為什么藍(lán)牙一主多從能解決集中式水表抄表難題？

我們?cè)凇?strong>意外風(fēng)險(xiǎn)直升？利爾達(dá)燃?xì)?a href="http://srfitnesspt.com/v/" target="_blank">智能解決方案助力安全過冬》一文中介紹過基于利爾達(dá)E9x系列藍(lán)牙模組的主從一體多連接方案。該方案能保證在低功耗的前提下實(shí)現(xiàn)多設(shè)備互聯(lián)互通。藍(lán)牙一主多從是怎么解決集中式水表抄表難題的呢？

一、計(jì)算背景

在集中式水表抄表應(yīng)用中，一種合理的通訊方案是采用BLE本地1拖10采集，再通過NB遠(yuǎn)傳。具體是1個(gè)水井中裝有11只水表，其中10只水表裝E95透?jìng)鲝臋C(jī)模塊，剩下1只水表裝E92主從一體模塊+NB模塊，10只從機(jī)水表將數(shù)據(jù)匯總到這1只主機(jī)水表，主機(jī)水表再通過NB上傳至基站+后臺(tái)。

具體從機(jī)水表1天傳3次數(shù)據(jù)給主機(jī)水表，1次數(shù)據(jù)量500bytes，主機(jī)水表不發(fā)送數(shù)據(jù)，只接收。

客戶主、從機(jī)水表，擬采用額定容量2500mAh鋰電池供電，要求運(yùn)行時(shí)間≥7年，本文將評(píng)估主機(jī)用E92、從機(jī)用E95，功耗是否可以滿足該場(chǎng)景要求。（暫不考慮主控MCU功耗，只評(píng)估BLE模塊功耗）

二、計(jì)算過程

1、一主10從工作模式介紹

為了最大程度的降低功耗，如下圖所示，E95從機(jī)大部分時(shí)間都處于廣播、低功耗狀態(tài)（BT_CTL=0，PWR_CTL=1），除了每天3次醒來跟主機(jī)建立起連接—數(shù)據(jù)通信，此時(shí)E95從機(jī)處于連接、喚醒狀態(tài)（BT_CTL=0，PWR_CTL=0）。
E92主機(jī)，大部分時(shí)間都處于斷電狀態(tài)，除了每天3次上電，執(zhí)行初始化—開始掃描—掃描到E95從機(jī)—建立連接—數(shù)據(jù)通信流程，此時(shí)E92主機(jī)處于連接、喚醒狀態(tài)（BT_CTL=0，PWR_CTL=0）。
為了降低功耗考慮，E95廣播間隔選擇5s。
為了提高數(shù)據(jù)發(fā)送速率，縮短模塊處于連接、喚醒狀態(tài)時(shí)間，主、從機(jī)連接間隔都選擇20ms。
為了E92主機(jī)能盡快的掃到E95從機(jī)廣播、并建立連接，E92的掃描間隔可選擇的小一些，如掃描間隔選擇100ms（掃描間隔越小，越容易掃到從機(jī)）。

那么E92、E95不同工作階段，平均功耗值如下：

* 參考E92主從一體使用說明書，得到如下功耗參數(shù)：

假設(shè)E92主機(jī)從上電到掃描到E95從機(jī)廣播、建立連接，需要等待3個(gè)廣播間隔時(shí)間，即3*5s=15s。

E92掃描間隔100ms，平均功耗約38uA（一般可認(rèn)為，100ms掃描功耗=100ms連接功耗）。
E92連接間隔20ms時(shí)，平均功耗約250uA。

* 參考E95從機(jī)使用說明書，得到如下功耗參數(shù)：

E95廣播間隔5s時(shí)，平均功耗約4uA。
E95連接間隔20ms時(shí)，平均功耗約3.5mA。

*下面計(jì)算500bytes數(shù)據(jù)，需要幾個(gè)連接事件能發(fā)完？

假設(shè)E92與E95建立連接后，MTU更新到最大的163，使能DLE，由于E95的txque=1，即1個(gè)連接事件里只有1次TX，那么500÷163=3.067，即500bytes數(shù)據(jù)至少需要4個(gè)連接事件才能發(fā)送完畢。

2、主、從機(jī)每日能耗計(jì)算

* E95從機(jī)每日能耗計(jì)算：

E95模塊每日處于連接狀態(tài)的時(shí)間，計(jì)算公式①如下所示：

那么E95從機(jī)每日能耗，計(jì)算公式②如下所示：

* E92主機(jī)每日能耗計(jì)算：

E92主機(jī)每日能耗，計(jì)算公式③如下所示：

3、主、從機(jī)電池額定容量計(jì)算

已知鋰電池實(shí)際容量=額定容量*60%，放電時(shí)間是7年，那么E92主機(jī)、E95從機(jī)的電池額定容量，如計(jì)算公式④所示：

三、結(jié)論

E95從機(jī)：大部分時(shí)間都處于廣播、低功耗狀態(tài)，除了每天3次喚醒，跟主機(jī)建立起連接、進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，廣播間隔選5s，連接間隔選20ms，那么計(jì)算得每日能耗約0.004mAh。

不考慮MCU功耗，要運(yùn)行7年，計(jì)算得電池額定容量是16.8mAh，遠(yuǎn)小于客戶所選電池額定容量2500mAh，所以一般是能正常運(yùn)行7年的。

E92主機(jī)：大部分時(shí)間都處于斷電狀態(tài)，除了每天3次上電，掃描到E95從機(jī)，建立起連接、進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，且建立連接后，MTU更新到最大、使能DLE。掃描間隔選100ms，連接間隔選20ms，那么計(jì)算得每日能耗約0.000006mAh。

不考慮MCU功耗，要運(yùn)行7年，計(jì)算得電池額定容量是0.0252mAh，遠(yuǎn)小于客戶所選鋰電池額定容量2500mAh，所以一般是能正常運(yùn)行7年的。