标签: 低功耗

引言：智能家居设备的 “ 双刃剑 ”—— 功能升级与续航 / 设计挑战 随着智能家居设备功能日益复杂化，用户对续航时间、设备体积和成本的要求也愈发严苛。以智能门锁为例，集成指纹识别、蓝牙连接、远程报警等功能已成为市场标配，但电池续航却难以突破1 年大关；温控器需要 24 小时待机并实时监测环境数据，如何在低功耗与高性能间平衡成为行业难题。普冉 MCU 凭借 低功耗硬件架构 与 高集成设计 ，直击这一矛盾，为智能家居设备提供 “ 鱼与熊掌兼得 ” 的解决方案。本文将以智能门锁与温控器为锚点，拆解普冉 MCU 如何破解续航焦虑与设计瓶颈。 第一部分：续航焦虑的根源 —— 智能家居设备的功耗困局 1. 电池容量与设备寿命的天然矛盾 l 智能门锁 ：典型功耗场景包括指纹识别（峰值电流 50mA ）、蓝牙通信（ 20mA ）和实时安全监测（待机电流 10μA ）。若采用传统 MCU ，单次指纹解锁需消耗 0.5mAh 电量，按日均 10 次使用频率计算， 800mAh 电池仅能支持 6 个月续航，远低于用户期待的 1 年以上需求。 l 温控器 ：温度、湿度传感器需每分钟唤醒采集数据，每次唤醒耗时 10ms （电流 5mA ），待机电流若高于 5μA ，一年待机耗电量将超过 43mAh ，导致设备频繁更换电池。 2. 传统 MCU 的设计瓶颈 l 静态电流累积 ：竞品 MCU 在深度睡眠模式下仍需 50μA 电流，外设模块（如 ADC 、 UART ）独立供电进一步增加漏电流。 l 多芯片方案的低效性 ：以某品牌温控器为例，其主控 + 电源管理 IC+ 存储芯片的方案导致 PCB 面积增加 30% ，且多芯片协同功耗损失高达 15% 。 第二部分：普冉MCU 的芯片级低功耗架构解析 1. 动态电压频率调整（ DVFS ）：按需分配 “ 动力 ” 普冉MCU 采用 自适应DVFS 技术 ，根据任务负载实时切换 CPU 核心电压（ 1.8V-3.3V ）与主频（ 32kHz-48MHz ）。例如，智能门锁在指纹识别时， CPU 主频瞬间提升至 48MHz 以加速算法运算，完成后立即降至 32kHz 进入休眠。实测显示，该技术可减少动态功耗 30% ，单次指纹解锁电量消耗降至 0.35mAh 。 2. 多级休眠模式与 μA 级待机 l 深度睡眠模式（＜2μA ） ：关闭非必要外设，仅保留 RTC （实时时钟）和 SRAM 数据保持功能。温控器通过 RTC 每 5 分钟唤醒一次，批量采集 10 组环境数据后立即休眠，将日均唤醒次数从 1440 次压缩至 288 次，功耗降低 80% 。 l 快速唤醒机制 ：从深度睡眠到全速运行的唤醒时间＜ 5μs ，确保温控器实时响应环境变化。 3. 智能外设电源域划分 普冉MCU 将外设模块（如 ADC 、 GPIO 、通信接口）划分为独立电源域，支持按需关闭闲置模块。例如，温控器在待机时仅保留传感器接口供电，其余模块（如 UART 、 SPI ）完全断电，静态电流从 10μA 降至 1.2μA 。 第三部分：高集成度设计如何破解开发瓶颈 1. “All-in-One” 芯片架构：化繁为简 普冉MCU 集成 LDO 电源管理、电容触摸控制器和 12-bit 高精度 ADC ，大幅减少外围元件。以某智能门锁方案为例，传统方案需外接触摸芯片、 LDO 和加密 IC ，而普冉单芯片方案使 BOM 成本降低 25% ， PCB 面积缩减 40% 。 2. 存储与计算的协同设计 l 嵌入式Flash 支持 OTA 升级 ：温控器可通过 Wi-Fi 直接更新固件，无需外挂 EEPROM 存储升级包，节省 15% 的 PCB 空间与 5% 的功耗。 l 硬件加密引擎 ：集成 AES-128 模块，智能门锁的指纹数据加密耗时从软件方案的 10ms 缩短至 0.2ms ，功耗降低 80% 。 3. 硬件加速引擎：以 “ 专芯 ” 提效 针对电机控制、信号处理等场景，普冉MCU 内置 PWM 控制器和硬件滤波器。例如，温控器的风扇调速信号可通过硬件 PWM 直接生成，无需 CPU 干预，减少 30% 的运算负载。 第四部分：场景实战 —— 智能门锁与温控器案例拆解 1. 智能门锁：续航与安全的平衡术 l 痛点 ：某客户原有方案（竞品 MCU ）日均功耗 200μA ，续航仅 8 个月，且指纹识别延迟高达 1.5 秒。 l 普冉方案 ： l 动态电源管理 ：指纹模块仅在识别时供电（非使用时段完全关闭），待机电流从 50μA 降至 2μA 。 l 硬件加密加速 ： AES-128 模块将指纹数据传输加密时间缩短至 0.1ms ， CPU 负载率从 70% 降至 10% 。 l 电容触摸集成 ：替代机械按键，消除按键磨损漏电问题，功耗再降 15% 。 l 成果 ：整机续航延长至 18 个月，指纹识别速度提升至 0.8 秒，客户产品返修率下降 20% 。 2. 温控器：实时性与低功耗的兼得之道 l 痛点 ：某欧洲品牌温控器待机功耗 10μA ，需每年更换电池，且温度采样误差 ±1.5℃ 导致频繁校准。 l 普冉方案 ： l RTC 批量采样 ：每 5 分钟唤醒一次，连续采集 10 组数据取均值，减少 80% 的唤醒次数。 l 自校准 ADC ：内置温度补偿算法，将采样误差压缩至 ±0.3℃ ，避免重复校准耗能。 l 通信接口自动休眠 ： UART 传输完成后 50ms 内自动断电，节省 5% 的动态功耗。 l 成果 ：待机功耗＜ 3μA ，电池寿命延长至 5 年，温度控制精度提升至 ±0.5℃ 。 第五部分：市场反馈与未来演进方向 1. 客户实证：效率与成本双赢 国内某头部智能家居厂商采用普冉MCU 后，产品开发周期从 12 周缩短至 8 周，售后故障率下降 15% ，年节省 BOM 成本超 200 万元。 2. 技术迭代： AIoT 时代的能效革新 下一代普冉MCU 计划集成 AI 协处理器 ，支持本地化语音唤醒指令识别（如 “Hey Google” ），通过硬件加速将语音处理功耗从 5mA 降至 1mA ，进一步拓展智能音箱、 AI 摄像头等场景。 3. 行业趋势： Matter 协议下的生态整合 随着Matter 协议统一智能家居互联标准，普冉 MCU 正优化多协议栈（ Thread/Wi-Fi/ 蓝牙）支持能力，通过高集成设计降低多模通信设备的开发复杂度。 结语：重新定义智能家居MCU 的价值锚点 普冉MCU 通过 “ 低功耗架构 + 高集成设计 ” 双引擎，将传统 MCU 从功能执行单元升级为 系统能效管理者 。对厂商而言，开发门槛的降低与 BOM 成本的优化，加速了产品迭代与市场竞争力；对用户而言，续航焦虑的破解与使用体验的提升，正重新定义智能家居设备的可靠性标准。未来，随着边缘计算与 AIoT 融合，普冉 MCU 或将成为智能家居 “ 隐形大脑 ” 的核心载体。

01 概述 TCP协议广泛应用于可靠性要求较高的应用场景，如网页浏览、文件传输、电子邮件等。它提供了可靠的数据传输和流控制机制，能够确保数据的完整性和有序性。然而，由于TCP协议在传输过程中引入了较多的控制信息，因此相比于UDP协议，TCP的传输速度较慢。 02 功耗的组成 低功耗技术就是一系列的降低功耗的技术。 在了解低功耗技术之前，我们必须先了解功耗的构成。 一个SOC芯片的功耗由两部分组成：动态功耗和静态功耗。 动态功耗是设备运行时或者说信号改变时所消耗的功耗； 静态功耗是设备上电但是信号没有改变时所消耗的功耗； 这里要注意的是：在设备运行时，也需要消耗静态功耗的，因为设备运行时也是上电状态。功耗分类把静态功耗单独拿出来，只是为了理论分析方便。 2.1 动态功耗 动态功耗可以分为： 1. 翻转功耗(有的地方称为开关功耗，但是笔者认为这个名字不准确，因为开关包含的功耗很多，其实是从英文switching power翻译过来，从switching可以看到，名称想表现是动作。所以称为翻转功耗比较准确) 2. 短路功耗(或者称为内部功耗，英文是internal power) 2.1.1 翻转功耗(switching power) Switching power 是一个门电路对输出电容进行充电和放电需要的功耗。简单的说就是一个门电路输出从0变到1和从1变到0所需要消耗的功耗。 Switching power 是动态功耗最主要的组成部分。 1. Switching power 和电压，翻转率，负载电容有关； 2. Switching power和数据无关，也就传输的数据不会影响翻转功耗，但是数据的翻转率会影响翻转功耗； 3. Switching power和传输的大小也无关 由这个公式我们很容易得到如果想减少功耗，那么方法就是： 1. 