Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

5 coisas a considerar ao escolher uma tecnologia sem fio para o seu produto

Tem uma ideia que gostaria de colocar no mercado? Nesta série, John Teel percorre o processo de ampliação de protótipo para produção. Siga cada parcela para ver mais de perto como incorporar componentes individuais.


Seu novo projeto requer recursos de comunicação sem fio de curto alcance? Nesse caso, existem várias tecnologias sem fio disponíveis para você escolher ao desenvolver seu novo produto. Cada tecnologia tem vantagens e desvantagens e a melhor escolha depende da aplicação.

Neste artigo, vamos comparar os quatro padrões de tecnologia sem fio mais populares para novos produtos eletrônicos, incluindo: Bluetooth Classic, Bluetooth Low-Energy (também chamado de Bluetooth Smart), WiFi e WiFi Direct.

Velocidade de Transferência de Dados

Se a taxa de transferência de dados rápida for a especificação mais importante para o seu produto, provavelmente o WiFi ou o WiFi Direct será a melhor escolha. Todo mundo conhece o WiFi, mas a maioria não ouviu falar do WiFi Direct, embora isso esteja mudando lentamente.

Um ponto de acesso é necessário para o WiFi padrão (geralmente um roteador). Portanto, para transferir informações de um dispositivo para outro, os dados devem passar pelo ponto de acesso.

O WiFi Direct é tão rápido quanto o WiFi padrão, mas elimina a necessidade de um ponto de acesso. O WiFi Direct permite comunicação direta de dispositivo para dispositivo, assim como com o Bluetooth.

Padrão sem fio Velocidade de transferência
Bluetooth de baixa energia 1 Mbps
Clássico Bluetooth 2-3 Mbps
WiFi / WiFi direto 100-250 Mbps

Tabela 1 - Comparação da velocidade de transferência

O WiFi e o WiFi Direct têm uma taxa de transferência máxima de dados cerca de 10x mais rápida do que a obtida com o Bluetooth Classic. Por exemplo, se seu aplicativo exigir streaming de vídeo, você precisará de uma conexão sem fio de alta velocidade. Nem a tecnologia Bluetooth será rápida o suficiente (exceto para vídeos de baixa definição), portanto, você deverá fornecer recursos de WiFi / WiFi Direct.

No outro extremo da faixa de velocidade está o Bluetooth Low-Energy, que é cerca de metade do que o Bluetooth Classic. O BLE geralmente é apropriado para transferir pequenas quantidades de dados intermitentes, como temperatura, umidade, dados de movimento, coordenadas de GPS, etc.

Normalmente, se o seu aplicativo exigir a transmissão constante de dados, como durante o fluxo de áudio, o Bluetooth Classic é a melhor opção. O Bluetooth Classic é especialmente otimizado para transmissão de dados, em comparação com o BLE, que é otimizado para disparos pouco frequentes de dados bastante simples.

Dito isso, é possível transmitir áudio usando BLE, mas não com a qualidade de áudio do Bluetooth Classic. No entanto, requer um firmware BLE personalizado. O provedor de firmware Bluetooth Searan oferece uma pilha Bluetooth LE personalizada que permite a transmissão de áudio. Essa pode ser uma boa solução se a vida da bateria for mais importante para o seu produto do que ter o áudio de maior fidelidade.

Limites operacionais

O WiFi e o WiFi Direct têm um alcance máximo de transmissão de cerca de 200 pés (60 metros). Bluetooth (Classic ou BLE) normalmente tem um alcance máximo de apenas 20 metros.

A maior gama de WiFi é possível devido à sua maior potência de transmissão. O trade-off para esta faixa maior é a duração da bateria. O WiFi descarregará a bateria muito mais rapidamente que o Bluetooth, especialmente o Bluetooth Low-Energy.

Padrão sem fio Velocidade de transferência
Bluetooth de baixa energia 50 ft tipicamente, até 1.500 ft usando o extensor da escala
Clássico Bluetooth 50 pés tipicamente, até 3.000 pés usando extensor de alcance
WiFi / WiFi direto 200 pés tipicamente

Tabela 2 - Comparação do Gama Operacional

Existem classes realmente diferentes de transmissores Bluetooth. A maioria dos produtos Bluetooth usa um transmissor classe 2 com um alcance operacional de cerca de 50 pés. Mas também é possível usar um transmissor de classe 1 com um alcance mais próximo de 300 pés (100 metros). No entanto, assim como com o WiFi Direct, a maior potência reduz a vida útil da bateria.

É possível estender ainda mais o alcance do Bluetooth adicionando um circuito extensor de alcance que aumenta principalmente a sensibilidade do receptor. Por exemplo, a Silicon Labs oferece um módulo LE de longo alcance chamado BLE112LR, que tem alcance máximo de 450 metros. Eles também oferecem um módulo Bluetooth Classic de longo alcance que tem um alcance ainda maior de mais de meio quilômetro (1 km). Tenha em mente que todas essas distâncias de intervalo assumem a linha de visão.

Uso de Energia vs. Vida / Tamanho da Bateria

Um alcance de transmissão maior e velocidades de transferência de dados mais rápidas significam maior uso de energia, o que equivale a uma duração menor da bateria. Se a duração da bateria ou o tamanho da bateria forem os principais recursos do seu produto, o uso de energia será extremamente importante.

