芯科科技xG22E能量采集开发套件赋能环境物联网应用

在过去的一年里，环境物联网（AmbientIoT）已成为物联网领域增长最快的行业之一。越来越多的设备制造商和制造企业正在寻找节能优化、无电池的解决方案，以打造具有持久续航、不间断运行和更高可靠性的设备，而支持环境物联网应用的SoC正是这一需求的理想选择。

近期，Silicon Labs（芯科科技）推出了迄今为止市面上最节能的SoC产品—xG22E系列。该系列进一步优化了我们的xG22 SoC产品线（包括BG22E SoC、MG22E SoC和FG22E SoC），特别是新增了对能量采集（Energy Harvesting）的功能支持。

如今，芯科科技作为行业领先的能量采集与功耗优化物联网解决方案供应商，正在进一步扩展产品组合。我们已与领先的电源管理IC供应商e-peas公司达成合作，共同为全新的xG22E Explorer Kit开发了三款能量采集屏蔽体（harvesting shield），可安全固定到开发套件的板上。此开发板经过特殊设计，能够防止功率泄漏，支持外部测量，并且非常适用于以下应用场景：

资产追踪（Asset Tracking）

智能家居开关（Home Switches）

机械监测（Machinery Monitoring）

电子货架标签（Electronic Shelf Labels）

xG22E开发套件支持多种能量采集解决方案评估，可利用不同应用中的光伏电池、热电发电机（TEG）等能量来源。套件包含以下三款屏蔽体：

BRD8201A -双路采集屏蔽体（Dual Harvester Shield）：支持多种电池化学体系和超级电容器的实验，可同时从两个不同的能量来源进行能量采集。

BRD8202A-机械按钮屏蔽体（KineticButton Shield），配备BRD8206A机械按钮：可用于演示利用机械开关为无线 SoC 供电的特定应用，专为机械脉冲能量采集（Kinetic/Pulse Harvesting）设计，并采用e-peas AEM00300屏蔽体。

BRD8203A-电池屏蔽体（BatteryShield）：采用e-peas最新、最先进的PMIC—AEM13920，允许开发者同时评估双路能量采集来源，调试独立运行模式，并评估设备的电池寿命。

接下来，我们将深入探讨该开发套件的设计、组件以及每个屏蔽体的设置流程。

设计与组件

芯科科技的愿景是引领可持续物联网产品设计的新时代，目标是为物联网终端设备提供超长寿命并降低生态足迹。这正是全新能量采集MG22EExplorer Kit诞生的核心驱动力。设计无电池的能量采集设备需要全新的方法论、组件和精确分析，包括从能量来源、能量存储、电源管理、固件算法到物联网协议的各个方面，这些关键要素都对优化设计和控制成本产生重要影响。

能量采集ExplorerShield Kit让用户能够按照以下方法论，对关键组件进行合理评估。

理解应用的功耗预算：

确定应用的峰值和平均电流消耗，基于无线通信事件（如数据传输）和睡眠间隔进行分析。

评估可用的能量来源：

设备可以从多种环境能量源中采集能量，例如：光能、振动、热交换、电磁感应、机械脉冲。

每种应用可能适用于特定的能量来源，具体取决于电压、电流和阻抗需求。

Explorer Shield Kit 适用于交流和直流能源输入，并内置整流和稳压电路。

能量测量与电源管理选择

MG22E Explorer Shields 提供多个PCB测试点，可用于测量能量路径中的功耗，以便通过测试设备进行详细分析。

此外，芯科科技的SimplicityStudio开发环境还提供功耗分析仪（Power Analyzer）等高级工具，可持续监测和优化应用的能耗效率。

存储类型与容量选择

了解完整的能量预算和关键能耗参数后，可以选择合适的存储元件。

与传统电池不同，基于电容的存储方案可以精准匹配所需的能量。

电容解决方案提供多种技术规格、外形尺寸和成本选项，可通过MG22E Explorer Kit Shields的螺钉端子进行兼容连接。

IoT协议选择与能量算法实现

最关键的是物联网SoC有助于环境物联网的真正落地。MG22E是芯科科技目前功耗最低、平台优化最完善的 SoC，支持多种 2.4GHz 协议，包括低功耗蓝牙、Zigbee Green Power和专有2.4GHz协议。这些协议的核心是芯科科技的RAIL（无线抽象层协议），它提供了无线电抽象能力。

对于信标（Beacon）设备，可以根据平台能耗测量，动态调整协议负载、发射功率、物理层和睡眠间隔，从而优化能量使用效率。

芯科科技与e-peas携手为MG22E开发的屏蔽体综览

展望物联网终端设备可以完全摆脱电池的未来。芯科科技正致力于大幅降低能量采集的技术门槛，使其进入大众市场，让从学生到专家的所有开发者都能轻松且愉快地创建更加具有可持续的项目。

MG22E Explorer Shield Kit开发套件经过精心设计，具备高度灵活性，让工程师可以探索并测量多种电源来源、存储元件和IoT 协议，同时提供MikroBus和Qwiic连接器，方便集成各种传感器。

e-peas专注于开发用于环境能量采集的电路，并与芯科科技工程师密切合作，共同打造了这些Shield扩展板及其在Simplicity Studio中的兼容驱动程序。

