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利尔达科技集团

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利尔达科技集团股份有限公司是一家提供物联网解决方案的国家重点领域高科技技术企业、国家火炬重点高新技术企业,致力于“让万物互联更简单”!

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。

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