为什么蓝牙一主多从能解决集中式水表抄表难题？

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  我们曾在《意外风险直升？利尔达燃气智能解决方案助力安全过冬》一文中介绍过基于利尔达E9x系列蓝牙模组的主从一体多连接方案。该方案能保证在低功耗的前提下实现多设备互联互通。蓝牙一主多从是怎么解决集中式水表抄表难题的呢？

  一、计算背景

  在集中式水表抄表应用中，一种合理的通讯方案是采用BLE本地1拖10采集，再通过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。

  具体从机水表1天传3次数据给主机水表，1次数据量500bytes，主机水表不发送数据，只接收。

  客户主、从机水表，拟采用额定容量2500mAh锂电池供电，要求运行时间≥7年，本文将评估主机用E92、从机用E95，功耗是否可以满足该场景要求。（暂不考虑主控MCU功耗，只评估BLE模块功耗）

  二、计算过程


  1、一主10从工作模式介绍

  为了最大程度的降低功耗，如下图所示，E95从机大部分时间都处于广播、低功耗状态（BT_CTL=0，PWR_CTL=1），除了每天3次醒来跟主机建立起连接—数据通信，此时E95从机处于连接、唤醒状态（BT_CTL=0，PWR_CTL=0）。

  E92主机，大部分时间都处于断电状态，除了每天3次上电，执行初始化—开始扫描—扫描到E95从机—建立连接—数据通信流程，此时E92主机处于连接、唤醒状态（BT_CTL=0，PWR_CTL=0）。

  为了降低功耗考虑，E95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、唤醒状态时间，主、从机连接间隔都选择20ms。

  为了E92主机能尽快的扫到E95从机广播、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（扫描间隔越小，越容易扫到从机）。

  那么E92、E95不同工作阶段，平均功耗值如下：
  * 参考E92主从一体使用说明书，得到如下功耗参数：
  假设E92主机从上电到扫描到E95从机广播、建立连接，需要等待3个广播间隔时间，即3*5s=15s。
  E92扫描间隔100ms，平均功耗约38uA（一般可认为，100ms扫描功耗=100ms连接功耗）。
  E92连接间隔20ms时，平均功耗约250uA。
  * 参考E95从机使用说明书，得到如下功耗参数：
  E95广播间隔5s时，平均功耗约4uA。
  E95连接间隔20ms时，平均功耗约3.5mA。
  *下面计算500bytes数据，需要几个连接事件能发完？
  假设E92与E95建立连接后，MTU更新到最大的163，使能DLE，由于E95的txque=1，即1个连接事件里只有1次TX，那么500÷163=3.067，即500bytes数据至少需要4个连接事件才能发送完毕。

  2、主、从机每日能耗计算

  * E95从机每日能耗计算：
  E95模块每日处于连接状态的时间，计算公式①如下所示：

  那么E95从机每日能耗，计算公式②如下所示：

  * E92主机每日能耗计算：
  E92主机每日能耗，计算公式③如下所示：

  3、主、从机电池额定容量计算

  已知锂电池实际容量=额定容量*60%，放电时间是7年，那么E92主机、E95从机的电池额定容量，如计算公式④所示：

  三、结论

  E95从机：大部分时间都处于广播、低功耗状态，除了每天3次唤醒，跟主机建立起连接、进行数据通信，广播间隔选5s，连接间隔选20ms，那么计算得每日能耗约0.004mAh。

  不考虑MCU功耗，要运行7年，计算得电池额定容量是16.8mAh，远小于客户所选电池额定容量2500mAh，所以一般是能正常运行7年的。

  E92主机：大部分时间都处于断电状态，除了每天3次上电，扫描到E95从机，建立起连接、进行数据通信，且建立连接后，MTU更新到最大、使能DLE。扫描间隔选100ms，连接间隔选20ms，那么计算得每日能耗约0.000006mAh。

  不考虑MCU功耗，要运行7年，计算得电池额定容量是0.0252mAh，远小于客户所选锂电池额定容量2500mAh，所以一般是能正常运行7年的。