合宙低功耗Air780EG系列模組——基于移芯EC618平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)，4G Cat.1通信+GNSS定位二合一，支持北斗/GPS雙模衛(wèi)星定位，行業(yè)通用1618小封裝，可靈活應(yīng)用于戶外定位、資產(chǎn)管理、人員位置管理等定位應(yīng)用場(chǎng)景。

可通過airpsm.cn或文末【閱讀原文】，獲取合宙低功耗示例源碼及最新開發(fā)資料。

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合宙Air780EG低功耗解決?案

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在定位應(yīng)用開發(fā)中，常見的有外部單片機(jī)控制模式和Air780EG自行控制模式兩種方式。二者定位控制及開發(fā)方式有所不同，Air780EG自行控制模式在低功耗方面有極大優(yōu)勢(shì)。

外部單片機(jī)控制模式

優(yōu)點(diǎn)：思路簡(jiǎn)單，功耗計(jì)算固定；

缺點(diǎn)：不是最優(yōu)解，且實(shí)際操作起來會(huì)發(fā)現(xiàn)每一次定位都需要至少30秒左右，GPS搜星時(shí)間長(zhǎng)，功耗較高。

Air780EG自行控制模式

優(yōu)點(diǎn)：功耗至少可降低為外部單片機(jī)控制模式的50%；

缺點(diǎn)：功耗計(jì)算需要分段，需要工程師對(duì)GNSS的各種啟動(dòng)方式（冷啟動(dòng)、熱啟動(dòng)、溫啟動(dòng)），以及部分定位常見名詞（如：星歷、AGPS、有源天線、無源天線、半邊天以及開拓地帶、定位糾偏、重捕等）有一個(gè)基礎(chǔ)認(rèn)知，且有耐心去設(shè)計(jì)。

合宙低功耗資料鏈接

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合宙Air780EG定位功耗實(shí)測(cè)

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測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：www.beidou.gov.cn《北斗/全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS） 定位設(shè)備通用規(guī)范》

2.1 功耗測(cè)試

本文測(cè)試條件滿足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)章節(jié)的5.3節(jié)中，關(guān)于測(cè)試場(chǎng)地的描述：

無源天線開闊地帶，1分鐘定位一次，并且發(fā)送包含經(jīng)緯度在內(nèi)的20字節(jié)數(shù)據(jù)給服務(wù)器，PSM+模式實(shí)測(cè)功耗（此種模式可以采用GPS熱啟動(dòng)）。

該功耗分為四個(gè)部分：

第一部分

從開機(jī)到定位以及連接服務(wù)器發(fā)送定位成功后20字節(jié)數(shù)據(jù)，，該段功耗數(shù)據(jù)如下：

第二部分

有GPS任務(wù)，無網(wǎng)絡(luò)發(fā)送任務(wù)，GPS處于追蹤狀態(tài)。目的是使星歷完整。

此段時(shí)間需要客戶自行測(cè)試得到最佳的時(shí)間長(zhǎng)度，推薦時(shí)間2分鐘，最長(zhǎng)為16分鐘。該段功耗數(shù)據(jù)如下：

第三部分

無GPS任務(wù)，無網(wǎng)絡(luò)發(fā)送任務(wù)，純粹的PSM+模式休眠。該段功耗數(shù)據(jù)如下：

?

第四部分

熱啟動(dòng)GPS到定位成功后，發(fā)送給服務(wù)器。此后每次定時(shí)喚醒的功耗均如下圖所示：

總計(jì)耗時(shí)2分40秒，此段整體功耗如下圖所示：

2.2 功耗計(jì)算

那么在實(shí)際應(yīng)用中，如何計(jì)算自己使用場(chǎng)景下的功耗？

可以參考上文測(cè)試數(shù)據(jù)按如下公式計(jì)算，如有異動(dòng)調(diào)整，請(qǐng)以airpsm.cn最新說明為準(zhǔn)：

第一部分為固定功耗：

因?yàn)榇硕喂氖撬心Ｊ蕉紵o法降低的，所以就按34s定位成功并且發(fā)送給了服務(wù)器的642.191μAh來計(jì)算。

第二部分：

此段測(cè)試時(shí)間為60s（客戶自行設(shè)定的延遲搜星狀態(tài)時(shí)間長(zhǎng)短計(jì)算t1），功耗為730.212μAh。

