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低功耗+高精度,一个Air780EG就够了——合宙4G定位解决方案

合宙LuatOS 来源:未知 2023-08-18 12:25 次阅读

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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

1

合宙Air780EG低功耗解决⽅案


在定位应用开发中,常见的有外部单片机控制模式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。

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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。

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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。

2

合宙Air780EG定位功耗实测


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:

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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:

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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:

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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:

wKgZomToSK-AM7hPAAIFc_ajjTg294.png  

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:

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总计耗时2分40秒,此段整体功耗如下图所示:

wKgZomToSLCALLAQAAJKtxcKjso415.png

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。

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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。

3

合宙Air780EG定位精度实测


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:

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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。

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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:

wKgZomToSLGAa-EZAAI1EFyHfMo670.png

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。

4

如何最大程度的减少功耗


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:

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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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