xG22E Energy Harvesting Explorer Kit で環境 IoT を簡素化

Energy Harvesting Explorer Shield Kitを使用すると、この一般的な方法に従って、各主要コンポーネントの適切な評価を実行できます。

• アプリケーションのパワーバジェットを理解する：
  • 無線イベントとスリープ間隔に基づいて、アプリケーションのピークと平均電流消費量を決定します。
• 利用可能なエネルギー源を評価する：
  • エネルギーは、さまざまな周囲の発生源（光、振動、熱交換、電磁気、運動パルスなど）から利用することができます。各アプリケーションは、その電圧、電流、およびインピーダンスのニーズに基づいて、特定のソースに最も適している場合があります。Explorer Shield Kitは、整流器とレギュレータを備えたAC電源とDC電源の両方に適しています。
• エネルギー測定と電力管理の選択：
  • MG22E Explorer Shieldsは、エネルギーパス全体で複数のPCBテストポイントを提供し、テストベンチ機器でエネルギー消費量を測定します。さらに、Silicon LabsのSimplicity Studioは、Power Analyzerなどの拡張ツールを提供し、エネルギー効率のためにアプリケーションを継続的に測定し改良します。
• サイズ、保管タイプ、容量：
  • エネルギー予算と主要なエネルギー消費パラメータを十分に理解すると、ストレージ要素を選択できます。従来のバッテリーとは異なり、コンデンサベースのストレージは、正確なエネルギーニーズに合わせてカスタマイズできます。コンデンサソリューションは、MG22E Explorer Kit Shields ねじ端子と互換性のあるさまざまな技術、形状、およびコストで提供されます。
• IoTプロトコルの選択とエネルギーアルゴリズムの実装：
  • 最も重要なのは、IoT SoC は、Ambient IoT が本格的に始まる場所です。MG22E は、複数の2.4GHz プロトコル（Bluetooth LE、Zigbee Green Power、独自の2.4GHz）をサポートする Silicon Labs の最低電力でプラットフォーム最適化された SoC です。これらのプロトコルの基盤には、ラジオ抽象化機能を提供するSilicon LabsのRAILプロトコルがあります。ビーコン・デバイスの場合、プロトコルのペイロード、送信電力、PHY、およびスリープ間隔は、プラットフォームのエネルギー測定に基づいて動的に調整できます。

e-peasによるMG22Eシールドの概要

当社では、IoT エンドデバイスがバッテリなしで適応できる未来を思い描いています。これを達成するために、Silicon Labs は、学生から専門家までを含むマス市場における全ての開発者が、より持続可能なプロジェクトを簡単かつ楽しく作成できるように、エネルギーハーベスティングの技術的障壁を大幅に低くしています。このキットは、エンジニアが多数の電源、ストレージ要素、IoT プロトコルを探索（および測定）できるよう汎用性の高い設計になっており、センサーを統合できるMikroBusおよびqwiicコネクタ機能も備えています。

e-peas は、周辺エネルギー源に対応する回路の作成に専念しており、Silicon Labs のエンジニアと密接に協力して、Simplicity Studio用に、これらのシールドと、互換性のあるドライバーを作成しました。

ソース：https://www.powerelectronicsnews.com/energy-harvesting-for-autonomous-systems/

シールドキットの概念は、既存の Silicon Labハードウェアを活用することです。MG22E Explorer Kit は、ブレイクアウトピンとプログラミングポートを備えた開発者向けボードです。Silicon Labs は、Explorer Kit にピギーバックし、新しい電源機能をホストする適応可能なシールドのキットを設計しました。ユーザーガイド591は、ハードウェアのインストールに関する完全なユーザーマニュアルとなっています。サンプルPVセルとコンデンサが含まれています。

シールド#1 – BRD8203 – バッテリーバックパック

BRD8203 バッテリーシールドは、バッテリー、コンデンサ、または代替PMIC回路でExplorer Kitに簡単に電力を供給するためのベースラインとして機能します。これにより、ユーザーは測定を行い、バッテリーとバッテリーなしのパフォーマンスを素早く比較できます。

シールドには複数のテストポイントとソース間の切り替えスイッチがあり、異なるバッテリとコンデンサの化学組成を調べるために使用されます。このシールドは、追加シールドの二重スタックを可能にします。ユーザーは、異なるプロトコルとアプリケーション設定の間で実験を行い、さらなるエネルギーハーベスティング・ハードウェア設計に進む前にベースラインを確立することができます。このシールドには PMIC 回路がありません。例は、内部MG22E電源管理を使用するように設定できます。

