如何搭建一个太阳能驱动的物联网项目

我认为开发离网物联网产品最棘手的部分，可能是电源问题。电源的选型绝非小事。处理老旧的锂聚合物电池让我几乎想放弃(而且不是在派对上那种方式)。如果要在设备外壳中尽可能节省空间，集成备用或替代电源(例如一系列锂电池)也未必容易。

不过，为了解决这个问题，你总可以尝试加装太阳能板。只要安装合适尺寸的太阳能板来为电池充电，所有问题瞬间迎刃而解!好吧，它能工作一周，然后某个下午突然停止上报，你完全不知道原因是什么。

是太阳能板出了问题?是不是被遮挡了?还是电池耗尽了?又或者调制解调器在会话中途发生掉电，导致一切数据丢失?你有一个密封的杆式外壳，但数据却中断了，而这个中断就是唯一可用的“证据”。

关于这个话题，我最近写了一篇博客，讲的是如何设计物联网设备，使其在电量不足时能优雅地降级而非彻底关闭。而这个Hackster项目，正是我将嘴里的承诺付诸行动(甚至多付了一些)。没错，这是一款不怎么出彩的环境传感器，它会测量功耗，当电池电量下降时自动降低报告频率，并且从不沉默，也从不说明原因。

那么，接下来我要说些什么呢?这里就有点意思了：

我特意用了一个旧的锂聚合物电池，让它几乎立刻开始失效。

为什么?因为搭建一个太阳能驱动的环境物联网项目本身并不特别有趣。真正有趣的是数据上传到云端之后会发生什么——当我不再手动分析数据，而是直接通过我最喜爱的人工智能代理询问设备出了什么问题时。

实际问题

选择任何一个远程物联网部署项目，调试过程不可避免地会变成一场麻烦。低功耗的故障排查尤其艰难，因为能告诉你发生了什么的设备，同时也是停止通信的设备!

因此，这个项目的最终目标从来不是“构建一个环境监测器”，而是包含以下几点：

1)测量典型物联网部署中的真实能耗。

2)避免因断网而崩溃，降低蜂窝数据同步速度。

3)让整个项目都能通过人工智能代理进行查询。

其中第三点最为关键，我们将在后面详细讨论。

硬件部分

让我列出本次环境传感器原型所使用的全部硬件：

•Blues Notecard(NOTE-MBGLN)：低功耗蜂窝连接模块

•Notecarrier A：Lipo 和太阳能 JST 输入接口，带内置充电器

•Blues Cygnet：STM32L433 主控MCU，小巧、廉价、低功耗

•Blue Mojo：内联库仑计数器

•BME280：温度、湿度、压力传感器

•BMA400：超低功耗加速度计(运动、冲击、方向检测)

•一块老旧的悲伤锂聚合物电池：主要电源

•一块6V级太阳能板：通过Notecarrier A系列SOLAR JST为锂电池充电

•RAK Solar Unify外壳：尺寸适中的外壳，内置上述太阳能板

初次接触Blue?Blue Notecard是一种系统级模块，可为您的项目提供蜂窝网络(或卫星、LoRa、WiFi)连接。无需SIM卡，也无月费。您可通过I2C或串口发送JSON请求与之通信，设备在5V电压下空闲时功耗约为8–18 µA。它会本地缓存您的数据，并根据您设定的时间表同步至Notehub——Blue云服务。剧透预警：Notehub IQ是本项目的核心，它是一个智能层，能够通过MCP服务器以通俗语言查询所有数据。这正是我们今天要迈向的方向……

固件

我将坦率地说明固件的构建方式，因为这在项目中至关重要——该项目最终由AI读取结果。我是个极其懒惰的人，固件是使用Blues Expert MCP开发出来的。

请注意，完整的构建说明、库版本和接线表都包含在固件的README文件中。

两个Notefile，两种紧急情况

如果你刚接触Notecard，那么Notefile就是存储在Notecard本身上的命名JSON事件队列(文件名中的.qo后缀表示“出站队列”)，你可以根据项目需要创建任意数量的此类文件。

在这个项目中，我的常规传感器读数会写入environment.qo：

以JSON格式(在Notehub中)来看，内容大致如下：

主机MCU(基于STM32的Blues Cygnet)每15分钟采样一次读数，然后Notecard每120分钟上传一次到云端。

BMA400产生的运动、冲击和姿态事件会被保存到另一个名为motion.qo的Notefile中，并在检测到时立即保存(而不是按采样频率)。然而，这些更新是否触发带外同步，是固件中一个独立的电压门控决策问题：如果电池电量充足，则立即同步;否则则等待。

两个Notefiles都使用了Notefile模板，使得每条Note的environment.qo文件大小约为86字节，motion.qo文件大小为56字节!

