超低功耗资产定位、宠物定位、特殊人员定位，选LoRa Edge而不用4G Cat1

发布时间：2022-11-14 浏览次数：125次

提起定位技术，大家首先想到的是可能是北斗或者GPS，另外蓝牙iBeacon、WIFI、蜂窝基站、UWB等也是市场上常用的定位技术，每种方案都有其优缺点，有其适应的应用场景。我们今天要探讨的是一种不太被大家熟知的定位技术，基于LoRa Edge的超低功耗物联网定位解决方案。

一、何为LoRa Edge？

LoRa Edge™ 是 Semtech 推出的面向资产管理的产品组合，集成了超低功耗的 LoRa® 收发器、全球导航卫星系统（GNSS）和 Wi-Fi 扫描技术。LoRa Edge 解决方案与基于云的定位服务相结合，创建了一个独特的系统架构，可以同时实现精准定位和低功耗，并能够提供覆盖室内（WI-FI）和室外(GNSS)的定位能力。

LoRa Edge。传统的基于芯片的地理定位设备需要承载巨大的计算量，导致它们往往只有数周至数月的电池寿命。而 LoRa Edge 解决方案可以在定位设备和云平台之间分配计算量，使设备可拥有长达数月甚至数年的电池寿命，因此更为适用于物联网应用，包括工业、楼宇、家居、农业、交通运输和物流等许多领域。

LoRa Edge

LoRa Edge 能够为户外和室内应用提供超低功耗地理定位，典型精度为10米-50米。在最佳条件下，GNSS 地理定位或在开放环境中的性能可以达到5米精度；当室内AP指纹数据库覆盖良好时，Wi-Fi 地理定位的性能甚至可以达到3米精度。基于该系统的定位方案，可根据客户端具体需求进行量身定制，其终端电池寿命可达到数月，乃至数年，采用芮捷的物联网网关，可以以比较低的成本实现公有网络及私有网融合实现室内外连续覆盖。

二、基于LoRa Edge的定位解决方案产品

基于LoRa的超低功耗室内外定位系统框图

此解决方案最大的优势与特点：

•  可以支持电池寿命极长、端对端、安全性强、经济实惠的资产定位管理解决方案,如城市大型犬只、经常移动的资产、甚至冷链等；

•  可以同时支持室内和室外定位应用；

•  能够平衡性能、定位精度和低功耗，满足电池供电的设备长续航需求；

•  单芯片解决方案中集成 GNSS、Wi-Fi 和 LoRa 收发器来减少复杂度，降低产品体积和重量；

•  功耗比现有地理定位解决方案（如北斗和GPS）低 10 倍；

•  使用高度安全的硬件模块预先配置安全密钥，不再需要昂贵的安全配置流程或额外的安全硬件成本。

低功耗定位终端硬件框图

可采用可充电锂离子电池供电，以降低产品体积和重量，也可采用锂亚电池，达到长续航目标;主控采用国产工业级处理器，M0+内核，超低功耗；无线采用Semtech LoRa Edge方案LR1110，功耗低，距离远，抗干扰能力强。

芮捷使用嵌入式RTOS操作系统，多任务实时处理，内置看门狗保护机制，以及数据缓冲机制，工作稳定可靠。软件可以参考支持二次开发的LoRa模组，其SDK源码路径：https://gitee.com/rejeee/hl10-sdk 或 https://github.com/rejeee/hl10-sdk。

终端硬件堆叠示意图

电路板堆叠尺寸最小可以做到3*2.5cm，预留足够的空间给天线，天线最终形态根据产品结构评估设计，最终做到功耗和性能已经产品体积的平衡。

三、基于LoRa Edge产品的功耗和定位精度基传输距离实测(部分测试数据引用Semtech测试数据)

