BLE GATT一主多从功耗与电池容量评估

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　　1 背景

　　客户做水表应用，目前通讯方案是BLE 1拖10+NB远传，具体是1个水井中装有11只水表，其中10只水表装E95透传从机模块，剩下1只水表装E92主从一体模块+NB模块，10只从机水表定期将数据汇总到这1只主机水表，主机水表再通过NB上传至基站+后台。

　　客户设备采用电池供电，电池容量是2.5Ah，要求运行时间至少7年，1天内水表至少传3次数据，一次数据量是500bytes，客户主控MCU用MSP430或复旦微平台。

　　请帮忙评估目前主机用E92、从机用E95，功耗是否可以满足客户要求？（暂不考虑主控MCU功耗，只评估BLE模块功耗）

　　2 功耗分析

　　已知电池额定容量是2.5Ah，假定电池实际容量是额定值的80%，放电时间是7年，那么设备1天内平均总功耗计算公式①如下：

　　2.1 E95从机功耗计算
　　（1）E95工作模式：
　　E95从机除了每天3次被主机连接，处于连接、唤醒状态（BT_CTL=0，PWR_CTL=0）；其他时间都处于广播、休眠状态（BT_CTL=0，PWR_CTL=1），以便最大程度的降低功耗。
　　为了降低功耗考虑，广播间隔选择5s。
　　为了提高数据发送速率，缩短模块处于连接状态时间，连接间隔选择20ms。
　　参考E95从机使用说明书，得到如下功耗参数：
　　广播间隔5s时，E95平均广播功耗约4uA。
　　连接间隔20ms时，E95平均连接功耗约3.5mA。
　　假设E92与E95建立连接后，MTU更新到最大的163，使能DLE，那么通过nodic在线功耗计算工具计算得到1个连接事件里会有2次TX，如图1所示。即1个连接事件最大能发送160*2=320字节的数据，那么500字节最多需要2个连接事件即可发送完毕。

图1 nodic在线功耗计算工具

        （2）E95从机功耗计算：
　　E95模块每日处于连接状态的时间，计算公式②如下所示：

模块每日处于连接状态时间=2*连接间隔*唤醒次数=2*20ms*3=120ms

　　那么E95从机每日平均总功耗，计算公式③如下所示：

　　2.2 E92主机功耗计算
　　（1）E92工作模式：
　　E92主机除了每天3次上电，处于连接、唤醒状态（BT_CTL=0，PWR_CTL=0）；其他时间都处于断电状态，以便最大程度的降低功耗。
　　由于E95广播间隔是5s，设置的比较大，为了E92主机能尽快的搜到E95从机、并建立连接，E92的扫描间隔可选择的小一些，如扫描间隔选择100ms。
　　假设E92主机从开始扫描、扫描到E95从机，需要3个广播间隔时间，即3*5s=15s。
　　假设E92主机从开始连接、与E95从机成功建立连接，需要3s。
　　根据2.1小节所述，连接间隔选择的是20ms。
　　参考E92主从一体使用说明书，得到如下功耗参数：
　　开始扫描至连接成功建立期间，E92平均功耗一般可认为等同于，100ms连接间隔功耗，具体是38uA。
　　连接间隔20ms时，E92平均连接功耗约250uA。
　　根据2.1小节所述，500字节最多需要2个连接事件即可发送完毕。
　　（2）E92主机功耗计算：
　　E92主机每日平均总功耗，计算公式④如下所示：

　　3 结论
　　E95从机除了每天3次被主机连接，处于连接、唤醒状态，其他时间都处于广播、休眠状态，广播间隔选5s，连接间隔选20ms。
　　E92主机除了每天3次上电主动去连接从机，其他时间都处于断电状态，扫描间隔选100ms，连接间隔选20ms。
　　E92与E95建立连接后，MTU更新到最大，使能DLE，那么客户所选电池是有可能正常运行7年的。