Bluetooth-Bake ohne Batterie BLE-Betrieb mit Energy Harvester

Abschnittsweises Ausführen der ­Anwendung

Ein Mikrocontrollersystem arbeitet mit verschiedenen Anwendungsroutinen, die jeweils ihre eigene Rechenleistung erfordern. Diese Routinen konfigurieren z.B. Peripherieschaltungen, empfangen Daten von Sensoren, führen Berechnungen durch und verwalten Ereignisse oder Interrupts. Hier muss der Entwickler darauf achten, dass die für diese Verarbeitung benötigte Energie die Kapazität des Energy-Harvesting-Systems nicht überschreitet. Falls dies der Fall ist, empfiehlt es sich, die Routinen in kleinere Unterroutinen aufzuteilen und sie abschnittsweise auszuführen.

Zwischen den einzelnen Abschnitten sollte der Mikrocontroller in einen Zustand mit niedriger Leistungsaufnahme gebracht werden, mit einer Quelle zum Wecken, z.B. ein Interrupt aus einem Zähler oder Watchdog Timer. Die gesamte Schaltung eines energieautarken und batterielosen Funksensors muss während der meisten Zeit in diesem Zustand bleiben; um das zu gewährleisten, sollte die Energieaufnahme in diesen Ruhephasen so gering wie möglich sein.

Funkübertragung

Nachdem die Daten gesammelt worden sind, müssen sie per BLE übertragen werden. Diese Übertragung kann entweder über eine BLE-Verbindung oder, ebenfalls per BLE, ungerichtet erfolgen, wobei Funkbaken, die mit Energy Harvesting arbeiten, auf das BLE Advertisement beschränkt sind. Diese Einschränkung wird deshalb gemacht, weil bereits für den Aufbau einer BLE-Verbindung eine größere Menge an Energie benötigt wird, bevor die Verbindung für die Datenübertragung genutzt werden kann.

Nur wenn das Energy-Harvesting-System einen hohen Spitzenstrom liefern kann – ausreichend für den Mikrocontroller und den BLE-Transceiver –, sollten Entwickler die BLE-Aktivität als unabhängigen Prozess zusammen mit anderen Prozessen ausführen lassen.

Um Energiemanagement erweiterte ­Stromver­sorgung

Zentraler Baustein eines Energy-Harvesting-Systems ist ein Energiemanagement-IC, das den Energiefluss steuert und die Versorgungsspannungen für die Last-Elektronik erzeugt und überwacht. Die Stromversorgungs-ICs für Energy-Harvesting-Systeme von Cypress wurden für den Einsatz in energieautarken, batterielosen Funksensorknoten entwickelt. Sie können sowohl mit einem Mikrogenerator als alleinige Energiequelle oder in Verbindung mit Batterien, z.B. einer Lithium-Ionen-Primärzelle, eingesetzt werden, um die Betriebsdauer zu verlängern.

Ein Stromversorgungs-IC für Energy Harvesting muss bereits bei einer niedrigen Eingangsspannung starten und sich an die Bedürfnisse der Anwendung anpassen lassen. Einige der angebotenen ICs, z.B. der MB39C831, bieten eine MPPT-Funktion (Maximum Power Point Tracking). MPPT ermöglicht es dem integrierten Gleichspannungswandler, seine Ausgangsspannung abhängig von der Eingangsleistung zu steuern und so die Energieabgabe zu maximieren. Der MB39C811 verfügt über zwei Eingänge zum Anschluss von Mikrogeneratoren, sodass Energie aus zwei verschiedenen Quellen gleichzeitig gewonnen werden kann.

Der Autor:

Sachin Gupta
arbeitet als leitender Applikationsingenieur bei Cypress Semiconductor im Bereich SoCs und ist spezialisiert auf kapazitive Sensoren und Embedded-Anwendungen. Er ist Experte für Leiterplatten-Layouts hinsichtlich Analogtechnik und EMI und betreut die Entwicklung von Mixed-Signal-Anwendungen und Sensor-Schnittstellen. Gupta hat ein Diplom in Elektronik und Kommunikationstechnik des Vaish Technical Institute, Rohtak, Indien und einen Bachelor-Abschluss in Elektronik und Kommunikationstechnik von der Guru Gobind Singh Indarprastha University, Delhi, Indien.

 

sgup@cypress.com