Сколько потребляет блютуз модуль
Обновлено: 03.07.2024
Навеяло в голову понять почему и как смартфон садит батарею. Решил теоретически разобраться. Основное потребление в телефоне - это 3G связь, потом WI-FI, потом bluetooth, потом NFC. Правильно? Но почитал в сети про потребление NFC и оказалось, что если эту ерунду заставить постоянно сканировать, то она жрёт аж 100 миллиампер! Ну это-ж надо так кушать! И весь её "экономный" потенциал оказался в простейшей минимизации времени работы в эфире. Но расстояния-то микроскопические! А потребление просто слоновье! Как так?
И по блютузу - про него в википедии пишут, мол 15 миллиампер потребляет. Но опять же - в среднем, то есть с выходом в эфир раз в сто лет. А если постоянно будет вещать - всё, телефон загнётся через пару часов. Ну тут хотя бы расстоянием до 50 метров (BluetoothLE) пугают. А вот NFC с её "до 20 сантиметров" - и как жрёт! Ни в какие ворота!
Вот поэтому чисто теоретически возникает такая мысль - для передачи сигнала достаточно энергии, затухающей пропорционально квадрату расстояния, то есть условно, если 100 ватт дадут 100 километров, то 1 ватт даст - 100/100^2==1/X^2 => X=sqrt(100) = 10 км. Всего в 10 раз уменьшилось расстояние при уменьшении мощности в 100 раз. И то же самое ожидается от блютузов и прочих вайфаев, нет? Тогда при сокращении расстояния с 50 метров до 0.2 метров имеем сокращение требуемой мощности в 250^2=62500 раз. А подлый NFC аж 100 миллиампер жрёт в режиме сканирования на расстоянии до 20 см. Ну пусть он там наводит некое питающее напряжение на удалённом приёмнике, но всё равно - должно же потребление энергии сократиться при физическом сокращении потребности в мощности аж в 62500 раз! Хотя как там этот удалённый трансформатор организован технически - не знаю, поэтому может на передачу лошадиных доз энергии на приёмник и уходит всё потребление NFC?
Поэтому вопрос - а возможно ли на практике сокращение потребления энергии в тысячи раз при сокращении расстояния с 50 до 0.2 метров? Ведь остаются ещё вопросы защиты от помех. Плюс неуничтожимы некие минимальные токи потребления, ниже которых уже никаким расстоянием не опустишь. Вот как эти факторы влияют на теоретически такую простую задачу, как передать информацию на в сотню раз меньшее расстояние?
Ну или по другому - сколько мог бы потреблять передатчик типа блютуза, но с расстоянием передачи 20 сантиметров? Можно хотя бы менее 1 миллиампера опустить потребление?
Понадобилось мне один свой проект по-быстрому дополнить возможностью доступа к прибору через Bluetooth. Взгляд мой упал на давно валявшийся в столе модуль MLT-BT05 (такой, как на КДПВ), с которым когда-то поигрался, убедился в том, что байтики туда-сюда бегают и AT-команды отрабатываются, да и отложил за ненадобностью. На плате прибора был разведен и выведен на разъем свободный UART и оставалось только припаять модуль к его ответной части и дописать соответствующий код в прошивку. Возникал только один вопрос: питание у прибора батарейное, так что лишнее потребление нам ни к чему. Особенно когда модуль не используется. Bluetooth в нем, конечно, Low Energy, но возник вопрос, насколько low эта energy. Поиск не дал результатов -- единственная найденная цифра была "до 50 мА". Значит, придется измерять самостоятельно.
