太陽能電池為傳感器與物聯網設備提供源源不絕的電力

在智能建筑、智能家居和工業4.0等應用中，都需要廣泛地布建各種傳感器與物聯網設備，而這些設備若采用一般電池供電，便會有更換電池的問題，若能夠采用太陽能電池供電，便可以省去更換電池的麻煩，使其實用性大幅提高。本文將為您介紹太陽能電池的發展，以及由安森美（onsemi）所推出的太陽能電池多傳感器平臺的功能與特色。

太陽能電池技術發展快速

太陽能發電是一種可再生的環保發電方式，其發電過程中不會產生二氧化碳等溫室氣體，因此不會對環境造成污染，是當前最受歡迎的可再生能源發電方式之一。太陽能電池（solar cell）則是一種將太陽光通過光生伏打效應轉成電能的設備，是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，它只要被滿足一定照度條件的光照度，瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下產生電流。

簡單的說，太陽光電的發電原理，是利用太陽電池吸收0.4μm～1.1μm波長（針對硅晶）的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。由于太陽電池產生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直／交流轉換器，換成交流電，才能供電至家庭用電或工業用電。

太陽能電池在消費性商品上大多有充電上的問題，過去一般的充電對象采用鎳氫或鎳鎘干電池，但是鎳氫干電池無法抗高溫，鎳鎘干電池有環保污染的問題。目前超級電容發展快速，容量超大，面積反而縮小，加上價格低廉，因此有部份太陽能產品開始改采用超級電容為充電對象，因而改善了太陽能充電的許多問題。

太陽能電池解決設備的供電問題

在智能建筑、智能家居和工業4.0等應用中，得利用各種傳感器與物聯網（IoT）設備，來進行環境數據的搜集與傳送，這些設備通常得利用電池或是市電進行供電，這對布建這些設備時帶來不少困擾，畢竟這些設備可能得布建在市電不易到達的戶外，若采用一般電池供電，就算設備極為省電，仍終有電池電量耗盡的時候，此時必須耗費人力與時間來進行電池更換工作，這對這些設備布建的實用性，帶來相當大的挑戰。

太陽能電池則將可解決這些傳感器與物聯網設備的供電問題，只需要太陽能板可以接收到陽光，便可以進行光電轉換，并將多余的電力儲存在電池之中，以便在夜間持續給設備供電。如此一來，這些設備便不再有供電上的問題，將可大幅節省智能建筑、智能家居和工業4.0等應用的建置成本。

無需電池的太陽能電池多傳感器平臺

針對太陽能電池應用，安森美推出了RSL10太陽能電池多傳感器平臺（RSL10-SOLARSENS-GEVK），這是一個可用于智能建筑、智能家居和工業4.0垂直領域的無電池物聯網應用的綜合開發平臺，是一套完整的低成本解決方案，可用于開發使用收集太陽能自供電的傳感器節點。它是基于RSL10 SIP（System?in?Package）這套業界功耗最低的Bluetooth 5無線電，RSL10太陽能電池多傳感器平臺支持無需任何電池，便可以連續BLE（Bluetooth Low Energy，低功耗藍牙）來傳輸傳感器信息，這個完全集成的平臺具有多個用于環境和運動感應的智能傳感器，包括一個超低靜態電流LDO穩壓器（NCP170）和一個用于太陽能電池的2端口連接器，還包括一個低重量、薄型47 μF存儲電容器，以及一個編程和調試接口，和一個連接的太陽能電池。

由于該平臺可從低電流源獲取能量，因此在運行和待機期間盡量減少整個系統的泄漏將非常重要，與其他節能器件一起，電路板上的超低靜態電流LDO（NCP170）可顯著減少泄漏，在待機模式下功耗為55 nw，Rx為10 mW，Tx為0 dbm，可支持Beacon（信標）和遙測傳輸，并可使用帶有Arm Cortex調試連接器（10針）適配器的SEGGER J-Link進行完全重新編程，具有超低泄漏、自適應占空比（傳輸能量可用性的自我檢測），以及雙太陽能電池接口（通孔焊線或ZIF接口）。

