Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

5 Dinge, die bei der Wahl einer drahtlosen Technologie für Ihr Produkt zu beachten sind

Haben Sie eine Idee, die Sie gerne auf den Markt bringen möchten? In dieser Serie geht John Teel durch den Prozess der Skalierung vom Prototyp bis zur Produktion. Folgen Sie jeder Anleitung, um zu erfahren, wie Sie die einzelnen Komponenten einbauen.


Benötigt Ihr neues Projekt drahtlose Kommunikationsmöglichkeiten im Nahbereich? In diesem Fall stehen bei der Entwicklung Ihres neuen Produkts mehrere Wireless-Technologien zur Auswahl. Jede Technologie hat Vor- und Nachteile und die beste Wahl hängt von der Anwendung ab.

In diesem Artikel werden die vier beliebtesten Standards für drahtlose Technologien für neue elektronische Produkte verglichen, darunter Bluetooth Classic, Bluetooth Low-Energy (auch Bluetooth Smart genannt), WiFi und WiFi Direct.

Datenübertragungsgeschwindigkeit

Wenn schneller Datendurchsatz die wichtigste Spezifikation für Ihr Produkt ist, ist wahrscheinlich WiFi oder WiFi Direct die beste Wahl. Jeder kennt WiFi, aber die meisten haben noch nicht von WiFi Direct gehört, auch wenn sich das langsam ändert.

Für Standard-WLAN (normalerweise ein Router) ist ein Zugangspunkt erforderlich. Um Informationen von einem Gerät zu einem anderen zu übertragen, müssen die Daten den Zugangspunkt passieren.

WiFi Direct ist so schnell wie das Standard-WiFi, es wird jedoch kein Zugangspunkt benötigt. WiFi Direct ermöglicht eine direkte Kommunikation von Gerät zu Gerät wie bei Bluetooth.

Wireless Standard Übertragungsgeschwindigkeit
Bluetooth energiesparend 1 Mbps
Bluetooth Classic 2-3 Mbps
WiFi / WiFi direkt 100-250 Mbps

Tabelle 1 - Vergleich der Übertragungsgeschwindigkeit

WiFi und WiFi Direct haben einen maximalen Datendurchsatz, der etwa 10-mal schneller ist als mit Bluetooth Classic. Wenn für Ihre Anwendung beispielsweise Video-Streaming erforderlich ist, benötigen Sie eine sehr schnelle drahtlose Verbindung. Keine Bluetooth-Technologie ist schnell genug (außer für Videos mit sehr geringer Auflösung). Sie möchten also WiFi / WiFi Direct-Funktionen bereitstellen.

Am anderen Ende des Geschwindigkeitsbereichs steht Bluetooth Low-Energy, das etwa halb so schnell ist wie Bluetooth Classic. BLE eignet sich normalerweise für die Übertragung kleiner intermittierender Datenmengen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Bewegungsdaten, GPS-Koordinaten usw.

Normalerweise ist Bluetooth Classic die beste Wahl, wenn Ihre Anwendung die ständige Übertragung von Daten erfordert, z. B. beim Streamen von Audio. Bluetooth Classic ist speziell für das Streaming von Daten optimiert, im Gegensatz zu BLE, das für seltene Häufungen eher einfacher Daten optimiert ist.

Es ist jedoch möglich, Audio mit BLE zu streamen, nur nicht mit der Audioqualität von Bluetooth Classic. Es erfordert jedoch eine benutzerdefinierte BLE-Firmware. Bluetooth-Firmwareanbieter Searan bietet einen benutzerdefinierten Bluetooth LE-Stack, der Audio-Streaming ermöglicht. Dies kann eine gute Lösung sein, wenn die Akkulaufzeit für Ihr Produkt wichtiger ist als die Wiedergabe mit höchster Klangqualität.

Arbeitsbereich

WiFi und WiFi Direct haben eine maximale Übertragungsreichweite von etwa 60 Metern. Bluetooth (Classic oder BLE) hat normalerweise eine maximale Reichweite von nur etwa 20 Metern.