シールド #2 – BRD8202 – キネティックボタンシールド – AEM00300

シールドBRD8202は、バッテリーなしのスイッチとボタン専用のシールドです。このシールドには、ボタンの押下と解放時にエネルギーを整流するハーベスターキネティックスイッチが内蔵されています。この設計では、追加の外部ストレージ要素は必要ありません。このボタンは、オンボードのバンクに非常に短時間電力を供給し、通信するのに十分なだけのエネルギーを提供します。

e-peas AEM00300はこのシールドの中心にあり、このエネルギー源に最適な構成になっています。Zigbee Green Power および Bluetooth LE RAIL パケットをビーコンするためのソフトウェア例が提供されています。

シールド #3 – BRD8201 – デュアルハーベスター – AEM13920

シールドBRD8201は、エネルギーハーベスティング設計者のためのマスター・シールドです。このシールド（AC DC アダプターブリッジと共に）はユーザーに、環境 IoT ソースの構築、測定、比較、改善に必要なすべての要素を提供します。このシールドは、同時に2つのエネルギー源（ACまたはDC）に対応します。これにより、ユーザーは非常に簡単にマルチソースのデバイスを作成したり、2つのソース間の比較や対比を行ったりできます。このキットには複数のテストポイントがあり、さらなるスタッキングやセンサーの追加が可能です。

e-peasの最新のAEM13920は、このシールドの心臓部です。これは、最も先進的なPMICです。ドライバは、Silicon Labs のリポジトリでホストされ、Simplicity Studioで設定できます。この強力なPMICは、設計者が設計をカスタマイズしたり（i2cドライバインターフェイスを使用）、アプリケーションに必要な正しいPMICを絞り込むのに役立ちます。このシールドは、USB接続とジャンパー端子を介して制御可能な高速充電にも対応します。

入力AC-DCアダプタ – BRD8204 BRD8205

Silicon Labs と e-peas は、含まれているものを使用したり、サンプルアプリを変更したり、追加の外部回路を接続したりすることで、このキットを使いエネルギーハーベスティング設計のあらゆる側面に簡単に対応できるようにしています。両方のタイプのエネルギー源（ACおよびDC）に対応するために、レギュレータと整流器のアダプタブリックが含まれており、シールド端子に簡単にねじ込むことができます。

AC入力アダプタは、コンデンサと保護回路によって平滑化されたMOSFETベースの整流器です。これは、振動や電磁誘導などのAC電源用です。DC入力アダプタには、元のシールド設計でオプションとして省略されていた過電圧保護も含まれています。アダプターは、追加の静電容量のためのプレースホルダーを提供します。

Energy Harvesting Explorer Kit を設定する

多くの新しい開発キットでは、箱から出してすぐに使えるということはプロジェクトの成功に不可欠です。IoT の専門家として、Silicon Labs は MG22E Explorer ボードと互換性のあるサンプルアプリケーションの選択肢を提供することができました。これらの例はgithub.comでオープンソースとして提供されています。他の例と同様にこれらはクローン化、コンパイル、Silicon Labs MG22Eへのフラッシュが可能です。

デフォルトのインストール例は、Bluetooth RAIL Sensorです。付属のPVセルとコンデンサをねじ込むと、デバイスはすぐにビーコニングを開始します。

各例には、ファームウェアの動作と期待されるパフォーマンスを詳細に説明するREADMEが含まれています。これらのアプリは汎用的なもので、資産追跡やスマートビルセンサーなどのために簡単に修正できることを意図したものです。これらは、エネルギー源とIoTプロトコルの違いを強調することを目的としています。センサのユースケースとスイッチの例。ビーコンは、Silicon Labsの無料のEFR Connectモバイルアプリで検出できます。さらに、専用の MG24 Explorer Kit (別売) サンプルアプリをインストールして、Bluetooth LE、RAIL、Zigbee プロトコルのリーダーまたはコーディネーターとして使用できます。e-peas AEM ドライバもGitHubでホストされ、Simplicity Studioで簡単に修正できます。

センサーの測定、コーディング、追加を開始するかどうかは、あなた次第です！Ambient IoT の素晴らしい世界へようこそ。 直接サポートが必要な場合は、Silicon Labs コミュニティにお問い合わせください。

まとめ

Silicon Labs では、イノベーションに専心し、時代の最先端を行くというコミットメントを原動力として、IoTの環境に責任のある未来への道を切り開くお手伝いをしています。Explorer Kitのシールドを開発するためのe-peasとのコラボレーションは、環境の持続可能性を追求しながら、技術の進歩と革新に取り組むという当社のコミットメントの新たな一歩となります。最もエネルギー効率の高いマルチプロトコル・ワイヤレス SoC の一つであるxG22E により、ワイヤレスのポートフォリオを拡大しました。

詳細については、Web ページ、Ambient IoT および、最もエネルギーが最適化されたワイヤレス SoC、xG22E に関するブログを参照するか、当社までお問い合わせください。