Пробуем мультиметром
Мультиметр разочаровал. Нет, он показал примерно 8,5-8,7 мА, когда модуль в активном состоянии, независимо от того, бегают данные или нет, и независимо от настройки мощности (такое впечатление, что ничего она не настраивает), режима работы и т.п. Но когда я отдал команду AT+SLEEP , мультиметр стал показывать лишь пляшущие циферки -- ток то падал до нуля, то подскакивал до 2-3 мА. Собственно, это и ожидалось -- ведь в спящем режиме модуль должен время от времени просыпаться и что-то делать, чтобы к нему можно было подключиться. Но как узнать, сколько на самом деле потребляет наш "синий зуб". И самое главное -- можно ли "задавить" это потребление в нерабочем состоянии до близкого к нулевому, избежав необходимости вводить в схему дополнительное управление питанием?
Включаем осциллограф
Предварительно впаяв в разрыв питания резистор на 10 Ом. Соответственно, 1 мА тока будет соответствовать падению напряжения 10 мВ.
В активном режиме наблюдаем примерно то, что показывал мультиметр. То есть постоянное потребление около 8,5 мА, перемежаемое то ли короткими импульсами, то ли помехами. А в режиме сна уже интереснее. Вот осциллограмма на скорости развертки 20 мс/дел.
Тут много помех, но на их фоне отчетливо видны две последовательности импульсов потребляемого тока. Между маленькими импульсами четко 100 мс, между большими чуть больше -- 106 мс, при этом большие импульсы с маленькими никак не связаны, то попадая друг между другом, то накладываясь друг на друга. Но интервалы между двумя маленькими или двумя большими импульсами все время одинаковые.
А тут осциллограммы маленького и большого импульсов укрупненно.
Так выглядит потребляемый ток в режиме Peripherial ( AT+ROLE0 ), когда модуль готов к подключению извне и сигналит в эфир, передавая свой "позывной", для того, чтобы его можно было найти и подключиться к нему. Если мы переключим модуль в режим Central ( AT+ROLE1 ), то в спящем режиме он замолкает. Потребление явно снижается, но не до нуля. На осциллограмме потребляемого тока исчезают большие импульсы -- вероятно, это ток передатчика. Маленькие же остаются, интервал между ними не изменяется. В обоих режимах ни на интервалы между этими импульсами потребления, ни на их амплитуду не влияют никакие настройки, осуществляемые AT-командами.
А теперь посчитаем
Знаете, как интегрировать с помощью ножниц? Для этого график вырезают из бумаги и кладут на весы. Когда у нас в аналитическом практикуме была задача по хроматографии, мы перерисовывали пики на рентгеновскую пленку -- она тяжелая, точность выходит лучше. Здесь я воспользовался прозрачной пленкой из-под ламинатора, наложенной на экран осциллографа, на которой маркером обвел кривые. Поделив отрезанную площадь на длину отрезка и пересчитав все обратно в миллиамперы, я получил следующие значения среднего тока:
у маленького импульса 7,8 мА за 2 мс;
у большого -- 12,9 мА за 4,2 мс.
для маленьких импульсов средний ток Iср = 7,8 мА * 2 мс / 100 мс = 0,156 мА;
для больших -- Iср = 12,9 мА * 4,2 мс / 106 мс = 0,511 мА.
В режиме AT+ROLE0 потребляемый ток включает обе серии импульсов, так что потребляемый ток в этом режиме равен сумме этих токов и составляет 0,667 мА.
Заключение
Итак, мы имеем следующие значения потребляемых токов в различных режимах работы модуля:
В активном режиме: 8,5..8,7 мА
в центральной роли: 156 мкА
в периферийной роли: 667 мкА.
Потребляемый ток не удается опустить ниже 156 мкА никакими настройками и этот ток явно слишком велик для потребления от батареи "выключенного" устройства, так что если выключение питания в вашей конструкции сделано переводом МК в режим STANDBY, придется озаботиться для модуля персональным ключом для его обесточивания. Впрочем, при потребляемом токе не более 10 мА, можно запитать модуль прямо от порта МК, не используя дополнительных ключей.
