BLE低功耗藍(lán)牙模塊之所以能做到uA級(jí)別的功耗，在使用紐扣電池供電的情況下能工作達(dá)半年甚至更久的原因就是BLE特殊的休眠的機(jī)制，簡(jiǎn)單概括就是在特定的時(shí)間啟動(dòng)射頻，快速地發(fā)射完數(shù)據(jù)后關(guān)閉射頻進(jìn)入休眠狀態(tài)，也就是說在BLE工作期間，其射頻大部分時(shí)間都是處于關(guān)閉狀態(tài)，所以它的功耗就能非常低。
圖1就展示了BLE設(shè)備發(fā)送廣播數(shù)據(jù)的電流（圖片來源于億佰特產(chǎn)品實(shí)測(cè)）。
圖1 BLE設(shè)備廣播電流
本文所說的影響功耗的參數(shù)是站在BLE協(xié)議棧的基礎(chǔ)上來說的，不包括硬件本身帶來的功耗，比如當(dāng)你模塊負(fù)載著很多LED的時(shí)候，你跟我說BLE模塊的功耗降不下來，這就是：盲人抬石頭——瞎抬杠呢。
言歸正傳，影響B(tài)LE功耗的參數(shù)有如下幾個(gè)：
廣播間隙(Advertising interval)
連接間隙（Connection Interval）
從設(shè)備延遲（Slave Latency）
連接超時(shí)（Supervision Timeout）
掃描窗口（Scan Window）
掃描間隙（Scan Interval）
BLE低功耗藍(lán)牙模塊設(shè)備在每次廣播時(shí)，都會(huì)在三個(gè)信道上發(fā)送相同的報(bào)文，這些報(bào)文被稱為一個(gè)廣播事件，兩個(gè)相鄰的廣播事件的時(shí)間就是廣播間隙。關(guān)于廣播間隙的定義如圖2（圖片來自Core_v5.0，藍(lán)牙核心協(xié)議5.0）
圖2 廣播間隙
廣播間隙是針對(duì)從機(jī)設(shè)備來說的，廣播間隙決定了從機(jī)設(shè)備的廣播頻率，你說是一秒鐘發(fā)一次數(shù)據(jù)的功耗高呢，還是一秒鐘發(fā)十次數(shù)據(jù)的功耗高呢？所以將BLE廣播間隙調(diào)大一些，這樣在單位時(shí)間中廣播次數(shù)減少，就能有效的降低功耗。范圍如圖3所示（圖片來自Core_v5.0，藍(lán)牙核心協(xié)議5.0）
圖3 廣播間隙范圍
BLE主機(jī)設(shè)備和從機(jī)設(shè)備建立連接后，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的間隔稱為連接間隙，注意是主從設(shè)備建立連接后。關(guān)于連接間隙的定義如圖4（圖片來自Core_v5.0，藍(lán)牙核心協(xié)議5.0）
圖4 連接間隙
連接間隙就是指主機(jī)從機(jī)設(shè)備之間的交互頻率，將連接間隙調(diào)大一些即可有效的降低功耗。連接間隙的參數(shù)范圍也有一個(gè)規(guī)定值，如圖5所示（圖片來自Core_v5.0，藍(lán)牙核心協(xié)議5.0）
圖5 連接間隙范圍
從設(shè)備延遲是指在連接將被終止之前從設(shè)備能夠處于睡眠狀態(tài)的BLE連接間隔的數(shù)目。為了形象的說明此概念，引用圖6來進(jìn)行解釋。
圖6 Slave Latency圖解
從圖中可以看出當(dāng)從設(shè)備延遲關(guān)閉（即等于0的時(shí)候），每一個(gè)主機(jī)發(fā)起的數(shù)據(jù)交互從機(jī)都必須要響應(yīng)，當(dāng)從設(shè)備延遲打開（圖中等于3的時(shí)候），從機(jī)可以忽略3次主機(jī)發(fā)起的數(shù)據(jù)交互請(qǐng)求，而繼續(xù)處于休眠狀態(tài)。
從圖6也可以看出當(dāng)開啟從設(shè)備延遲時(shí)，從機(jī)處于休眠的時(shí)間就更多，那么設(shè)備就可以更省電。
連接超時(shí)又叫監(jiān)控超時(shí)，是指LE鏈路的鏈路監(jiān)督超時(shí)時(shí)間，必須是10ms的整數(shù)倍。必須滿足關(guān)系：Timeout >(1 + Latency) * Interval_Max * 2。連接超時(shí)范圍如圖7所示（圖片來自Core_v5.0，藍(lán)牙核心協(xié)議5.0）
圖7 連接超時(shí)范圍
