Sua escolha sem fio: Wi-Fi, Bluetooth ou ambos?

Qual é a melhor maneira de fornecer a um dispositivo uma conexão sem fio? A resposta é "depende". Depende da finalidade do dispositivo, do que ele precisa se conectar, das taxas de dados e volumes necessários para suporte, da potência, do ambiente de radiofrequência (RF), do preço pretendido e de muitos outros fatores.

 

Uma maneira de restringir as opções é observar de onde os protocolos sem fio mais populares vieram, como uma forma de entender as formas apropriadas de aplicá-los em seu projeto.

 

Por exemplo o Wi-Fi, que é quase onipresente, desenvolvido para estender o popular padrão Ethernet IEEE 802.3 com fio, além do alcance de cabos Cat5 e conectores RJ45, a uma interface física sem fio mais elegante. Por causa de sua herança de rede com fio, o Wi-Fi é uma maneira relativamente complexa de implementar uma interface sem fio. Frequentemente, os chips e módulos Wi-Fi integram suporte à pilha TCP (Protocolo de controle de transmissão) / IP (Internet Protocol) que permite a conectividade com a Internet, mas essa integração significa ter que executar softwares relativamente complexos. Isso, por sua vez, tem implicações no custo e no consumo de energia da implementação. Redes baseadas em Wi-Fi também tendem a ter uma topologia em estrela, com um ponto de acesso atuando como o gateway da Internet para vários dispositivos.

 

O Bluetooth, por outro lado, foi desenvolvido como um “fio wireless” ou abordagem sem fio comum, servindo para substituir vários padrões de “conexão com fio” em uso nos primeiros dias da telefonia móvel. (Curiosamente, o barramento serial universal sem fio (WUSB) tentou fazer algo semelhante para o conector USB agora onipresente, mas apesar de centenas de milhões de dólares de investimento, ele não decolou.) Devido à sua herança, as implementações Bluetooth tendem usar menos energia do que as conexões Wi-Fi, transmitir dados mais lentamente e ter um alcance menor. E eles estabelecem topologias de rede ponto a ponto ou malha, em vez das topologias em estrela do Wi-Fi.

 

Para muitos projetistas de dispositivos da Internet das Coisas (IoT), o consumo de energia é o fator determinante na escolha de qual interface sem fio usar. Normalmente, o Wi-Fi perde aqui, porque as implementações comuns podem consumir até 300 mA durante uma transferência de dados ativa em comparação com os 3 mA do Bluetooth e consomem 1 mA em um estado ocioso em comparação com o 50 nA do Bluetooth. Se você está tentando criar dispositivos que podem ser executados por uma década em uma bateria tipo moeda (por exemplo, sensores de fechamento de porta), esses números efetivamente farão a escolha por você. O Bluetooth também evoluiu de forma constante desde a sua introdução com atualizações, como o Bluetooth Low Energy (BLE) que reduz significativamente o consumo de energia, o que habilita com sucesso novos aplicativos como monitores de fitness, brinquedos e sensoriamento remoto.

 

A outra questão importante que os designers enfrentam quando escolhem um padrão sem fio é a pergunta "faça versus compre": ou seja, o estilo de implementação da interface sem fio vai definir o valor de diferenciação do seu projeto ou é suficiente ter uma interface sem fio? Se é o último, então os projetistas podem se livrar de uma grande quantidade de engenharia complexa de RF, design de placas de circuito impresso (PCB), desenvolvimento e validação de firmware e desafios de certificação simplesmente comprando uma solução empacotada. Naturalmente, elas podem parecer mais caras do que uma abordagem faça-você-mesmo (DIY), mas provavelmente reduzirão substancialmente o tempo de lançamento no mercado do projeto, permitindo que seu design roube uma marcha sobre seus concorrentes e, portanto, alcance preços de volume mais rapidamente do que seria possível.

 

Uma maneira prática de explorar suas opções é encontrar um fornecedor que produza uma variedade de módulos de Wi-Fi e/ou Bluetooth em footprints semelhantes. A Panasonic pode ajudar aqui, oferecendo um módulo Wi-Fi e uma série de módulos que integram Wi-Fi e Bluetooth.

O módulo Panasonic PAN9420 Embedded Wi-Fi suporta o padrão Wi-Fi 802.11 b / g / n a 2.4GHz. Ele tem uma unidade central de processamento integrada (CPU) para executar uma pilha IP de rede completa junto com um servidor Web, memória de acesso aleatório estática interna (SRAM) e memória flash programável no sistema (Figura 1). O módulo suporta os modos de ponto de acesso e de infraestrutura simultaneamente, para facilitar a configuração de conexões Wi-Fi simultâneas para dispositivos inteligentes e roteadores de rede doméstica. O firmware também suporta aplicações no modo cliente, micro-ponto de acesso e ad-hoc. Ele também pode receber atualizações pelo ar, um recurso de importância vital para dispositivos IoT.

 

Figura 1: O módulo Panasonic PAN9420 Wi-Fi tem uma CPU integrada para executar uma pilha de rede completa. (Fonte: Panasonic)

 

Para aplicações mais sofisticadas, a Panasonic oferece o PAN9026, um módulo Wi-Fi e Bluetooth (Figura 2). Esses módulos executam 802.11 a / b / g / n Wi-Fi em ambos os 2.4GHz e 5GHz, bem como os protocolos Bluetooth e BLE. Os recursos dos módulos permitem que os designers criem dispositivos híbridos que incluem conectividade Wi-Fi e Bluetooth. Isso permite casos de uso, como pontos de acesso Wi-Fi, que também podem fornecer acesso à Internet a uma rede de dispositivos BLE de baixo custo que estão conectados uns aos outros em uma rede em malha. Além disso, esses módulos também têm uma “interface de coexistência” para permitir a arbitragem entre múltiplas redes Wi-Fi colocadas no mesmo local, Bluetooth e / ou uma rede móvel como o LTE (Long-Term Evolution), o que implica que os módulos podem ser útil com soluções de conectividade ainda mais flexíveis.

 

Figura 2: Os módulos de rádio PAN9026 Wi-Fi e Bluetooth podem atuar como uma ponte entre dispositivos em execução em diferentes interfaces sem fio. (Fonte: Panasonic)

 

Ambos os módulos PAN9420 e PAN9026 possuem suporte. O kit de avaliação PAN9420 inclui uma placa host PAN9420, com dois conversores UART (Universal Asynchronous Receiver / Transmitter) e uma placa alvo PAN9420, com um módulo PAN9420 Wi-Fi. O módulo em si é carregado com firmware de exemplo para aplicativos IoT e servindo conteúdo da Web.

 

O kit de avaliação PAN9026 inclui um adaptador micro Secure Digital (SD), um microcontrolador Cortex A9 e um cartão micro SD, com uma imagem de ambiente de área de trabalho Yocto Linux XFCE. Há também um cabo de alimentação que adapta um conector USB-A a um plugue de 5,5 / 2,5 mm.

 

No início desta discussão, perguntamos: “Qual é a melhor maneira de fornecer a um dispositivo uma conexão sem fio?” A resposta ainda pode ser “depende”, mas a disponibilidade de módulos incorporados, como os descritos neste artigo, pelo menos faz explorando as opções muito mais fácil. Também pode significar que, em algumas circunstâncias, você não precisa escolher um ou outro, porque pode ter os dois.

 

Artigo escrito originalmente por Mouser Electronics, publicado em 11/09/2018: Your Wireless Choice: Wi-Fi, Bluetooth, or Both?.

 

Traduzido por Equipe Embarcados.

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