第三部分：

由客戶自行決定休眠時(shí)間長(zhǎng)短，也就是（1.5353/60）*休眠時(shí)間（單位：s）計(jì)算出的μAh。

第四部分：

因中間休眠喚醒到熱啟動(dòng)定位成功，再到發(fā)送數(shù)據(jù)給服務(wù)器，這段時(shí)間可能會(huì)受測(cè)試環(huán)境影響，取到的最低功耗值為89.908μAh；建議取中間平均值，本段按113.923μAh來計(jì)算。

?

設(shè)發(fā)送次數(shù)為F，第二部分設(shè)定的搜星延遲時(shí)間為t1，休眠時(shí)間為t2。

則Air780EG進(jìn)入PSM+模式以后的功耗計(jì)算公式為：

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

功耗計(jì)算示例：

間隔一分鐘休眠，喚醒后發(fā)送一次數(shù)據(jù)，測(cè)試一小時(shí)。

t1=搜星延遲休眠時(shí)間60s，t2=1*60*60，F(xiàn)=59

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

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

本次測(cè)試的全段數(shù)據(jù)，可通過airpsm.cn下載查看。

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合宙Air780EG定位精度實(shí)測(cè)

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合宙Air780EG定位精度實(shí)測(cè)采用靜態(tài)測(cè)試及動(dòng)態(tài)測(cè)試兩種方式，相關(guān)實(shí)測(cè)結(jié)果如下。

3.1靜態(tài)測(cè)試

測(cè)試條件使用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)附錄A中的A.3排序法：

開闊地帶，有源天線實(shí)測(cè) ：
在天線較好的情況下，可達(dá)到3米內(nèi)。

與基準(zhǔn)點(diǎn)(31.21178325、121.62375343 、63.709)誤差為2.852426929665977m。

3.2動(dòng)態(tài)測(cè)試

測(cè)試條件使用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)附錄B(實(shí)際衛(wèi)星信號(hào)下的動(dòng)態(tài)定位精度測(cè)試方法)中的方法二：

動(dòng)態(tài)測(cè)試，以和星芯通RTK設(shè)備(UM626N)為基準(zhǔn)，沿著合宙上海總部辦公室周邊驅(qū)車共計(jì)1小時(shí)，獲得有效點(diǎn)數(shù)據(jù)2099個(gè)。

途徑天橋、高速、繞城高速下方道路等城市內(nèi)復(fù)雜道路情況，經(jīng)過Lua代碼計(jì)算后，平均差距為8.9194114902099米，排除RTK天線和Air780EG使用天線不同，以及兩個(gè)天線擺放位置差距(0.2米)，可以得出的數(shù)據(jù)為：

Air780EG本身定位效果與RTK設(shè)備之間誤差約為5米。

注：本次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將地球近似為圓，數(shù)據(jù)本身有一定誤差。

本次測(cè)試詳細(xì)數(shù)據(jù)及源碼參見airpsm.cn對(duì)應(yīng)附錄文件。

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如何最大程度的減少功耗

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4.1 天線選型階段

盡可能選擇無源天線：

無源天線對(duì)PCB板要求較高，走線的線寬、線長(zhǎng)、線序等都有一定要求。但是，無源天線不會(huì)額外消耗電流。

有源天線選型：

有源天線后面接了低噪放(低噪聲放大器)，需要外部供電，內(nèi)部低噪放的好壞直接影響了價(jià)格和功耗。

實(shí)際測(cè)試了兩款有源天線，一款單價(jià)40元，一款單價(jià)在8塊左右。單測(cè)天線的功耗，40的那款平均功耗在4mA左右，8塊的那款功耗直接飆到了42mA。

關(guān)于GPS天線的選型和設(shè)計(jì)可參考：
https://doc.openluat.com/wiki/21?wiki_page_id=2614

