Iedereen een Wireless Sensor Temperatuurmeter

Op Electronics & Automation 2009 kunnen bezoekers gratis in het bezit komen van een ter plaatse geproduceerde, draadloze temperatuurmeter. Deze ‘gadget’ bestaat uit twee delen. Met de sensormodule in een waterdichte, professionele behuizing wordt op een willekeurige plek de temperatuur gemeten.

De actuele meetwaarde wordt gecommuniceerd naar een dongle die op de PC wordt aangesloten. Elke gadget bevat firmware die kan worden aangepast voor aanvullende applicaties. Een Windows-toepassing is verantwoordelijk voor professionele presentatie. De onderdelen van de gadget worden in de live productielijn LivePIL op de beursvloer geproduceerd en verspreid over verschillende stands. De bezoeker kan zelf, via een tevoren afgesproken route, langs acht stands om de onderdelen bijeen te vergaren. Zo krijgt hij inzicht in de werking van de gadget en terloops worden hem acht mogelijkheden geboden om in contact te komen met bedrijven die wellicht interessant voor hem zijn.

Engineering Spirit
Engineering Spirit is verantwoordelijk voor het ontwerp van de gadget. Het bedrijf is lid van de DevelopmentClub. Toen FHI een idee nodig had voor de gadget ten behoeve van Electronics & Automation 2009, begon bij Engineering Spirit het brainstormen. “Het moest iets zijn wat iedereen wil hebben”, zegt Sander Kool van Engineering Spirit. “En met techniek die voor zo veel mogelijk bezoekers interessant is. Een van onze ideeën was het meten van het waterniveau in een plantenbak, want al die techneuten vergeten natuurlijk om hun planten water te geven. Maar dat was toch te simpel”, vertelt Kool. “Het moest ook een project zijn waar veel verschillende bedrijven aan konden meewerken. We waren op het moment bezig met een project waarbij HF-communicatie noodzakelijk was. Dat bleek een goed uitgangspunt voor de gadget. Toen moesten we nog een functie verzinnen, iets simpels, want de draadloze communicatie was op zichzelf al vrij duur. We hebben er een thermometer van gemaakt, maar technici kunnen zelf verder bouwen. Ze kunnen er nog andere dingen op aansluiten. Daarvoor is nog een aantal I/O-pinnen beschikbaar. Ook zijn er analoge ingangen. Daar zijn dus mogelijkheden”, aldus Kool.

Componenten
De uitdaging van de wireless sensor temperatuurmeter was het kostenplaatje. “Ik denk dat er aan inkoopwaarde al tegen de twintig euro aan componenten in zit”, zegt Kool. “Alles is gesponsord. Het belangrijkste onderdeel is de microcontroller met de transciever. Daarvan zijn er twee nodig, één keer in de module en één keer in de dongle. De behuizing van de module is ook kostbaar, omdat die waterdicht moet zijn. Die moet buiten kunnen hangen. En dan heb je natuurlijk nog de ontwikkeling zelf”, legt Kool uit.
Hoewel het idee van een gadget niet nieuw is voor de FHI, is het wel voor het eerst dat er een grote rol is weggelegd voor test- en meetbedrijven. Zo zit er in de productielijn een test- en meetgedeelte, maar ook in de route van acht bedrijven waar de gadget kan worden opgehaald zitten verschillende test- en meetbedrijven opgenomen. “In de route wordt functioneel getest, een HF-test bijvoorbeeld, om te kijken of het HF-signaal correct is. En een van de laatste stappen betreft de kalibratie van de temperatuursensor. De sensor is nauwkeurig op twee graden. Voor een thermometer is dat net aan de hoge kant en daarom vindt die kalibratie plaats. Daarna zit je op een marge van een halve graad. We hebben ervoor gezorgd dat de sensor in het begin duidelijk een verkeerde waarde aangeeft, zodat hij nadrukkelijk moet worden gekalibreerd”, vertelt Kool.

Stand
De stand van Engineering Spirit staat zelf ook in de route van de gadget. Het bedrijf grijpt de door de gadget gegenereerde contactmomenten meteen aan om iets over zichzelf te vertellen. “We zijn een echt ontwikkelbedrijf. In de praktijk zien we dat als het gaat om wat hogere betrouwbaarheid, men ook kiest voor een wat groter bedrijf. Dan zijn wij een interessante partner. We zitten ook vaak voor de lange termijn bij een klant. Je zou kunnen zeggen dat we dan als in-house ontwikkelafdeling van de klant optreden”, zegt Kool. “We hebben ons een aantal technieken eigen gemaakt. Microprocessoren, maar dat doen er wel meer. Maar wij doen ook aan High Speed-ontwerp. En op het terrein van HF zijn we nu ook drie jaar actief. Dan is er in technologie ook de technische software. We schrijven embedded software voor de controllers, firmware dus. Maar we zorgen ook voor de Windows-software die daarbij nodig is. Een klant heeft misschien een meetapparaat nodig, maar hij heeft niets aan alleen dat meetapparaat. De informatie moet ook worden verwerkt, de gegevens moeten ergens blijven, die moeten misschien zelfs in een database terecht komen. Dat traject doen wij ook”, aldus Kool.

