Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

5 Co je třeba zvážit při výběru bezdrátové technologie pro váš produkt

Máte nápad, který chcete uvést na trh? V této sérii, John Teel procházky procesem zvětšování od prototypu k výrobě. Sledujte každou splátku a podívejte se, jak začlenit jednotlivé komponenty.


Vyžaduje váš nový projekt možnosti bezdrátové komunikace na krátkou vzdálenost? Pokud ano, je při vývoji nového produktu k dispozici několik bezdrátových technologií. Každá technologie má výhody a nevýhody a nejlepší volba závisí na aplikaci.

V tomto článku budeme porovnávat čtyři nejoblíbenější standardy bezdrátových technologií pro nové elektronické produkty, včetně: Bluetooth Classic, Bluetooth Low-Energy (také Bluetooth Smart), WiFi a WiFi Direct.

Rychlost přenosu dat

Pokud je rychlá datová propustnost nejdůležitější specifikací pro váš produkt, bude s největší pravděpodobností nejvhodnější Wi-Fi nebo WiFi Direct. Každý zná WiFi, ale o WiFi Direct se neslyšel, i když se to pomalu mění.

Pro standardní WiFi (obvykle směrovač) je vyžadován přístupový bod. Pro přenos informací z jednoho zařízení do druhého musí data procházet přes přístupový bod.

WiFi Direct je stejně rychlý jako standardní WiFi, ale eliminuje potřebu přístupového bodu. WiFi Direct umožňuje přímou komunikaci mezi zařízeními stejně jako Bluetooth.

Bezdrátový standard Rychlost přenosu
Bluetooth Low-Energy 1 Mbps
Bluetooth Classic 2-3 Mbps
WiFi / WiFi Direct 100-250 Mbps

Tabulka 1 - Porovnání rychlosti přenosu

WiFi a WiFi Direct mají maximální propustnost dat přibližně 10x rychlejší než to, co lze dosáhnout pomocí technologie Bluetooth Classic. Pokud například aplikace vyžaduje streamování videa, budete potřebovat velmi rychlé bezdrátové připojení. Technologie Bluetooth nebude dostatečně rychlá (s výjimkou snad videa s velmi nízkým rozlišením), takže budete chtít poskytovat funkce WiFi / WiFi Direct.

Na druhém konci rozsahu rychlosti je Bluetooth Low-Energy, který je přibližně o polovinu rychlejší než Bluetooth Classic. BLE je obvykle vhodné pro přenos malého množství přerušovaných dat, jako je teplota, vlhkost, pohybová data, souřadnice GPS atd.

Normálně, pokud vaše aplikace vyžaduje nepřetržitý přenos dat, například při streamování audia, je nejlepší volba Bluetooth Classic. Bluetooth Classic je speciálně optimalizován pro streamování dat oproti BLE, což je optimalizováno pro časté shluky poměrně jednoduchých dat.

Jak již bylo řečeno, je možné streamovat audio pomocí BLE, nikoli s audio kvalitou Bluetooth Classic. Vyžaduje však vlastní firmware BLE. Poskytovatel firmwaru Bluetooth Searan nabízí vlastní zásobník Bluetooth LE, který umožňuje streamování zvuku. To může být dobré řešení, pokud je životnost baterie pro váš výrobek důležitější, než mít zvuk s nejvyšší věrností.

Provozní rozsah

WiFi a WiFi Direct mají maximální přenosový dosah přibližně 60 metrů. Bluetooth (Classic nebo BLE) má obvykle maximální dosah pouze 20 metrů.

Větší rozsah WiFi je možný díky vyššímu přenosovému výkonu. Kompromisem pro tento zvýšený rozsah je životnost baterie. WiFi bude vybíjet baterii mnohem rychleji než Bluetooth, zejména Bluetooth Low-Energy.

Bezdrátový standard Rychlost přenosu
Bluetooth Low-Energy 50 ft typicky, až 1500 ft používat prodlužovač rozsahu
Bluetooth Classic 50 ft typicky, až 3000 ft používat prodlužovač rozsahu
WiFi / WiFi Direct 200 ft typicky

Tabulka 2 - Porovnání pracovního rozsahu

Existují opravdu různé třídy vysílačů Bluetooth. Většina produktů Bluetooth používá vysílač třídy 2 s pracovním dosahem kolem 50 stop. Je však také možné použít vysílač třídy 1, který má dosah blíže 100 metrů. Stejně jako u WiFi Direct však vyšší výkon snižuje životnost baterie.

Ve skutečnosti je možné rozšířit rozsah Bluetooth ještě dále přidáním okruhu extenderů, který primárně zvyšuje citlivost přijímače. Například společnost Silicon Labs nabízí modul dálkového ovládání Bluetooth LE s názvem BLE112LR, jehož maximální dosah se blíží 450 metrů. Nabízejí také modul Bluetooth Classic s dlouhým dosahem, který má ještě větší vzdálenost než 1 km. Mějte na paměti, že všechny tyto vzdálenosti se předpokládají.

Spotřeba energie vs. životnost baterie / velikost

Větší přenosový rozsah a rychlejší přenosové rychlosti znamenají vyšší spotřebu energie, která se rovná kratší životnosti baterie. Pokud životnost baterie nebo velikost baterie jsou klíčové funkce pro váš produkt, pak bude spotřeba energie mimořádně důležitá.

