Instrument-gadget slimmer dan ooit (video)

Oorspronkelijk voor het tienjarige jubileum van Ymif Engineering bedachten de engineers van het bedrijf, twee TU’ers en twee HTS’ers, een simpel stuk elektronica met allerlei extra mogelijkheden. Voor Het Instrument 2012 werd het ontwerp verder ontwikkeld tot de klok zoals die er nu is. "Voor onze eigen klanten hadden we al eens een klokje met wat extra functionaliteiten gemaakt. Voor de beurs hebben we op dat concept voortgeborduurd. We hebben met de jongens hier zitten brainstormen en we kwamen op wel honderd mogelijke applicaties. Uiteindelijk hebben we er 24 gekozen."

FHI koos na presentaties van verschillende potentiële gadgets het ontwerp van Ymif Engineering. Volgens directeur Ton Wennen was FHI vooral enthousiast over de veelzijdigheid van de klok. "Daarnaast was ons idee kostprijstechnisch interessant. Maar ook de mogelijkheden voor gebruik in het onderwijs was een argument om voor ons te kiezen."

De klok is niets meer dan een printplaat met componenten en led’s. Op de printplaat huizen onder andere een kompas, een bewegingssensor, een infrarood zender/ontvanger, een microfoon en verschillende uitgangen voor het schakelen en bedienen van zelf te configureren apparaten. Er zit geen behuizing omheen, om gelijk te kunnen zien waar het eigenlijk om draait. Bij opstarten doorloopt het apparaat een testcyclus. Als hij zichzelf heeft goedbevonden, is de klok klaar voor gebruik. "Er zijn 24 standen, elk met zijn eigen functie", legt Wennen uit. "Een spelletje bijvoorbeeld, of een dobbelsteen die reageert op beweging. En natuurlijk een klok."

Samen slim

Het vele aantal uiteenlopende applicaties is mogelijk door de verschillende sensoren slim te laten samenwerken. "Daarnaast zijn er verschillende uitgangen voorzien. Met de ‘open drain’-uitgang kun je schakelen. Je kunt de klok als timer gebruiken om een lamp aan te doen. Maar denk ook aan de combinatie met infrarood of geluiddetectie. Als de hoeveelheid geluid boven een bepaald niveau komt, schakelt hij", vertelt Wennen.

De klok beschikt verder over een applicatie voor objectbeveiliging: "Stop hem in een tas, en zodra er beweging wordt gedetecteerd, gaat een alarm af. Er zit een waterpas op en via de camera van een smartphone kan er optisch met de klok worden gecommuniceerd. Door de infraroodontvanger kun je met een willekeurige afstandbediening schakelen. De infraroodzender kan contact leggen met andere kompasklokken, zodat verschillende klokken op elkaar kunnen reageren. De klok heeft ook een applicatie voor temperatuurindicatie. De temperatuur wordt gemeten met een ledje. En er zit een PWM-generator op waarmee van 0 tot 100 procent kan worden uitgestuurd. Met de lichteffect-applicatie kan drie kanalen RGB worden gestuurd. Daarnaast heeft de klok een zandloperapplicatie, een zelftest van de batterijen, een 3D-muis en nog veel meer…

Open source

Voor de bezoeker van Het Instrument is de gadget meteen al een heel leuk hebbedingetje. "Maar omdat alle functies zijn gebaseerd op open source software kan ook iedereen ermee aan de slag", zegt Wennen. "Daarnaast zitten er veel uitgangen op de klok. Voor alles wat er gebeurt, is er een soldeerpitje. Je kunt een van de sensoren of bepaalde schakelaar direct aansluiten op eigen elektronica."

Eerdere versies van de klok waren bij Ymif ook in gebruik als een soort testboard, om even snel een applicatie te testen. "Daar zijn we op doorgegaan, want dat is voor anderen natuurlijk ook interessant. Daarmee maak je elektronica laagdrempeliger. Je kunt hier heel snel even wat dingetjes mee proberen. Ook voor het onderwijs is dat leuk."