Shield Kit的核心概念旨在充分利用现有的芯科科技硬件。MG22E Explorer Kit 是一款开发板，带有扩展接口和编程端口。芯科科技设计了一套可扩展的Shields，这些扩展板可 叠加到套件上，并为其增加多种新型供电能力。用户手册User Guide591提供了完整的硬件安装指南，同时，套件中还包含光伏电池（PV Cell）和电容器的示例。

Shield #1 – BRD8203 – Battery Backpack

BRD8203 Battery Shield 作为基准电源板，可通过电池、电容或自定义PMIC电路轻松为Explorer Kit供电。

该屏蔽体具备多个测试点和电源切换开关，用于探索不同的电池和电容技术，并且其支持双层叠加，可以进一步扩展其他屏蔽体。用户可以在不同物联网协议和应用环境下进行实验，建立基线数据，为后续的能量采集硬件设计做准备。屏蔽体本身不包含PMIC，但可以使用MG22E内置的电源管理模块进行配置和管理。

Shield #2 – BRD8202 – Kinetic Button –AEM00300

BRD8202屏蔽体专为无电池开关和按钮设计。内置能量采集机械按钮，在按压和释放按钮时，即可收集能量并进行整流（Rectification）。该设计不需要额外的外部存储元件。按钮提供足够的能量，以短暂供电板载电源单元（PowerBanks）并完成无线通信。

e-peas AEM00300是该屏蔽体的核心 PMIC，其配置已针对机械能采集进行了优化。

提供软件示例，用于Zigbee Green Power 和 低功耗蓝牙RAIL协议的信标功能。

Shield #3 – BRD8201–Dual Harvester–AEM13920

BRD8201屏蔽体是能量采集设计师的核心工具，专为高级能量管理应用而设计。该屏蔽体（配合AC/DC适配器桥接器），为用户提供了构建、测量、比较和优化环境物联网供电方案所需的所有核心组件。支持同时连接两种能量来源（AC或 DC），方便用户创建多源供电设备，或轻松对比不同能量来源的性能。此外，其提供多个测试点，可进一步扩展 额外传感器或叠加更多屏蔽体。

e-peas 最新的AEM13920是该屏蔽体的核心，它是e-peas 最先进的PMIC解决方案。相关驱动程序已托管在芯科科技代码库中，并可在SimplicityStudio进行配置。该PMIC允许开发者使用I2C驱动接口进行设计定制，或者帮助工程师筛选最适合其应用的PMIC方案。该屏蔽体还支持可控快充（USB 连接），并可通过跳线端子（Jumper Terminal）进行进一步调试。

AC-DC适配器 –BRD8204 BRD8205

芯科科技与e-peas确保能量采集设计的每个方面都能通过该开发套件轻松实现，无论是直接使用套件中的组件、修改示例应用，还是连接额外的外部电路。为了支持交流和直流两种类型的能量来源，该套件包含稳压器和整流器适配器模块，这些模块可以直接拧入屏蔽体的终端接口，方便开发者进行实验和调整。

AC 输入适配器采用MOSFET整流电路，并通过电容和保护电路进行处理，适用于振动能量或电磁感应等交流能量来源。DC输入适配器额外包含过压保护，这一功能在原始屏蔽体设计中是可选项，但在该适配器中已集成。适配器还提供了一个额外电容的占位区域，以便用户根据应用需求进行扩展或优化储能能力。

设置MG22E能量采集开发套件

对于许多新的开发套件而言，开箱即用的体验（Out-of-BoxExperience）对项目的成功至关重要。作为物联网专家，芯科科技提供了一系列与MG22EExplorer开发板兼容的示例应用，这些示例均为开源，可在GitHub上获取。开发者可以直接克隆、编译，并像其他示例一样刷入芯科科技MG22E 进行测试。

开箱默认示例：Bluetooth RAILSensor。连接套件中提供的光伏电池板和电容器后，设备将立即开始自行广播信号。

每个示例都附带详细的README 文档，介绍固件的行为和预期性能。这些应用被设计为通用型，并且易于修改，适用于资产跟踪或智能建筑传感器等场景。

这些示例的主要目的是展示不同能量来源与物联网协议之间的区别，涵盖了传感器应用和开关控制等用例。设备的信标可以通过芯科科技免费提供的EFRConnect移动应用进行检测。此外，还可以安装专用的MG24Explorer Kit（需单独购买）示例应用，该应用可作为低功耗蓝牙、RAIL和Zigbee协议的读取器或协调器（Reader/Coordinator）。e-peas AEM 驱动程序也托管在GitHub上，并且可以在Simplicity Studio中轻松修改。

现在轮到你动手实验、编写代码，并添加传感器了！欢迎来到开发环境物联网的精彩世界，如果有任何疑问，可以随时在芯科科技在线技术论坛上寻求支持。

总结

芯科科技始终致力于创新，并以引领行业发展为动力，助力推动物联网迈向更加具有生态可持续性的未来。我们与e-peas合作开发Explorer Kit Shield是实践该承诺的重要一步，从而推动技术进步和创新，同时践行环境可持续发展。我们很高兴能扩展我们的无线产品组合，推出xG22E—目前最节能的多协议无线SoC之一。