【導讀】在智能建筑、智能家居和工業(yè)4.0等應用中，都需要廣泛地布建各種傳感器與物聯(lián)網(wǎng)設備，而這些設備若采用一般電池供電，便會(huì )有更換電池的問(wèn)題，若能夠采用太陽(yáng)能電池供電，便可以省去更換電池的麻煩，使其實(shí)用性大幅提高。本文將為您介紹太陽(yáng)能電池的發(fā)展，以及由安森美（onsemi）所推出的太陽(yáng)能電池多傳感器平臺的功能與特色。
太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展快速
太陽(yáng)能發(fā)電是一種可再生的環(huán)保發(fā)電方式，其發(fā)電過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，因此不會(huì )對環(huán)境造成污染，是當前最受歡迎的可再生能源發(fā)電方式之一。太陽(yáng)能電池（solar cell）則是一種將太陽(yáng)光通過(guò)光生伏打效應轉成電能的設備，是一種利用太陽(yáng)光直接發(fā)電的光電半導體薄片，又稱(chēng)為“太陽(yáng)能芯片”或“光電池”，它只要被滿(mǎn)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(chǎn)生電流。
簡(jiǎn)單的說(shuō)，太陽(yáng)光電的發(fā)電原理，是利用太陽(yáng)電池吸收0.4μm～1.1μm波長(cháng)（針對硅晶）的太陽(yáng)光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發(fā)電方式。由于太陽(yáng)電池產(chǎn)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(yè)用電。
太陽(yáng)能電池在消費性商品上大多有充電上的問(wèn)題，過(guò)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(wú)法抗高溫，鎳鎘干電池有環(huán)保污染的問(wèn)題。目前超級電容發(fā)展快速，容量超大，面積反而縮小，加上價(jià)格低廉，因此有部份太陽(yáng)能產(chǎn)品開(kāi)始改采用超級電容為充電對象，因而改善了太陽(yáng)能充電的許多問(wèn)題。
太陽(yáng)能電池解決設備的供電問(wèn)題
在智能建筑、智能家居和工業(yè)4.0等應用中，得利用各種傳感器與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備，來(lái)進(jìn)行環(huán)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(jìn)行供電，這對布建這些設備時(shí)帶來(lái)不少困擾，畢竟這些設備可能得布建在市電不易到達的戶(hù)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(shí)候，此時(shí)必須耗費人力與時(shí)間來(lái)進(jìn)行電池更換工作，這對這些設備布建的實(shí)用性，帶來(lái)相當大的挑戰。
太陽(yáng)能電池則將可解決這些傳感器與物聯(lián)網(wǎng)設備的供電問(wèn)題，只需要太陽(yáng)能板可以接收到陽(yáng)光，便可以進(jìn)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(lái)，這些設備便不再有供電上的問(wèn)題，將可大幅節省智能建筑、智能家居和工業(yè)4.0等應用的建置成本。
無(wú)需電池的太陽(yáng)能電池多傳感器平臺
針對太陽(yáng)能電池應用，安森美推出了RSL10太陽(yáng)能電池多傳感器平臺（RSL10-SOLARSENS-GEVK），這是一個(gè)可用于智能建筑、智能家居和工業(yè)4.0垂直領(lǐng)域的無(wú)電池物聯(lián)網(wǎng)應用的綜合開(kāi)發(fā)平臺，是一套完整的低成本解決方案，可用于開(kāi)發(fā)使用收集太陽(yáng)能自供電的傳感器節點(diǎn)。它是基于RSL10 SIP（System?in?Package）這套業(yè)界功耗最低的Bluetooth? 5無(wú)線(xiàn)電，RSL10太陽(yáng)能電池多傳感器平臺支持無(wú)需任何電池，便可以連續BLE（Bluetooth Low Energy，低功耗藍牙）來(lái)傳輸傳感器信息，這個(gè)完全集成的平臺具有多個(gè)用于環(huán)境和運動(dòng)感應的智能傳感器，包括一個(gè)超低靜態(tài)電流LDO穩壓器（NCP170）和一個(gè)用于太陽(yáng)能電池的2端口連接器，還包括一個(gè)低重量、薄型47 μF存儲電容器，以及一個(gè)編程和調試接口，和一個(gè)連接的太陽(yáng)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(gè)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(tài)電流LDO（NCP170）可顯著(zhù)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(jìn)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(yáng)能電池接口（通孔焊線(xiàn)或ZIF接口）。