Die größere Reichweite von WiFi ist aufgrund der höheren Sendeleistung möglich. Der Nachteil dieser erhöhten Reichweite ist die Lebensdauer der Batterie. WLAN entlädt den Akku viel schneller als Bluetooth, insbesondere bei Bluetooth Low-Energy.

Wireless Standard Übertragungsgeschwindigkeit
Bluetooth energiesparend 50 ft, mit Range Extender normalerweise bis zu 1.500 ft
Bluetooth Classic 50 ft, mit Range Extender normalerweise bis zu 3.000 ft
WiFi / WiFi direkt 200 ft typisch

Tabelle 2 - Betriebsbereichsvergleich

Es gibt wirklich unterschiedliche Klassen von Bluetooth-Sendern. Die Mehrheit der Bluetooth-Produkte verwendet einen Sender der Klasse 2 mit einer Reichweite von etwa 50 Fuß. Es ist jedoch auch möglich, einen Sender der Klasse 1 zu verwenden, dessen Reichweite näher als 100 Meter liegt. Wie bei WiFi Direct verringert jedoch die höhere Ausgangsleistung die Lebensdauer der Batterie.

Es ist tatsächlich möglich, die Reichweite von Bluetooth noch weiter zu erweitern, indem eine Range-Extender-Schaltung hinzugefügt wird, die in erster Linie die Empfindlichkeit des Empfängers erhöht. Zum Beispiel bietet Silicon Labs ein Bluetooth-LE-Modul mit großer Reichweite namens BLE112LR mit einer maximalen Reichweite von 450 Metern an. Sie bieten auch ein Bluetooth Classic-Modul mit großer Reichweite, das eine noch größere Reichweite von mehr als 1 km hat. Denken Sie daran, dass alle diese Entfernungen eine Sichtlinie haben.

Stromverbrauch vs. Batterielebensdauer / -größe

Ein größerer Übertragungsbereich und schnellere Datenübertragungsgeschwindigkeiten bedeuten einen erhöhten Stromverbrauch, der zu einer kürzeren Lebensdauer der Batterie führt. Wenn die Lebensdauer des Akkus oder die Größe des Akkus für Ihr Produkt ausschlaggebend sind, ist der Stromverbrauch äußerst wichtig.

Bluetooth Low-Energy (BLE) ist die beste drahtlose Technologie für Anwendungen mit extrem niedrigem Stromverbrauch. BLE wurde in erster Linie für Internet of Things (Io) -Anwendungen entwickelt, die normalerweise mit einer einzigen Uhrenbatterie ausgeführt werden.

Ein gut entwickeltes BLE-Gerät kann jahrelang mit einer kleinen Uhrenbatterie betrieben werden, da die meisten BLE-Produkte Daten nur gelegentlich übertragen. Beispielsweise kann ein Gerät so programmiert sein, dass es jede Minute nur 1 Sekunde lang Daten überträgt. Das Gerät sendet also nur 1/60 = 1,7% der Zeit und die restlichen 98,3% der Zeit, in der sich das Gerät im Ultra-Low-Power-Sleep-Modus befindet.

Kompatibilität mit Smartphones

Wenn die Kompatibilität mit älteren Smartphones für Ihr Produkt von entscheidender Bedeutung ist, ist Bluetooth Classic oder Standard-WLAN möglicherweise die beste Wahl. Alle Smartphones unterstützen Bluetooth Classic und WiFi, aber nur neuere Telefone unterstützen Bluetooth Low-Energy und WiFi Direct.

Wireless Standard Google Android Apple iOS
Bluetooth Classic Alle Versionen Alle Versionen
Bluetooth energiesparend Version 4.3 und höher Version 4S +
W-lan Alle Versionen Alle Versionen
Wi-Fi Direct Version 4.0 und höher Version 5S +

Tabelle 3 - Vergleich der Kompatibilität mit Smartphones

Sicherheit

Alle vier Wireless-Technologien bieten ein hohes Maß an Sicherheit. WiFi und WiFi Direct verwenden jedoch die 256-Bit-Verschlüsselung, während Bluetooth (sowohl Classic als auch LE) nur die 128-Bit-Verschlüsselung verwenden.