降低电压； 2. 降低翻转率； 3. 减少负载电容 当然，这些方法的前提永远是芯片的功能要满足要求。功率再低，功能不满足的芯片和板砖有什么区别，起码板砖还能拍人。 芯片的功能要满足要求这个基础就决定了这些方法有一些限制，比如不可能把电压降到0，不可能让信号永远不翻转，不可能电容减少到0。这些都是前提。 2.1.2 内部功耗(internal power) 内部功耗又可以称为短路功耗，因为主要原因是由于短路造成的。短路功耗是因为在输入信号进行翻转时，信号的翻转不可能瞬时完成，因此PMOS和NMOS不可能总是一个截止另外一个导通，总有那么一段时间是使PMOS和NMOS同时导通，那么从电源VDD到地VSS之间就有了通路，就形成了短路电流。 后面的部分就是短路功耗。tsc是短路电流持续的时间，Ipeak是总的短路电流(包含了内部电容充电的电流) 由于传输中短路持续的时间特别短，短路功耗相比翻转功耗来说小很多。所以一般情况下会忽略短路功耗，把翻转功耗就当作动态功耗。 但是值得注意的是，有的情况下，还是要考虑短路功耗，比如如何处理门控模块的悬空的输出的时候。 2.2 静态功耗 静态功耗是由于漏电流引起的，在CMOS 门中，漏电流主要来自4个源头： 1. 亚阈值漏电流(Sub-threshold Leakage, ISUB）: 亚阈值泄漏电流是晶体管应当截止时流过的电流. 2. 栅极漏电流(Gate Leakage, Igate): 由于栅极氧化物隧穿和热载流子注入，从栅极直接通过氧化物流到衬底的电流。 3. 栅极感应漏电流(Gate Induced Drain Leakage, IGIDL): 结泄漏电流发生在源或漏扩散区处在与衬底不同电位的情况下。结泄漏电流与其他泄漏电流相比时通常都很小。 4. 反向偏置结泄漏(Reverse Bias Junction Leakage ,IREV):由少数载流子漂移和在耗尽区产生电子/空穴对引起。 2.2.1亚阈值漏电流(Sub-threshold Leakage) 亚阈值漏电流(Sub-threshold Leakage)发生在CMOS gate没有完全关断时。 VT是阈值电压；可以看到，阈值电压越高，漏电功耗就越低。但是阈值电压越高，对应的翻转速度就会越慢，延时就会越大，性能就越差。 1. 可以通过调整VDD/VT来降低漏电流，从而减少漏电功耗。 2. 增加VT会带来性能损失，只能在满足功能需求前提下增加VT； 3. ISUB只和VDD/VT有关，和信号翻转这些都没关系。这是一个工艺强相关的电流，RTL设计对其无影响。 亚阈值泄漏电流随温度呈指数增长(Vth)。这大大增加了设计低功率系统的复杂性。即使在室温下的泄漏是可以接受的，在最坏的情况下，温度会超过芯片的设计目标。 2.2.2栅极漏电流(Gate Leakage) 栅极泄漏电流发生在一个电压加到栅上时（例如当门导通时）载流子遂穿通过薄栅介质的情况下。 泄漏电流与介质厚度有极强的关系。工艺中通过选择合适厚度的介质将栅泄漏电流限制到一个可接受的水平上。泄漏电流还取决于栅极电压。通过使晶体管堆叠起来并使截止晶体管靠近电源/地线可以使栅泄漏电流减小。 在以往的技术节点中，漏电电流一直以亚阈值漏电为主。但是从90nm开始，门极漏电几乎是亚阈值漏电的1/3。在某些情况下，在65nm工艺下，它可以等于亚阈值泄漏。低于65nm，high-k介电材料必须进行保持门级泄漏电流检查，这似乎是唯一有效减少门泄漏电流的方法。 其他两种流电流占比比较小，所以一般不做分析。 Ipeak为泄露电流，减少静态功耗的方法就是减小VDD和Ipeak。 2.3 不同结构的功耗组成 SOC中不同结构的对功耗的消耗是不一样的。有几个功耗大户如下： 1. 时钟树功耗：时钟树的功耗通常占整个SOC功耗的40%左右，这是因为时钟是一直在翻转的信号，所以动态功耗特别大。所以门控时钟技术就特别重要。 2. CPU： CPU是SOC主控制器，工作时CPU一般都必须要打开，随着CPU频率越来越高，功耗也越来越大。所以现在的多核，大小核就比较流行，不同场景下用不同功耗的CPU核; 3. GPU: GPU是并行处理单元，由于其算力主要来自多个模块并行计算，为了正常工作，通常需要很多模块同时运算，功耗也很大，所以很多SOC都不带GPU或者默认关掉； 4. 存储器：DDR这些存储器作为SOC主存也需要时刻使用，也是功耗消耗的大户。 SOC还有其他模块，但是时钟树，CPU/GPU, 存储器占了绝大部分的功耗。在AI芯片的时代，CCN IP也是功耗的主要来源，和GPU比较类似。 03 组件的使用 1 Gitee链接地址 Demo位于amaziot_bloom_os_sdk\sample\libraries\5.19-app_low_power Gitee源码地址：https://gitee.com/ning./hongdou Github源码地址：https://github.com/ayumid/hongdou 编译指令：.\build.bat -l .\amaziot_bloom_os_sdk\sample\libraries\5.19-app_low_power 2 组件功能介绍 组件实现了 TCP 通信下的低功耗。 设备上电后会连接 TCP 服务器，之后发送登录字符串“login”，服务器回复字符串“login_resp”后，设备会进入低功耗状态。低功耗状态下，设备每隔60s会给服务器发送心跳字符串“heart”。当设备在低功耗状态下，服务器发送“wakeup”，设备会唤醒。服务器发送“suspend”，设备会重新进入低功耗。测试平均功耗大概是5mA左右（参考下方固件测试图）。 组件提供一个GPIO控制，如果硬件设计中是MCU+AM430EV5，通过这个IO，可以唤醒MCU。 3 代码讲解 1 low_power_gpio_init 功能：该函数用于，组件提供的用于唤醒主控MCU的GPIO。 参数：无 返回值：无 示例： low_power_gpio_init(); 2 low_power_gpio_out 功能：该函数用于，GPIO输出，用于适当的时间唤醒主控MCU。 参数： 参数 释义 val 输出电平 返回值：0 示例： low_power_gpio_out(1) 3 low_power_send_msg 功能：该函数用于，发送消息给主任务。 参数： 参数 释义 msgId 消息ID extra 按需使用，额外信息 data 按需使用，额外数据 返回值：无 示例： low_power_send_msg(LOW_POWER_CMD_SUSPEND, 1, NULL); 4 low_power_set_mcu_wake 功能：该函数用于，唤醒mcu。 参数： 参数 释义 ad 消息指针 wake gpio输出状态 返回值：无 示例： low_power_set_mcu_wake(ad, 1); 5 low_power_wakeup_internal 功能：该函数用于，关闭网络连接。 参数： 参数 释义 ad 消息指针 返回值：文件指针 示例： low_power_net_close(ad); 6 low_power_net_send 功能：该函数用于，发送数据。 参数： 参数 释义 ad 消息指针 data 数据指针 sz 数据长度 返回值：无 示例： low_power_net_send(); 7 low_power_net_init 功能：该函数用于，发送数据。 参数： 参数 释义 ad 消息指针 返回值：无 示例： low_power_net_init(ad); 8 low_power_net_connect 功能：该函数用于，连接服务器。 参数： 参数 释义 ad 消息指针 fd 套接字描述符 data 数据指针 sz 数据长度 返回值：无 示例： ai_addrlen); 9 low_power_net_create 功能：该函数用于，发送数据。 参数： 参数 释义 ad 消息指针 返回值：无 示例： low_power_net_create(ad); 10 low_power_net_recv 功能：该函数用于，接收服务器信息。 参数： 参数 释义 ad 消息指针 返回值：无 示例： ret = low_power_net_recv(ad); 11 low_power_task 功能：该函数用于，主任务。 参数： 参数 释义 param 任务参数指针，可不用 返回值：无 示例： low_power_task(); 12 low_power_config 功能：该函数用于，配置低功耗相关的信息。 