在過去的一年里，環境物聯網（AmbientIoT）已成為物聯網領域增長最快的行業之一。越來越多的設備制造商和制造企業正在尋找節能優化、無電池的解決方案，以打造具有持久續航、不間斷運行和更高可靠性的設備，而支持環境物聯網應用的SoC正是這一需求的理想選擇。

近期，Silicon Labs（芯科科技）推出了迄今為止市面上最節能的SoC產品—xG22E系列。該系列進一步優化了我們的xG22 SoC產品線（包括BG22E SoC、MG22E SoC和FG22E SoC），特別是新增了對能量采集（Energy Harvesting）的功能支持。

如今，芯科科技作為行業領先的能量采集與功耗優化物聯網解決方案供應商，正在進一步擴展產品組合。我們已與領先的電源管理IC供應商e-peas公司達成合作，共同為全新的xG22E Explorer Kit開發了三款能量采集屏蔽體（harvesting shield），可安全固定到開發套件的板上。此開發板經過特殊設計，能夠防止功率泄漏，支持外部測量，并且非常適用于以下應用場景：

資產追蹤（Asset Tracking）

智能家居開關（Home Switches）

機械監測（Machinery Monitoring）

電子貨架標簽（Electronic Shelf Labels）

xG22E開發套件支持多種能量采集解決方案評估，可利用不同應用中的光伏電池、熱電發電機（TEG）等能量來源。套件包含以下三款屏蔽體：

BRD8201A -雙路采集屏蔽體（Dual Harvester Shield）：支持多種電池化學體系和超級電容器的實驗，可同時從兩個不同的能量來源進行能量采集。

BRD8202A-機械按鈕屏蔽體（KineticButton Shield），配備BRD8206A機械按鈕：可用于演示利用機械開關為無線 SoC 供電的特定應用，專為機械脈沖能量采集（Kinetic/Pulse Harvesting）設計，并采用e-peas AEM00300屏蔽體。

BRD8203A-電池屏蔽體（BatteryShield）：采用e-peas最新、最先進的PMIC—AEM13920，允許開發者同時評估雙路能量采集來源，調試獨立運行模式，并評估設備的電池壽命。

接下來，我們將深入探討該開發套件的設計、組件以及每個屏蔽體的設置流程。

設計與組件

芯科科技的愿景是引領可持續物聯網產品設計的新時代，目標是為物聯網終端設備提供超長壽命并降低生態足跡。這正是全新能量采集MG22EExplorer Kit誕生的核心驅動力。設計無電池的能量采集設備需要全新的方法論、組件和精確分析，包括從能量來源、能量存儲、電源管理、固件算法到物聯網協議的各個方面，這些關鍵要素都對優化設計和控制成本產生重要影響。

能量采集ExplorerShield Kit讓用戶能夠按照以下方法論，對關鍵組件進行合理評估。

理解應用的功耗預算：

確定應用的峰值和平均電流消耗，基于無線通信事件（如數據傳輸）和睡眠間隔進行分析。

評估可用的能量來源：

設備可以從多種環境能量源中采集能量，例如：光能、振動、熱交換、電磁感應、機械脈沖。

每種應用可能適用于特定的能量來源，具體取決于電壓、電流和阻抗需求。

Explorer Shield Kit 適用于交流和直流能源輸入，并內置整流和穩壓電路。

能量測量與電源管理選擇

MG22E Explorer Shields 提供多個PCB測試點，可用于測量能量路徑中的功耗，以便通過測試設備進行詳細分析。

此外，芯科科技的SimplicityStudio開發環境還提供功耗分析儀（Power Analyzer）等高級工具，可持續監測和優化應用的能耗效率。

存儲類型與容量選擇

了解完整的能量預算和關鍵能耗參數后，可以選擇合適的存儲元件。

與傳統電池不同，基于電容的存儲方案可以精準匹配所需的能量。

電容解決方案提供多種技術規格、外形尺寸和成本選項，可通過MG22E Explorer Kit Shields的螺釘端子進行兼容連接。

IoT協議選擇與能量算法實現

最關鍵的是物聯網SoC有助于環境物聯網的真正落地。MG22E是芯科科技目前功耗最低、平臺優化最完善的 SoC，支持多種 2.4GHz 協議，包括低功耗藍牙、Zigbee Green Power和專有2.4GHz協議。這些協議的核心是芯科科技的RAIL（無線抽象層協議），它提供了無線電抽象能力。

對于信標（Beacon）設備，可以根據平臺能耗測量，動態調整協議負載、發射功率、物理層和睡眠間隔，從而優化能量使用效率。

芯科科技與e-peas攜手為MG22E開發的屏蔽體綜覽

展望物聯網終端設備可以完全擺脫電池的未來。芯科科技正致力于大幅降低能量采集的技術門檻，使其進入大眾市場，讓從學生到專家的所有開發者都能輕松且愉快地創建更加具有可持續的項目。

MG22E Explorer Shield Kit開發套件經過精心設計，具備高度靈活性，讓工程師可以探索并測量多種電源來源、存儲元件和IoT 協議，同時提供MikroBus和Qwiic連接器，方便集成各種傳感器。

e-peas專注于開發用于環境能量采集的電路，并與芯科科技工程師密切合作，共同打造了這些Shield擴展板及其在Simplicity Studio中的兼容驅動程序。