Für die meisten Anwendungen bietet Bluetooth einen ausreichenden Sicherheitsschutz. Wenn Sicherheit für Ihr Produkt eine sehr hohe Priorität hat, ist WiFi oder WiFi Direct die bessere Wahl.

Entwicklungskosten und Komplexität

Für die drahtlose Funktionalität sind zwei Hardwarefunktionen erforderlich: ein HF-Transceiver (ein Transceiver ist ein Sender und ein Empfänger) und ein Mikrocontroller oder Mikroprozessor, der die Firmware des drahtlosen Protokolls ausführt (auch als Stack bezeichnet).

Ihr Leben wird viel einfacher, wenn Sie eine System-On-a-Chip (SoC) -Lösung verwenden, die Transceiver und Mikrocontroller in einen einzigen Chip integriert.

Die Verwendung einer Single-Chip-SoC-Lösung reduziert Ihre Entwicklungskosten drastisch, indem Sie die Wahrscheinlichkeit von Problemen minimieren und den bereits integrierten WLAN-Protokollstack einbeziehen. Ansonsten müssen Sie den Stack separat erwerben, was nicht billig ist. Erwarten Sie, mindestens $ 10.000 zuzüglich einer Lizenzgebühr pro Anteil zu zahlen.

Bluetooth Low-Energy ist die einfachste und billigste Art der Wireless-Funktionalität, die in einem neuen Produkt implementiert werden kann. Alle BLE-Chip-Angebote sind Single-Chip-SoC-Lösungen.

Zahlreiche Chiphersteller bieten BLE-SoC-Lösungen an, darunter Cypress, CSR, Nordic, Dialog und Texas Instruments. BLE-Chips können für nur ein bis zwei Dollar in Volumen von wenigen Tausend erworben werden.

In den meisten Fällen ist es am besten, zunächst ein Modul für alle Funkfunktionen zu verwenden, um die Kosten der FCC-Zertifizierung zu senken und das Entwicklungsrisiko zu verringern.

Stückkosten der Fertigung

Die anderen kritischen Kosten sind die Produktionskosten pro Einheit, die Ihre Gewinnspanne bestimmen. Für Ihre frühen Geräte, die Funkmodule verwenden, sind die Stückkosten recht hoch. Möglicherweise müssen Sie Ihre frühen Einheiten ohne Gewinn verkaufen.

Bei der Erstellung eines neuen Produkts sollte Ihre oberste Priorität darin bestehen, die Entwicklungskosten (und das Risiko) zu minimieren, und nicht die Kosten für die Herstellungseinheiten. Konzentrieren Sie sich stattdessen darauf, die Produktionskosten zu senken, sobald Sie Kunden haben und für die Massenfertigung bereit sind.

Wie immer beim neuen Produktdesign gibt es Kompromisse zwischen den verschiedenen Funktechnologien. Keine Technologie eignet sich für jede Anwendung. Sie müssen die für Ihr Produkt wichtigsten Spezifikationen priorisieren. Die Auswahl der Funktechnologie für Ihr Produkt kann einfach oder komplex sein. Wenn die Datenübertragungsgeschwindigkeit die wichtigste Spezifikation für Ihr Produkt ist, ist Ihre Entscheidung ziemlich einfach: WiFi oder WiFi Direct. Wenn Akkulaufzeit oder Akkulaufzeit Ihre kritischsten Kriterien sind, ist Ihre Entscheidung auch recht einfach: Bluetooth Low-Energy. Wenn Sie Ihre Entwicklungs- und Produktionskosten niedrig halten möchten, ist Bluetooth LE wieder die beste Option.

Wenn Übertragungsgeschwindigkeit, Akkulaufzeit und Kosten gleichermaßen wichtig sind, ist Ihre Entscheidung komplizierter. Willkommen in der Welt der Entwicklung neuer Produkte!

Möchten Sie mehr über die Entwicklung eines neuen elektronischen Produkts erfahren? Dann lesen Sie unbedingt den ultimativen Leitfaden - Wie entwickelt man ein neues elektronisches Produkt?

Aktie

Leave A Comment