环境能量采集套件-DFM8001

简介

物联网技术已经深刻融入我们的生活和工作,如智能家居中的各种智能家电、工厂中的安全监测设备。在使用和管理这些设备时,我们期望它们能够免去频繁维护的烦扰。如智能门铃要定期更换电池,影响使用体验,一些安装在高空或机箱中的设备,更换电池维护成本极高。为解决这些问题,物联网系统中的传感器、控制器和无线通信单元等核心组件,都在不断朝着低功耗方向发展,以解决因更换电池而带来的用户体验下降、维护成本增加和环境污染等问题。目前,降低功耗方向的努力已取得显著成果,但并没有解决根本问题,长时间使用后电池仍会耗尽。如何能让电池的电量永远不会耗尽呢?

自然环境中存在丰富的机械能、热能、光能、射频能等环境能源。有效地利用这些能源为设备供电,将为设备注入源源不断的能量。然而,这些能源受地理位置、天气等因素影响,表现出微弱且不稳定的特点,难以有效利用。DFRobot的环境能量采集模组解决了这一难题,能够有效地收集并存储微弱至微瓦级的能量。该模组具备动态的MPPT跟踪功能,定时检测输入源状态并调整至最大功率点,以确保微弱能量的高效收集。不仅如此,模组还集成了充放电管理、储能管理以及双路稳压输出等功能。

DFRobot环境能量采集套件-DFM8001是一套完整的能量采集解决方案,旨在简化环境能源供电系统的构建。套件包含DFM8001能量采集评估板、非晶硅光伏板以及超级电容储能模块,用户只需轻松连接即可完成组装。除了套件内附的基础非晶硅光伏板外,用户还可以根据需要,选择搭配更高光电转换效率的光能板,如有机物或染料敏化光能板。

为了进一步方便用户,DFRobot提供了尺寸为15x15x3mm的DFM8001模组,可轻松集成到各种产品中,为其提供环境能源供电支持。

注:为防止误操作,在调节VCF[2]-VCF[0]时请断开储能器件,在接入储能器件时要严格遵守: 储能器件当前电压<Voc,否则会损坏系统

注:为防止误操作,配置为自定义模式之前必须先焊接好R1-R8电阻,然后再调节跳线帽配置,最后接入储能器件

技术规格

引脚说明

快速使用

硬件准备

操作流程:

  1. 所有跳线帽处于默认状态,未了解全部配置前,请勿随意调节跳线帽配置,否则会有损坏风险

    1. SCL_BAT:CAP
    2. L_EN和H_EN:1
    3. VCF[2]:1
    4. 其余跳线帽均配置为0
  2. 将0.22F超级电容插到板子上,未了解全部配置前,请使用套件中附赠的全新0.22F超级电容,禁止使用已充电的超级电容

  3. 连接非晶硅光伏板,并让光能板正面接受光照。 连接时注意评估板的端子要与光伏板引线的金属部分充分接触,压入过多的电线绝缘护套可能导致连接失败

  4. 此时Vbuck电压会缓慢上升至2.2V左右,说明系统已经启动,开始为电容充电。若一直无法上升到2.2V,说明光照太弱或能量源连接不正常,系统无法启动

  5. 当0.22F电容电压上升至2.3V时,LDO开启电源输出

接线图

配置说明

Vmpp:Maximum Power Point Voltage根据不同光能板的特性,选择合适的最大功率点,套件中附赠的非晶硅板为70%

Vsrc: Energy Source Voltage能量源电压,如光能板、光动能电池等。当Vsrc>400mV 15uW时开始采集能量。

Vbat: Battery Voltage储能器件电压,超级电容、可充电电池等。

PRIM: Primary 备用电池。

Voc: Overcharge Voltage 过充电压。通常为储能元件上可接受的最大电压,或想让储能器件充至的最高电压。

Vcr: Charge Ready Voltage 充电就绪电压。在开始储能后,启用 LDO 之前,储能元件上所需的最低电压。

Vod: Overdischarge Voltage 过放电压。在切换到备用电池或进入关闭模式之前,储能器件可接受的最小电压。

模块工作流程如下流程图:

注:为防止误操作,在调节VCF[2]-VCF[0]时请断开储能器件,在接入储能器件时要严格遵守: 储能器件当前电压<Voc,否则会损坏系统

注:为防止误操作,配置为自定义模式之前必须先焊接好R1-R8电阻,然后再调节跳线帽配置,最后接入储能器件

有关工作模式的更多细节请查看DFM8001模组数据手册。

进阶使用

在进阶教程中,将演示:

硬件准备

操作流程

  1. 为防止误操作,取下板子上的超级电容

  2. 调节跳线帽位置

    1. SCL_BAT:BAT
    2. VCF[2]-VCF[0]: 1 1 1 ,即Voc=4.12V, Vcr=3.67V, Vod=3.6V, Vh=3.3V, VL=1.8V
    3. MPPT[1]-MPPT[0]:1 0,85%,根据连接的输入源参数确定
  3. 将H_EN的跳线帽拔除,H_EN的中点连接至MCU的数字输出IO,可通过MCU控制H_OUT是否启动输出

  4. 确保锂电池电压<4.12V后接入BAT接线柱

  5. 连接薄膜有机物光伏板

接线图

更多高级应用请查看DFM8001数据手册。

常见问题(FAQ)

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DFM8001-数据手册

原理图

尺寸&元器件排布图

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