RSL10太陽能電池多傳感器平臺搭配多款超低功耗智能傳感器，包括具有寬溫度范圍（-40至125℃）的低電壓、高精度溫度傳感器（NCT203），以及組合式數字濕度、壓力和溫度傳感器（BME280），還有具有集成喚醒和睡眠功能的智能3軸超低功耗加速度計（BMA400），可預刷交織的Beacon固件，包括Eddystone TLM Beacon，支持廣播存儲電容器電壓電平、溫度、自上電以來的時間和自上電以來的廣告數據包，可兼容BLE Scanner應用程序（iOS或Android），也可支持自定義環境服務Beacon，支持廣播溫度、濕度和壓力，還在B-IDK CMSIS-Pack中提供了軟件庫和示例，可支持廣泛的照明條件（人造光或太陽光，低至180勒克斯）。

該板由太陽能電池供電，默認使用的太陽能電池是Panasonic Amorton AM?1522，其典型工作電壓為3 V。該電路由3 V鉗位保護，工作域為1.6 V至2.65 V，當低于1.6 V時不允許傳輸，器件正在收集能量；當電壓高于2.65 V時，器件開始運行，并將能量緩沖耗盡至1.6 V。

RSL10太陽能電池多傳感器平臺可廣泛地應用于智能家居／建筑、環境傳感（加熱／冷卻、空氣質量）、入侵檢測、環境和氣候控制、工業4.0／智慧城市、工人安全和跌倒檢測、空氣質量監測、煙霧探測、移動個人護理、集成／便攜式傳感器、智能安全頭盔（自行車、摩托車）等領域。

多款低功耗器件與開發工具

構建開發平臺

RSL10太陽能電池多傳感器平臺采用多款重要的器件，包括由安森美推出的RSL10無線射頻收發器是一款無線電SoC，支持Bluetooth 5.2認證，與SDK 3.7，RSL10可為無線應用帶來超低功耗BLE，支持高級無線功能，同時優化系統尺寸和電池壽命。高度集成的無線電SoC采用雙核架構和2.4 GHz收發器，可靈活支持BLE和2.4 GHz自定義協議。RSL10的軟件開發套件（SDK）可通過利用來自Blinky的方便用于抽象、驅動程序和示例應用程序，來實現超低功耗BLE應用的快速開發，以完成BLE外圍設備，以及介于兩者之間的所需工具。

其SDK的主要功能包括基于Eclipse的免費onsemi IDE，以及對Keil μVision和IAR Embedded Work Bench的支持，具有完整的BLE協議棧，并帶有Android和iOS應用程序的FOTA（無線固件），與支持FreeRTOS。

在智能傳感器方面，包括Bosch Sensortec的BMA400三軸加速度傳感器是第一款真正的超低功耗加速度傳感器。因此，BMA400特別適用于需要持久電池壽命的可穿戴設備。此外，它還是智能家居應用的理想解決方案，例如智能室內氣候系統和智能家居安全系統。通過區分危急情況和錯誤信號，新的加速度傳感器可避免錯誤警報。

來自Bosch Sensortec的BME280則是一款可測量相對濕度、大氣壓力和環境溫度的濕度傳感器，是專為尺寸和低功耗是關鍵設計參數的移動應用和可穿戴設備而開發。該器件結合了高線性度和高精度傳感器，非常適合低電流消耗、長期穩定性和高EMC穩固性。該濕度傳感器可提供極快的響應時間，因此支持新興應用的性能要求，例如情境感知和在寬溫度范圍內提供高精度感測。

來自安森美的NCT203溫度傳感器則是一款數字溫度計和低溫／超溫報警器，旨在用于需要低功耗和尺寸的熱管理系統。NCT203可在1.4 V至2.75 V的電源范圍內工作，使其可用于包括低功率設備在內的廣泛應用。

安森美的NCP170線性穩壓器（LDO）系列CMOS低壓差穩壓器，是專為需要超低靜態電流的便攜式電池供電應用而設計。典型值的500 nA超低功耗，可確保較長的電池壽命，動態瞬態升壓功能可改善無線通信應用的設備瞬態響應。該器件采用小型1 × 1 mm xDFN4、TSOP5和SOT-563封裝。

結語

近年來，太陽能電池的發展速度越來越快，充電的速度越來越快，壽命越來越長，充電溫度范圍更廣，并可減少太陽能電池用量（可低壓充電），使其實用性大幅提高。本文介紹的安森美RSL10太陽能電池多傳感器平臺，搭配太陽能電池，將可為各種傳感器與物聯網設備提供源源不絕的電力，解決智能建筑、智能家居和工業4.0等應用的設備供電問題，其市場與應用將極具發展空間，值得有興趣的朋友進一步了解。

審核編輯 ：李倩