Microchip
Hoofdsponsor van de componenten is Microchip. Engineering Spirit heeft in het ontwerp gekozen voor componenten van Microchip. Er is unaniem gekozen voor dat ontwerp. Toen moest er alleen nog worden gepraat over de sponsoring. “Uiteindelijk praat je over componenten voor tweeduizend gadgets”, vertelt Stefan Moolenschot, van Microchip. “In de huidige marktomstandigheden is dat behoorlijk kostbaar. Ik was heel duidelijk in mijn mening, ik wilde het wel doen, maar dan wel met mijn officiële partners en niet met bijvoorbeeld een leverancier die geen relatie heeft met Microchip. Dat zou voor de bezoeker een verkeerd beeld opleveren.” Microchip heeft niet alle, maar wel de meeste componenten geleverd. “Per gadget leveren we twee microcontrollers en twee wireless transcievers. Op de buiten-unit komt een algemene microcontroller. Die microcontroller verzamelt een aantal gegevens met behulp van sensoren. Die gegevens worden via de wireless transciever draadloos verstuurd naar de ontvanger in de dongle. Die ontvanger is dezelfde wireless transciever als in de buiten-unit en kan dus – het woord zegt het al – zowel zenden als ontvangen. De transciever in de dongle is weer verbonden met de Microchip microcontroller met USB-connector. Die vertaalt de informatie naar de computer”, legt Moolenschot uit.

Universeel
De gebruikte componenten zijn in principe universele producten waar je meerdere apparaten mee kunt ontwerpen. “In dit geval is voor microcontrollers gekozen omdat die over voldoende features beschikten. Eén microcontroller heeft een extra feature, het ondersteunen van USB. De transciever bestaat uit een chipset die vaak wordt gebruikt voor draadloze verbindingen. We hadden natuurlijk kunnen kiezen voor alleen een zender en alleen een ontvanger, maar het kan zijn dat mensen meerdere sensoren willen plaatsen. Dan kunnen sensoren bijvoorbeeld onderling met elkaar communiceren”, zegt Moolenschot. In dit geval doen we temperatuurmetingen, maar je kunt ook andere functies voor de gadget bedenken. Uitlezen hoeveel stroom je verbruikt bijvoorbeeld, of de buitenverlichting schakelen. Er zijn verschillende scenario’s denkbaar. In plaats van meten kun je een functie toevoegen om iets te doen. De microcontroller kan meerdere dingen”, vertelt Moolenschot.

Aandacht
Microchip is geen FHI-lid, het bedrijf is door een van zijn distributeurs in aanraking gekomen met dit project. Moolenschot ziet het als een mooie manier om de producten van Microchip onder de aandacht te brengen. “De klant bepaalt zelf wat hij toepast en waarvan hij gecharmeerd is. We hopen als Microchip dat mensen denken: ‘Wat een mooi product, ik ga eens kijken of ik dat ook in een applicatie van mij kan gebruiken.’”

Head Electronics
De preproductie van de gadget is in handen van Head Electronics. In eerste instantie hield dit in dat het bedrijf verantwoordelijk was voor het produceren van een aantal prototypes. “We wilden uiteraard eerst controleren of alles echt werkt”, vertelt Eric Verkerke van Head Electronics. “Dat betekent dat we eerst twintig prototypes maakten, anders kun je niet meten of alles goed is. We hebben de ontwerpgegevens van de ontwikkelaar gekregen en die hebben we vertaald naar ons productiesysteem”, zegt hij. “De werkvoorbereiding voor het maken van een paar prototypes neemt evenveel tijd als de voorbereiding voor het maken van duizend stuks. Je hebt de complete administratieve werkzaamheden voor een minimale productie. Alle onderdelen worden in het systeem gezet, de machines moeten weten wat ze moeten doen. Daarnaast wordt het printplaatwerk ook voorbereid. Je krijgt een ontwerp van een enkele printplaat en daar worden een aantal CAD/CAM-achtige voorbereidingen aan verricht, zodat het printpaneel door de printleverancier kan worden geproduceerd. Bijvoorbeeld het ‘in paneel zetten van de printplaat’, het creëren van een vrije transportrand rondom het paneel, het aanbrengen van een aantal positioneringsgaten en fiducials voor de cameraherkenning van de SMD-machine. Daarna gaat de print twee keer over een machine. Want in dit geval zitten de componenten zowel aan de boven- als aan de onderzijde”, vertelt Verkerke.

