晶信STM 550能量收集多传感器

能量收集的真正关键是拥有一个功耗足够低的系统，可以使用这些替代来源之一进行操作。这句话似乎很明显，但假设你希望该系统执行有意义的操作，它比听起来要困难得多。在大多数情况下，我们谈论的是毫瓦或更低的功率，这可能足以驱动最新的超低功耗MCU之一。

能够完成这一壮举的供应商之一是EnOcean，其STM 550自供电传感器。它使用小型太阳能电池从环境光中提取能量，但如果移除太阳能光源，STM 550仍包含备用电池。

从开关到传感器

EnOcean以生产由能量收集供电的开关而闻名。在对这些开关进行内部审查期间，有人问到，这个相对简单的开关是否可以用作更复杂的多传感器产品的基础。因此，STM 550被构思出来，一种足够小的设备，可以不显眼地挂在墙上。从规格到原型大约需要18个月。

多传感器可以收集五种不同形式的数据：

温度

湿度

光

加速度

磁性接触（用于确定门或窗是打开还是关闭）

传感器最大的组件是太阳能电池，占据了一侧的大部分表面积，约占一平方英寸。该传感器可实现足够的能量，在室内照明条件下为整个设备供电，包括传感、处理信息以及将其传输到外部源。

也就是说，系统的平均功耗小于3 μA。在正常运行期间，太阳能电池为微小的锂电池充电，为系统供电。出现在PCB背面的电池可以容纳足够的电量来运行传感器大约四天，这应该远远超过必要的。EnOcean已经打开了门，可以在没有光源的情况下插入另一个电池，以获得更长的运行时间。

磁性触点（侧面的玻璃状元件）读取将连接到门或窗的磁铁。如果磁铁存在，则门/窗关闭，反之亦然。建筑管理员喜欢将此传感器连接到 HVAC 系统。如果门或窗打开，HVAC 将关闭以节省能源。

“一个非常特别的特点是微小的加速度/振动传感器，可以检测许多不同的条件，”EnOcean副总裁Matthias Kassner说。“该设备的主要产业是楼宇自动化，其中许多建筑物都使用旧设备运行。传感器将知道系统何时未以典型方式运行，例如大型空调机组何时需要维护。传感器非常灵敏，可以根据用户的振动来检测桌子是否被占用。

两种无线电选项

提供两种不同的无线电发射器，均针对低功耗进行了优化。它们使用模块化配置设计到设备中，允许EnOcean根据客户需求交换一个或另一个，而无需改变设备的外形尺寸。

一个是该公司自己的EnOcean无线电，基于在亚千兆赫范围内运行的ST设备。它符合国际 ISO 标准。这种介质适合长距离传输，并且受到的干扰较小。第二种选择是北欧蓝牙无线电，它可以直接连接到基于蓝牙的照明系统或其他端点。

STM 550采用两个独立的天线设计。一个是亚千兆赫或蓝牙无线电，另一个是NFC天线，这是必需的，因为可以通过NFC对设备进行参数化。换句话说，NFC功能允许用户配置诸如哪些传感器正在报告，发送更新的频率，安全设置和设备ID等内容。使用NFC，用户可以使用支持NFC的智能手机进行这些调整，然后进行简单的下载。

大多数精明的工程师都知道天线设计有多困难，而EnOcean工程团队完全在内部处理了这一部分。在很小的外形尺寸中，他们必须挤压两个天线，并避免顶部金属太阳能电池和背面金属板的干扰。

根据Kassner的说法，“这是我们的专业领域。我们有一个很大的射频部门。我们有自己的小型测试室，可以在所有轴上自动旋转设备。但正是微小的外形尺寸才真正使它变得复杂。

另一个节省空间的是所需的少量内存，因为设备上几乎没有存储任何内容。它只是感知和传输。无需存储任何内容或执行任何 Edge 处理有助于降低功耗。如果需要处理，则由下游设备处理，例如从STM 550接收数据的网关。

虽然更大的外形尺寸将允许更大的太阳能电池阵列，但EnOcean工程师并没有认真考虑这一点，因为在美国，天线底座的输出功率被调节到最大1 dBm，尽管在欧洲高达10 dBm。更大的外形尺寸也可以简化天线设计，但保持较小的封装使STM 550非常有吸引力。

其他考虑（和放弃）的设计标准包括使用Wi-Fi和LoRaWAN。Wi-Fi由于其高功耗而被排除在外。LoRaWAN没有成功，只是因为它不是团队所针对的用例。LoRaWAN不是一种“始终在线”类型的配置;相反，它在需要以低得多的频率“ping”的应用程序中表现出色。

归根结底，STM 550代表了令人印象深刻的设计。挤压如此多的功能并通过能量收集进行操作是一项工程壮举。

审核编辑：郭婷