Какая беспроводная технология вам подходит?

Кажется, сегодня все проекты электроники в той или иной форме беспроводные. Если выбираете Wi-Fi, Bluetooth Classic, Bluetooth Low Energy, ZigBee, Z — Wave, Thread, NFC, RFID, Cell, IR, или даже семафор или голубиную почту — многое зависит от ограничений вашего проекта.

Есть много переменных, которые нужно взять во внимание, поэтому это руководство, надеемся, поможет вам сориентироваться в выборе и сделать вывод, что использовать в проекте.

Мы можем реально очень быстро снизить число параметров соответствующей технологии, ответив на несколько вопросов.

Spark Core (ныне Particle Photon) является платой подключения к Wi-Fi, совместимым с Arduino.

Если это нужно и должен поддерживаться постоянная связь, то ответ почти наверное: Wi-Fi. Подключение Wi-Fi получает собственный IP-адрес, управляется соединения через маршрутизатор, а также отправляет и принимает свои собственные пакеты. Учитывая это, вероятно, у вас уже есть беспроводной маршрутизатор, поэтому в значительной степени дело сделано. Много людей выполняет прототипы с ESP8266, но есть и другие варианты, и один из фаворитов хакеров Particle Photon (ранее Spark Core). Также регулярно используется Electric Imp, но он не имеет компонента с открытым исходным кодом, как Particle, и такую доступную цену, как в линейке ESP8266.

Это не исключает полностью другие варианты, но они имеют дополнительную сложность. Для BLE и ZigBee будет необходим еще один концентратор, подключенный к Интернету. Они существуют (например,disabled Revolv), но эти дополнительные аппаратные средства вы можете не иметь, или их может не быть в продаже у провайдера. Они также не имеют такой пропускной способности, которую имеет Wi-Fi.

Сотовая связь является еще одним вариантом, когда вы находитесь вдали от беспроводных сетей или не можете на них положиться. Самым большим их недостатком, однако, является то, что это дорого. Это становится все дешевле для прототипов, но плата за данные может вырасти чрезвычайно быстро, и разработка продукта в большем масштабе является чрезвычайно сложной и дорогостоящей. Большинство носителей требуют тщательного тестирования и сертификации, прежде чем разрешается подключить продукт к сети, так что разрыв между изготовлением прототипа и крупномасштабным производством является достаточно сложным.

Если это так, то Bluetooth, вероятно, правильный путь, с Wi-Fi и NFC ближайшие, на втором и третьем местах. Bluetooth Classic старший и используется для высокой пропускной способности потока, например, для беспроводных наушников. Но Bluetooth Classic супер проблемный с задержками, отвергнутыми соединениями, а также имеет проблемы дальности. Bluetooth Low Energy (иногда называется Bluetooth Smart) — новая версия. Он совершенно другой и предназначенный для IoT или приложений с низкой пропускной способностью. Не позволяйте словам Low Energy вводит себя в заблуждение, хотя; поскольку сигнал передается на гораздо более низкой частоте и гораздо меньшее количество переданных данных, то он может обеспечить гораздо более высокую мощность передачи, что приводит к значительно большего расстояния. Для BLE есть много вариантов для модулей. Личный фаворит BlueGecko (который сменил название с BlueGiga, когда они были приобретены Silicon Labs), а PunchThrough имеет дизайн LightBlue Bean на програмованій OTA — устройство, совместимый с Arduino, и модуль для расширения масштабов производства. Наконец, проверьте крошечный Tiny BLE в Hackaday Store.

Wi-Fi еще одна технология, которую имеет почти каждый смартфон, но настройку прямых соединений может быть реальной болью. Они прерывают подключения телефона к Интернету, так что вы не сможете получить Wi-Fi к Интернету и Wi-Fi к устройству одновременно. Гораздо проще при использовании Wi-Fi для устройства подключиться к смартфону через Интернет, примерно так же, как иногда легче отправить себе файл, а не переносить его через USB.

Если ваши требования к пропускной способности являются крошечными (несколько байт), и ваши требования к расстоянию также крошечные (сантиметры), то можете попробовать NFC.

Если устройства по какой-то причине общаются друг с другом, то Wi-Fi является отличным вариантом, ZigBee, является замечательным, и его следующая спецификация под названием Bluetooth Mesh, выходит на сцену в ближайшее время.