Взрывное расширение сферы использования устройств Bluetooth с низким энергопотреблением (Bluetooth Low Energy – BLE) выдвигает на передний план вопросы их энергопотребления в приложениях с батарейным питанием. В созданном компанией Panasonic семействе «наномощных» модулей BLE второго поколения токи потребления в режимах приема и передачи снижены на 66% по сравнению с современными устройствами BLE, и примерно на 90% по сравнению с классическим устройствами Bluetooth. Но еще важнее то, что снижение этих токов не привело ни к сокращению радиуса действия модуля, ни к снижению его выходной мощности, ни к изменению каких-либо спецификаций Bluetooth.
Серия PAN1740 «наномощных» модулей Bluetooth Low Energy следующего поколения отличается сокращенными размерами, существенно меньшим расходом энергии, а также наличием встроенного стека BLE и профиля GATT. Кроме того, для работы модуля требуется меньше внешних компонентов. Эта однорежимная Bluetooth система на кристалле оптимизирована по энергопотреблению и габаритам. Ток, потребляемый модулем в режиме передачи или приема, не превышает 5 мА, что позволяет не только использовать для его питания дисковые батарейки, но и вдвое продлить их ресурс по сравнению с современными устройствами BLE. В полностью экранированном корпусе с интегрированными кварцевыми генераторами и чип антенной модули PAN1740 имеют размеры 9.0 × 9.5 × 1.8 мм – наименьшие среди всех доступных модулей BLE. На модули PAN1740 получены сертификаты соответствия стандарту Bluetooth 4.0 от таких организаций, как FCC, IC и CE. Разработанный инженерами Panasonic очень простой в использовании демонстрационный набор EVAL_PAN1740 позволит снизить трудоемкость разработки и ускорить выход продукции на рынок.
Несмотря на то что в последнее время смартфоны начали оснащаться более или менее ёмкими аккумуляторами, с которыми они живут по 2, а иногда даже по 3 дня, многим из нас всё равно это кажется недостаточным. Поэтому мы стараемся всячески способствовать снижению расхода энергии, чтобы ещё хоть немного продлить время работы своих аппаратов. Одни для этого постоянно держат включённым режим экономии энергии, другие убавляют до минимума яркость экрана, а третьи – что бы вы думали – отключают Bluetooth. А есть ли в этом практический смысл?
Расходует ли Bluetooth энергию смартфона? Давайте проверим
Если посудить, то пользователи в большинстве своём делятся на два типа: на тех, кто отключает Bluetooth в моменты простоя, и тех, кто Bluetooth не отключает. Первые искренне полагают, что беспроводной интерфейс может попусту расходовать энергию аккумулятора, а вторые уверены, что это не так, поскольку энергоэффективность протокола находится на высоком уровне. В принципе, есть ещё и те, кто верит, что Bluetooth вызывает рак, а потому никогда его не включают, но о них мы поговорим как-нибудь в следующий раз. А пока остановимся на расходе энергии.
Блютуз расход батареи
Чтобы выяснить реальный расход энергии Bluetooth-модулями смартфонов, было взято пять тестовых аппаратов: Galaxy S20+, Huawei P40 Pro, ZTE Axon 11, Pocophone F2 Pro и Realme X3 Superzoom. Каждый из них подвергли тестированию по двум сценариям:
Второй сценарий (следовал сразу за вторым): на смартфонах запускали Bluetooth в режиме ожидания, включали четырёхчасовое видео и сравнивали расход с таким же аппаратами, но с выключенным Bluetooth. А в качестве эталона взяли расход при подключении к беспроводным наушникам в момент воспроизведения музыки. Для верности яркость их экранов установили н отметке 200 нит, отключили сотовые данные, NFC и другие интерфейсы, кроме Wi-Fi, по которому шла трансляция видеосигнала.
Сколько зарядки расходуют Bluetooth-наушники
Несмотря на то что обычно усреднение показателей является верным признаком того, что вас хотят ввести в заблуждение, в данном случае замер «средней температуры по больнице» ничего принципиально не изменил. По итогам тестов выяснилось, что активный Bluetooth, но находящийся в режиме ожидания, в среднем расходует около 1,8% зарядки. Ведь если с выключенным Bluetooth смартфоны расходовали примерно 49,4% ресурса батареи, то с включенным – 51,2%. Получается, что при условии использования аппарата «от и до», Bluetooth израсходует около 4%.
