藍牙低功耗（BLE）技術因其在低功耗設備中的廣泛應用而受到青睞。然而，為了實現更長的電池壽命和更優的設備性能，開發者需要了解并掌握影響BLE設備功耗的關鍵參數。本文將提供詳細的參數設置指南，幫助開發者優化BLE設備的性能。

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半年甚至更久的原因就是BLE特殊的休眠的機制，簡單概括就是在特定的時間啟動射頻，快速地發射完數據后關閉射頻進入休眠狀態，也就是說在BLE工作期間，其射頻大部分時間都是處于關閉狀態，所以它的功耗就能非常低。

圖1就展示了BLE設備發送廣播數據的電流（圖片來源于信馳達產品實測）。

圖1 BLE設備廣播電流

影響BLE功耗的參數

本文所說的影響功耗的參數是站在BLE協議棧的基礎上來說的，不包括硬件本身帶來的功耗，比如當你模塊負載著很多LED的時候，BLE模塊的功耗降不下來，這就不在討論范圍之內。

影響BLE功耗的參數有如下幾個：

• 廣播間隙(Advertising interval)

• 連接間隙（Connection Interval）

• 從設備延遲（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設備在每次廣播時，都會在三個信道上發送相同的報文，這些報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。關于廣播間隙的定義如圖2（圖片來自Core_v5.0，藍牙核心協議5.0）

圖2 廣播間隙

廣播間隙是針對從機設備來說的，廣播間隙決定了從機設備的廣播頻率，你說是一秒鐘發一次數據的功耗高呢，還是一秒鐘發十次數據的功耗高呢？所以將BLE廣播間隙調大一些，這樣在單位時間中廣播次數減少，就能有效的降低功耗。范圍如圖3所示（圖片來自Core_v5.0，藍牙核心協議5.0）

圖3 廣播間隙范圍

2.連接間隙（Connection Interval）

BLE主機設備和從機設備建立連接后，進行數據交互的間隔稱為連接間隙，注意是主從設備建立連接后。關于連接間隙的定義如圖4（圖片來自Core_v5.0，藍牙核心協議5.0）

圖4 連接間隙

連接間隙就是指主機從機設備之間的交互頻率，將連接間隙調大一些即可有效的降低功耗。連接間隙的參數范圍也有一個規定值，如圖5所示（圖片來自Core_v5.0，藍牙核心協議5.0）

圖5 連接間隙范圍

3.從設備延遲（Slave Latency）

從設備延遲是指在連接將被終止之前從設備能夠處于睡眠狀態的BLE連接間隔的數目。為了形象的說明此概念，引用圖6來進行解釋。

圖6 Slave Latency圖解

從圖中可以看出當從設備延遲關閉（即等于0的時候），每一個主機發起的數據交互從機都必須要響應，當從設備延遲打開（圖中等于3的時候），從機可以忽略3次主機發起的數據交互請求，而繼續處于休眠狀態。

從圖6也可以看出當開啟從設備延遲時，從機處于休眠的時間就更多，那么設備就可以更省電。

4.連接超時（Supervision Timeout）

連接超時又叫監控超時，是指LE鏈路的鏈路監督超時時間，必須是10ms的整數倍。必須滿足關系：Timeout >(1 + Latency) * Interval_Max * 2。連接超時范圍如圖7所示（圖片來自Core_v5.0，藍牙核心協議5.0）

圖7 連接超時范圍

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

掃描參數是藍牙主機設備特有的參數，每次掃描時，設備打開接收器去監聽廣播設備，這稱為一個掃描事件。掃描參數有兩個：掃描窗口與掃描間隔。如圖8所示（圖片來自Core_v5.0，藍牙核心協議5.0）

圖8 掃描參數構成

關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，藍牙核心協議5.0）

圖9 Scan Interval 和Scan Window定義

掃描窗口（Scan Window）：掃描窗口是指進行一次掃描的時間寬度，也就是掃描的持續時間。持續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。

參數范圍如圖10所示（圖片來自Core_v5.0，藍牙核心協議5.0）

圖10 掃描間隙掃描窗口范圍

如何設置參數來降低功耗？

本文基于信馳達nRF52系列的BLE藍牙模塊，來說明如何通過AT指令設置參數來降低BLE模塊的功耗。

1.設置廣播間隙

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

圖11 設置廣播間隙為1s和100ms

設置成功后通過電流測試工具抓取電流數據如圖12所示，可以看到平均值為29.93uA。設置為100ms時的功耗為250uA.

圖12  1s和100ms廣播間隙的功耗對比

2.設置廣播間隙

打開串口助手發送指令如圖13所示，設置連接間隙為1s：AT+CONMAXINTV=800（800*1.25=1000ms）, AT+CONMININTV=800（800*1.25=1000ms），設置連接間隙為100ms

圖13 設置連接間隙為1s和100ms

成功設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.設置從設備延遲和鏈接超時

在設置從設備延遲和連接超時的時候需要注意參數范圍：

設置參數如圖15所示：Timeout >(1 + Latency) * Interval_Max * 2

5000>(1+20)*100*2

圖15 設置從設備延遲和連接超時

需要注意蘋果系統的設備做主機的時候，連接參數更為苛刻，需要滿足以下關系，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.設置掃描參數

設置掃描參數為1s和10ms，如圖16所示：

圖16 設置掃描參數為1s和10ms

設置成功后，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：

信馳達目前的BLE系列產品眾多，這里就不對每種型號做示例，可根據自己手里的型號找到對應手冊中的指令進行設置。

若使用的是別的公司的產品，想要降低功耗亦可設置這些參數來降低功耗。這里附上一些信馳達產品測試的具體數據，就能更直觀地看到各個參數對于功耗的影響：

通過合理設置BLE設備的參數，可以有效降低功耗，延長設備的使用壽命。信馳達科技提供的BLE系列產品和技術支持，將助力開發者在BLE領域的創新和應用開發。