合宙低功耗Air780EG系列模組——基于移芯EC618平臺設(shè)計開發(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。

外部單片機控制模式

優(yōu)點：思路簡單，功耗計算固定；

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

Air780EG自行控制模式

優(yōu)點：功耗至少可降低為外部單片機控制模式的50%；

缺點：功耗計算需要分段，需要工程師對GNSS的各種啟動方式（冷啟動、熱啟動、溫啟動），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）有一個基礎(chǔ)認(rèn)知，且有耐心去設(shè)計。

合宙低功耗資料鏈接

https://airpsm.cn獲取最新低功耗開發(fā)資料。

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合宙Air780EG定位功耗實測

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測試標(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 功耗測試

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

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+模式實測功耗（此種模式可以采用GPS熱啟動）。

該功耗分為四個部分：

第一部分

從開機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。

此段時間需要客戶自行測試得到最佳的時間長度，推薦時間2分鐘，最長為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GPS到定位成功后，發(fā)送給服務(wù)器。此后每次定時喚醒的功耗均如下圖所示：

總計耗時2分40秒，此段整體功耗如下圖所示：

2.2 功耗計算

那么在實際應(yīng)用中，如何計算自己使用場景下的功耗？

可以參考上文測試數(shù)據(jù)按如下公式計算，如有異動調(diào)整，請以airpsm.cn最新說明為準(zhǔn)：

第一部分為固定功耗：

因為此段功耗是所有模式都無法降低的，所以就按34s定位成功并且發(fā)送給了服務(wù)器的642.191μAh來計算。

第二部分：

此段測試時間為60s（客戶自行設(shè)定的延遲搜星狀態(tài)時間長短計算t1），功耗為730.212μAh。

第三部分：

由客戶自行決定休眠時間長短，也就是（1.5353/60）*休眠時間（單位：s）計算出的μAh。

第四部分：

因中間休眠喚醒到熱啟動定位成功，再到發(fā)送數(shù)據(jù)給服務(wù)器，這段時間可能會受測試環(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來計算。

?

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

則Air780EG進入PSM+模式以后的功耗計算公式為：

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

功耗計算示例：

間隔一分鐘休眠，喚醒后發(fā)送一次數(shù)據(jù)，測試一小時。

t1=搜星延遲休眠時間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定位精度實測

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合宙Air780EG定位精度實測采用靜態(tài)測試及動態(tài)測試兩種方式，相關(guān)實測結(jié)果如下。

3.1靜態(tài)測試

測試條件使用測試標(biāo)準(zhǔn)附錄A中的A.3排序法：

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

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

3.2動態(tài)測試

測試條件使用測試標(biāo)準(zhǔn)附錄B(實際衛(wèi)星信號下的動態(tài)定位精度測試方法)中的方法二：

動態(tài)測試，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1小時，獲得有效點數(shù)據(jù)2099個。

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。

本次測試詳細(xì)數(shù)據(jù)及源碼參見airpsm.cn對應(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PCB板要求較高，走線的線寬、線長、線序等都有一定要求。但是，無源天線不會額外消耗電流。

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格和功耗。

實際測試了兩款有源天線，一款單價40元，一款單價在8塊左右。單測天線的功耗，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：正常冷啟動需要大約35s，Air780EG測試的搜星（捕獲狀態(tài)）功耗平均在68mA。

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

所以建議在搜星階段，啟用AGPS來減少搜星時間，進而降低整體功耗。

4.3 定位成功后

部分客戶可能會覺得：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)用也只是半個小時或者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，由單片機/Air780EG內(nèi)部定時器控制模塊開關(guān)機，這樣更省電些——實則不然。

首先，如果由外部單片機控制Air780EG關(guān)機，直接斷掉了Air780EG的VBAT電壓，則無法給內(nèi)部預(yù)留的熱啟動管腳VBACKUP供電，直接影響就是每次開機都需要重新進入冷啟動，功耗較大，且本身4G模塊開機重新駐網(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，而是給Air780EG發(fā)送休眠指令，進入您想要的休眠模式。

注：首次冷啟動定位成功以后建議延遲兩分鐘，延遲時間取決于天線質(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模塊下次啟動時進入熱啟動或者溫啟動，方便減少搜星所需時間，進一步降低功耗，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，選擇適合項目的方案模式。

4.4 熱啟動/溫啟動階段

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

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)用為非實時定位，如：共享單車/電動車/汽車、老人/小孩/寵物定位器等，既需要工作時實時定位，又有不定時休眠狀態(tài)下可能被喚醒場景，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)，例如小孩睡覺時不移動或者開鎖檢測，直接進入指定的休眠模式，給GPS電源關(guān)閉，等到GPIO喚醒后再打開GPS，此時可根據(jù)休眠時間的長短，自主決定定位模式為熱啟動還是冷啟動+AGPS。

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