Если смартфон транслирует музыку на Bluetooth-наушники, он израсходует меньше энергии, чем если Bluetooth будет находиться в режиме ожидания
Много ли это? Откровенно говоря, нет. Не то чтобы я настаивал на том, чтобы вы оставляли Bluetooth активным всегда, но будьте уверены, что, если вы вдруг забудете отключить этот протокол, ничего страшного не случится и зарядка не вылетит в трубу. Очень показателен расход энергии беспроводным протоколом в режиме сна. За 16 часов, которые смартфон находился без действия, Bluetooth повысил расход энергии на 0,2%. Но это настолько мало, что зафиксированный результат вполне можно списать на статистическую погрешность.
Google не стала исправлять баг в Android 8 и 9, который позволяет взломать смартфон по Bluetooth
А вот что меня удивило больше всего, так это тестирование смартфонов, подключенных к Bluetooth-наушникам. Как оказалось, в режиме воспроизведения музыки через беспроводную гарнитуру аккумулятор расходует меньше энергии, чем если Bluetooth будет находиться в состоянии простоя. Несмотря на то что в этот момент модуль не связывает смартфон с внешними аксессуарами, он время от времени просыпается и ищет совместимые устройства для подключения. На выходе это даёт даже более ощутимый расход энергии, чем передача музыки.
Современный смартфон несет «на борту» множество беспроводных технологий, и все они нуждаются в питании. Некоторые пользователи даже выключают Wi-Fi, Bluetooth или NFC, когда ими не пользуются. Давайте разберемся, сколько энергии на самом деле потребляют эти модули и есть ли смысл их постоянно отключать.
Потребление ночью
Сперва выясним, сколько «кушают» основные беспроводные потребители, когда вы спите. Все тесты мы проводили на смартфоне OnePlus Nord (8/128 ГБ, NFC, Wi-Fi, Bluetooth 5.1, LTE, 4G, батарея — 4115 мА*ч), который недавно получил обновление до актуального Android 11. Согласно данным приложения AccuBattery Pro, состояние аккумулятора — 93% или 3 847 мА*ч. Установлено 52 сторонних приложения, среди которых около десятка стабильно присылают уведомления (социальные сети и мессенджеры). Одним словом, среднестатистический девайс обычного человека.
Аппарат тестировался в режиме ожидания с 23:00 до 7:00, то есть ровно восемь часов. В первом случае все беспроводные сети были выключены. Во вторую ночь смартфон был подключен к домашней сети Wi-Fi диапазона 5 ГГц, а через Bluetooth сопряжен со смарт-часами Amazfit GTS.
Были включены NFC и геолокация, а также режим «не беспокоить», чтобы уведомления не прерывали сон автора.
По итогу выясняем, что «активный» смартфон разрядился всего на 1% больше. За эти восемь часов пришло шесть уведомлений из мессенджеров. Спящий режим работает довольно эффективно.
Wi-Fi или 4G
Безлимитные тарифы у операторов стали доступнее. Многие и вовсе не пользуются Wi-Fi на телефоне, предпочитая мобильный интернет. Считается, что последний разряжает смартфон гораздо быстрее. Давайте проверим это на практике. Посмотрим, насколько эффективно работает модем современного процессора на примере Snapdragon 765G, выпущенного в прошлом году.
Прогоняем тестовое видео длительностью один час. Яркость зафиксируем на уровне 30%. В первом случае телефон использует 4G-сигнал, во втором — уже упомянутую сеть Wi-Fi на 5 ГГц.
Как видим, сотовые данные действительно потребляют больше энергии: на относительно небольшом отрезке получаем 7% против 5% у «вайфая». Разница в скорости разряда видна даже на стандартном графике Android: пологая кривая после перехода на 4G резко устремляется вниз.