RSL10太陽(yáng)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(lái)的時(shí)間和自上電以來(lái)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(huán)境服務(wù)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(yáng)光，低至180勒克斯）。
該板由太陽(yáng)能電池供電，默認使用的太陽(yáng)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(shí)不允許傳輸，器件正在收集能量；當電壓高于2.65 V時(shí)，器件開(kāi)始運行，并將能量緩沖耗盡至1.6 V。
RSL10太陽(yáng)能電池多傳感器平臺可廣泛地應用于智能家居／建筑、環(huán)境傳感（加熱／冷卻、空氣質(zhì)量）、入侵檢測、環(huán)境和氣候控制、工業(yè)4.0／智慧城市、工人安全和跌倒檢測、空氣質(zhì)量監測、煙霧探測、移動(dòng)個(gè)人護理、集成／便攜式傳感器、智能安全頭盔（自行車(chē)、摩托車(chē)）等領(lǐng)域。
多款低功耗器件與開(kāi)發(fā)工具構建開(kāi)發(fā)平臺
RSL10太陽(yáng)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(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)器是一款無(wú)線(xiàn)電SoC，支持Bluetooth? 5.2認證，與SDK 3.7，RSL10可為無(wú)線(xiàn)應用帶來(lái)超低功耗BLE，支持高級無(wú)線(xiàn)功能，同時(shí)優(yōu)化系統尺寸和電池壽命。高度集成的無(wú)線(xiàn)電SoC采用雙核架構和2.4 GHz收發(fā)器，可靈活支持BLE和2.4 GHz自定義協(xié)議。RSL10的軟件開(kāi)發(fā)套件（SDK）可通過(guò)利用來(lái)自Blinky的方便用于抽象、驅動(dòng)程序和示例應用程序，來(lái)實(shí)現超低功耗BLE應用的快速開(kāi)發(fā)，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(xié)議棧，并帶有Android?和iOS應用程序的FOTA（無(wú)線(xiàn)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(guò)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(lái)自Bosch Sensortec的BME280則是一款可測量相對濕度、大氣壓力和環(huán)境溫度的濕度傳感器，是專(zhuān)為尺寸和低功耗是關(guān)鍵設計參數的移動(dòng)應用和可穿戴設備而開(kāi)發(fā)。該器件結合了高線(xiàn)性度和高精度傳感器，非常適合低電流消耗、長(cháng)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(shí)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(lái)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(xiàn)性穩壓器（LDO）系列CMOS低壓差穩壓器，是專(zhuān)為需要超低靜態(tài)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(cháng)的電池壽命，動(dòng)態(tài)瞬態(tài)升壓功能可改善無(wú)線(xiàn)通信應用的設備瞬態(tài)響應。該器件采用小型1 × 1 mm xDFN4、TSOP5和SOT-563封裝。
結語(yǔ)
近年來(lái)，太陽(yáng)能電池的發(fā)展速度越來(lái)越快，充電的速度越來(lái)越快，壽命越來(lái)越長(cháng)，充電溫度范圍更廣，并可減少太陽(yáng)能電池用量（可低壓充電），使其實(shí)用性大幅提高。本文介紹的安森美RSL10太陽(yáng)能電池多傳感器平臺，搭配太陽(yáng)能電池，將可為各種傳感器與物聯(lián)網(wǎng)設備提供源源不絕的電力，解決智能建筑、智能家居和工業(yè)4.0等應用的設備供電問(wèn)題，其市場(chǎng)與應用將極具發(fā)展空間，值得有興趣的朋友進(jìn)一步了解。
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