低功耗+高精度，一个Air780EG就够了——合宙4G定位解决方案

 

合宙低功耗Air780EG系列模组——基于移芯EC618平台设计开发，4G Cat.1通信+GNSS定位二合一，支持北斗/GPS双模卫星定位，行业通用1618小封装，可灵活应用于户外定位、资产管理、人员位置管理等定位应用场景。

可通过airpsm.cn或文末【阅读原文】，获取合宙低功耗示例源码及最新开发资料。

 

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合宙Air780EG低功耗解决⽅案

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在定位应用开发中，常见的有外部单片机控制模式和Air780EG自行控制模式两种方式。二者定位控制及开发方式有所不同，Air780EG自行控制模式在低功耗方面有极大优势。

外部单片机控制模式

优点：思路简单，功耗计算固定；

缺点：不是最优解，且实际操作起来会发现每一次定位都需要至少30秒左右，GPS搜星时间长，功耗较高。

 

Air780EG自行控制模式

优点：功耗至少可降低为外部单片机控制模式的50%；

缺点：功耗计算需要分段，需要工程师对GNSS的各种启动方式（冷启动、热启动、温启动），以及部分定位常见名词（如：星历、AGPS、有源天线、无源天线、半边天以及开拓地带、定位纠偏、重捕等）有一个基础认知，且有耐心去设计。

合宙低功耗资料链接

https://airpsm.cn获取最新低功耗开发资料。

 

 

 

 

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合宙Air780EG定位功耗实测

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测试标准：www.beidou.gov.cn《北斗/全球卫星导航系统（GNSS） 定位设备通用规范》

2.1 功耗测试

本文测试条件满足测试标准章节的5.3节中，关于测试场地的描述：

无源天线开阔地带，1分钟定位一次，并且发送包含经纬度在内的20字节数据给服务器，PSM+模式实测功耗（此种模式可以采用GPS热启动）。

该功耗分为四个部分：

 

第一部分

从开机到定位以及连接服务器发送定位成功后20字节数据，，该段功耗数据如下：

 

第二部分

有GPS任务，无网络发送任务，GPS处于追踪状态。目的是使星历完整。

此段时间需要客户自行测试得到最佳的时间长度，推荐时间2分钟，最长为16分钟。该段功耗数据如下：

 

 第三部分

无GPS任务，无网络发送任务，纯粹的PSM+模式休眠。该段功耗数据如下：

 

 第四部分

热启动GPS到定位成功后，发送给服务器。此后每次定时唤醒的功耗均如下图所示：

总计耗时2分40秒，此段整体功耗如下图所示：

 

 

 

 

2.2 功耗计算

那么在实际应用中，如何计算自己使用场景下的功耗？

可以参考上文测试数据按如下公式计算，如有异动调整，请以airpsm.cn最新说明为准：

 

 

第一部分为固定功耗：

因为此段功耗是所有模式都无法降低的，所以就按34s定位成功并且发送给了服务器的642.191μAh来计算。

第二部分：

此段测试时间为60s（客户自行设定的延迟搜星状态时间长短计算t1），功耗为730.212μAh。

第三部分：

由客户自行决定休眠时间长短，也就是（1.5353/60）*休眠时间（单位：s）计算出的μAh。

第四部分：

因中间休眠唤醒到热启动定位成功，再到发送数据给服务器，这段时间可能会受测试环境影响，取到的最低功耗值为89.908μAh；建议取中间平均值，本段按113.923μAh来计算。

 

设发送次数为F，第二部分设定的搜星延迟时间为t1，休眠时间为t2。

则Air780EG进入PSM+模式以后的功耗计算公式为：

642.191+(730.212/60)*t1+0.0256*t2+113.923*F（单位μAh）

功耗计算示例：

 

间隔一分钟休眠，唤醒后发送一次数据，测试一小时。

t1=搜星延迟休眠时间60s，t2=1*60*60，F=59

平均值功耗为：
642.191+(730.212/60)*60+0.0256*3600+113.923*59
= 8186.020μAh

最低值功耗为：
642.191+(730.212/60)*60+0.0256*3600+89.908*59
= 6769.135μAh

本次测试的全段数据，可通过airpsm.cn下载查看。

 

 

 

 

 

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合宙Air780EG定位精度实测

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合宙Air780EG定位精度实测采用静态测试及动态测试两种方式，相关实测结果如下。

3.1 静态测试

测试条件使用测试标准附录A中的A.3排序法：

开阔地带，有源天线实测 ：
在天线较好的情况下，可达到3米内。

与基准点(31.21178325、121.62375343 、63.709)误差为2.852426929665977m。

 

