我们曾在《意外风险直升?利尔达燃气智能k8体育的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。