Здесь расстояние имеет важное значение, а, значит, и мощность. Любое устройство, которое может участвовать в сети, должен постоянно прослушивать сообщения. Это означает, что он будет питаться от батареи, или будет необходимо питание от сети. Другим устройствам, возможно, потребуется взаимодействовать с сетью, но не передавать сообщения назад и вперед. Так они могут включиться, скажем, потому что им нужно что-то кратко сказать, а потом вернуться ко сну. В мире ZigBee, устройствас питанием от сети называют маршрутизаторами, потому что они слушают и направляют трафик, а устройства на батарейках называются конечными устройствами, потому что они не могут иметь своих собственных «детей». Еще есть третий тип, так называемый, координатор, один из которых есть в каждой ячеистой сети ZigBee, которая, как правило, подключается через шлюз к Интернету.

Знать свое расстояние очень важно потому, что если вам нужно большее расстояние, чем до базовой станции, то вы должны иметь какую-то ячеистую сеть. Если ваш Wi-Fi маршрутизатор предоставляет вам доступ только к задним дверям вашего дома и у вас есть датчики в своем саду, то вам нужен расширитель расстоянии Wi-Fi на задних дверях, или ZigBee — сеть с узлами, разложенных таким образом, что существует путь от одного датчика к следующему и далее к следующему.Это не трудно представить себе как этаж склада, где беспроводная связь не распространяется очень далеко, но ряд ZigBee вместе с датчиками подключены для работы как ячеистая сеть и конечные устройства ZigBee регулярно подключаются, чтобы «выплюнуть» некоторые данные и вернуться в сон. Wi-Fi сетью в виде звезды, поэтому маршрутизатор в роли единой точки отказа. ZigBee является сетью, поэтому, если какой-либо узел выходит из строя, все ещесети возможно продолжать работу. ZigBee не имеет много модулей, а XBee является популярным.

Другим вариантом является Thread на основе IPv6. Он использует 802.15.4, который является таким же, как протокол беспроводной связи ZigBee, но IP-адресное аспект является достаточно привлекательным. Это все еще довольно новое, поэтому трудно найти много примеров, но есть некоторые крупные компании, которые сильно проталкивают его.

Bluetooth Mesh является новичком и перспективный. CSR (недавно приобретенной компании Qualcomm) выпустила стек, который реализует стільникому сеть через Bluetooth LE, но они сделали это еще до того, как стандарт был опубликован, поэтому используйте его на свой страх и риск.

Хотя, Bluetooth LE может быть достаточным для вашего применения. За концепцией Bluetooth LE имеет серверов и клиентов. Сервером является устройство, которое собирает данные, или взаимодействует с аппаратными средствами, а клиентом является смартфон или другое устройство, который хочет предоставлять данные или посылать команды на сервер. Клиенты могут подключаться к одному серверу и серверы могут иметь несколько одновременных клиентов, но серверы не могут реально общаться с другими серверами. Подробнее в недавнем Hackaday Dictionary post about BLE.

Как правило, преимущество беспроводных технологий заключается в том, что вы не должны быть близко. Но в некоторых случаях вы хотите, чтобы что-то произошло, когда два объекты становятся достаточно близкими друг к другу, например, кошка приближается к автоматизированным двери для кошки, или кредитная карта разворачивается к считывателю беспроводных карт памяти. Для этого вы хотите или NFC или RFID. NFC является подмножеством RFID, но они имеют очень различное использование.

RFID может иметь гораздо большую дальность (до нескольких десятков метров). Метки могут быть активными (батарейное питание и радиовещания), либо пассивные (питание от сканирующего устройства, и таким образом ограничивается мощность, которую они могут поглощать из воздуха). E-ZPass (для платных дорог) активный, а подкожный чип вашего домашнего животного является пассивным. Как правило, они передают только один код, так что считыватель должен найти его в базе данных.

NFC гораздо умнее и позволяют двустороннюю связь. Это, как телефоны могут взаимодействовать друг с другом, чтобы передавать контактную информацию или URL-адреса, и в некоторых странах их используют метро, чтобы позволить пройти турникет, нажав телефон. NFC также, как сенсор терминала оплаты, которые работают в розничных магазинах. Но ожидается, что общение занимает только несколько байтов, и только тогда, когда вы на расстоянии нескольких сантиметров.