参数： 参数 释义 ad 消息指针 返回值：无 示例： low_power_config(); 13 low_power_init 功能：该函数用于，初始化低功耗需要的资源，任务等。 参数：无 返回值：无 示例： low_power_init(); 4 Demo实战 4.1 创建一个Demo 复制4.2_hal_UART示例工程，到同一个文件夹下，修改文件名为5.19-app_low_power，如图： 4.2 修改makefile 增加文件组件所在目录头文件路径，和源文件路径，如图： 4.3 增加头文件 使用代码编辑器，将新建的工程文件加入代码编辑器中，打开main.c，修改main.c，加入am.h等头文件，如图： 4.4 修改代码 在Phase2Inits_exit 调用低功耗初始化函数，如图： 4.5 宏定义介绍 low_power_uart_printf 输出日志到DEBUG 串口，日志比较少，可以输出到这个串口，如果日志比较多，需要输出到usb口，以免不必要的问题出现 low_power_catstudio_printf 输出日志到USB 串口，使用catstudio查看，catstudio查看日志需要更新对应版本mdb.txt文件，软件打开filtter过滤日志，只查看用户输出的日志 LOW_POWER_TASK_STACK_SIZE 栈空间宏定义 4.6 函数介绍 Phase1Inits_enter 底层初始化，本例空 Phase1Inits_exit 底层初始化，本例空 Phase2Inits_enter 底层初始化，本例空 Phase2Inits_exit 创建主任务，初始化消息队列，定时器，任务等。 代码片段： enter main\n"); ret = OSAFlagCreate(&sample_ele_log_flag_ref); ASSERT(ret == OS_SUCCESS); ret = OSATimerCreate(&sample_ele_log_timer_ref); ASSERT(ret == OS_SUCCESS); ret = OSATaskCreate(&sample_ele_log_task_ref, sample_ele_log_task_stack, SAMPLE_ELE_LOG_TASK_STACK_SIZE, 200, "filetest-task", sample_ele_log_task, NULL); ASSERT(ret == OS_SUCCESS); OSATimerStart(sample_ele_log_timer_ref, 5 * 200, 5 * 200, sample_ele_log_timer_callback, 0); // 3 seconds timer sample_ele_log_timer_callback 定时器回调函数，发送事件给主任务。 代码片段： OSAFlagSet(sample_ele_log_flag_ref, SAMPLE_ELE_LOG_TASK_TIMER_CHANGE_FLAG_BIT, OSA_FLAG_OR); sample_ele_log_task 日志写入任务，由事件驱动，这里5s一次。 代码片段： open file for write error\n"); } } 4.7 编译 在SDK根目录打开命令行，输入命令.\build.bat -l .\amaziot_bloom_os_sdk\sample\libraries\8.5_ele_log\ 4.8 生成固件 参考入门中开发工具，生成工具。 4.9 测试 测试步骤： 参考编译教程，和文档开头的编译指令，进行编译 按照编译教程选择对应的选项 烧录 4.10 固件 TCP连接 60s一次心跳，测试1小时； 本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki： Cellular IoT Wiki 知识库(https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf) 注：本文部分内容来源于网络，如有侵权，请及时联系我们。

01 概述 随着物联网（IoT）的快速发展，低功耗广域网（LPWAN）技术在无线通信领域的重要性日益凸显。其中， LoRa（Long Range）技术凭借其独特的扩频调制机制和超远传输距离，在智能城市、农业监测、工业自动化等领域取得了显著的应用成果。本文将系统性地介绍LoRa技术的基本原理、核心特点、存在的缺点以及广泛的应用场景。 LoRa全称（Long Range Radio）是基于Semtech公司开发的一种低功耗局域网无线标准，其目的是为了解决功耗与传输难覆盖距离的矛盾问题。一般情况下，低功耗则传输距离近，高功耗则传输距离远，LoRa技术解决了在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远的技术难题，实现了低功耗和远距离两种兼顾的效果。 02 LoRa技术原理 LoRa是一种基于 chirp spread spectrum (CSS) 扩频调制技术的无线通信方案，由美国Semtech公司开发。其工作原理在于通过线性频率调制（LFM）产生“啁啾”信号，每个数据包的载波频率随着时间线性变化。这种调制方式允许信号在强干扰环境下保持良好的穿透力与抗多径衰落能力，从而实现远距离传输。 LoRa技术采用先进的前向纠错编码（FEC）技术来增强数据传输的可靠性，即使在信号强度较低的情况下也能保证一定的数据完整性。此外，它支持多种扩频因子选择，以适应不同的传输速率和距离需求。 03 LoRa技术特点 ● 长距离通信：LoRa 技术能够实现长距离的通信覆盖，其通信范围可以达到数公里到数十公里，非常适合于远距离物联网应用，例如农业监测、智能城市等。 ● 低功耗（电池寿命长）：LoRa 设备以及其通信协议被设计为低功耗的，所以 LoRa 网络中的设备可以长时间运行，即使是由电池供电的设备也可以有较长的使用寿命。 ● 广域覆盖：LoRa 网络可以提供广泛的覆盖范围，不仅覆盖城市地区，也能够较好地穿透障碍物，提供深度的室内和地下覆盖，适用于各种不同环境下的物联网应用。 ● 抗干扰能力：LoRa 技术采用了频率扩散调制技术，使得其在频繁干扰的环境中依然能够保持稳定的通信连接，从而提高了其在复杂电磁环境下的可靠性。 ● 低成本：LoRa 技术的部署相对成本较低，设备价格低廉，且由于其长距离通信能力，可以减少基础设施的需求，从而降低了整体的部署成本。 ● 开放标准：LoRa 是一种开放的通信标准，因此厂商和开发者可以基于 LoRa 技术进行开发，极大的促进了 LoRa 生态系统的发展和创新。 04 LoRa技术的不足之处 数据传输速率 ：LoRa在传输距离上有突出表现，同样牺牲了数据传输速率，通常在几十至几百kbps之间，不适合需要高速率传输的应用场景。 网络可靠性 ：尽管LoRa网络设计之初考虑了稳健性，但在高密度部署或复杂环境中仍可能面临网络拥塞、信号干扰等问题。 标准化与兼容性 ：LoRa主要依托于私有协议LoRaWAN，虽然已在全球范围内得到广泛应用，但相对于其他一些全球统一标准的通信技术还是有较大的差距的。 05 LoRa应用场景 智慧城市 ：用于智能照明、环境监测、停车管理等市政设施的数据采集与远程控制。 农业监测 ：实现农田土壤湿度、温度、光照等参数的实时监测，助力精准农业发展。 资产追踪 ：在物流和供应链管理中，对货物进行实时定位和状态跟踪。 工业物联网 ：为工厂自动化提供无线监控解决方案，如生产设备的状态监测和预测性维护。 总结而言，LoRa技术作为LPWAN领域的关键推动者之一，以其特有的技术优势服务于众多物联网应用场景，尤其在低速、低功耗、远距离通讯方面展现出巨大潜力。然而，面对快速发展的物联网市场和技术演进，LoRa还需不断改进和完善，以应对更高的可靠性和安全性需求。 06 LoRa组件的使用 1 Gitee链接地址 Demo位于amaziot_bloom_os_sdk\sample\libraries\21.1_lora_rtx Gitee源码地址：https://gitee.com/ning./hongdou Github源码地址：https://github.com/ayumid/hongdou 编译指令：.\build.bat -l .\amaziot_bloom_os_sdk\sample\libraries\21.1_lora_rtx\ 2 组件功能介绍 初始化Lora模块。 