Snadno nejlepší bezdrátovou technologií pro aplikace s velmi nízkým výkonem je technologie Bluetooth Low-Energy (BLE). BLE byla vyvinuta především pro aplikace Internet of Things (Io), které běžně běží z baterie s jedním hodinovým monitorem.

Dobře navržené zařízení BLE může běžet roky na malé baterii, protože většina produktů BLE je určena pro přenos dat pouze příležitostně. Například zařízení může být naprogramováno tak, aby přenášelo data pouze 1 sekundu každou minutu. Zařízení tedy vysílá pouze 1/60 = 1,7% času a zbývajících 98,3% času, kdy je zařízení v režimu spánku s velmi nízkým výkonem.

Kompatibilita chytrého telefonu

Pokud je kompatibilita se staršími chytrými telefony pro váš produkt kritická, může být nejlepší volbou Bluetooth Classic nebo standardní WiFi. Všechny chytré telefony podporují Bluetooth Classic a WiFi, ale pouze novější telefony podporují Bluetooth Low-Energy a WiFi Direct.

Bezdrátový standard Google Android Apple iOS
Bluetooth Classic Všechny verze Všechny verze
Bluetooth Low-Energy Verze 4.3+ Verze 4S +
WiFi Všechny verze Všechny verze
WiFi Direct Verze 4.0+ Verze 5S +

Tabulka 3 - Porovnání kompatibility chytrého telefonu

Bezpečnostní

Všechny čtyři bezdrátové technologie poskytují vysokou úroveň zabezpečení. WiFi a WiFi Direct však používají 256bitové šifrování, zatímco Bluetooth (Classic i LE) používají pouze 128bitové šifrování.

Pro většinu aplikací poskytuje Bluetooth dostatečnou ochranu zabezpečení. Ale pokud je bezpečnost opravdu vysokou prioritou pro váš produkt, pak WiFi nebo WiFi Direct je lepší volba.

Vývojové náklady a složitost

Pro bezdrátovou funkčnost jsou zapotřebí dvě hardwarové funkce: RF vysílač / přijímač (vysílač a přijímač) a mikrokontrolér nebo mikroprocesor, který provádí firmware bezdrátového protokolu (také nazývaný zásobník).

Váš život bude mnohem jednodušší, pokud použijete řešení SoC (System-On-a-Chip), které integruje transceiver i mikrokontrolér do jediného čipu.

Použití SoC řešení s jedním čipem výrazně sníží náklady na vývoj minimalizací pravděpodobnosti problémů a zahrnutím již zabudovaného zásobníku bezdrátového protokolu. V opačném případě je nutné zakoupit zásobník zvlášť, který není levný. Očekávejte, že zaplatíte minimálně 10 000 Kč plus licenční poplatek za jednotku.

Bluetooth Low-Energy je nejjednodušší a nejlevnější typ bezdrátové funkce, který lze implementovat do nového produktu, a všechny nabídky čipů BLE jsou jednočipová SoC řešení.

Řada výrobců čipů nabízí řešení BLE SoC, včetně Cypress, CSR, Nordic, Dialog a Texas Instruments. BLE čipy lze zakoupit za pouhých $ 1 až $ 2 v objemech několika tisíc.

Ve většině případů je nejlepší začít používat modul pro všechny bezdrátové funkce, aby se snížily náklady na certifikaci FCC a snížilo se riziko vývoje.

Výrobní jednotkové náklady

Další kritickou cenou jsou výrobní náklady na jednotku, která určuje vaše ziskové rozpětí. Pro vaše první jednotky, které používají bezdrátové moduly, budou jednotkové náklady poměrně vysoké. Takže možná budete muset prodat své první jednotky bez zisku.

Při vytváření nového produktu by měla být nejvyšší prioritou minimalizace nákladů na vývoj (a rizika), nikoli minimalizace výrobních nákladů. Místo toho se zaměřte na snížení výrobních nákladů, jakmile budete mít zákazníky a jsou připraveni na masovou výrobu.

Stejně jako je tomu vždy u nových produktů, existují kompromisy mezi různými bezdrátovými technologiemi. Žádná technologie není nejlepší pro každou aplikaci. Musíte upřednostnit specifikace, které jsou pro váš produkt nejdůležitější. Volba bezdrátové technologie pro váš produkt může být jednoduchá nebo složitá. Pokud je rychlost přenosu dat nejdůležitější specifikací pro váš produkt, pak je vaše rozhodnutí poměrně snadné: WiFi nebo WiFi Direct. Pokud je životnost baterie nebo velikost baterie nejdůležitějším kritériem, pak je vaše rozhodnutí také poměrně snadné: Bluetooth Low-Energy. Je-li vaše vývojové a výrobní náklady nízké, je vaše nejvyšší prioritou opět Bluetooth LE.

Ale pokud jsou rychlost přenosu, životnost baterie a náklady stejně důležité, pak je vaše rozhodnutí složitější. Vítejte ve světě vývoje nových produktů!

Chcete se dozvědět více o vývoji nového elektronického produktu? Pak se určitě podívejte se na Ultimate Guide - Jak vytvořit nový elektronický produkt.

Podíl

Zanechat Komentář