綠能新趨勢專欄─先進能量採集技術　實現節能的無線感測器節點應用

業界最節能的單晶片MCU和無線收發器解決方案，能以超低功耗實現控制和無線介面功能。

近10年來能量採集(Energy Harvesting)裝置市場快速成長，IDTechEx預測至2019年將有超過100億美元的能量採集裝置進入市場，約為2009年5億美元出貨量的20倍。雖然採用能量採集系統供電已存在多年，但是在以超低功耗實現無線感測節點的應用上，開發人員仍面臨許多挑戰。益登科技代理的Silicon Labs基於Si10xx無線微控制器(MCU)產品系列的無線能量採集系統克服了這些設計挑戰。此方案是業界最節能的單晶片MCU和無線收發器解決方案，能以超低功耗實現控制和無線介面功能。

再生能源除了環保和用之不竭的優點外，在許多應用中(如無線網路系統)的可採集型能量也是一種最具經濟效益、簡便的電池替代方案。特別是在大規模的無線感測器節點應用中，電池成本高且替換麻煩，同時它在極端溫度的條件下也較不穩定。通常無線感測器節點使用電池供電是因為它們的放置點無法或不便由主電源供電，透過可採集型能量方案可消除更換電池的麻煩，簡化應用的設計，同時也減少廢電池的回收或填埋處理。

益登科技推廣的Silicon Labs完整能量採集參考設計包括無線網路和USB軟體，以及完整的RF線路配置、物料清單(BOM)、原理圖和Gerber檔案。其參考設計也可支援廣泛能源，電路板上的旁路連接器使得開發人員可以靈活使用旁路太陽能電池，連接其他能量來源，例如振動能(壓電式)、熱能和RF。

Si10xx無線微控制器(MCU)產品系列的無線能量採集設計由3部分組成：

●1個太陽能供電的無線感測器節點，用於測量溫度、亮度和充電量。使用1顆Si10xx無線MCU來控制感測系統和無線資料傳輸，1塊薄膜電池用於儲存採集的能量。
●1個無線USB轉接器，用於連接感測器節點至PC以顯示感測資料；該轉接器由Silicon Labs Si4431 EZRadioPRO收發器、運行USB-HID類別軟體和EZMac無線軟體堆疊的MCU組成。
●1個無線感測器網路圖形用戶介面(GUI)，用於顯示多達4個感測器節點的資料。

能量採集參考設計中使用的薄膜電池具有0.7mAh的容量，在日光直射下，僅需2個小時即可將電池充滿；在休眠模式下，無線感測器節點可持續供電7,000小時。若無線系統不間斷發射，可持續供電3個小時，然而薄膜電池會不斷的自行充電，維持一定電量以避免完全斷電。

有鑑於全球日趨暖化，益登科技與Silicon Labs攜手推廣綠色技術，運用先進的能量採集技術，使無線網路系統可由根本上擺脫傳統電池的高成本、更換不便和環境污染等影響。期待透過超低功耗無線MCU技術和最先進的能量採集系統，使業界能擁有最節能和自行供電的無線網路解決方案，以達到零耗能理想、舒適的生活環境。

[綠能新趨勢專欄每週四刊載]