Facilmente, a melhor tecnologia sem fio para aplicações de consumo ultrabaixo é o Bluetooth Low-Energy (BLE). O BLE foi desenvolvido principalmente para aplicativos da Internet of Things (Io) que geralmente são executados a partir de uma única bateria de relógio.

Um dispositivo BLE bem projetado pode funcionar por anos em uma pequena bateria de relógio porque a maioria dos produtos BLE são projetados para transmitir dados apenas ocasionalmente. Por exemplo, um dispositivo pode ser programado para transmitir apenas dados por 1 segundo a cada minuto. Assim, o dispositivo está transmitindo apenas para 1/60 = 1,7% do tempo, e os restantes 98,3% do tempo em que o dispositivo está no modo de suspensão com consumo de energia extremamente baixo.

Compatibilidade de telefone inteligente

Se a compatibilidade com telefones inteligentes mais antigos for crítica para o seu produto, então o Bluetooth Classic ou o padrão WiFi podem ser a melhor escolha. Todos os telefones inteligentes suportam o Bluetooth Classic e o WiFi, mas apenas os telefones mais recentes são compatíveis com Bluetooth Low-Energy e WiFi Direct.

Padrão sem fio Google Android IOS da Apple
Clássico Bluetooth Todas versões Todas versões
Bluetooth de baixa energia Versão 4.3+ Versão 4S +
Wi-fi Todas versões Todas versões
WiFi direto Versão 4.0+ Versão 5S +

Tabela 3 - Comparação de compatibilidade de smartphones

Segurança

Todas as quatro tecnologias sem fio oferecem um alto nível de segurança. No entanto, WiFi e WiFi Direct usam criptografia de 256 bits, enquanto o Bluetooth (tanto Classic quanto LE) usam criptografia de 128 bits.

Para a maioria dos aplicativos, o Bluetooth oferece proteção de segurança suficiente. Mas se a segurança é uma prioridade muito alta para o seu produto, então WiFi ou WiFi Direct é uma escolha melhor.

Custo de desenvolvimento e complexidade

Existem duas funções de hardware necessárias para a funcionalidade sem fio: um transceptor de RF (um transceptor é um transmissor e um receptor) e um microcontrolador ou microprocessador executando o firmware do protocolo sem fio (também chamado de pilha).

Sua vida será muito mais simples se você usar uma solução System-On-a-Chip (SoC) que integra o transceptor e o microcontrolador em um único chip.

O uso de uma solução SoC de chip único reduzirá drasticamente seu custo de desenvolvimento, minimizando a probabilidade de problemas e incluindo a pilha de protocolo sem fio já incorporada. Caso contrário, você precisa comprar a pilha separadamente, o que não é barato. Espere pagar um mínimo de $ 10k mais uma taxa de licenciamento por unidade.

O Bluetooth Low-Energy é o tipo de funcionalidade sem fio mais fácil e mais barato de implementar em um novo produto, e todas as ofertas de chips BLE são soluções SoC de chip único.

Numerosos fabricantes de chips oferecem soluções BLE SoC, incluindo Cypress, CSR, Nordic, Dialog e Texas Instruments. Os chips BLE podem ser adquiridos por apenas US $ 1 a US $ 2 em volumes de alguns milhares.

Na maioria dos casos, é melhor começar a usar um módulo para qualquer função sem fio, a fim de reduzir o custo da certificação da FCC e reduzir o risco de desenvolvimento.

Custo unitário de fabricação

O outro custo crítico é o custo de produção por unidade que determina sua margem de lucro. Para as suas primeiras unidades que usam módulos sem fio, o custo unitário será bastante alto. Então você pode ter que vender suas primeiras unidades sem lucro.

Ao criar um novo produto, sua principal prioridade deve ser minimizar os custos de desenvolvimento (e risco), não minimizando o custo unitário de fabricação. Em vez disso, concentre-se em reduzir o custo de produção depois de ter clientes e estar pronto para a fabricação em massa.

Como sempre acontece com o design de novos produtos, há trade-offs entre as diversas tecnologias sem fio. Nenhuma tecnologia é melhor para todas as aplicações. Você precisa priorizar as especificações mais críticas para o seu produto. Selecionar a tecnologia sem fio para o seu produto pode ser fácil ou complexo. Se a velocidade de transferência de dados é a especificação mais importante para o seu produto, então a sua decisão é bastante fácil: WiFi ou WiFi Direct. Se a duração da bateria ou o tamanho da bateria forem os critérios mais importantes, a sua decisão também será bastante fácil: Bluetooth Low-Energy. Se manter seus custos de desenvolvimento e produção baixos é sua principal prioridade, o Bluetooth LE é novamente sua melhor opção.

Mas se a velocidade de transferência, a duração da bateria e o custo forem igualmente importantes, sua decisão será mais complicada. Bem-vindo ao mundo do desenvolvimento de novos produtos!

Você quer aprender mais sobre o desenvolvimento de um novo produto eletrônico? Então não deixe de conferir o The Ultimate Guide - Como Desenvolver um Novo Produto Eletrônico.

Ação

Deixar Um Comentário