详细介绍一种显著降低LoRa节点功耗的方法

对于LoRa节点而言，功耗是极其重要的参数。由于LoRa节点往往安装的范围比较广，比如在农场里安装的温湿度传感器LoRa节点，覆盖整个农场，有可能数量较大，如果功耗过高，就会导致更换电池的频率过高，导致人工成本过高。因此，如何降低LoRa节点的功耗，是本领域常见的技术追求。本文介绍数据速率DR和LoRa节点功耗的关系，从而介绍一种显著降低LoRa节点功耗的方法。

想了解更完整的LoRa节点低功耗策略，可以参见文章LoRa终端低功耗策略。如果想了解如何排查LoRa节点功耗异常故障，可以参见文章LoRa节点休眠状态功耗过高，问题可能出在哪。

一、同样的节点，不同的数据速率，发送传感器数据时耗电差别可达25倍

我们以RAK瑞科慧联生产的RAK7204LoRa温湿度传感器为例，实际测试并确定不同的数据速率能造成的耗电差别。RAK7204LoRa温湿度传感器集成了环境传感器，能感测的数据包括环境温度、湿度、气压、室内空气质量。我们将其固定在室内，并且网关的位置在测试过程中也保持固定不变，网关和节点的距离大约是2米。

我们选取了两种不同的数据速率（Data Rate）来进行测试，即DR5和DR0条件下，观察其发射功率（Txpower）的测试结果。两种不同数据速率DR条件下的测试结果见图1、图2。

图1  两种不同数据速率DR条件下的测试结果

图2  两种不同数据速率DR条件下的测试结果

从图1和图2可以看出，当DR不同时，仅发送传感器数据的时间T不同，发射数据平均电流I(120mA)和睡眠电流（图中未体现，实测大约10uA）均不变。由于发送传感器数据时的电流最大（约120mA），若把电路看做直流纯电阻电路，则：可见TxPower为最大值19.15dbm（TxP0）时，DR越大，时间T越短，功耗W=I*I*R * T 越小。

第一幅图的数据发送时间T1=72.34ms，第二幅图的T2=1808.088ms，T2是T1的大约25倍。  两种DR下平均电流I都约为AVG=120mA，且认为电阻R受热不变，则数据速率采用DR0时，RAK7204LoRa温湿度传感器的发送传感器数据时的功耗，为数据速率采用DR5时的25倍。

二、同样的节点，不同的数据速率，整个周期时的耗电差别

对于同样的节点而言，不同的数据速率下，睡眠功耗是相同的，待机功耗相同，并且发送传感器数据间隔设置20秒不能变。因此，对于同一个节点来说，不同的数据速率下的除了发送数据之外的整个周期的功耗差别都不大。发送数据功耗为图1以及图2中的最高峰，前面的小峰为采集传感器数据，后面的小峰为节点接收数据。由图1和图2可见采集数据的功耗不随数据速率DR的大小变化而变化，LoRa节点接收数据的功耗和发送传感器数据的功耗呈线性关系，故不影响结论，本次未做计算。

综上，对于同一个节点，不同的数据速率，整个周期时的耗电差别基本可视为发送数据时的功耗差别。如何降低LoRa节点功耗的策略。因此，对于同一个LoRa节点而言，如果近距离且距离不变的话，想要电池使用时间长，就得设置当前数据速率DR为可用的最大数据速率。

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