3.2 动态测试

测试条件使用测试标准附录B(实际卫星信号下的动态定位精度测试方法)中的方法二：

动态测试，以和星芯通RTK设备(UM626N)为基准，沿着合宙上海总部办公室周边驱车共计1小时，获得有效点数据2099个。

途径天桥、高速、绕城高速下方道路等城市内复杂道路情况，经过Lua代码计算后，平均差距为8.9194114902099米，排除RTK天线和Air780EG使用天线不同，以及两个天线摆放位置差距(0.2米)，可以得出的数据为：

Air780EG本身定位效果与RTK设备之间误差约为5米。

注：本次坐标转换将地球近似为圆，数据本身有一定误差。

本次测试详细数据及源码参见airpsm.cn对应附录文件。

 

 

 

 

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如何最大程度的减少功耗

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4.1 天线选型阶段

尽可能选择无源天线：

无源天线对PCB板要求较高，走线的线宽、线长、线序等都有一定要求。但是，无源天线不会额外消耗电流。

有源天线选型：

有源天线后面接了低噪放(低噪声放大器)，需要外部供电，内部低噪放的好坏直接影响了价格和功耗。

实际测试了两款有源天线，一款单价40元，一款单价在8块左右。单测天线的功耗，40的那款平均功耗在4mA左右，8块的那款功耗直接飙到了42mA。

关于GPS天线的选型和设计可参考：
https://doc.openluat.com/wiki/21?wiki_page_id=2614

 

4.2 搜星阶段

以有源天线+开阔地带为例：正常冷启动需要大约35s，Air780EG测试的搜星（捕获状态）功耗平均在68mA。

如果有AGPS的话，可以将定位时间缩短在15s左右。由于AGPS需要连接两个服务器，一个基站定位服务器，一个星历下载服务器，所以在计算使用AGPS的冷启动时，不能仅当作做冷启动捕获状态15s来算，还要加上基站定位一次和请求星历服务器一次的功耗，但即使是加上了AGPS额外的功耗，也要比冷启动所需功耗低。

所以建议在搜星阶段，启用AGPS来减少搜星时间，进而降低整体功耗。

 

4.3 定位成功后

部分客户可能会觉得：反正定位已经成功了，数据也发送给服务器了，我的应用也只是半个小时或者10多分钟才发一次定位数据给服务器，不如直接把Air780EG关机，由单片机/Air780EG内部定时器控制模块开关机，这样更省电些——实则不然。

首先，如果由外部单片机控制Air780EG关机，直接断掉了Air780EG的VBAT电压，则无法给内部预留的热启动管脚VBACKUP供电，直接影响就是每次开机都需要重新进入冷启动，功耗较大，且本身4G模块开机重新驻网的功耗也比较大。

 

所以建议在定位成功后，不要直接给Air780EG关机，而是给Air780EG发送休眠指令，进入您想要的休眠模式。

注：首次冷启动定位成功以后建议延迟两分钟，延迟时间取决于天线质量和当前区域星数的多少，2分钟到15分钟均为正常时间，主要目的是为了搜到完整的星历给GNSS模块。

这样可以使Air780EG内部的GNSS模块下次启动时进入热启动或者温启动，方便减少搜星所需时间，进一步降低功耗，关于休眠模式的介绍可以访问airpsm.cn，详细浏览三种休眠模式，选择适合项目的方案模式。

 

4.4 热启动/温启动阶段

如果您的应用中包含以下场景，那么热启动或者温启动是更适合您的方案：

如果上下两次定位间隔超过1分钟且不大于4小时的情况下，可以直接关闭GPS电源，但是不要关闭备电（GPIO23，AT/Lua版本都是默认拉高，无需操作，注意休眠状态下不要关闭GPIO23即可）。

 

4.5 其他情况

如果您的应用为非实时定位，如：共享单车/电动车/汽车、老人/小孩/宠物定位器等，既需要工作时实时定位，又有不定时休眠状态下可能被唤醒场景，可能需要多种方式共用。

例如：

通过GPIO触发唤醒Air780EG，随后重新打开内部GPS电源，此种方式常见于定位器行业，例如小孩睡觉时不移动或者开锁检测，直接进入指定的休眠模式，给GPS电源关闭，等到GPIO唤醒后再打开GPS，此时可根据休眠时间的长短，自主决定定位模式为热启动还是冷启动+AGPS。

 

登录https://airpsm.cn获取最新低功耗开发资料。

 

 

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原文标题：低功耗+高精度，一个Air780EG就够了——合宙4G定位解决方案

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