3.26 Lora AM-HD-E-REV-06-020 3.25 Lora AM-HD-E-INIT-06-018 3 代码讲解 1 dev_lora_send 功能：该函数用于初始化lora模块。 参数： 参数 释义 data 发送数据缓冲区指针 len 发送数据长度 返回值：无 示例： C dev_lora_send("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz", strlen("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz")); 2 dev_lora_module_packet_init 功能：该函数用于，将发送数据长度写入Lora模块寄存器。 参数： 参数 释义 len 发送数据长度 返回值：无 示例： C dev_lora_module_packet_init(strlen("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz")); 4 Demo实战 4.1 概述 上电后，模组会一直等待其它lora模块发送的数据。 上电后，模组会每隔3s发送不同长度的数据 4.2 测试 测试步骤： 参考编译教程，和文档开头的编译指令，进行编译 按照编译教程选择对应的选项 烧录 4.3 宏定义介绍 sample_lora_rtx_uart_printf 输出日志到DEBUG 串口，日志比较少，可以输出到这个串口，如果日志比较多，需要输出到usb口，以免不必要的问题出现 sample_lora_rtx_catstudio_printf 输出日志到USB 串口，使用catstudio查看，catstudio查看日志需要更新对应版本mdb.txt文件，软件打开filtter过滤日志，只查看用户输出的日志 LORA_RTX_TASK_STACK_SIZE 栈空间宏定义 4.4 全局变量介绍 lora_rtx_task_stack 任务栈空间，本例使用数组实现，用户在做项目时，可以预先估算下当先任务需要的大致栈空间，OS没有提供可以查看栈空间使用情况的API lora_rtx_task_ref Lora任务指针 4.5 函数介绍 Phase1Inits_enter 底层初始化，本例空 Phase1Inits_exit 底层初始化，本例空 Phase2Inits_enter 底层初始化，本例空 Phase2Inits_exit 创建主任务 代码片段： C int ret; ret = OSATaskCreate(&lora_rtx_task_ref, lora_rtx_task_stack, LORA_RTX_TASK_STACK_SIZE, 120, "lora_rtx_task", lora_rtx_task, NULL); ASSERT(ret == OS_SUCCESS); sample_lora_rtx_uart_printf("Phase2Inits_exit\n"); _task 主任务，代码发分为两部分，一部分是发送不定长数据；另一部分是上电后等待其它模块发送的数据，收到后打印到串口。 代码片段： C while(1) { //这里实现了发送任意长度的字节，可以使用另一个模块来接收 // sample_gpio_sleep(3); // dev_lora_module_packet_init(strlen("1234567980")); // dev_lora_send("1234567980", strlen("1234567980")); // sample_gpio_sleep(3); // dev_lora_module_packet_init(strlen("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz")); // dev_lora_send("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz", strlen("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz")); //这里实现了接收其它模块发来的数据 status = OSAMsgQRecv(lora_data_msgq, (void *)&rcv_data, sizeof(LORA_RCV_DATA_MSG_T), OSA_SUSPEND); if (status == OS_SUCCESS) { if(NULL != rcv_data.data) { sample_lora_rtx_uart_printf("lora data len:%d %s\n", rcv_data.len, rcv_data.data); free(rcv_data.data); rcv_data.data = NULL; } } } 注：本文部分内容来源于网络，如有侵权，请及时联系我们。 本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki： Cellular IoT Wiki 知识库(https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf)

01 物联网系统中为什么要使用LORA模块 物联网系统中使用LoRa模块的原因主要有以下几点： LoRa模块的技术优势 远距离通信：LoRa模块通过LoRa技术实现无线通信，LoRa技术具有超链接预算，能显著提高接收机的灵敏度，因此即使在较低的发射功率下也能实现较远的通信距离。这对于物联网系统中广泛分布的设备间通信尤为重要。 低功耗：LoRa模块设计为低功耗，适用于那些需要长时间运行但又不能频繁更换电池的设备。低功耗特性有助于延长设备的续航时间，降低维护成本。 低数据速率：虽然LoRa的传输效率略有牺牲，但其低数据速率特性适用于物联网中大量不需要高传输速率的数据传输场景。这种特性使得LoRa模块在物联网应用中更加经济高效。 02 LoRa模块在物联网系统中的应用场景 智能城市：在智能城市领域，LoRa模块可用于智能抄表、环境监测、智能停车等场景。通过LoRa网络，城市管理者可以实时获取各类设备的状态信息，从而实现对城市的智能化管理和控制。 农业物联网：在农业领域，LoRa模块可用于土壤湿度监测、作物生长监测等场景。通过远距离、低功耗的通信方式，农民可以方便地获取农田的实时数据，从而进行科学的农业生产管理。 工业物联网：在工业领域，LoRa模块可用于工厂自动化、设备监控等场景。通过LoRa网络，企业可以实现对生产设备的远程监控和管理，提高生产效率和安全性。 通信距离，数量与场景关系 远距离大数量： 密集建筑环境要覆盖多栋，或空旷环境下千米级的情况属于远距离，一个网关下属节点超过200属于大数量，如能耗集抄，智慧农业，调光路灯。这种条件下应尽量采用轮询的方式，码分多址和频分多址的方式来避免相互干扰，这是对信道利用率最高的方式，但实时性不高。 近距离大数量： 可视见或在普通建筑内同一层属于近距离，Semtech 针对室内应用场景也在 sx126x 中新增了扩频因子5和6，具有较高的通信速率，通信速率较高的话，监听避让和 RTS-CTS 机制也较为有效，数量大的情况结合合理的组网策略也可以满足应用要求。 远距离小数量： 一般有些工业场景如油田，电站会有这种场景，数据量不大，但是很分散，这种场景一般不考虑产品美观小巧，选用高增益天线，调整馈线阻抗匹配，高扩频因子低编码率来适应场景。 03 LoRa模块与其他通信技术的比较 与其他无线通信技术相比，LoRa模块在物联网系统中具有独特的优势。例如，与蓝牙和WiFi相比，LoRa模块具有更远的通信距离和更低的功耗；与ZigBee相比，LoRa模块在传输距离和穿透能力上更具优势。因此，在物联网系统中选择LoRa模块可以更好地满足长距离、低功耗的通信需求。 综上所述，物联网系统中使用LoRa模块是因为其具备远距离通信、低功耗和低数据速率等技术优势，适用于各种物联网应用场景。通过LoRa模块的应用，物联网系统可以更加高效地实现设备间的互联互通和数据传输。 本文会再为大家详解无线通信器件家族中的一员——LORA模块 04 LoRa简介 LoRa是semtech公司开发的一种低功耗局域网无线标准，其名称“LoRa”是远距离无线电（Long Range Radio），它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，在同样的功耗下比传统的无线通信射频通信距离扩大 3-5 倍。 