自2010年起，無線物聯(lián)網(wǎng)核心研究聚焦多方面，除提升通訊效率、拓展部署范圍，降低終端節(jié)點功耗也是重點。各通信組織機構(gòu)積極創(chuàng)新并制定標(biāo)準(zhǔn)，如3GPP提出LTE CAT 1、LTE CATM、NB - IoT標(biāo)準(zhǔn)，引入RedCap降低接入5G網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)終端功耗；LoRa聯(lián)盟在LoRaWAN協(xié)議規(guī)定ClassA/B/C三類終端設(shè)備類型，支持低功耗設(shè)備快速部署；Wi - Fi、藍牙協(xié)會推出低功耗技術(shù)滿足設(shè)備通訊需求。

但當(dāng)下多數(shù)無線通訊設(shè)備終端節(jié)點靠電池或電源線供電，此方式在不同場景有弊端，制約物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，微能量采集技術(shù)可彌補不足。

微能量采集

無源物聯(lián)網(wǎng)依賴微能量采集技術(shù)、能量管理系統(tǒng)、低功耗計算模組三大核心技術(shù)。自然環(huán)境有光能、熱能、振動能、射頻等能量，微能量采集技術(shù)就是采集轉(zhuǎn)化這些微小能量為電能。

電源管理

微能量采集的能量微弱且隨機，多為微瓦級。除采集，還需電源管理和能量儲存管理能量。能量儲存可直接供負載或存入存儲單元備用；電源管理由穩(wěn)壓器構(gòu)成，穩(wěn)定并轉(zhuǎn)換分配電壓。

低功耗通訊：SIG Mesh網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢

現(xiàn)有無線設(shè)備通訊組網(wǎng)方式有ZigBee、Thread、Wi - Fi和BLEMesh等。BluetoothSIG發(fā)布的藍牙Mesh標(biāo)準(zhǔn)使節(jié)點間可通訊。SIG Mesh網(wǎng)絡(luò)由控制端和節(jié)點設(shè)備組成，廣播流程為設(shè)備A廣播，節(jié)點設(shè)備B收到后再廣播，直至范圍內(nèi)設(shè)備都收到。其相比其他方式有低功耗、低成本優(yōu)勢，還有以下特性：

網(wǎng)絡(luò)容錯：某節(jié)點故障，網(wǎng)絡(luò)仍正常通信，節(jié)點加入脫離自由，組網(wǎng)方便、抗干擾強。

節(jié)點平等：所有節(jié)點地位一致，避免連接中心點困難。

適配性好：所有節(jié)點可操作平臺，適配智能設(shè)備部署場景。

安全可靠：可加密信息，保障傳輸安全。

無源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備用低功耗藍牙Mesh通訊，能滿足終端節(jié)點把控需求，在微能量采集微瓦級供能下工作。

整體系統(tǒng)

采用米德方格MF9006方案，用光伏板采集微光能量，MF9006從連接SPW的光伏板獲取能源，給充電存儲元件（電池、超級電容，連SECBAT）充電。在設(shè)定電容電壓區(qū)間，通過兩個LDO穩(wěn)壓器（LVOUT和HVOUT）為低功耗藍牙模組供電。

400mV冷啟動電壓，之后輸入150mV - 5V電壓，模組提取存儲元件能量。電池電壓耗盡，LDO穩(wěn)壓器斷電，控制器不再由存儲元件供電。若存儲元件耗盡且PRIM連可選主電池，芯片先以主電池充電存儲元件，再切回環(huán)境能源，確保惡劣條件持續(xù)運行。此方案能量收集轉(zhuǎn)換效率超90%。

設(shè)計可行性

預(yù)估一天用藍牙模組20次，每次0.3s。正常發(fā)射一次功耗1.2mA，耗能2μAh；淺睡眠功耗0.04mA，白天16h耗能640μAh；深睡眠功耗0.4μA，夜晚8h耗能32μAh。一天總耗能6452μAh。

預(yù)估光伏板白天500lux照度采16h收集944μAh，夜晚200lux照度采8h收集248μAh，總1.192mAh，滿足藍牙模組工作。