為什么藍牙一主多從能解決集中式水表抄表難題？

我們曾在《意外風險直升？利爾達燃氣智能解決方案助力安全過冬》一文中介紹過基于利爾達E9x系列藍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現多設備互聯互通。藍牙一主多從是怎么解決集中式水表抄表難題的呢？

一、計算背景

在集中式水表抄表應用中，一種合理的通訊方案是采用BLE本地1拖10采集，再通過NB遠傳。具體是1個水井中裝有11只水表，其中10只水表裝E95透傳從機模塊，剩下1只水表裝E92主從一體模塊+NB模塊，10只從機水表將數據匯總到這1只主機水表，主機水表再通過NB上傳至基站+后臺。

具體從機水表1天傳3次數據給主機水表，1次數據量500bytes，主機水表不發送數據，只接收。

客戶主、從機水表，擬采用額定容量2500mAh鋰電池供電，要求運行時間≥7年，本文將評估主機用E92、從機用E95，功耗是否可以滿足該場景要求。（暫不考慮主控MCU功耗，只評估BLE模塊功耗）

二、計算過程

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從機大部分時間都處于廣播、低功耗狀態（BT_CTL=0，PWR_CTL=1），除了每天3次醒來跟主機建立起連接—數據通信，此時E95從機處于連接、喚醒狀態（BT_CTL=0，PWR_CTL=0）。
E92主機，大部分時間都處于斷電狀態，除了每天3次上電，執行初始化—開始掃描—掃描到E95從機—建立連接—數據通信流程，此時E92主機處于連接、喚醒狀態（BT_CTL=0，PWR_CTL=0）。
為了降低功耗考慮，E95廣播間隔選擇5s。
為了提高數據發送速率，縮短模塊處于連接、喚醒狀態時間，主、從機連接間隔都選擇20ms。
為了E92主機能盡快的掃到E95從機廣播、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）。

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：

假設E92主機從上電到掃描到E95從機廣播、建立連接，需要等待3個廣播間隔時間，即3*5s=15s。

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

* 參考E95從機使用說明書，得到如下功耗參數：

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

*下面計算500bytes數據，需要幾個連接事件能發完？

假設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個連接事件里只有1次TX，那么500÷163=3.067，即500bytes數據至少需要4個連接事件才能發送完畢。

2、主、從機每日能耗計算

* E95從機每日能耗計算：

E95模塊每日處于連接狀態的時間，計算公式①如下所示：

那么E95從機每日能耗，計算公式②如下所示：

* E92主機每日能耗計算：

E92主機每日能耗，計算公式③如下所示：

3、主、從機電池額定容量計算

已知鋰電池實際容量=額定容量*60%，放電時間是7年，那么E92主機、E95從機的電池額定容量，如計算公式④所示：

三、結論

E95從機：大部分時間都處于廣播、低功耗狀態，除了每天3次喚醒，跟主機建立起連接、進行數據通信，廣播間隔選5s，連接間隔選20ms，那么計算得每日能耗約0.004mAh。

不考慮MCU功耗，要運行7年，計算得電池額定容量是16.8mAh，遠小于客戶所選電池額定容量2500mAh，所以一般是能正常運行7年的。

E92主機：大部分時間都處于斷電狀態，除了每天3次上電，掃描到E95從機，建立起連接、進行數據通信，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，那么計算得每日能耗約0.000006mAh。

不考慮MCU功耗，要運行7年，計算得電池額定容量是0.0252mAh，遠小于客戶所選鋰電池額定容量2500mAh，所以一般是能正常運行7年的。