用LoRa实现低功耗远距离电子标签的设计方案

发布时间：2022-11-14 浏览次数：125次

提起电子标签，RFID似乎成了其代名词，常见的有有源RFID，带电池供电，可以支持几十米或者百米通信距离，而无源RFID的通信距离比较近，在此不做比较。

本文将要介绍一款采用LoRa技术来实现的低功耗远距离电子标签，扫描距离从几百米到几公里不等。

在此方案中，我们采用Semtech的SX1302作为远距离标签阅读器，其8独立射频接收通道，可以同时读取多达8路标签数据，高达-142dBm的接收灵敏度，可以接收到数公里以外的标签信号。同时，阅读器还支持数据本地显示及上传到远端云平台，支持推送数据到手机端（小程序、APP）。标签端采用SX1268或者LLCC68，搭配国产低功耗处理器，同时满足低成本和高性能。

低功耗远距离电子标签拓扑图

我们推荐此方案，因其有如下一些优点：

LoRa因其功耗低，传输距离远，抗干扰能力强近几年被广泛应用在各种复杂环境中；

需要远距离通信的场景因其区域大，比较适合采用LoRa作为数据传输通道；

电子标签内置LoRa无线收发模组，采用470MHz免授权频段，内置天线，体积小巧；

电子标签采用定时侦听阅读器是否有下发唤醒通知，其余时间休眠以降低功耗；

标签将数据发送到阅读器后，阅读器可以本地显示，同时通过4G把数据转发到云服务器，实现本地和中心数据的同步。

远距离电子标签的内部堆叠

远距离电子标签，内置电池和天线，尺寸小巧，使用寿命长，传输距离远。那如何做到呢？ 我们来看看电子标签的设计。

电子标签终端设计方案

LoRa因其传输距离远被大家熟知，作为电子标签来说，在传输距离远的情况下功耗低也是需要满足的硬性指标之一，我们看看基于我们的设计，实际测试功耗情况。【以下测试数据基于芮捷电子的LoRa透传模组，采用3.3V供电，功耗测试数据也可以供大家在开发或者评估基于LoRa通信的产品功耗时参考。】【LoRa低功耗模组的资料（请复制后面链接至浏览器查看）：http://doc.rejeee.com/web/#/29?page_id=461】

我们采用5s为周期进行链路检测为例，在各个不同扩频因子下电流消耗如下：

采用SF7，以5s做CAD的侦听电量消耗。

采用SF8，以5s做CAD的侦听电量消耗

采用SF9，以5s做CAD的侦听电量消耗

采用SF10，以5s做CAD的侦听电量消耗

以5s做CAD的功耗数据汇总如下：

5s做CAD的侦听功耗明细

除了侦听功耗，标签发送的功耗也比较重要，不同的扩频因子因其通信速率不一样，发送所需要的时间也不一样，消耗电量同样因为发送占用的时间长短而变化。以下测试数据采用22dBm的发射功率，采用20个字节的数据包长度，我们来看看在不同的扩频因子下的单次发送所消耗的电池电量。

扩频因子SF7发送一次数据消耗电量

扩频因子SF8发送一次所消耗的电量

扩频因子SF9单次发送所消耗的电池电量

扩频因子SF10单次发送所消耗的电池电量

可以看到，单次发送消耗电量随扩频因子的增加而变大，我们以标签每天发送100个数据包为例，来计算下其在各种模式下的电量消耗：

发送数据所消耗的电池电量对比

除了做CAD和发送数据外，其余功耗则为标签的休眠功耗，我们以休眠电流为2uA为例，其一年的电量消耗为17.5mAH，几乎可以忽略了。

通过以上的实测数据，我们可以看到基于LoRa的电子标签，因其远距离和低功耗，有其独特的优势，可以使用在RFID标签不满足的一些应用场景，如仓库库存远距离在线盘点等。