И это в идеальных условиях, когда смартфон лежит на одном месте. Если вы будете использовать 4G на улице, постоянно перемещаясь при этом, модем будет подключаться к разным сотовым вышкам и расходовать еще больше заряда.
Правда и в случае с Wi-Fi возможна аналогичная ситуация: например, в крупном торговом центре, когда телефон будет периодически терять сигнал и подключаться к нескольким точкам доступа в здании.
Вывод очевиден — дома лучше использовать Wi-Fi. Он не только потребляет меньше заряда, но и гораздо стабильнее по уровню сигнала и задержкам. Конечно, это справедливо при условии, что у вас хороший роутер.
Bluetooth-наушники против проводных
За последние пару лет беспроводные гарнитуры обрели популярность. Благодаря тому, что появились доступные модели в пределах пары тысяч рублей, люди стали гораздо охотнее избавляться от проводов. Но насколько активнее беспроводная гарнитура разряжает телефон по сравнению с традиционными «хвостатыми» наушниками? Давайте выясним. В качестве беспроводного варианта возьмем недорогое TWS-решение от Xiaomi — Mi True Wireless Earbuds.
Оппонировать им будут арматурные Xiaomi Mi In-Ear Headphones Pro HD с переходником на Type-C, поскольку тестируемый телефон не имеет разъема на 3,5 мм.
Прогоняем пару раз то же самое видео, громкость фиксируем на 50%. Как и следовало ожидать, расход выше с беспроводными наушниками: часть энергии тратится на работу модуля, отвечающего за беспроводное соединение между устройствами, и поддержание связи между ними.
Несмотря на наличие Bluetooth 5.0 у беспроводных наушников, который обещает уменьшенное потребление энергии в сравнении с четвертой версией, с «хвостатым» собратом им не потягаться. На небольшом отрезке энергопотребление оказывается практически на 30% выше.
А что с NFC и геолокацией?
Проведя пару тестов со включенными NFC и GPS, а затем выключив их, мы обнаружили, что они вообще не влияют на скорость разряда. В режиме ожидания беспроводные протоколы потребляют ничтожно мало энергии. Они активируются, только когда вы ими пользуетесь: оплачиваете покупки или прикладываете телефон к NFC-метке, смотрите карту или пользуетесь навигацией.
Правда, в случае с GPS стоит сделать небольшую ремарку. Некоторые приложения могут использовать геолокацию в фоновом режиме. Чтобы отключить эту функцию, зайдите в настройки разрешений для конкретной программы и выберите «Местоположение»:
Что в итоге?
Отметим, что не всегда в увеличенном расходе виноваты беспроводные сети и аксессуары. Расход энергии может увеличиваться или уменьшаться не только из-за конкретных сервисов, он также зависит от конкретной модели. Смартфоны используют разные процессоры (Snapdragon, Kirin, Exynos, Helio), а каждый производитель разрабатывает свой вариант прошивки для Android. При этом подход к оптимизации энергопотребления может существенно различаться.
Например, пользователи Samsung Galaxy S20 жаловались на плохое время автономной работы из-за прожорливого процессора и недоработок в оптимизации прошивки. Компания учла критику и в S21 установила новый процессор, который стал чуть быстрее и при этом экономичнее. Обновили и алгоритмы, отвечающие за энергопотребление. В результате новая модель заметно превзошла своего предшественника в плане автономности.
Кроме того, у каждого человека имеются свои сценарии использования: кому-то важно, чтобы смартфон жил два-три дня, другие же пользуются возможностями на полную катушку.
Однако следует учитывать, что мобильный интернет, геолокация и Bluetooth-наушники быстрее разрядят аккумулятор при любом сценарии использования и в любой модели, поскольку принцип их работы одинаков для всех. Если для вас это важно, попробуйте настроить сценарии работы и оптимизировать расход энергии.
Читайте также: