Téměř každodenně se objevují nové elektronické komponenty pro propojenou domácnost. Trh lze stěží obsáhnout. Mnohé ideální komponenty zůstávají nepovšimnuté, říká distribuční firma Heilind, a podává přehled o trendech a o tom, co je důležité při výběru snímačů, konektorů, spínačů, kabeláže a příslušenství pro stále propojenější chytré domy.
Společnost TE Connectivity oznámila, že uvádí na trh sestavu s deskou plošných spojů, připravenou k okamžité montáži, se čtyřmi senzory pohybu, osvětlení, teploty a vlhkosti – rozšiřitelnou o senzory CO2, hluku a těkavých organických látek (VOC). Má použití takové multisenzorové sestavy smyl v propojených (chytrých) domácnostech nebo v automatizaci budov?
Trendy spojené s propojenou domácností
Dalibor Bacic, Product Manager pro techniku snímačů distribuční firmy Heilind, uvádí modul senzorů AmbiMate MS4 od TE Connectivity jako jeden příklad z velkého množství novinek. „Snímače jsou stále menší, výkonnější a inteligentnější. Moduly senzorů nebo multisenzorové sestavy umožňují najednou využívat několik senzorů. Jestliže je třeba brát primárně ohled na úsporu místa a snížení nákladů, je možné akceptovat kompromisy v přesnosti měření.“
Modul senzorů AmbiMate MS4 od TE Connectivity (TE) umožňuje snadnou integraci do produktů určených pro specifické aplikace. Je možné měřit teplotu, vlhkost a osvětlení, detekovat pohyb a volitelně měřit hlučnost nebo koncentraci VOC či CO2. Data ze zařízení jsou předávána prostřednictvím sběrnice I2C do dodané specifické sestavy s deskou plošných spojů, navržené podle potřeb zákazníka.
Tým produktových manažerů společnosti Heilind, která je jedním z předních celosvětových distributorů konektorů, senzorů, relé, spínačů, výrobních materiálů a spotřebního zboží, doporučuje zákazníkům vhodné elektronické komponenty.
„Když například vývojář hledá online senzor vlhkosti, dostane stovky výsledků. Správná volba následně vyžaduje hodně znalostí a zkušeností,“ říká Dalibor Bacic. „Při rozhovoru se zákazníkem si musíme nejprve ujasnit přesné požadavky jeho úlohy. Jaký je účel měření? Jak přesné musí být jeho výsledky? Kolik místa je k dispozici? Bude se měřit jen vlhkost? Měřená hodnota je často využívána pro automatické řízení systému ventilace. Potom je rozumné nezaznamenávat jen vlhkost, ale také teplotu a koncentraci CO2, protože tak je možné lépe sledovat kvalitu vzduchu a počítat požadavky na větrání. Proto je v tomto případě multisenzorový modul přitažlivou možností.“
Inteligentní snímače pro automatizované procesy
Dalibor Bacic zdůrazňuje, jak se výrazně rozšířila nabídka komponent pro automatizované procesy. Různá řešení, jako např. pro senzory osvětlení, jsou stále častěji integrována do balíčků připravených k okamžitému použití, např. pro automatické řízení osvětlení a ovládání žaluzií nebo pro inteligentní řízení větrání místnosti. Senzory teploty a vlhkosti snímají parametry prostředí v místnosti a popř. na základě údaje ze snímače polohy doporučují otevření nebo uzavření oken nebo dveří.
Dalšími příklady inteligentních snímačů, které spouští automatizované funkce v řetězci procesů, jsou HTU21P a anizotropní magnetorezistivní spínač AMR od firmy Tyco Electronics Sensor Solutions.
HTU21P je nový snímač se senzory vlhkosti a teploty s analogovým výstupem s pulzně-šířkovou modulací (PWM). HTU21P je snímač určený jako plug-and-play součást zařízení vyráběných OEM s měřicími rozsahy vlhkosti 0 až 100 % a teploty –40 °C až +125 °C. Tento snímač s malou spotřebou má vstupní proud jen 0,014 mA a napájecí napětí 3,8 V. Je určený pro zařízení vyráběná ve velkých sériích a citlivá na cenu, jako jsou řídicí jednotky systémů větrání místností. Výhodou jsou také jeho malé rozměry.
Senzory AMR jsou přesné bezkontaktní spínače s pracovní teplotou –40 °C až +125 °C. Měří změny úhlu magnetického pole, v němž je senzor umístěn, a má analogový výstup. Firma Tyco Electronics Sensor Solutions nabízí různá provedení s typickým pracovním napětím 5 V a proudovou spotřebou 0,5 mA. Snímače AMR se úspěšně používají pro detekci přítomnosti, např. jako koncové spínače pneumatických pohonů.
Pokračujícím trendem je miniaturizace
Vzhledem k velkým dodávkám komponent je stále častěji rozhodujícím faktorem velikost. „Miniaturizace je pokračujícím trendem i pro různá zařízení určená pro propojenou domácnost. Sortiment nejmenších elektromechanických komponent, jako jsou miniaturní konektory, držáky na baterie nebo držáky na karty nano-SIM, je obrovský,“ říká Stefan Schumacher, vedoucí týmu produktových manažerů společnosti Heilind.