Shield Kit的核心概念旨在充分利用現有的芯科科技硬件。MG22E Explorer Kit 是一款開發板，帶有擴展接口和編程端口。芯科科技設計了一套可擴展的Shields，這些擴展板可 疊加到套件上，并為其增加多種新型供電能力。用戶手冊User Guide591提供了完整的硬件安裝指南，同時，套件中還包含光伏電池（PV Cell）和電容器的示例。

Shield #1 – BRD8203 – Battery Backpack

BRD8203 Battery Shield 作為基準電源板，可通過電池、電容或自定義PMIC電路輕松為Explorer Kit供電。

該屏蔽體具備多個測試點和電源切換開關，用于探索不同的電池和電容技術，并且其支持雙層疊加，可以進一步擴展其他屏蔽體。用戶可以在不同物聯網協議和應用環境下進行實驗，建立基線數據，為后續的能量采集硬件設計做準備。屏蔽體本身不包含PMIC，但可以使用MG22E內置的電源管理模塊進行配置和管理。

Shield #2 – BRD8202 – Kinetic Button –AEM00300

BRD8202屏蔽體專為無電池開關和按鈕設計。內置能量采集機械按鈕，在按壓和釋放按鈕時，即可收集能量并進行整流（Rectification）。該設計不需要額外的外部存儲元件。按鈕提供足夠的能量，以短暫供電板載電源單元（PowerBanks）并完成無線通信。

e-peas AEM00300是該屏蔽體的核心 PMIC，其配置已針對機械能采集進行了優化。

提供軟件示例，用于Zigbee Green Power 和 低功耗藍牙RAIL協議的信標功能。

Shield #3 – BRD8201–Dual Harvester–AEM13920

BRD8201屏蔽體是能量采集設計師的核心工具，專為高級能量管理應用而設計。該屏蔽體（配合AC/DC適配器橋接器），為用戶提供了構建、測量、比較和優化環境物聯網供電方案所需的所有核心組件。支持同時連接兩種能量來源（AC或 DC），方便用戶創建多源供電設備，或輕松對比不同能量來源的性能。此外，其提供多個測試點，可進一步擴展 額外傳感器或疊加更多屏蔽體。

e-peas 最新的AEM13920是該屏蔽體的核心，它是e-peas 最先進的PMIC解決方案。相關驅動程序已托管在芯科科技代碼庫中，并可在SimplicityStudio進行配置。該PMIC允許開發者使用I2C驅動接口進行設計定制，或者幫助工程師篩選最適合其應用的PMIC方案。該屏蔽體還支持可控快充（USB 連接），并可通過跳線端子（Jumper Terminal）進行進一步調試。

AC-DC適配器 –BRD8204 BRD8205

芯科科技與e-peas確保能量采集設計的每個方面都能通過該開發套件輕松實現，無論是直接使用套件中的組件、修改示例應用，還是連接額外的外部電路。為了支持交流和直流兩種類型的能量來源，該套件包含穩壓器和整流器適配器模塊，這些模塊可以直接擰入屏蔽體的終端接口，方便開發者進行實驗和調整。

AC 輸入適配器采用MOSFET整流電路，并通過電容和保護電路進行處理，適用于振動能量或電磁感應等交流能量來源。DC輸入適配器額外包含過壓保護，這一功能在原始屏蔽體設計中是可選項，但在該適配器中已集成。適配器還提供了一個額外電容的占位區域，以便用戶根據應用需求進行擴展或優化儲能能力。

設置MG22E能量采集開發套件

對于許多新的開發套件而言，開箱即用的體驗（Out-of-BoxExperience）對項目的成功至關重要。作為物聯網專家，芯科科技提供了一系列與MG22EExplorer開發板兼容的示例應用，這些示例均為開源，可在GitHub上獲取。開發者可以直接克隆、編譯，并像其他示例一樣刷入芯科科技MG22E 進行測試。

開箱默認示例：Bluetooth RAILSensor。連接套件中提供的光伏電池板和電容器后，設備將立即開始自行廣播信號。

每個示例都附帶詳細的README 文檔，介紹固件的行為和預期性能。這些應用被設計為通用型，并且易于修改，適用于資產跟蹤或智能建筑傳感器等場景。

這些示例的主要目的是展示不同能量來源與物聯網協議之間的區別，涵蓋了傳感器應用和開關控制等用例。設備的信標可以通過芯科科技免費提供的EFRConnect移動應用進行檢測。此外，還可以安裝專用的MG24Explorer Kit（需單獨購買）示例應用，該應用可作為低功耗藍牙、RAIL和Zigbee協議的讀取器或協調器（Reader/Coordinator）。e-peas AEM 驅動程序也托管在GitHub上，并且可以在Simplicity Studio中輕松修改。

現在輪到你動手實驗、編寫代碼，并添加傳感器了！歡迎來到開發環境物聯網的精彩世界，如果有任何疑問，可以隨時在芯科科技在線技術論壇上尋求支持。

總結

芯科科技始終致力于創新，并以引領行業發展為動力，助力推動物聯網邁向更加具有生態可持續性的未來。我們與e-peas合作開發Explorer Kit Shield是實踐該承諾的重要一步，從而推動技術進步和創新，同時踐行環境可持續發展。我們很高興能擴展我們的無線產品組合，推出xG22E—目前最節能的多協議無線SoC之一。