Kendryte K210: solar powered sensor node

追加調査で押さえる実務ポイント

Kendryte K210を太陽電池駆動のsensor nodeへ使えるかを、MCUのsleep機能だけでなく、開発ボード全体の消費電流、charger、battery、sensor、通信peak、日照不足まで含めて判断するページです。最初はUSB給電で機能を確認し、その後にboard全体の状態別電流を実測します。

先に結論

K210はAI処理を短時間だけ起動するsolar nodeなら検討できますが、常時待機する低消費sensor nodeには不利です。KPU処理、camera、external memory、board regulatorのenergy costを実測します。

現在も公式documentationは確認できますが、現行のmanufacturer-direct供給は要確認です。長期製品では供給リスクも評価します。

エネルギー収支を先に計算する

daily_load =
sleep_current × sleep_time
+ sensing_current × sensing_time
+ processing_current × processing_time
+ communication_current × transmit_time
+ regulator_loss
+ battery_self_discharge

発電側はpanelの公称最大出力ではなく、設置角度、季節、曇天、影、温度、charger効率、連続無日照日を含めます。

状態別の測定

状態	確認
storage	battery自己放電、保護回路
deep sleep	board全体の実測電流
wake-up	clock、sensor起動、突入
sensing	sensor warm-upと測定時間
processing	CPU、memory、AI処理
communication	radioまたは外付けmoduleのpeak
logging	flash、SD、FRAM書き込み
charging	panel電圧、charger効率、発熱

開発ボードと独自基板

K210搭載AI boardはfirmware確認には便利ですが、power LED、USB bridge、debugger、regulator、external memoryがsleep中も電流を消費する場合があります。MCUのdatasheet値とboard全体の測定値を混在させません。

最小検証

USB給電でsensor取得とloggingを確認する。
radioやSDを外してMCU sleepだけを測る。
sensorを追加し、OFF時の漏れ電流を測る。
batteryとchargerを接続する。
wake、測定、保存、sleepを1 cycle実行する。
24時間以上のenergy balanceを測る。
panelを遮光し、batteryのみで継続時間を確認する。
low battery時に測定頻度を下げ、安全停止する。

solar nodeの合格条件

1日の発電量がworst-case loadを上回る
battery lowでreset loopに入らない
brownout時にdataを破損しない
chargerとbatteryが温度条件内
sensorとradioを完全にpower gateできる
連続無日照日の設計余裕がある

中止条件

board全体のsleep currentを測っていない
battery chemistryとchargerが不一致
peak currentでrailが低下する
solar panel公称値だけで収支を決める
屋外enclosure、結露、紫外線を未評価

検証記録に残す項目

項目	記録内容
hardware	MCU完全型番、board名、revision、搭載module
power	給電点、入力電圧、idle・active・peak current
software	SDK、toolchain、commit、board target、設定
programming	probe、boot mode、書き込み方法
observation	UART、USB、LED、logic analyzer、電流波形
result	合格条件、失敗条件、再現回数
recovery	known-good firmwareと復旧手順

最初の成功だけで完了にしません。clean workspaceから再buildし、電源再投入、別個体、別PCでも同じ結果になることを確認します。

実装レビューの順序

MCU系列名ではなく完全型番とpackageを確認する。
board schematicでpower、clock、reset、debug、USB、通信信号を追う。
exact board targetの公式sampleを無改変で動かす。
外付け部品を1個ずつ追加する。
電源断、通信断、brownout、watchdog、書き込み失敗を試す。
元のfirmwareへ戻せることを別担当者が確認する。

安全と切り戻し

配線変更は無通電で行います。GPIO電圧、battery電圧、USB VBUS、solar panel電圧を混同しません。絶対最大定格は通常動作条件ではありません。充電池を使う場合は、cell chemistryに適合するcharger、過充電・過放電保護、温度条件、逆接保護を確認します。

量産や常設運用へ進む前に

reproducible buildとSBOM
firmware update、rollback、factory reset
debug interfaceとkey管理
programming fixtureとtest point
component lifecycle、PCN、authorized supplier
EMC、radio、USB、安全規格
field log、診断、交換手順

試作ボードで動くことと、独自基板・量産品で成立することは別の判断です。

参考リンク

https://www.kendryte.com/document - 公式製品情報、開発資料、SDKまたはボード資料。
https://developer.canaan-creative.com/ - 公式製品情報、開発資料、SDKまたはボード資料。

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