进入休眠状态的主机

在采样之间，基于STM32的Cygnet会通过调用LowPower.deepSleep()进入“STM32 Stop 2”模式。这是最深的休眠模式，可保留SRAM并保持原地恢复运行。如果直接关机，虽然功耗更低，但系统将从复位重启，并丢失我们希望保留的状态。

Qwiic(I2C)总线在休眠期间仍会被有意保持供电。如果切断电源，Mojo的积分计数器将被重置，BMA400也将无法检测到运动。因此，在主机处于休眠状态时，Mojo继续计数，加速度传感器持续锁定。

Notehub IQ：询问设备出错原因

接下来是部署!设备正常运行并报告部分数据。让人惊叹的。但当电池故意损坏时，它就会像普通坏电池一样，当电压接近3V以下时，表现得异常。

但现在，我已拥有一个充满 environment.qo 和 motion.qo 事件、_session.qo 连接记录以及 Mojo 的 _log.qo 电源快照的 Notehub 项目，随时可以进行分析。

昨天的版本中，我将数据路由到云端应用，可能建立数据库，编写数据摄取函数，并发布仪表盘，只看一两次。这可不是我喜欢的方式。还记得我懒惰嘛。

而今天，Notehub IQ 就成了故事的关键。它是由 Blues 提供的一流存储服务，可将你的事件数据镜像到可分析的层级;此外还有 Notehub MCP，即模型上下文协议服务器，AI 代理会使用它。你用简单语言提问，MCP 就会检查你的数据集，生成(只读)SQL 查询语句，并对结果进行推理分析。

一分钟 Notehub IQ 设置

要开始使用 Notehub IQ，只需将你的 AI 代理指向托管的 MCP 服务器即可：

在 Claude 桌面/网页版中，可在“连接器”目录中搜索“Notehub”。或者直接告诉你的代理：

“添加一个新的 HTTP MCP 服务器，名称为 Notehub MCP”

它将打开一个浏览器窗口，用于登录 Notehub 并授权访问权限。

之后的所有内容都纯粹是对话形式。例如：

我可访问的 Notehub 项目列表。我想加入我的 Notehub IQ 环境传感器项目，为环境数据创建 qo 和 motion.qo 格式的笔记文件。

提示：不要跳过Blue提供的系统音符文件。数据集仅针对您请求的音符文件创建，而我真正关心的一半问题就存在于Notecard自身的元数据中：

同时，请为我的_session.qo、_health.qo 和 _log.qo 音符文件创建数据集。

参考一下，_session.qo 用于区分设备已失效和正常同步的状态;_health.qo 是显示断电情况的位置;_log.qo 则记录了Mojo周期性的电源快照，对于本项目而言至关重要。

请注意，数据集的填充可能需要几分钟到数小时，具体取决于Notehub中的事件数量，但之后的新事件会自动同步。

使用 Notehub IQ 回答关键问题

当我的产品因电池损坏而无法在野外使用时，是时候利用 Notehub IQ 来回答一些问题了。

1. 这个设备实际消耗了多少能量?

“使用 environment.qo 中的 mah 字段，每次会话的平均充电量是多少?这一数值的趋势如何?”

每次间隔的平均充电量：1.64 mAh(中位数为 1.10)，共 174 个间隔，总计 285.74 mAh。

注意：使用像 Mojo 这样的库仑计数器，使得这个问题成为一流的精确问题，而不是仅凭电压曲线估算的结果。

2. 太阳能板的性能是否稳定?

“将环境中的电压与一天中的时间进行关联。设备在24小时周期内是净正电荷，还是正在失去接地?”

温度数据证实这是一个真实的太阳光周期，而非噪声：06:00时notecard_temp为18.8°C，11:00时为29.7°C，说明设备处于阳光照射下。锂聚合物电池每天约0.55 V的波动属于充放电循环，而非测量误差。窗口内的轨迹变化为：4.211 V → 3.411 V，净变化约为-0.8 V。八天中有五天为负值。

糟了!看来我们需要进一步调查面板尺寸和/或固件中的功耗情况。

3. 什么出了问题，什么时候?

本文编译自hackster.io