05 LoRa 与其它无线技术对比 组网方式 基于 LoRa 网关 基于蜂窝网 基于 Zigbee 网关 基于无线路由器 基于 Mesh 网关 部署方式 节点 + 网关 节点 节点 + 网关 节点 + 路由器 节点 传输距离 远距离 城镇：2-5KM 郊区: up to 15KM 远距离 一般 10KM 以上 短距离 10-100M 短距离| 50M 短距离 10-100M 单网节点容量 约 6 万，实际受网关信道数量，节点发包频率，数据包大小约束，一般有 5000左右节点 约 20 万 理论 6 万，受实际网络限制，一般 200-500个 约 50个 理论 6 万个，一般有 2000 个左右 电池续航 理论约 10 年/AA电池 理论约 10 年/AA电池 理论约 2 年/AA电池 数小时 理论约 2 年/AA电池 成本 模块约 5$ 模块约 5-10$ 模块约 1-2$ 模块约 7-8$ 模块约 <1$ 传输速度 0.3-50kbps 理论 160k-250kbps,一般小于 100kbps 理论 250kbps,一般小于 100kbps 2.4G: 1-11M 5G: 1-500M 1M-2M 网络延时 依赖于频率，扩频因子，编码率等 6-10s <1s <1s <1s 适合领域 LPWAN 智慧路灯 智慧建筑 智慧农业 … LPWAN 智慧城市 智能抄表 … 智能家居 小范围传感器 室内覆盖 常用于室内场景 智能家居 智慧楼宇 室内覆盖 06 LoRa 的优势和劣势 优势： 通讯距离远，+22dBm 功率放大器和超过-148dBm 的高灵敏度使得 LoRa 可以在复杂的环境中通信。 150–960MHz 的频率范围加上 5到 12 的扩频因子可以相互组合成互不干扰的多信道通信。 低功耗，小于 120mA 的发射电流和小于 10mA 的接收电流可以保证同样电池下待机更久。 劣势： 在高扩频因子下发射速率慢，例如扩频因子 11 带宽 250k 发射 100 字节大约需要 1 秒。 在高扩频因子下由于发射速率慢，所以发射时间长，耗能更多；占用信道时间长，增加冲突的可能性。 LoRa 帧结构 LoRa 帧分为两种，分别为固定长度和可变长度。区别在于固定长度的帧则不存在 Header 域。 07 LoRa 常用公式 符号速率 (发送信号为恒包络信号，每赫兹每秒发送一个码片) Rs = BW / (2^SF) Rs：符号速率； BW：带宽；SF：扩频因子 传输时间 ToA = ( (2^SF) / BW ) * Nsymbol SF：扩频因子；BW：带宽；ToA：空中传输时间，单位为毫秒；Nsymbol：符号数 不同的调制参数，符号数计算的方式也不同。 08 LoRa 带宽 增加信号带宽可以使用更高的数据速率，因此会减少传输时间，代价是降低了接收灵敏度。LoRa 调制解调器工作在中心频率的一个可编程的带宽中。 LoRa 带宽支持以下设置： 09 LoRa 收发数据缓冲区 (双向 FIFO) LoRa 内部的收发缓冲区大小为 256 字节，如果设备工作在半双工模式下，则可以收发独占 256 字节；如果工作在全双工模式，则收发共享 256 字节(一般做法是各自占 128 字节)。 10 SPI 时序图 (LoRa 端为 Slave, SPI_Mode=0x00) 11 注意事项 活动信道检测 (CAD) CAD 模式下接收机周期性检测信道中的前导码，如果发现前导码则唤醒进入接收模式，CAD 的周期应短于前导码发射时长，发送者前导码发送的越短接收机越要频繁的检测，要想降低检测频率则需要发送很长的前导码，需要根据应用场景权衡。 组网 LoRa 一般为星型网络连接，为了增加网络容量和改善通信质量，一般会吧一个网关下属的节点分配为多个频率或多个扩频因子，sx126x 和 sx127x 同一时间只能监测一个信道，有网关专用芯片 sx1301，可以同时监控 8 个频率下的 6 个扩频因子，相当于同时监控 48 个信道，但是价格昂贵。在智能家居场景下网关可以采用两个 sx126x 来替代，通过将数据帧根据上下行，根据功能和重要程度区分为多个信道，结合 RTS (request to send) -CTS (Clear to send) 机制可以避免拥塞，具体策略可以根据需求再详细定。 网关信道 网关信道选择配置文件，基准频率是471.4MHz，下面8个分别是频率的偏移量，可以知道网关能同时监听8个不同的信道。 网关负载 一般情况下，LoRa物联网络采用的是LoRaWAN协议，从而其组网方式一般采用的是协议中的星形拓扑网络，星形拓扑网络示意图如图所示。 星形拓扑结构 从上图中可以看出，该组网方式属于单跳网络，传感器终端与网关直接通信，再由网关将数据透传至服务器。在这个网络架构中，LoRa网关是一个透明传输的中继，连接终端设备和后端中央服务器。终端设备采用单跳与一个或多个网关通信，所有的节点与网关之间均是双向通信。 星型拓扑结构的优点是:网络结构简单,组网容易,方便管理与控制,网络延迟短,传输误码率低.。星型拓扑结构的主要缺点是：由于采用中央节点集中控制，因而资源共享能力差，而且一旦中央节点出现问题,将导致整个网络瘫痪。然而，在地质灾害监测应用领域，或是监测范围覆盖广泛，或是安装环境复杂危险、或是两者兼具，因此一旦出现网络瘫痪，常常需要耗费大量的人力物力进行设备的维护，这就在相当程度上增加了监测成本、也降低了监测效果的持续性与稳定性。 因为星形组网里网关是最重要的一环，如果网关超负荷，那么整个网络系统将瘫痪，所以要重点关注网关的负载量，也就是单网关能容纳的节点数量。 论值 假设单个网关每天最多可以接收a个数据包，每个节点的应用发包频率是每小时b个数据包的话，那么，单个网关最多可以容纳的节点的数目的理论值的计算式如下： S=a/(24*b)。 比如，单个LoRaWAN网关如果搭载一个SX1301芯片的话，其每天最多可以接收150万个数据包，如果应用发包频率是每小时1包的话，那么理论上该LoRaWAN网关可以接入的节点的数目 S = 1500000/(24*1) = 62500个。 实际值 单个网关可以容纳的节点的数目的实际值比理论值的计算要复杂的多。对于确定的某个网关来说，其每天最多可以接收的数据包也是确定的，难就难在每个节点到底每天发多少个包。 在同一个应用场景下，我们每天需要该节点发送的总的数据长度是确定的，但是，确定长度的数据到底要以怎样的封包长度、发送速率来发送，就不确定了。封包长度如果不同，势必需要发送的包的数量也就不同。 比如，在不同的信号强度下，所用到的扩频因子SF也不同，那么，能发送的数据的长度也就不同，每次能发送的数据的长度不同就会导致需要分成的包的数量也不相同，从而导致即使使用同样的网关、同样的节点，但在节点的不同业务模式下，也会出现单个网关容纳节点的最大数目并不相同的情况。 对于有8个信道的网关来说，在没有LBT(发包前监听信道)的前提下，具体的计算公式为： 信道容量（即节点数量）S=8T/2et0 其中，8代表8个信道，T代表发送间隔，跟封包长度、速率有关系，1/2e 是基本Aloha算法最大吞吐量，e是常数，等于2.718，t0代表单包的ToA（Time on Air）。 在10字节负载的前提下，速率与ToA的关系如下表所示。 举一个例子，假如使用SX1301芯片，在没有LBT(发包前监听信道)的情况下，并且平均每个包空中飞行时间t0=100ms（因此t0=0.1s），平均每个包一分钟发一次（因此T=60s），那么可以容纳多少这样的平均节点呢？S=8*60/(2*2.718*0.1)=883 ，因此，可以容纳883个节点。 而且，采用不同算法，也会导致最大吞吐量的变化，从而引起理论容量的变化。 比如，如果前提条件修改成每个节点都带有LBT功能，采用时隙Aloha算法而不是之前的基本Aloha算法来评估，则由于算法不同，导致最大吞吐量不同，此时最大吞吐量是1/e，因此信道容量（即节点数量）S=8T/et0 ，从而 ，则理论容量增加一倍，即883*2=1766个节点。 LoRa模块信道 由以上网关设置可以知道，与网关通讯需要和网关处于同一频段，本节点通过配置可使用全频段，但为了与网关匹配，将几点信道设置为CN470中国频段的信道1（470.5MHz）。需要将模块设置为跳频模式，即终端联网模式，然后再配置接收及发送频率符合网关的信道范围，如图，将LoRa模块信道配置为470.5MHz。 