Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

为您的产品选择无线技术时需要考虑的5件事

有想法你想推向市场吗?在这个系列中,John Teel介绍了从原型扩展到生产的过程。请仔细阅读每一部分,详细了解如何合并各个组件。


您的新项目是否需要短距离无线通信功能?如果是这样,在开发新产品时可以选择几种无线技术。每种技术都有优点和缺点,最佳选择取决于应用。

在本文中,我们将比较新电子产品的四种最流行的无线技术标准,包括:蓝牙经典,蓝牙低功耗(也称为蓝牙智能),WiFi和WiFi Direct。

数据传输速度

如果快速数据吞吐量是您产品最重要的规格,那么很可能WiFi或WiFi Direct将是最佳选择。每个人都知道WiFi,但大多数人都没有听说过WiFi Direct,尽管这种情况正在慢慢改变。

标准WiFi(通常是路由器)需要接入点。因此,要将信息从一个设备传输到另一个设备,数据必须通过接入点。

WiFi Direct与标准WiFi一样快,但它不需要接入点。 WiFi Direct允许直接的设备到设备通信,就像蓝牙一样。

无线标准 传输速度
蓝牙低功耗 1 Mbps
蓝牙经典 2-3 Mbps
WiFi / WiFi直拨 100-250 Mbps

表1 - 传输速度比较

WiFi和WiFi Direct的最大数据吞吐量比蓝牙经典产品快10倍。例如,如果您的应用程序需要视频流,则需要非常高速的无线连接。蓝牙技术都不够快(除了可能非常低清晰度的视频),因此您需要提供WiFi / WiFi Direct功能。

速度范围的另一端是蓝牙低功耗,大约是蓝牙经典的一半。 BLE通常适用于传输少量间歇性数据,如温度,湿度,运动数据,GPS坐标等。

通常,如果您的应用程序需要不断传输数据,例如流式传输音频,那么Bluetooth Classic是最佳选择。蓝牙经典特别针对流数据进行了优化,而BLE则针对相当简单数据的不频繁突发进行了优化。

话虽如此,可以使用BLE流式传输音频,而不是蓝牙经典的音质。但是,它需要自定义BLE固件。蓝牙固件提供商Searan提供自定义蓝牙LE堆栈,允许音频流。如果电池寿命对于您的产品而言比拥有最高保真音频更重要,这可能是一个很好的解决方案。

工作范围

WiFi和WiFi Direct的最大传输距离约为200英尺(60米)。蓝牙(经典或BLE)通常最大范围仅为约60英尺(20米)。

由于其更高的传输功率,可以实现更大范围的WiFi。这个增加范围的权衡是电池寿命。 WiFi将比蓝牙更快地耗尽电池,尤其是蓝牙低功耗。

无线标准 传输速度
蓝牙低功耗 通常为50英尺,使用增程器可达1500英尺
蓝牙经典 通常为50英尺,使用增程器可达3,000英尺
WiFi / WiFi直拨 通常200英尺

表2 - 操作范围比较

实际上有不同类别的蓝牙发射器。大多数蓝牙产品使用的是2级变送器,其工作范围约为50英尺。但也可以使用距离接近300英尺(100米)的1级发射机。但是,与WiFi Direct一样,更高的功率输出会缩短电池寿命。

实际上,通过增加一个主要增加接收器灵敏度的范围扩展器电路,可以进一步扩展蓝牙范围。例如,Silicon Labs提供称为BLE112LR的远程蓝牙LE模块,其最大范围接近1,500英尺(450米)。它们还提供远程蓝牙经典模块,其范围超过半英里(1公里)。请记住,所有这些距离都假定为视距。

电源使用与电池寿命/大小

更大的传输范围和更快的数据传输速度意味着更高的功耗,相当于更短的电池寿命。如果电池寿命或电池尺寸是您产品的关键功能,那么电源使用将非常重要。

用于超低功耗应用的最佳无线技术是蓝牙低功耗(BLE)。 BLE主要是为物联网(Io)应用程序开发的,这些应用程序通常由单个手表电池供电。

精心设计的BLE设备可以在小型手表电池上运行多年,因为大多数BLE产品只是偶尔传输数据。例如,可以将设备编程为仅每分钟传输数据1秒。因此,该设备仅在1/60 = 1.7%的时间内发送,并且剩余的98.3%的时间是设备处于超低功耗睡眠模式。

智能手机兼容性

如果与旧款智能手机的兼容性对您的产品至关重要,那么蓝牙经典或标准WiFi可能是最佳选择。所有智能手机都支持蓝牙经典和WiFi,但只有较新的手机支持蓝牙低功耗和WiFi直连。

无线标准 谷歌Android Apple iOS
蓝牙经典 所有版本 所有版本
蓝牙低功耗 版本4.3+ 版本4S +
无线上网 所有版本 所有版本
WiFi Direct 版本4.0+ 版本5S +

表3 - 智能手机兼容性比较

安全

所有四种无线技术都提供高级别的安全性。但是,WiFi和WiFi Direct使用256位加密,而蓝牙(Classic和LE)仅使用128位加密。

对于大多数应用,蓝牙提供了足够的安全保护。但如果安全性是您产品的重中之重,那么WiFi或WiFi Direct是更好的选择。

开发成本和复杂性

无线功能需要两个硬件功能:RF收发器(收发器是发送器和接收器),以及执行无线协议固件(也称为堆栈)的微控制器或微处理器。

如果您使用片上系统(SoC)解决方案将收发器和微控制器集成到单个芯片中,您的生活将变得更加简单。

使用单芯片SoC解决方案可以通过最小化问题的可能性,并通过包含已内置的无线协议栈,大幅降低开发成本。否则你需要单独购买堆栈,这是不便宜的。预计至少支付10美元加上每单位许可费。

蓝牙低功耗是在新产品中实现的最简单,最便宜的无线功能,所有BLE芯片都是单芯片SoC解决方案。

众多芯片制造商提供BLE SoC解决方案,包括赛普拉斯,CSR,Nordic,Dialog和德州仪器。数量为几千美元的BLE芯片只需1美元到2美元即可购买。

在大多数情况下,最好开始使用模块进行任何无线功能,以降低FCC认证的成本并降低开发风险。

制造单位成本

另一个关键成本是每单位的生产成本,这决定了您的利润率。对于使用无线模块的早期设备,单位成本将非常高。所以你可能不得不卖掉你早期的单位。

在创建新产品时,您的首要任务应该是最大限度地降低开发成本(和风险),而不是最大限度地降低制造单位成本。相反,一旦您拥有客户并为大规模制造做好准备,就要专注于降低生产成本。

与新产品设计一样,各种无线技术之间存在权衡。没有技术最适合每种应用。您需要优先考虑对您的产品最重要的规范。为您的产品选择无线技术既简单又复杂。如果数据传输速度是您产品最重要的规格,那么您的决定就相当容易:WiFi或WiFi Direct。如果电池寿命或电池尺寸是您最关键的标准,那么您的决定也相当容易:蓝牙低能耗。如果保持低开发和生产成本是您的首要任务,那么蓝牙LE再次成为您的最佳选择。

但如果传输速度,电池寿命和成本都同样重要,那么您的决定就更复杂了。欢迎来到新产品开发的世界!

您想了解更多有关开发新电子产品的信息吗?然后一定要查看终极指南 - 如何开发新的电子产品。

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