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藍牙模塊是如何實現低功耗和多少功耗算低功耗?

目前市場上比較常見的連接技術包括wifi技術、藍牙技術和NFC等等。WiFi技術是熱點最多的無線連接,但功耗較高;NFC可以說是“最私密”的無線連接,即是近距離連接;那相比wifi模塊的高功耗、NFC近距離,藍牙模塊的低功耗無縫、快速連接顯然是物聯網市場中最有力的競爭者。

一、多低的功耗才算是低功耗藍牙呢?如何界定低功耗藍牙?

在很多低功耗應用場景中,是采用紐扣電池來供電的,采用紐扣電池來供電是低功耗藍牙設計的主要目標,而紐扣電池的使用通常有較為嚴苛的限制條件。

不過需要注意的是,紐扣電池的能量并不能完全的轉化,因為會受到溫度的影響。通常情況下,在零度時僅能提供室溫下能量的約80%。此外電池自身的自放電特性也需要予以考慮,常溫下儲存,每年容量損失小于2%。這些因素在計算工作時間時也需要予以考慮。

二、低功耗藍牙模塊如何實現低功耗?

和傳統藍牙技術相比,低功耗藍牙技術功耗方面的降低主要得益于以下幾個方面的改變:

1、低功耗藍牙實現快速連接

低功耗藍牙的機制在于可以實現快速連接,在需要發(fā)送命令或傳送狀態(tài)時,可以快速的建立連接,完成后迅速斷開連接。

BLE快速連接


快速連接對于許多低功耗設備而言是一個極大的福音,大大降低了低功耗產品的開發(fā)門檻。重點提一下,按照傳統藍牙協議規(guī)范,若某一藍牙設備正在進行廣播,則它不會響應當前正在進行的設備掃描,而低功耗藍牙協議規(guī)范允許正在進行廣播的設備連接到正在掃描的設備上,這就有效避免了重復掃描,可以大幅度地降低功耗。

2、 低功耗藍牙減少了待機功耗

傳統藍牙設備的待機耗電量大是公認的缺點之一,這與傳統藍牙技術采用 16~32 個頻道進行廣播不無關系,而低功耗藍牙僅使用 3 個廣播通道,這個改變顯然大大降低了廣播數據導致的功耗。

BLE待機功耗

此外低功耗藍牙設計了“深度睡眠”狀態(tài)來替換傳統藍牙的空閑狀態(tài),因此這樣的設計也節(jié)省了最多的能源。

3、低功耗藍牙降低了峰值功耗

射頻物理層進行了低功耗的優(yōu)化設計,使得在發(fā)射和接收時的峰值電流與傳統藍牙相比,大大降低。

4、低功耗藍牙縮短時間換取能量

時間的使用對于低功耗藍牙來說是實現低功耗的關鍵,由于無線電處于發(fā)射及接收狀態(tài)時對于能量的使用和消耗是較多的,因此以下幾個方面對功耗也是大大的減少。

  1. 高效率編碼:高效率的編碼方式可以用更少的時間發(fā)送同等數量的數據。

  2. 與傳統藍牙相比,低功耗藍牙支持超短數據包,這使得發(fā)送時所需的時間更少。

  3. 較快的啟動時間縮短發(fā)射和接收的等待時間。

  4. 占用較少的資源:協議越復雜,相應占用的資源就會多,在同等情況下對于功耗的需要就會增加。低功耗藍牙僅采用一個協議來實現服務器發(fā)現,名稱發(fā)現,信息的讀取和寫入,這比采用多個協議的經典藍牙所需的開銷少得多,從而也對降低功耗作出了貢獻。

  5. 客戶端-服務器架構:低功耗藍牙協議中采用了大家所熟知的客戶端-服務器架構,它是軟件系統體系結構,通過它可以充分利用兩端環(huán)境的優(yōu)勢,將任務合理分配到客戶端和服務器端來實現,降低了系統的通信開銷。

標準藍牙技術是一種“面向連接”的無線技術,具有固定的連接時間間隔,因此是移動電話連接無線耳機等高活動連接的理想之選。相反,藍牙低功耗技術采用可變連接時間間隔,這個間隔根據具體應用可以設置為幾毫秒到幾秒不等。

另外,因為BLE藍牙低功耗技術采用非??焖俚倪B接方式,因此平時可以處于“非連接”狀態(tài)(節(jié)省能源),此時鏈路兩端相互間只是知曉對方,只有在必要時才開啟鏈路,然后在盡可能短的時間內關閉鏈路。

BLE藍牙低功耗技術的工作模式非常適合用于從微型無線傳感器(每半秒交換一次數據)或使用完全異步通信的遙控器等其它外設傳送數據。這些設備發(fā)送的數據量非常少(通常幾個字節(jié)),而且發(fā)送次數也很少(例如每秒幾次到每分鐘一次,甚至更少)。

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