4.2 搜星階段

以有源天線+開闊地帶為例：正常冷啟動(dòng)需要大約35s，Air780EG測(cè)試的搜星（捕獲狀態(tài)）功耗平均在68mA。

如果有AGPS的話，可以將定位時(shí)間縮短在15s左右。由于AGPS需要連接兩個(gè)服務(wù)器，一個(gè)基站定位服務(wù)器，一個(gè)星歷下載服務(wù)器，所以在計(jì)算使用AGPS的冷啟動(dòng)時(shí)，不能僅當(dāng)作做冷啟動(dòng)捕獲狀態(tài)15s來算，還要加上基站定位一次和請(qǐng)求星歷服務(wù)器一次的功耗，但即使是加上了AGPS額外的功耗，也要比冷啟動(dòng)所需功耗低。

所以建議在搜星階段，啟用AGPS來減少搜星時(shí)間，進(jìn)而降低整體功耗。

4.3 定位成功后

部分客戶可能會(huì)覺得：反正定位已經(jīng)成功了，數(shù)據(jù)也發(fā)送給服務(wù)器了，我的應(yīng)用也只是半個(gè)小時(shí)或者10多分鐘才發(fā)一次定位數(shù)據(jù)給服務(wù)器，不如直接把Air780EG關(guān)機(jī)，由單片機(jī)/Air780EG內(nèi)部定時(shí)器控制模塊開關(guān)機(jī)，這樣更省電些——實(shí)則不然。

首先，如果由外部單片機(jī)控制Air780EG關(guān)機(jī)，直接斷掉了Air780EG的VBAT電壓，則無法給內(nèi)部預(yù)留的熱啟動(dòng)管腳VBACKUP供電，直接影響就是每次開機(jī)都需要重新進(jìn)入冷啟動(dòng)，功耗較大，且本身4G模塊開機(jī)重新駐網(wǎng)的功耗也比較大。

所以建議在定位成功后，不要直接給Air780EG關(guān)機(jī)，而是給Air780EG發(fā)送休眠指令，進(jìn)入您想要的休眠模式。

注：首次冷啟動(dòng)定位成功以后建議延遲兩分鐘，延遲時(shí)間取決于天線質(zhì)量和當(dāng)前區(qū)域星數(shù)的多少，2分鐘到15分鐘均為正常時(shí)間，主要目的是為了搜到完整的星歷給GNSS模塊。

這樣可以使Air780EG內(nèi)部的GNSS模塊下次啟動(dòng)時(shí)進(jìn)入熱啟動(dòng)或者溫啟動(dòng)，方便減少搜星所需時(shí)間，進(jìn)一步降低功耗，關(guān)于休眠模式的介紹可以訪問airpsm.cn，詳細(xì)瀏覽三種休眠模式，選擇適合項(xiàng)目的方案模式。

4.4 熱啟動(dòng)/溫啟動(dòng)階段

如果您的應(yīng)用中包含以下場(chǎng)景，那么熱啟動(dòng)或者溫啟動(dòng)是更適合您的方案：

如果上下兩次定位間隔超過1分鐘且不大于4小時(shí)的情況下，可以直接關(guān)閉GPS電源，但是不要關(guān)閉備電（GPIO23，AT/Lua版本都是默認(rèn)拉高，無需操作，注意休眠狀態(tài)下不要關(guān)閉GPIO23即可）。

4.5 其他情況

如果您的應(yīng)用為非實(shí)時(shí)定位，如：共享單車/電動(dòng)車/汽車、老人/小孩/寵物定位器等，既需要工作時(shí)實(shí)時(shí)定位，又有不定時(shí)休眠狀態(tài)下可能被喚醒場(chǎng)景，可能需要多種方式共用。

例如：

通過GPIO觸發(fā)喚醒Air780EG，隨后重新打開內(nèi)部GPS電源，此種方式常見于定位器行業(yè)，例如小孩睡覺時(shí)不移動(dòng)或者開鎖檢測(cè)，直接進(jìn)入指定的休眠模式，給GPS電源關(guān)閉，等到GPIO喚醒后再打開GPS，此時(shí)可根據(jù)休眠時(shí)間的長(zhǎng)短，自主決定定位模式為熱啟動(dòng)還是冷啟動(dòng)+AGPS。

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