那么采用LoRa Edge技术的定位产品，其功耗和定位精度能达到多少呢，下面我们看一组实测数据。

基于WIFI位置扫描功耗

执行一次WIFI位置信息扫描，然后以LoRa发送数据，一年消耗功耗：2.203*24*365*12（5分钟一次）=231,579uAh=231mAh。

基于WIFI的位置扫描功耗测试结果

GNSS位置扫描 2*NVA

执行 GNSS scan 命令并通过 LoRaWAN 上传结果扫描结果，这里做了 2 次扫描，一年消耗功耗：17.03*24*365*12（5分钟一次）=1,790,193uAh=1790mAh。19Ah的一节ER34615电池可以使用10年。

GNSS位置扫描功耗测试结果（2*NAV）

GNSS位置多次扫描

执行 GNSS scan 命令并通过 LoRaWAN 上传结果。这里做了 4 次扫描。年消耗功耗：33.939*24*365*12（5分钟一次）=3,567,667uAh=3567mAh。一节19Ah的ER34615电池可以使用5年。

GNSS位置4次扫描功耗测试结果

下面我们来看一下定位精度的实测数据。

窗外半开阔地实测

我们将定位终端放到窗外，位置参照上图。

窗外半开阔地定位精度测试结果

半开阔地定位精度

GNSS卫星扫描: 2 NAV* vs 4 NAV， 2 NAV 指搜集两个导航卫星信息再一次性发送，4 NAV 同理。半开阔地做4次卫星定位扫描，精度约在20~50米。

半开阔空间测试

我们接下来看看半开阔空间，周围有建筑物的场景。

半开阔空间测试结果

半开阔空间执行GNSS卫星扫描 (4 NAV) vs WiFi 扫描 (5 MAC)的测试结果。

半开阔空间精度

下面我们看一下全开阔空间的情况。

全开阔空间测试

同样执行GNSS 卫星扫描 (4 NAV) 和 WiFi扫描 (5 MAC)。

全开阔空间精度测试结果

全开阔空间GNSS卫星定位精度明显高于WIFI定位精度。

全开阔空间精度测试结果

采用LoRa Edge定 位 的 功耗 主 要 由 两 部 分 组 成 —— GNSS (或 WiFi ) 扫 描 及 LoRaWAN 数据传输，4*NAV 可以搜索到更多的卫星，从而得到更好的精度，但代价是功耗也相应更高。

WiFi 定位和 GNSS 定位适用于不同的环境。室内/半室外环境，可搜索的 AP 较多，WiFi 定位更合适；而全室外环境，可搜索的卫星较多， GNSS 更合适。实际应用项目中我们可以结合使用，以获取最佳定位效果。

下面我们也看下基于扩频因子SF9（非最远通信距离）的实测距离，终端我们选用了一款带电池的内置天线，在城区环境的测试结果。

LoRa定位通信距离测试

在通信距离测试时选用了芮捷的一款内置天线的拉力传感器（http://doc.rejeee.com/web/#/29?page_id=424），最大发射功率22dBm。

LoRa定位通信距离测试

网关放置于20楼的窗户边，传感器沿着马路边进行拉距测试。

LoRa定位通信距离测试

LoRa的远距离通信性能已经被大家所熟知，更多通信距离的实测场景可以参考：低功耗远距离LoRaWAN通信网关山区环境覆盖距离实测。

四、基于4G CAT1的资产定位方案的优势与不足

CAT1由于价格持续走低，应用越来越广泛，其用于资产定位有比较大的一些优势，譬如有运营商网络支撑，生态比较完善，厂家众多，选择余地比较大，在有外供电的场景下，是非常适合选用CAT1的。一旦选用电池供电，对产品尺寸体积都有要求的情况下，采用LoRa低功耗解决方案就很有必要了，可以显著的降低功耗，缩小体积，降低综合成本。关于LoRa和CAT1的功耗对比，可以参照LoRa与CAT1怎么选？基于LoRa和4G CAT1的低功耗传感器详细功耗测试对比。