Referenzdesign: Energy-Harvesting für Funksensorknoten

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Silicon Laboratories stellt einen Funksensorknoten vor, der über eine solarbetriebene Energy-Harvesting-Quelle mit Energie versorgt wird. Das Energy-Harvesting-Referenzdesign ermöglicht die Implementierung sich selbstversorgender, stromsparender Funksensornetzwerke für die Heim- und Gebäudeautomatisierung, Sicherheitssysteme, Steuerungen in der Industrie, medizinische Überwachungsgeräte, Güterverfolgungssysteme sowie Überwachungssysteme für Infrastruktur und Landwirtschaft.

 

Der Markt für Energy-Harvesting-Lösungen soll in diesem Jahrzehnt exponentiell wachsen. Die Marktforscher von IDTechEx schätzen, dass im Jahr 2019 an die 10 Mrd. Energy-Harvesting-Einrichtungen ausgeliefert werden - eine 20-fache Steigerung im Vergleich zu 2009 mit ca. 500 Mio. ausgelieferten Einheiten. Obwohl Systeme, die über Energy-Harvesting-Quellen versorgt werden, schon seit Jahren existieren, ist die Implementierung von Funksensorknoten mit sehr niedriger Leistungsaufnahme eine Herausforderung für die Entwickler.

 

Das Wireless Energy Harvesting System basiert auf der Wireless-Mikrocontroller-Familie Si10xx. Das Referenzdesign enthält Funknetzwerk- und USB-Software sowie ein komplettes Schaltkreisdesign mit HF-Layout, Stückliste, Schaltpläne und Gerber-Dateien.

 

Das Design besteht aus drei Komponenten:

  • Einem solarbetriebenen Funksensorknoten, der die Temperatur, den Lichtpegel und Ladezustand misst. Er basiert auf einer Si10xx Wireless MCU zur Steuerung des Sensorsystems und Funkübertragung der Daten. Ein Folienakku speichert die gesammelte Energie.
  • Einem Funk-USB-Adapter, der den Funksensorknoten mit einem PC verbindet, um Sensordaten darstellen zu können. Der Adapter basiert auf Silicon Labs' EZRadioPRO Transceiver Si4431 mit einer MCU, auf der USB-HID Class Software und der Wireless Software Stack EZMac laufen.
  • Einer Funksensor-Netzwerk-GUI, die Daten von bis zu vier Sensorknoten darstellt.

 

 

Der Folienakku des Energy-Harvesting-Referenzdesigns bietet eine Kapazität von 0,7mAh. Bei direkter Sonneneinstrahlung lässt sich der Akku in nur zwei Stunden vollständig aufladen. Im Sleep-Modus behält der Funksensorknoten seine Ladung für 7000 Stunden. Überträgt das Funksystem dauerhaft Daten, kann es drei Stunden durchgehend betrieben werden.

 

Es wurde jedoch so entwickelt, dass es sich ständig auf ein bestimmtes Niveau auflädt, um eine vollständige Entladung des Folienakkus zu vermeiden. Eine integrierte Überbrückung bietet Entwicklern die Flexibilität, Solarzellen zu überbrücken und andere Energy-Harvesting-Quellen nach dem Vibrations- (piezoelektrisch), Wärme- und HF-Prinzip anzuzapfen.

 

 

Preis und Verfügbarkeit

 

Silicon Labs' Energy-Harvesting-Referenzdesign ist zum Preis von 45US$ erhältlich.

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