首先使用中国地区频段CN470： 其次固定通讯频率为信道1： 节点入网 设备为了与服务器通讯并加入LoRaWAN网络，需要将设备独一无二的注册信息填入服务器，用于服务器对节点进行判认，使被允许的设备入网，这个过程就叫节点入网或者说时设备激活。通常有两种激活设备的方式。一种是OTAA (Over-The-Air Activation) 激活方式也叫空中激活方式，是在部署设备或者重置设备时使用的激活方式。另一种是ABP入网方式 (Activation By Personalization)也叫作独立激活方式，这种入网方式的特点是设备的初始化和激活是一并完成的。 在激活之后，终端设备会将DevAddr（节点地址），AppEUI（应用程序ID），NwkSKey (网络安全密码)，AppSKey (应用安全密码)存储在自己的运行空间内。 12 Lora模块介绍 LoRa模块为基于LPWAN的远距离无线通信模块，支持LORAWAN标准协议，串口数据透传双向通讯，主要应用在智能抄表、智慧路灯、智慧农业、智能停车、智能安防等领域。LoRa技术具有远距离、低功耗、多节点、低成本的特性基于LoRaWAN的网络能够提供安全的数据传输距离远的双向通信，并且用最少的网络基础设施覆盖城市区域，LoRa技术在智慧农业、智慧建筑、智慧物流等多种应用场景中都将得到广泛应用。 LoRa所拥有频段 915 MHz：在美国，有功率限制，没有占空比限制； 868 MHz：在欧洲； 433 MHz：在亚洲。中国目前LoRa组网频段:470-510MHz。 模块分类 以华普为Lora模块为例，Lora模块分为：Lora SPI模块，Lora 透传模块，Lorawan模块 模块选型 我们可以从以下五种方面对LoRa模块进行考量。 终端LoRa应用方案 LoRa数据传输是无线核辐射监测系统的第二个环节，选定合适的探测设备后，将探测设备与终端连接，将前端探测设备测量的数据传输至终端中，当需要更新数据时，网关发送Beacon信号，Lora模块和终端继而被唤醒，有一段Ping slot接收窗口接收到来自服务器的信息，接收到信息后，节点被唤醒，继而发送数据至网关和服务器 设备唤醒 当服务器需要更新数据时，向网关发送信号，网关再向LoRa模块发送唤醒信号，继而通过MCU唤醒终端设备。具体终端通讯连接图和空中唤醒流程图如图。 唤醒流程图 数据发送 LoRa数据传输是无线核辐射监测系统的第二个环节，选定合适的探测设备后，将探测设备与终端连接，将前端探测设备测量的数据传输至终端中，当需要更新数据时，网关发送Beacon信号，Lora模块和终端继而被唤醒，有一段Ping slot接收窗口接收到来自服务器的信息，接收到信息后，节点被唤醒，继而发送数据至网关和服务器。 终端硬件组网 13 缩写 缩写 全称 含义 ACR Adjacent Channel Rejection 邻道拟制 β Modulation Index 调制指数 BER Bit Error Rate 误码率 BR Bit Rate 比特率 BT Bandwidth-Time bit period product - BW BandWidth 带宽 CAD Channel Activitiy Detection 信道活动检测 CPOL Clock Polarity 时钟极性 CPHA Clock Phase 时钟相位 CR Coding Rate 编码率 CW Continuous Wave 连续波 POR Power On Reset 上电复位 DIO Digital Input / Output 数字 IO DSB Double Side Band 双边带 FEC Forward Error Correction 前向纠错 FSK Frequency Shift Keying 频移键控 GFSK Gaussian Frequency Shift Keying 高斯频移键控 GMSK Gaussian Minimum Shift Keying 高斯最小移位键控 IF Intermediate Frequencies 中频 DC-DC Direct Current to Direct Current converter 直流-直流电压转换 LDO Low-Dropout 低压差线稳压器 LDRO Low Data Rate Optimization 低数据速率优化 LFSR Linear-Feedback Shift Register 线性移位寄存器 LNA Low-Noise Amplifier 低噪放 LO Local Oscillator 本地震荡器 NRZ Non-Return-to-Zero 不归零编码 OCP Over Current Protection 过流保护 PA Power Amplifier 功放 PER Packet Error Rate 包错误率 RFO Radio Frequency Output 射频输出 SF Spreading Factor 扩频因子 SNR Signal to Noise Ratio 信噪比 TCXO Temperature-Compensated Crystal Oscillator 温度补偿晶体振荡器 XOSC Crystal Oscillator 晶体振荡器 RSSI Received Signal Strength Indicator 接收信号强度指示器 ADR Adaptive Data Rate 自适应数据速率 AFA Adaptive Frequency Agility - LBT Listen Before Talk 对讲前监听 SSL Secure Socket Layer 安全套接字层 14 供应商A：华普微 1、产品能力 （1）选型手册 （2）主推型号1：RFM68LC 对应的产品详情介绍 RFM68LC 是一款基于 Semtech LLCC68 收发器芯片开发的超低功耗、高性能、适用于各种 150MHz 至 960MHz 长距离无线应用的 LoRa 收发模块。RFM68LC 的高度集成化，可以简化系统设计中所需的外围 器件，高达+22dBm 的发射功率以及-129dBm 的接收灵敏度可以极大地优化无线应用的链路性能。RFM68LC 在-129dBm 接收灵敏度的工作条 件下，电流损耗仅为 8.8mA，如果工作在超低功耗接收模式下，还可 以进一步降低电流损耗。RFM68LC 还支持 Duty-Cycle 运行模式，信道侦听，高精度 RSSI，上电复位等功能，使得客户的应用设计更加 灵活，更容易实现产品的差异化。 LoRa收发模块RFM68LC应用范围 自动抄表、家居安防及楼宇自动化、ISM 波段数据通讯、工业监控及控制、安防系统、遥控应用、智能仪表、供应链与物流、智能农业、智慧城市、零售业、资产跟踪、智慧路灯、智能停车、环境监测、健康监测 硬件参考设计 研发设计注意使用事项 1、 LORA板载天线与主板铺铜间距需要保持3mm以上，π型电路走线线宽需要保持一致 2、a为保证天线性能，调试射频电路，做50欧姆阻抗匹配，测试天线辐射功率。详见：AE23080260测试方案 LORA PCB天线测试方案库沉淀项目 3、LORA模块接口电平为3.3V, 如主控接口电平为3.3V，可以直接连接无需电平转换，例如：芯海GS32L010, 否则需要增加电平转换电路,如AM430EV5,IO接口电平为1.8v,需增加电平转换电路。 核心料（哪些项目在用） 奇迹物联测温终端项目、奇迹物联压力检测终端项目、奇迹物联Lora开源网关项目 本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki： Cellular IoT Wiki 知识库(https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf)