掃描參數(shù)是藍(lán)牙主機(jī)設(shè)備特有的參數(shù)，每次掃描時(shí)，設(shè)備打開接收器去監(jiān)聽廣播設(shè)備，這稱為一個(gè)掃描事件。掃描參數(shù)有兩個(gè)：掃描窗口與掃描間隔。如圖8所示（圖片來自Core_v5.0，藍(lán)牙核心協(xié)議5.0）
圖8 掃描參數(shù)構(gòu)成
關(guān)于掃描間隙和掃描窗口的定義如圖9所示（圖片來自Core_v5.0，藍(lán)牙核心協(xié)議5.0）、
圖9 Scan Interval 和Scan Window定義
掃描窗口（Scan Window）：掃描窗口是指進(jìn)行一次掃描的時(shí)間寬度，也就是掃描的持續(xù)時(shí)間。持續(xù)時(shí)間越短消耗的能源就越少。
掃描間隙（Scan Interval）：掃描間隙是指兩個(gè)連續(xù)的掃描窗口的起始時(shí)間的間隔。即可以理解為掃描頻率，頻率越低消耗的能量就越少。
需要注意的是掃描窗口要小于掃描間隙。
參數(shù)范圍如圖10所示（圖片來自Core_v5.0，藍(lán)牙核心協(xié)議5.0）
圖10 掃描間隙掃描窗口范圍
本文基于億佰特E104系列的BLE藍(lán)牙模塊，來說明如何通過AT指令設(shè)置參數(shù)來降低BLE模塊的功耗。
圖11 設(shè)置廣播間隙為1s和100ms
設(shè)置成功后通過電流測(cè)試工具抓取電流數(shù)據(jù)如圖12所示，可以看到平均值為29.93uA。設(shè)置為100ms時(shí)的功耗為250uA.
圖12 1s和100ms廣播間隙的功耗對(duì)比
02、 BLE低功耗藍(lán)牙模塊設(shè)置連接間隙
打開串口助手發(fā)送指令如圖13所示，設(shè)置連接間隙為1s：AT+CONMAXINTV=800（800*1.25=1000ms）, AT+CONMININTV=800（800*1.25=1000ms），設(shè)置連接間隙為100ms
圖13 設(shè)置連接間隙為1s和100ms
成功設(shè)置連接間隙后使用儀器抓取功耗如圖14所示。連接間隙為1s時(shí)功耗259uA,連接間隙為100ms時(shí)功耗為335uA。
圖14 1s連接間隙和100ms連接間隙功耗對(duì)比
在設(shè)置從設(shè)備延遲和連接超時(shí)的時(shí)候需要注意參數(shù)范圍：
設(shè)置參數(shù)如圖15所示：Timeout >(1 + Latency) * Interval_Max * 2
5000>(1+20)*100*2
圖15 設(shè)置從設(shè)備延遲和連接超時(shí)
需要注意蘋果系統(tǒng)的設(shè)備做主機(jī)的時(shí)候，連接參數(shù)更為苛刻，需要滿足以下關(guān)系，否則連接可能存在異常。
Interval_Max* (Slave Latency + 1) ≤ 2 seconds
Interval_Min≥ 20 ms
Interval_Min+ 20 ms ≤ Interval_Max
SlaveLatency ≤ 4
Timeout ≤6 s
Interval_Max* (Slave Latency + 1) * 3 < Timeout
設(shè)置掃描參數(shù)為1s和10ms，如圖16所示：
圖16 設(shè)置掃描參數(shù)為1s和10ms
設(shè)置成功后，通過儀器觀察功耗情況如圖17所示：
1s的掃描間隙掃描窗口平均電流：72.4uA
10ms掃描間隙掃描窗口平均電流：3.37mA
圖17 1s掃描間隙與10ms掃描間隙功耗對(duì)比
附：
億佰特目前的BLE系列藍(lán)牙模塊產(chǎn)品眾多，這里就不對(duì)每種型號(hào)做示例，可根據(jù)自己手里的型號(hào)找到對(duì)應(yīng)手冊(cè)中的指令進(jìn)行設(shè)置。
若使用的是別的公司的產(chǎn)品，想要降低功耗亦可設(shè)置這些參數(shù)來降低功耗。這里附上一些億佰特?zé)o線模塊產(chǎn)品測(cè)試的具體數(shù)據(jù)，就能更直觀地看到各個(gè)參數(shù)對(duì)于功耗的影響：
今天的分享就到這里啦，EBYTE每一天都致力于更好的助力物聯(lián)化、智能化、自動(dòng)化的發(fā)展，提升資源利用率，更多BLE藍(lán)牙模塊和藍(lán)牙技術(shù)資料，感興趣的小伙伴可以登錄我們的億佰特官網(wǎng)進(jìn)行了解，也可以直接撥打400電話咨詢技術(shù)專員！
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