Onderkant
Oorspronkelijk wilde de beursorganisatie voor de start van de eerste beursdag al driehonderd printplaten klaar hebben om over de verschillende stands te kunnen verdelen. Het produceren van de printplaten kost nu eenmaal wat tijd. “De printplaat wordt aan beide zijden bestukt. Zo’n print zou dus eigenlijk twee keer over de productielijn moeten. Dat proces is volgens de beurslijnmanager dermate bewerkelijk, dat men dat op de beursvloer waarschijnlijk niet zou halen”, vertelt Verkerke. “Daarom hebben wij gezegd, laten we niet tevoren driehonderd complete gadgets maken, maar laat ons bij Head de onderkant van alle printplaten alvast voorzien van alle componenten, dan kan men zich op de beurs specifiek op de bovenkant richten. Immers, daar bevinden zich de meest interessante componenten. Zo versimpel je het productieproces op de beursvloer, terwijl de bezoeker de interessantste werkzaamheden te zien krijgt. De panelen zijn opgebouwd uit vier printjes van de dongle en vier printjes van de module. Nu heb je na één productierun in één klap twee keer vier printjes”, legt hij uit. Dat aantal kan nog worden verdubbeld als er gebruik wordt gemaakt van een carrier of passe-partout die twee printpanelen tegelijk over de transportband kan vervoeren.
Head Electronics zit in de club van beursdeelnemers en is om die reden benaderd om mee te werken aan het project. Het bedrijf staat ook in de route van de gadget.

T&M Systems BV
Zoals eerder gemeld, is testen en meten hier een grotere rol toebedeeld dan op voorgaande beurzen. Het bedrijf T & M Systems BV werkt op twee manieren mee aan de beurs. “Wij staan in de productiestraat met een optisch inspectiesysteem, en op onze stand in het T&M cluster doen we ook mee aan het stappenplan”, vertelt Martin van den Brandt, van T&M Systems. “Wij doen een functionele HF-test. De gadget communiceert via een draadloze radioverbinding. De gemeten temperatuur gaat naar een stukje elektronica, wordt omgezet naar een radiosignaal en wordt zo naar de dongle gezonden. Het gaat om een radiofrequentieverbinding en dat HF-signaal heeft een bepaalde vorm. Wij gaan, met behulp van een gevoelige antenne, dat RF-signaal opnemen op een signalanalyser om vast te stellen hoe het signaal er uit ziet. Tevoren hebben we visueel met een raamwerk aangegeven waar het signaal tussen moet passen. Als het opgenomen signaal binnen het raamwerk valt, dan is het goed. Op die manier laat je de klant zien hoe je een controlemeting doet. Hij ziet dat het werkt en je hebt meteen goed contact met zo’n bezoeker. En dat is toch het hele idee achter de gadget”, zegt Van den Brandt.

Uitpakken
Van den Brandt is lid van de tentoonstellingscommissie voor T&M. In die hoedanigheid was hij ook betrokken bij het besluit om een gadget te maken voor Electronics & Automation. “Voor HET Instrument is indertijd voor het eerst een gadget gemaakt. Die was in het voren geproduceerd, maar bezoekers konden hem wel zelf samenstellen. Twee jaar geleden was er op Electronics & Automation een productiestraat, het product wat daar uit kwam, werd gewoon uitgedeeld. Test- en meetbedrijven waren er niet bij betrokken. Omdat de organisatie dat toch breder wilde trekken, heeft ze de gadget en de productiestraat gecombineerd”, vertelt Van den Brandt. De test- en meetbedrijven kunnen dit jaar flink uitpakken. Naast de functionele HF-test wordt de gadget ook gekalibreerd.

Bij het verzamelen is de bezoeker onderdeel van de elektronicaketen. Hij ziet de productie direct op de beursvloer plaatsvinden. De machines staan zichtbaar opgelijnd en hun werkwijze wordt toegelicht. De benodigde printplaten en componenten worden LIVE verwerkt. Daarna worden de geproduceerde PCB’s in ESD-veilige zakjes gedistribueerd naar de stands, waar de bezoeker de onderdelen kan ophalen. In de acht stappen vinden de relevante testen plaats, om vast te stellen of de gadget op de juiste manier functioneert. De bezoeker kan de Wireless Sensor Temperatuurmeter in acht stappen verzamelen.
1: Sensor (module) PCB
2: Batterijen
3: Dongle PCB
4: Programmeren van firmware en Windows-applicatie
5: Functionele test
6: Kalibratie
7: Behuizing module + folie
8: Behuizing dongle