Pro propojené domácnosti uvádí konektory FFC/FPC, konektory a kabely HDMI, USB-C a micro-USB, fine-pitch SMT konektory pro propojení desek plošných spojů, propojovací konektory vodič-vodič a vodič-deska, konektory s velkou hustotou, konektory pro paměťové karty micro-SD nebo combo a konektory pro SIM a SIM/SD combo od firmy Molex.
Konektory FFC (Flexible Flat Cable, ohebný plochý kabel) a FPC (Flexible Printed Circuit, ohebný tištěný obvod) od firmy Molex nabízejí široký výběr pro nejlepší kombinaci spolehlivosti signálu, kompaktnosti, rozsahu velikostí tištěných spojů a typů kabelu. Konektory deska-deska Molex SlimStack jsou k dispozici s různými velikostmi kolíků od 0,35 do 2 mm a o výšce 0,6 až 20 mm.
Konektory Molex pro karty SIM a combo nabízejí koncovým zákazníkům funkce ochrany v kompaktním tvaru pro mobilní zařízení využívající GSM, GPRS, SMS a MMS. Držáky pro paměťové karty Molex jsou k dispozici v různých provedeních od 1,10 do 7,32 mm; combo SD/SIM, mini, micro, nano, block, chip; typu bar-push, push-pull, push-push, pull-lever, lock, guide a eject port.
Produkty Molex pro USB mají konektory typu A, B i C a proudovou spotřebu pro typ C do 5 A, pro typ Micro do 1,8 A a pro Mini do 1 A. Kompaktní konektory typu C podporují rychlost přenosu až 10 Gb/s a umožňují robustní a spolehlivé propojení pro IoT, nositelná zařízení a jiné I/O aplikace s požadavkem na vysokorychlostní přenos dat.
Pro všechna přenositelná zařízení nabízí Keystone držák baterií 1066 podle UL 94V-0. Držáky zajišťují baterie při nárazech a vibracích v prostředí s provozní teplotou –50 až +146 °C.
S kabelem nebo bez drátů?
Pokud jde o otázku, zda mají být komponenty v propojené domácnosti spojené kabelem nebo bezdrátově, se rozhodnutí stále častěji přiklání k bezdrátové komunikaci. Zvýšená výkonnost bezdrátové komunikace s ohledem na rychlost a zabezpečení umožnila vývoj mnoha protokolů používaných v aplikací IoT pro chytré domy.
Jsou dostupné různé koncepty využívající WLAN, Bluetooth a LTE. „Jde-li o přenos malých objemů dat na velké vzdálenosti, do hry vstupují nízkopříkonová řešení (LPWA, Low Power Wide Area), jako jsou NB-IoT (NarrowBand-IoT) nebo LoRaWAN (Long Range Wide Area Network),“ vysvětluje Dalibor Bacic. „Jestliže chcete do vašeho zařízení integrovat radiovou anténu, musíte brát v úvahu možná omezení. Ta zahrnují umístění na desce, výběr materiálů pro kryt nebo blízkost možných zdrojů interference. A kromě toho vyžaduje každé bezdrátové řešení vhodné zabezpečení dat. Konstrukce radiových zařízení je velmi dobře prozkoumaná a máme přístup ke studiím výrobců,“ říká Dalibor Bacic.
Ultra-širokopásmové PCB antény Molex umožňují účinný přenos dat a mají nezávislou konstrukci, která snižuje náklady na implementaci. Antény řady 146184 s rozsahem pracovních teplot –30 až +85 °C mají v pásmu 3,0 GHz až 6,0 GHz celkovou účinnost 70 %. Vstupní impedance je 50 Ω a délky kabelů jsou 50, 100, 150 , 200, 250 a 300 mm. Koaxiální kabel pro antény se středovým připojením snese až 18 N v tahu a zajišťuje spolehlivost a konektivitu radiových zařízení.
Vestavba komponent do zařízení
Jakmile je nalezena správná komponenta, objevuje se při konstrukci zařízení další otázka: umístění. „Pokud jde o radiové moduly, je to blízkost ke zdrojům interference; pokud jde o senzory teploty a vlhkosti, je problematické umístit je u zdroje tepla. V závislosti na komponentě a její úloze nabízejí naši produktoví manažeři pro zákaznické projekty své obsáhlé zkušenosti,“ říká Andreas Haas, Product Manager pro elektromechanické komponenty, když popisuje nabídku konzultačních služeb zajišťovaných společnosti Heilind.
Kromě těchto služeb nabízí Heilind také na zakázku přizpůsobené konektory, vzorky produktů nebo individuální výběr komponent podle rozpisky (kitting). Andreas Haas: „Heilind právě investuje do rozšíření své přítomnosti v Německu, východní Evropě a v Asii. To je výhodné pro zákazníky, kteří mají vývoj v Německu a produkty potom vyrábějí ve východní Evropě nebo v Asii. Po celém světě už máme více než 40 zastoupení a výrobní závody zákazníka tak můžeme obsluhovat jako lokální distributor.“
Více o společnosti Heilind Electronics naleznete na www.heilind.de/cs
