電池供電設備需要更換電池，不僅增加費用，而且有些設備安裝后更換電池不方便，所以人們一直嘗試引入無電池供電的低功耗設備。目前在無線物聯網領域推出了使用機械能轉換為電能的裝置實現了無電池供電下基于802.15.4的GreenPower產品，即Energy Harvesting（簡稱EH）設備，獲得了廣泛的關注。

本文將介紹JN5189上基于AN-1261應用的EH設備（On-Off開關）的開發。

JN5189系列是NX Semiconductors（恩智浦半導體）推出的低功耗無線微控制器（MCU）系列。它們是基于Arm Cortex-M4內核的高性能MCU，專為低功耗無線應用設計。

1機械能轉換為電能的裝置-機械能換電模塊

C為儲能電容，R為放電電阻（10K歐量級）

圖1.1機械能轉換為電能的等效圖

圖1.2 機械能轉換為電能的時序圖

如圖1.1和圖1.2所示，機械能換電模塊在按鈕被按下及釋放（彈起）時兩次切割線圈繞組（金屬切割磁力線）產生交變電流，經過全橋整流后對儲能電容充電，然后通過電阻放電，使得有效輸出超過實際的按鈕按壓與釋放時長，通常可達60~70ms。

2EH設備組網及On-Off開關操作

由于機械能換電模塊有效輸出時間很短（幾十ms），所以EH設備無法雙向通信，只能發送而沒有時間接收返回的消息，因此屬于單向通訊。

• 第48行：Combo設備進入Commissioning配網模式，燈開啟3分鐘的快速連續閃速模
• 第53行：EH設備廣播Commissioning命令
• 第57行：Combo設備處理收到的EH的Commissioning命令
• 第62行：EH設備和Combo設備配網成功
• 第66行：Combo退出配網模式，燈停止閃速

通常出廠時PIO-A和PIO-B都為低電平處于配對模式；成功配對入網后將PIO-B置為高電平，進入發送On或Off命令的開關模式。

3基于AN-1261的EH設備參考設計

下圖為使用JouleScope測量的JN5189 EH設備配網時發送Commissioning命令的電流（上半部分）及電壓（下半部分）波形：電流波形模擬了使用者從按下機械能取電設備上的按鈕到松開該按鈕期間的全程等效電量q，乘以JN5189的等效工作電壓v，即得到發送Commissioning命令的總能耗w=qv。

這兩者的差別是由于On-Off命令（下圖3.1）比Commissioning命令（下圖3.2）的幀負載（Payload）少：

可見等效工作電壓越低，EH設備的總功耗也越低。所以在AN-1261下設計JN5189的EH產品時僅需關注機械能取電模塊的等效工作電壓低于2.85v的情況，且處于Commissioning模式下即可。