Иногда вы хотите изучить новую технологию, только чтобы увидеть, что вы можете с ней. Есть еще пара методов беспроводной передачи, которые должны занять нишу, но все еще своего рода прохладные.Первый, ультразвук. В основноі том, что вы проиграете звуки через громкоговоритель в диапазоне частот выше человеческого слуха, но все еще в пределах возможностей динамика и микрофона. Добавьте некоторый частотный анализ, и получите для себя простой беспроводная связь.Это было сделано с такими устройствами, как кнопка Amazon Dash, которая использует микрофон, чтобы услышать подробности настройки беспроводной сети, которые передаются с помощью специального приложения для смартфонов.

Модулированное свет — еще одна возможность. Используются импульсные светодиоды для передачи данных на очень высоких скоростях: так быстро, что вы не сможете увидеть мерцание. Некоторые люди играли с помощью датчика RGB, расположенного над экраном смартфона, чтобы сделать управление. Некоторые банковские приложения в Европе используют несколько мигающих пятен на веб-странице, чтобы передавать данные параллельно подписывания транзакций.

Конечно, ИК должен быть причислен к модулированного света, и в свое время это было вокруг нас в течение многих десятилетий, и это достаточно надежно (только в помещении), оно работает хорошо, и его легко сделать с минимумом компонентов.

Вы выбрали беспроводную технологию, теперь вам нужно построить ее. В зависимости от того, что вы пытаетесь построить, есть варианты того, как упакована эта технология.

Есть USB-решения для каждой из этих беспроводных технологий. Независимо от того, что выбрали, вы будете иметь возможность общаться с компьютером через USB без необходимости разработки каких-либо аппаратных средств. Вставьте электронный ключ в Pi и вы прекрасно работаете.

Следующий шаг вниз — это шилд Arduino, и снова вы будете в состоянии найти каждую из этих технологий в виде шилда. Далее, есть переходная плата, которая позволяет легко подключать специальную печатную плату к плате Arduino или других разъемов.

Далее вниз — модуль. Модули являются находкой для опытных образцов продукции, небольших проектов, а также малого и среднего бизнеса без большого количества инженерных ресурсов RF. Компания разрабатывает модуль, содержащий печатную плату, беспроводной микроконтроллер и антенну, получает сертификацию FCC для этой небольшой печатной платы, а затем продает его.В некоторой части они использовали крошечные компоненты, так что вы не должны это делать, они освоили магию оптимизации RF, так что вы не должны это делать, они получили сертификацию FCC, так что вы не должны это делать, и у них есть стек программного обеспечения, так что вы можете просто написать слой программы, но не беспокоиться о самые низкие уровни общения. Модули являются абсолютным путем для опытных образцов и продукции малых серий, и много производителей модулей предлагают свои модули в больших объемах при стоимости, лишь немного превышающей номинальную стоимость самих компонентов.

Но говорите, что пытаетесь миниатюризации дальше, или имеете объемы сотен тысяч? Вот когда вы должны посмотреть на разработку своей платы, основываясь на своих микроконтроллерах, со своей собственной антенной и всеми другими вещами. Это большая работа, хотя, если у вас нет опыта работы по дизайну RF, то вы не сделаете оптимальное решение. Вы можете сделать это, тем не менее, если вы используете умные и простые вещи. Но еще есть этап сертификации, который может быть трудоемким и дорогим.

Не сбрасывайте со счетов среду разработки. Некоторые модули или микросхемы требуют IAR, IDE, которые могут стоить тысячи долларов. Другие требуют выполнения разработки на бесплатных, но закрытых инструментах. И некоторые из них просто монументальная боль, чтобы установить. Выбор чипа может спустить вас среда разработки, которая для вас наиболее комфортна.

МодульBLE112 Внутри BLE112 есть микроконтроллеры, антенны, кристаллы…

Если вы строите IoT для бутылку воды или подключенной вилки, есть много вариантов для беспроводных технологий, а также множество преимуществ и ограничений для рассмотрения. Однако, существует множество модулей для почти каждого из этих вариантов.