MG22E能量采集开发套件实现无电池蓝牙传感器

Silicon Labs（芯科科技）在线技术社区提供这款简单的蓝牙传感器项目示例，其基于最新的MG22E EK8200A能量采集（Energy Harvesting）开发套件来构建，可利用室内光能进行能量采集而无需电池运行，它能够根据自身的能量感知动态调整行为，仅需一个非常小的太阳能电池板和锂电容器（套件中已包含）供电即可运行。

软件的部分则是在GitHub上默认示例应用的基础上进行了修改。在本项目中，我们新增了通过I2C Qwiic接口使用SparkFun BME280温度传感器的功能。

在本次社区项目中，我们将带你一步步完成这个项目的简单复现，包括

1. 设置MG22E开发套件扩展板和示例应用

2. 接入Sparkfun QWIIC BME280 传感器

3. 设置能量阈值

4. 配置蓝牙RAIL负载数据

5. 实现能量感知算法

在开始搭建项目之前，我们先来了解一下设备应用代码的工作原理。

• MG22E使用了e-peas AEM13920电源管理集成电路（PMIC），从一个5V光伏电池和一个10F电容器中管理能量。

• 设备首先进行冷启动（cold-start boot up）。

• 在进行任何测量或发送任何信标之前，它会测量自身的源电压（来自光伏电池）和存储电压（电容器），并将这些值存储为参数，以便用于数据传输，更重要的是用于基于能量的决策。

• 如果MG22E检测到有足够的能量，它将唤醒I2C接口的BME280温度传感器，记录并发送一个温度值（以原始十六进制格式）。

• MG22E使用芯科科技的RAIL库构建包含温度值和电压值的BLE数据包，这些数据包可以通过SiConnect移动应用接收并解析。

• 设备会基于能量充电和放电情况（光伏和电容器电平的比值）计算一个能量健康得分（Energy Health Score）。

• 根据能量得分（或电容器中可用的能量），MG22E将进入最深层的EM4休眠模式，并根据能量情况决定休眠时间长度。

请按照GitHub链接中说明，安装芯科科技的MG22E Energy Harvesting SDK扩展：https://github.com/SiliconLabs/energy_harvesting_applications/blob/main/example/bt_rail_soc_energy_harvesting_sensor/README.md

如果安装正确，您应该能够看到这些示例程序。

将Sparkfun QWIIC连接器连接到MG22E的 QWIIC 接口。请务必焊接BME280传感器背面的焊盘，以关闭红色LED灯，从而节省能量 !!!

请按照这些说明以及GitHub指南，在Simplicity Studio中启用第三方驱动扩展（Third Party Driver Extensions），以支持BME280传感器。

在Simplicity Studio中，可以很方便地配置传感器的 I2C 接口，并将其添加到默认示例的app.c文件中。

当所有硬件连接完成后，我们可以按照相应步骤运行基础示例，并使用台式 Joulescope 或能量分析仪（Energy Profiler）测量每个关键操作的能量消耗。这一步骤应根据你修改过的硬件或具体环境进行相应调整。

我们会将这些阈值（电容器电压水平、光伏电池电压水平）存储下来，以便在后续应用代码中使用。

在这里，我们还设置了默认的休眠时间和低能耗休眠时间，以及一个简单的能量健康得分计算公式（存储电压/ 源电压）。

这个公式仅作为一个初步示例，在原型调试阶段需要进一步优化调整。

接下来，我们创建并存储一些变量，用于配置低功耗蓝牙（Bluetooth LE）RAIL 数据包以进行传输。为了节省能量，我们不会初始化完整的蓝牙协议栈，而是利用MG22E的RAIL功能模拟一个低功耗蓝牙数据包。

注意 — 设备名称需要改为'E' 'H' 'S'，而不是'E' 'H' 'Sensor'。

我们使用AEM13920的API获取存储电压和源电压，并将这些值保存到变量中用于后续计算。然后，我们应用能量感知算法，以判断设备是否可以且应该进行温度测量，或是需要延长深度休眠时间。

应用程序的其余部分按正常流程运行，并会发送 3 次重复信标。我们可以使用SiConnect Mobile应用，搜索'EHS' 来查看发送的原始数据。

例如：

• 0x0E5B = 3.675V

• 0x085D = 21.4° C