物联网系统中为什么要使用LAKI模组: 物联网系统中使用LAKI模组的原因可以归结为以下几个方面： 技术先进性 广覆盖能力：LAKI模组具有卓越的广覆盖能力， 其射频SoC芯片接收灵敏度小于-120dBm@125kbps，系统通讯距离可达5千米以上 。这使得LAKI模组在物联网应用中能够轻松覆盖大面积区域，降低网络部署成本。 低功耗特性：LAKI模组配合LAKI无线通讯协议，在超低功耗方面表现出色。例如，在一秒心跳频率（即每秒醒来监听一次），每天发送30次数据（单次数据量从数十到数百字节）的情况下，平均功耗不超过27mAh，即一颗纽扣电池（如CR2450）可供LAKI模组工作十年以上。这种低功耗特性降低了物联网设备的运维成本，减少了频繁更换电池的需求。 低时延性能：LAKI模组在保证广覆盖与超低功耗的前提下，依然能够实现较低的通信延迟。监听周期可设定为从数毫秒到1000秒，且芯片在休眠时有8kbytes retention SRAM，可实时被动唤醒。这对于依赖快速响应和实时数据交换的物联网应用至关重要，如工业自动化、远程医疗、智能交通系统等。 高效的数据处理和网络能力 高数据速率：LAKI模组的带宽最高达1Mbps，能够满足绝大部分物联网低功耗、低成本连接的需求。这一特性使得LAKI模组在传输大量数据时具有更高的效率和稳定性。 大数据容量：LAKI模组具有较大的网络容量，单信道可处理2000终端。这意味着在高密度终端大规模部署和对响应速度要求比较高的物联网应用中，LAKI模组能够保持高效的通信性能。 经济性和灵活性 低成本部署：由于LAKI模组的广覆盖能力，建网时只需要少量网关就可以覆盖大片区域，网络建设简单、快速且成本低。此外，LAKI网关也采用LAKI自研的射频SoC芯片，进一步降低了网关成本。 灵活的组网方式：LAKI模组支持多种网络拓扑，包括星型网络拓扑、网状网以及中继组网方式。这使得LAKI模组能够更好地适应各种复杂的物联网应用场景。 高安全性和稳定性 安全性保障：LAKI模组集成了AES 128加密引擎，且数据传输通过密文传输，提供了较高的数据安全保障。这对于涉及敏感信息的物联网应用尤为重要。 稳定性保障：LAKI模组经过严格的测试和验证，具有稳定的通信性能和较高的可靠性。这保证了物联网系统的稳定运行和数据的准确传输。 综上所述，物联网系统中使用LAKI模组的原因在于其技术先进性、高效的数据处理和网络能力、经济性和灵活性以及高安全性和稳定性。这些优势使得LAKI模组成为物联网系统中不可或缺的重要组成部分。 LaKi技术作为一个已经在智慧零售、仓储物流、铁路、畜牧业、农业灌溉、人员管理、资产管理、工业互联网、语音对讲等领域实现卓越的应用性能。下文将通过两个解决方案更好地阐述LaKi技术的应用优势。 应用示例 站式标签应用系统解决方案 在物联网技术不断推进的今天，标签技术作为连接实体世界与数字信息的桥梁，其重要性日益凸显。 标签的种类繁多， 常见的有条形码、二维码、无源RFID、有源RFID以及各种功能标签（如测温标签、压力标签、计步标签、位移标签、气体监测标签、墨水屏标签等）。他们都有各自的应用优势和劣势，例如，条形码、二维码成本低廉， 但只能逐个扫描，效率比较低；无源RFID成本高一点， 能够在数米或十数米的范围内快速读取，效率高一点，成版本也高一点；有源RFID的技术选择很多， 可以在数十米的范围内读取数据，受限于功耗，但由于一般采用标签主动发射信息给网关（也可以叫读卡器）这种工作方式，器件精度和信号碰撞使其对同一区域的终端数量有些限制，所以，一般一个区域只能部署200~300个有源RFID。功能标签也是名目繁多，但采用的无线技术要么通讯距离短，要么功耗比较高， 成本非常高，所以只有少量的功能性标签。传统的标签硬件系统一般是分离的， 很难共用同一种基础网络技术。现阶段多标签系统的硬件架构一般如下图所示，标签层和读写层都有太多的选择，现有的技术有其不同的优劣势，异构、分离的标签系统的简单组合大幅增加了客户网络成本、部署成本、使用成本和维护成本， 从而严重影响了企业或社会利用各种标签技术实现智改数转的进程。 LaKi一站式标签融合应用硬件平台以其独特的技术优势，正在重塑标签领域的应用前景，为企业提供了一种全新的、高效的解决方案。LaKi的工作功耗低、通讯距离远、网络吞吐率高， 非常适合大规模一站式标签系统的底层技术。 如上图所示， 只需要在标签应用区域部署一个网关，就可以覆盖半径500米以上的一大片区域，单信道网络处理能力超过1000pps。采用LaKi技术的有源RFID、功能性标签可以自由地部署，合适的设计可以让标签生命周期内无需更换电池，亦即无需维护。二维码、条形码等异构标签可以通过内置的LaKi模块的读卡器或数据采集器进行应用， 无需改变操作人员的操作方式和习惯。总结起来，LaKi一站式标签应用系统具备很多优势，例如 标签自由选择权还给客户 ：由于LaKi是目前唯一能够同时实现三大关键特性的无线技术， 因此，采用LaKi技术的有源RFID、功能标签等都有机会做到最佳性价比；如果客户已经采用了条形码、二维码或无源RFID中的一种到几种， 都可以通过LaKi读卡器或采集器统一接入到LaKi网络，从而实现一网通用，保护用户的原有标签投资。 网络部署方便快捷成本低 ： 一个网关即可覆盖一大片区域 （工厂园区单网关覆盖80万平方米以上，空旷地区600万平米以上），建网非常快速、方便，就像部署家用WiFi路由器一样简单，用户可以轻松自助部署，而硬件成本只需要千元左右。 终端成本低廉部署傻瓜化 ：LaKi技术的工作功耗低、通讯距离长、网络处理能力强，使得很多终端可以以钮扣电池等低容量电池为电源续航终身，终端体积也因此降低，从而可以让用户自主安装，到期（电量耗尽）直接更换，避免了成本高昂的部署成本、使用成本和维护成本。 解决信号碰撞实现高密度部署 ：LaKi技术的带宽比较高，如果LaKi有源RFID采用和传统有源RFID的终端主动周期性报名的工作模式，其部署密度可以是传统有源RFID数倍；但LaKi由于发射和接收功耗都很低，可以采用点名、群呼等方式实现有序报名，从技术层面解决信号碰撞的问题。这样，采用LaKi技术的有源RFID、功能标签或LaKi读卡器可以突破传统有源RFID等终端设备的密度限制，实现高密度部署。 低功耗双向通信保证高可靠性 ：传统的有源RFID一般是单向通讯，如果要双向通信的话功耗就比较高， LaKi可以低功耗双向通讯，可以让用户实现快速按需盘点，这是单向通讯无法做到的。 基于全球免费频段可全球畅用 ：LaKi技术PHY层射频SoC基于2.4GHz的全球免费ISM频段， 因此可以在全球范围内应用，无需担心不同国家和地区的频谱政策限制。 无网络语音对讲解决方案 在追求高效沟通与无缝连接的今天，LaKi超低功耗实时广域网技术以其卓越的性能指标与创新应用，正重塑无网络语音对讲领域的行业标准。凭借前所未有的空口速率、极低的发射功率需求以及出色的通信距离，LaKi不仅提供了卓越的语音对讲能力，更实现了多方实时通话的突破，开启了节能、高效且用途广泛的无线通信新时代。 超凡性能，打破传统界限 LaKi技术的核心亮点在于其惊人的空口速率高达1Mbps，这一速率不仅确保了语音数据的高速传输，还为未来的功能升级和多元应用场景预留了充足空间。尤其值得一提的是，仅需微弱的5dBm发射功率，LaKi即可实现超过1.5公里的有效通信距离，远超同类技术标准。这意味着在保持超低能耗的同时，LaKi设备能在更大范围内可靠地进行语音对讲，大大拓宽了用户活动范围，尤其适用于户外探险、大型活动管理、应急响应等需要广阔覆盖的场景。 实测验证，超越期待表现 实际测试进一步验证了LaKi技术的强大实力。在仅采用100mW发射功率与2dBi天线配置下，LaKi系统成功实现了长达3.5公里以上的清晰语音通信，这与市面上普遍采用2W发射功率的传统对讲机所达到的距离旗鼓相当。这一卓越表现不仅彰显了LaKi技术的能效比优势，更证实其在降低设备体积、减轻重量、延长电池寿命等方面具有无可比拟的潜力，为用户带来轻便、持久且高性能的对讲体验。 大带宽，开启多方对话新纪元 LaKi技术的大带宽特性赋予了系统充足的资源余量，使其能够轻松应对复杂、多变的通信需求。目前，LaKi已成功实现八方同时通话，彻底颠覆了传统一对一或小规模组群对讲的局限。无论是大规模团队协作、紧急调度指挥，还是跨地域的多方会议交流，LaKi都能确保每位参与者的声音清晰、流畅地传递，实现真正意义上的实时多方通话，极大地提升了沟通效率与协同效果。 LaKi超低功耗实时广域网技术以其独特的技术优势，正在改写无网络语音对讲的规则手册。凭借超高的空口速率、极低的发射功率需求、超远通信距离以及开创性的多方实时通话功能，LaKi为各行各业提供了前所未有的高效、节能、长距离的无线通信解决方案。无论是专业领域还是日常生活中，LaKi都展现出强大的适应力和革新力，无疑是引领未来语音对讲技术发展、塑造通信新标杆的杰出代表。 本文会再为大家详解无线通信模组家族中的一员——LAKI模组。 LAKI模组的定义 LaKi技术由千米电子历经多年研发而成，专注于物联网最后一千米的大规模、低成本海量覆盖。该技术包含了协议层（MAC）LaKiplus和物理层（PHY）射频SoC芯片，是目前唯一能够同时实现广覆盖、低功耗和低时延的无线技术。