以通過NFC對設備進行參數化。換句話說，NFC功能允許用戶配置諸如哪些傳感器正在報告，發送更新的頻率，安全設置和設備ID等內容。使用NFC，用戶可以使用支持NFC的智能手機進行這些調整，然后進行簡單的下載。

大多數精明的工程師都知道天線設計有多困難，而EnOcean工程團隊完全在內部處理了這一部分。在很小的外形尺寸中，他們必須擠壓兩個天線，并避免頂部金屬太陽能電池和背面金屬板的干擾。

根據Kassner的說法，“這是我們的專業領域。我們有一個很大的射頻部門。我們有自己的小型測試室，可以在所有軸上自動旋轉設備。但正是微小的外形尺寸才真正使它變得復雜。

另一個節省空間的是所需的少量內存，因為設備上幾乎沒有存儲任何內容。它只是感知和傳輸。無需存儲任何內容或執行任何 Edge 處理有助于降低功耗。如果需要處理，則由下游設備處理，例如從STM 550接收數據的網關。

雖然更大的外形尺寸將允許更大的太陽能電池陣列，但EnOcean工程師并沒有認真考慮這一點，因為在美國，天線底座的輸出功率被調節到最大1 dBm，盡管在歐洲高達10 dBm。更大的外形尺寸也可以簡化天線設計，但保持較小的封裝使STM 550非常有吸引力。

其他考慮（和放棄）的設計標準包括使用Wi-Fi和LoRaWAN。Wi-Fi由于其高功耗而被排除在外。LoRaWAN沒有成功，只是因為它不是團隊所針對的用例。LoRaWAN不是一種“始終在線”類型的配置;相反，它在需要以低得多的頻率“ping”的應用程序中表現出色。

歸根結底，STM 550代表了令人印象深刻的設計。擠壓如此多的功能并通過能量收集進行操作是一項工程壯舉。

審核編輯：郭婷