无源物联网：微能量采集与低功耗蓝牙Mesh技术融合实践

自2010年起，无线物联网核心研究聚焦多方面，除提升通讯效率、拓展部署范围，降低终端节点功耗也是重点。各通信组织机构积极创新并制定标准，如3GPP提出LTE CAT 1、LTE CATM、NB - IoT标准，引入RedCap降低接入5G网络的物联网终端功耗；LoRa联盟在LoRaWAN协议规定ClassA/B/C三类终端设备类型，支持低功耗设备快速部署；Wi - Fi、蓝牙协会推出低功耗技术满足设备通讯需求。

但当下多数无线通讯设备终端节点靠电池或电源线供电，此方式在不同场景有弊端，制约物联网发展，微能量采集技术可弥补不足。

微能量采集

无源物联网依赖微能量采集技术、能量管理系统、低功耗计算模组三大核心技术。自然环境有光能、热能、振动能、射频等能量，微能量采集技术就是采集转化这些微小能量为电能。

电源管理

微能量采集的能量微弱且随机，多为微瓦级。除采集，还需电源管理和能量储存管理能量。能量储存可直接供负载或存入存储单元备用；电源管理由稳压器构成，稳定并转换分配电压。

低功耗通讯：SIG Mesh网络优势

现有无线设备通讯组网方式有ZigBee、Thread、Wi - Fi和BLEMesh等。BluetoothSIG发布的蓝牙Mesh标准使节点间可通讯。SIG Mesh网络由控制端和节点设备组成，广播流程为设备A广播，节点设备B收到后再广播，直至范围内设备都收到。其相比其他方式有低功耗、低成本优势，还有以下特性：

网络容错：某节点故障，网络仍正常通信，节点加入脱离自由，组网方便、抗干扰强。

节点平等：所有节点地位一致，避免连接中心点困难。

适配性好：所有节点可操作平台，适配智能设备部署场景。

安全可靠：可加密信息，保障传输安全。

无源物联网设备用低功耗蓝牙Mesh通讯，能满足终端节点把控需求，在微能量采集微瓦级供能下工作。

整体系统

采用米德方格MF9006方案，用光伏板采集微光能量，MF9006从连接SPW的光伏板获取能源，给充电存储元件（电池、超级电容，连SECBAT）充电。在设定电容电压区间，通过两个LDO稳压器（LVOUT和HVOUT）为低功耗蓝牙模组供电。

400mV冷启动电压，之后输入150mV - 5V电压，模组提取存储元件能量。电池电压耗尽，LDO稳压器断电，控制器不再由存储元件供电。若存储元件耗尽且PRIM连可选主电池，芯片先以主电池充电存储元件，再切回环境能源，确保恶劣条件持续运行。此方案能量收集转换效率超90%。

设计可行性

预估一天用蓝牙模组20次，每次0.3s。正常发射一次功耗1.2mA，耗能2μAh；浅睡眠功耗0.04mA，白天16h耗能640μAh；深睡眠功耗0.4μA，夜晚8h耗能32μAh。一天总耗能6452μAh。

预估光伏板白天500lux照度采16h收集944μAh，夜晚200lux照度采8h收集248μAh，总1.192mAh，满足蓝牙模组工作。