基于LaKi射频SoC为主而设计的模组，称之为LAKI模组. LAKI通信原理 LaKi采用CSMA/CA协议，信道利用率可以达到100%，与LoRa等采用Aloha网络模型的技术相比，利用率高得多， Aloha模型的信道利用率最高只有18%。 CSMA/CA和Aloha网络模型的具体原理见下图： 这也是为何LoRa的并发用户数量比较低的原因所在。 某用户实测数据为2000个点的LoRa网络，需要37分钟才可以盘点完毕。 就是因为信道利用率低导致严重的网络拥塞，这不光大大降低了响应速度，也会造成终端耗电的急剧上升， 上述网络的终端用20000mAh的电池供电， 两个多月就要充一次电。 LAKI模组的优势 广覆盖：LaKi射频SoC芯片接收灵敏度小于-120dBm@125kbps，系统通讯距离可达5千米以上。在发射电流仅5.9mA（5dBm功率）的条件下，LaKi能实现超过1.5公里的有效通信距离。 低时延：监听周期可设定为从数毫秒到1000秒，LaKi芯片在休眠时有8kbytes retention SRAM，可实时被动唤醒。 低功耗：最大接收电流7.5mA，发射电流4.5mA@0dBm，8mA@4dBm；在通讯距离1公里以上、1秒监听周期的情况下，平均电流小于3微安。 LaKi在这些关键指标上都处于领先地位，重新定义了物联网通信标准。相较于传统的LoRa、蓝牙（BLE）、NB-IoT以及ZigBee技术，LaKi在地理覆盖范围、设备续航能力以及实时数据处理等方面均展现出压倒性的优势，为物联网应用的部署和扩展提供了更为经济、高效、灵活的选择。无论是对于远程环境监测、大规模资产跟踪、智慧城市的基础设施管理，还是对于需要实时交互和长距离通信的各类创新应用，LaKi都以其技术革新性推动着物联网行业向更广阔、更深入、更实时的维度发展，开启了物联网应用的新纪元。 LPWAN的三种主流技术NB-IoT、LoRa和Sigfox节电的机制类似， 都是通过大量的睡眠和少量的工作时间规划来实现低功耗，而在终端睡眠时，网关是无法和终端进行任何通信的；NB-IoT和LoRa相比于Sigfox，带宽增加了，而前两者还能够支持低时延通信，后者却不能， 例如LoRa的Class C模式，NB-IoT的DRX模式，但在这样的通讯模式下，终端的功耗非常高，需要接电源或者使用大容量电池。因此，LoRa和NB-IoT是无法同时实现低时延通讯和低功耗的， 决定了他们只能根据实际应用进行取舍。可实际应用中，物联网特别是智慧物联网的多数应用是需要低时延的，也即双向实时/准实时通讯，因此，NB-IoT和LoRa只能在少数对实时性没有要求、数据量少且发送频次低的应用场景里能够有较低的总体成本。可见，虽然他们的建网成本比较低，但由于只适应少量的应用场景，导致网络能够承载的业务少，从而网络的价值并不高。这也是国内自2016年开始大力推广NB-IoT以来，人们预期的爆发却并没有到来的根本原因。 LaKi设计之初就是要同时实现广覆盖（关键特性1）、低时延（关键特性2）和低功耗（关键特性3）的，这在很多业内人士眼里看起来像是不可能的任务，但LaKi无线通讯协议从MAC层的角度同时实现了这三个特性，而LaKi射频SoC芯片则从PHY层的角度则使这个目标变成了现实。 LAKI通信与组网方式 主要采用星型网络（star network）部署，根据应用现场需要支持mesh-like和中继方式部署。后两者增强了LaKi的覆盖能力。 除了星型组网方式外， 可提供其他组网方式，如mesh-like，与星型组网方式比较，这种组网方式可以提高网络的可靠性（规避单点故障），大大提升了覆盖范围。 LAKI模组的功耗 按照NB-IoT自身的宣传来看， 5WH的电池， 每天定期醒来一次（即最省电的PSM模式，注意：并不是双向实时通信，是单向通信！）， 发送200Byte的数据，可以用12.8年。 我们可以反向推出其一天的功耗： 电池如果电压是3.7V的话， 5WH的电池电量为： 5（WH）/3.7V ≈ 1350mAH 每天的功耗：1350mAH/（12.8×365）≈0.2890mAH 这说明即使NB-IoT终端即使在无法实时响应且一天只传送一次数据的PSM模式下， 其功耗也是一天传送30次数据且能够实时响应的LaKi终端的5倍！ NB-IoT的PSM模式是无法做双向实时通信的，即使在每天200Bytes这样小的数据量的情况下，其功耗也是LaKi的五倍左右，表明NB-IoT的睡眠功耗非常高。根据华为的数据，ＤＲＸ模式一天使用２４ｍＡｈ的电量，　ｅＤＲＸ模式一天使用１．５ｍＡｈ的电量，具体监听间隔没有看到说明，但只有DRX模式可以做到接近一秒（1.28秒）的准实时响应，按照华为的宣传特点，此实际功耗应该比其宣称的24mAh的要大，但即使是按照24mAh的耗电量来看，两颗CR2450电池（理想电量1500mAh）理想使用时间也就是60天， 而可以对比的是，同样的电量，LaKi在实时双向通信模式下的理想使用时间可为72年！如果终端数量增多，还会进一步加剧功耗，根据实际的使用情况， 20000mAh的可充电电池，在200个NB-IoT终端的情况下，只能用６个月。 LoRa的情况比NB-IoT要好些，但由于其采用的Aloha网络模型等原因，信道利用率不好，实际使用中，20000mAh的电池在200个终端的情况下，可以大约使用15个月， 2000终端时大概使用3个月。 这是因为终端的增多会增加网络碰撞的几率，使终端发射时间增加，从而更加耗电。 供应商A：LaKi 常州千米电子科技 1、产品能力 （1）主推型号1：KMS2400AR Tag V1.0 产品详情介绍 TagV1.0是用LK2400SA射频SoC为主而设计的模组，其大小只有一个一元硬币大小，可以直接用来做有源RFID或者物联网连接模块。 当用TagV1.0来做有源RFID时， 在保持Tag能够实时响应且通讯距离达一公里以上时，一颗CR2432纽扣电池可以续航5年以上（理论值超10年），且盘点迅速，单信道每秒可以盘点2000以上的终端。用于物联网连接时， 在监听周期一秒（即一秒响应）、每天传输数十次数百字节信息时，平均电流小于8微安 ，年耗电量30-60mAh。 硬件参考设计 2、支撑 （1）技术产品 技术资料 9_LK2400A-API_UserManual-v4.6(40pin).pdf （如有侵权，联系删除） 本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki： Cellular IoT Wiki 知识库 (https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf) 欢迎同学们走进AmazIOT知识库的世界！ 这里是为物联网人构建的技术应用百科，以便帮助你更快更简单的开发物联网产品。 Cellular IoT Wiki初心： 在我们长期投身于蜂窝物联网 ODM/OEM 解决方案的实践过程中，一直被物联网技术碎片化与产业资源碎片化的问题所困扰。从产品定义、芯片选型，到软硬件研发和测试，物联网技术的碎片化以及产业资源的碎片化，始终对团队的产品开发交付质量和效率形成制约。为了减少因物联网碎片化而带来的重复开发工作，我们着手对物联网开发中高频应用的技术知识进行沉淀管理，并基于 Bloom OS 搭建了不同平台的 RTOS 应用生态。后来我们发现，很多物联网产品开发团队都面临着相似的困扰，于是，我们决定向全体物联网行业开发者开放奇迹物联内部沉淀的应用技术知识库 Wiki，期望能为更多物联网产品开发者减轻一些重复造轮子的负担。 Cellular IoT Wiki沉淀的技术内容方向如下： 奇迹物联的业务服务范围：基于自研的NB-IoT、Cat1、Cat4等物联网模组，为客户物联网ODM/OEM解决方案服务。我们的研发技术中心在石家庄，PCBA生产基地分布在深圳、石家庄、北京三个工厂，满足不同区域&不同量产规模&不同产品开发阶段的生产制造任务。跟传统PCBA工厂最大的区别是我们只服务物联网行业客户。 连接我们 ， 和10000+物联网开发者一起 降低技术和成本门槛 让蜂窝物联网应用更简单~~ 哈哈你终于滑到 最重要 的模块了， 千万不！要！划！走！忍住冲动！~ 欢迎加入飞书“开源技术交流群”，随时找到我们哦~ 点击链接 如何加入奇迹物联技术话题群 可以获取加入技术话题群攻略 Hey 物联网从业者， 你是否有了解过奇迹物联的官方公众号“ eSIM物联工场 ”呢？ 这里是 奇 迹物联的物联网应用技术开源wiki 主阵地，欢迎关注公众号，不迷路～ 及时获得 最新物联网应用技术沉淀发布