在如今注重可持續(xù)發(fā)展的世界中，消費(fèi)者、企業(yè)甚至于國(guó)家都在努力應(yīng)對(duì)城市化所帶來的能源增長(zhǎng)需求，因此推動(dòng)碳中和（carbon-neutral）是必不可少的，采用既可有效減少能源浪費(fèi)又能為用戶提供節(jié)能效益的技術(shù)變得至關(guān)重要。現(xiàn)在，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)也正面臨著迎接這一轉(zhuǎn)變的挑戰(zhàn)。本文將以Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）最新發(fā)布的EFR32xG22E（xG22E）系列SoC支持能量采集（EnergyHarvesting）解決方案為例，說明如何推動(dòng)并簡(jiǎn)化無(wú)電池物聯(lián)網(wǎng)解決方案的開發(fā)。

電池的需求引發(fā)環(huán)境問題

當(dāng)我們想到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，我們會(huì)想到一個(gè)由智能、創(chuàng)新設(shè)備驅(qū)動(dòng)且無(wú)縫連接的世界。但是，這些設(shè)備需要什么來保持這種連接性呢？較為簡(jiǎn)單的答案是—電源，在大多數(shù)情況下是指?jìng)鹘y(tǒng)電池。

雖然電池可以勝任并滿足這些設(shè)備的目的，但確實(shí)存在缺點(diǎn)。

每年有超過 150 億個(gè)廢舊電池被送往垃圾填埋場(chǎng)。這導(dǎo)致約900,000噸有害的土壤和地下水污染廢物被排放。此外，僅在美國(guó)，平均每個(gè)家庭每年就會(huì)購(gòu)買90塊以上的電池，其中大多數(shù)甚至沒有10年的使用壽命。到2025年，預(yù)計(jì)約有250億臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備投入運(yùn)行，每天需要更換600萬(wàn)塊電池。

這指出了傳統(tǒng)電池的三個(gè)主要問題——不便和不當(dāng)?shù)奶幹脤?shí)踐、不斷的更換和可擴(kuò)展性問題。這些缺陷不僅會(huì)對(duì)這些設(shè)備的功能和可靠性產(chǎn)生不利影響，而且還會(huì)阻礙智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用向無(wú)電池、節(jié)能的未來轉(zhuǎn)變。

環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)－新型的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

為了應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)電池給設(shè)備制造商帶來的挑戰(zhàn)，并盡量減少互聯(lián)世界對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成的威脅，行業(yè)現(xiàn)在提出了一類新興的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備—統(tǒng)稱為環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)（Ambient IoT）。

環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)是指依靠磁場(chǎng)和電場(chǎng)、光、熱、動(dòng)能和聲音等自然界中可利用的能源為其提供動(dòng)力的一類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。這種從我們周圍的環(huán)境能源中提取運(yùn)行功率的方法消除了在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中過多使用電池的需求。

借助環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)，我們喜愛的智能設(shè)備現(xiàn)在可以依靠自然能源來獲取電力并維持連接性，而不是依靠傳統(tǒng)電池。這些能源（如光、熱、運(yùn)動(dòng)等）不僅延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，并且還顯著降低了電池對(duì)環(huán)境的不利影響。

應(yīng)用于能量采集的 xG22E SoC

芯科科技是專注于萬(wàn)物互聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)。我們的使命是讓開發(fā)人員能夠創(chuàng)造無(wú)線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，從而改變行業(yè)、發(fā)展經(jīng)濟(jì)并改變?nèi)藗兊纳睢Ｎ覀冋龠M(jìn)互聯(lián)且可持續(xù)的未來邁步前行，并通過近期推出優(yōu)化的EFR32xG22E系列 SoC來納入能量采集的功能，進(jìn)一步擴(kuò)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)的支持。

xG22E系列提供了8ms 的上電復(fù)位 (PoR)，僅消耗 150 微焦耳 (μJ) 的能量，EM4模式喚醒僅需 1.83 毫秒，僅消耗16.6 μJ的能量。此外，它還提供很高的RF 性能、多協(xié)議支持和2.4GHz操作，并且支持多個(gè)電源和電源管理設(shè)備，使用戶能夠探索超級(jí)電容器（supercapacitors）等新的電池技術(shù)。

EFR32xG22E具有超快速低能耗的冷啟動(dòng)、低能耗的深度睡眠喚醒和高效的能源模式轉(zhuǎn)換，可減輕有害電流尖峰并防止損壞蓄電池，是市場(chǎng)上可靠的無(wú)線遠(yuǎn)程 SoC 之一。

xG22E能量采集解決方案的目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域

xG22ESoC目前市場(chǎng)上常見的一些應(yīng)用包括：

智能家居和家電：在門、水龍頭和開關(guān)等 Zigbee 智能家居和家電中，可以使用能量收集技術(shù)來消除對(duì)電池的依賴及其相關(guān)的更換成本。

游戲類電子設(shè)備：室內(nèi)太陽(yáng)能電視遙控器和計(jì)算機(jī)鍵盤都需要節(jié)能且經(jīng)濟(jì)高效的低功耗藍(lán)牙SoC。

智能建筑：使用xG22E支持的Zigbee Green Power協(xié)議，進(jìn)行無(wú)電池門把手和電燈開關(guān)控制的動(dòng)能脈沖收集有助于減少不斷更換電池的需求。

其他一些關(guān)鍵應(yīng)用包括輪胎壓力監(jiān)測(cè)傳感器（TPMS）、資產(chǎn)跟蹤（Asset Tracking）、電子貨架標(biāo)簽（ESL）、工廠自動(dòng)化、預(yù)測(cè)性維護(hù)（Predictive Maintenance）和智慧農(nóng)業(yè)。

芯科科技與e-peas持續(xù)深化在能量采集領(lǐng)域的合作

為了幫助設(shè)備制造商構(gòu)建完整的能量收集解決方案，芯科科技與行業(yè)領(lǐng)先的電源管理集成電路 (PMIC) 提供商e-peas合作，共同開發(fā)了一個(gè)適用于新的電源優(yōu)化xG22E Explorer?Kit的先進(jìn)能量收集屏蔽體套件。

該套件配有三個(gè)專用屏蔽體，緊貼在開發(fā)套件板上，該板已經(jīng)過優(yōu)化，可隔離任何電力泄漏并方便外部測(cè)量。第一個(gè)屏蔽體允許使用替代電池化學(xué)物質(zhì)和超級(jí)電容器進(jìn)行試驗(yàn)，并為開發(fā)人員提供多個(gè)測(cè)試點(diǎn)。第二個(gè)屏蔽體專門用于動(dòng)能/脈沖收集應(yīng)用，使用e-peasAEM0300 PMIC 進(jìn)行功率降壓，并提供多個(gè)外部測(cè)量測(cè)試點(diǎn)。第三個(gè)屏蔽體使用了e-peas新穎而先進(jìn)的PMIC AEM13920。這種屏蔽體使開發(fā)人員能夠同時(shí)使用雙重能量收集來源進(jìn)行試驗(yàn)。

該套件附帶了大量適用于藍(lán)牙和 Zigbee Green Power的示例應(yīng)用，并提供了有關(guān)如何設(shè)置PMIC和優(yōu)化代碼以進(jìn)行基于能源決策的說明。