藍(lán)牙低功耗（BLE）技術(shù)因其在低功耗設(shè)備中的廣泛應(yīng)用而受到青睞。然而，為了實(shí)現(xiàn)更長的電池壽命和更優(yōu)的設(shè)備性能，開發(fā)者需要了解并掌握影響B(tài)LE設(shè)備功耗的關(guān)鍵參數(shù)。本文將提供詳細(xì)的參數(shù)設(shè)置指南，幫助開發(fā)者優(yōu)化BLE設(shè)備的性能。

BLE之所以能做到μA級別的功耗，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，簡單概括就是在特定的時間啟動射頻，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（圖片來源于信馳達(dá)產(chǎn)品實(shí)測）。

圖1 BLE設(shè)備廣播電流

影響B(tài)LE功耗的參數(shù)

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的時候，BLE模塊的功耗降不下來，這就不在討論范圍之內(nèi)。

影響B(tài)LE功耗的參數(shù)有如下幾個：

• 廣播間隙(Advertising interval)

• 連接間隙（Connection Interval）

• 從設(shè)備延遲（Slave Latency）

• 連接超時（Supervision Timeout）

• 掃描窗口（Scan Window）

• 掃描間隙（Scan Interval）

1.廣播間隙(Advertising interval)

BLE設(shè)備在每次廣播時，都會在三個信道上發(fā)送相同的報(bào)文，這些報(bào)文被稱為一個廣播事件，兩個相鄰的廣播事件的時間就是廣播間隙。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

2.連接間隙（Connection Interval）

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

3.從設(shè)備延遲（Slave Latency）

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的時候），每一個主機(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的時候），從機(jī)可以忽略3次主機(jī)發(fā)起的數(shù)據(jù)交互請求，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，從機(jī)處于休眠的時間就更多，那么設(shè)備就可以更省電。

4.連接超時（Supervision Timeout）

連接超時又叫監(jiān)控超時，是指LE鏈路的鏈路監(jiān)督超時時間，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 連接超時范圍

5.掃描參數(shù): 掃描窗口（Scan Window）、掃描間隙（Scan Interval）

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，設(shè)備打開接收器去監(jiān)聽廣播設(shè)備，這稱為一個掃描事件。掃描參數(shù)有兩個：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)行一次掃描的時間寬度，也就是掃描的持續(xù)時間。持續(xù)時間越短消耗的能源就越少。

掃描間隙（Scan Interval）：掃描間隙是指兩個連續(xù)的掃描窗口的起始時間的間隔。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

如何設(shè)置參數(shù)來降低功耗？

本文基于信馳達(dá)nRF52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。

1.設(shè)置廣播間隙

打開串口助手發(fā)送指令，如圖11所示：AT+ADVINTV=1600（1600*0.625=1000ms），AT+ADVINTV=1600（160*0.625=100ms）

圖11 設(shè)置廣播間隙為1s和100ms

設(shè)置成功后通過電流測試工具抓取電流數(shù)據(jù)如圖12所示，可以看到平均值為29.93uA。設(shè)置為100ms時的功耗為250uA.

圖12  1s和100ms廣播間隙的功耗對比

2.設(shè)置廣播間隙

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時功耗259μA,連接間隙為100ms時功耗為335μA。

圖14 1s連接間隙和100ms連接間隙功耗對比

3.設(shè)置從設(shè)備延遲和鏈接超時

在設(shè)置從設(shè)備延遲和連接超時的時候需要注意參數(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

需要注意蘋果系統(tǒng)的設(shè)備做主機(jī)的時候，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

4.設(shè)置掃描參數(shù)

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：72.4μA

10ms掃描間隙掃描窗口平均電流：3.37mA

圖17 1s掃描間隙與10ms掃描間隙功耗對比

附：

信馳達(dá)目前的BLE系列產(chǎn)品眾多，這里就不對每種型號做示例，可根據(jù)自己手里的型號找到對應(yīng)手冊中的指令進(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。這里附上一些信馳達(dá)產(chǎn)品測試的具體數(shù)據(jù)，就能更直觀地看到各個參數(shù)對于功耗的影響：

通過合理設(shè)置BLE設(shè)備的參數(shù)，可以有效降低功耗，延長設(shè)備的使用壽命。信馳達(dá)科技提供的BLE系列產(chǎn)品和技術(shù)支持，將助力開發(fā)者在BLE領(lǐng)域的創(chuàng)新和應(yīng)用開發(fā)。