EMC

De gadget heeft een EMC-test ondergaan bij Dare in Woerden. "Daar hield de klok zich bijzonder goed", vertelt Wennen, "en daar waren ze bij Dare best verbaasd over. We hebben het hier over een kale printplaat. De meeste printplaten zitten in een behuizing die ook als afscherming voor de elektronica dient. Dat is hier helemaal niet nodig. We zijn bij de immuniteitstest nog een factor hoger gegaan om te kijken waar de grens lag, uiteindelijk bleef hij prima werken. Zelfs ESD-ontladingen tot ruim vier kV gaven geen problemen." Voor de functionele tests is Romex in Rhenen bezig met een testfixture. Na de productie worden daarmee alle applicaties en functies getest.

Sponsoren

Voor de benodigde componenten heeft zich een aantal sponsoren aangemeld, bedrijven die wilden bijdragen door bepaalde componenten beschikbaar te stellen. Daarmee is Ymif aan de slag gegaan. Er zijn geen aanpassingen meer gedaan naar aanleiding van de beschikbare componenten. "We hadden bepaalde ideeën over hoe het moest worden", vertelt Wennen, "en die sponsoren sloten daar mooi op aan."

Contactmomenten

Op Het Instrument worden contactmomenten gecreëerd om de gadget aan de bezoeker uit te delen. Eerst worden de klokjes zelf verstrekt. Bij de volgende stap worden de batterijen geleverd en de laatste twee stappen zijn voor het verstrekken van de software. "De technische beschrijving en handleiding komen ook via onze website beschikbaar", vertelt Laurens Werdler, developer bij Ymif Engineering. De bezoeker kan daarna zelf verder ontwikkelen of programmeren. "Dat hoeft in feite niet, je kunt er zo mee aan de gang en je hebt al heel wat mogelijkheden met de hardware. Maar je kunt ook de software nog aanpassen als je dat wilt." De software is door Ymif zelf ontwikkeld. "We hebben natuurlijk wel gebruik gemaakt van de gedachtegang van de processor. De fabrikant Microchip opperde om met capacitive touch te werken in plaats van met echte knoppen. Dat hebben we toegepast en vervolgens in eigen software geïntegreerd."

Combinatie

Met de combinatie van de verschillende sensoren op de klok zijn de mogelijkheden zeer uitgebreid. "Tijdens het brainstormen hebben we wel honderd verschillende mogelijkheden bedacht. Als je gaat fantaseren kun je zoveel leuke dingen doen, helemaal als je meer klokjes met elkaar laat samenwerken", zegt Werdler. "Met de koppeling met de pc is ook de 3D-muis mogelijk. Het is nog niet zo geavanceerd als een Wii-remote, maar het begint er op te lijken. De muis werkt door een combinatie van de versnellingssensor, zwaartekracht en het kompas. Het is ook alleen maar om een aanzet te geven. Om te laten zien dat met beperkte middelen toch al zoveel mogelijk is. We begonnen met wat ledjes, piepjes en een uitgang. Als je daar dan een paar sensoren van verschillende aard aan toevoegt, geluid, licht en beweging, dan stijgt het aantal mogelijkheden explosief." Werdler denkt dat de klok ook handig is als evaluatieboard of prototypingboard. "In het klein krijg je een heleboel toeters en bellen beschikbaar om mee te spelen als ontwikkelaar. Wij gebruiken hem ook vaak voor stagiairs. Een klokje en een printplaat, soldeer er wat draadjes aan en je kunt vast beginnen met iets aan te sturen of meten." Ook voor het onderwijs zou de klok daarom een hele geschikte zijn.

Software

De klok kan met behulp van een mini-usb-kabel worden aangesloten op een pc. Met de software kunnen alle sensoren worden uitgelezen. Je kunt een bepaalde parameter in een grafiek terug laten komen. Zo zie je precies wat bijvoorbeeld een bepaalde as van de accelerometer doet. Op die manier kun je ook alle data van de microfoon of kompas uitlezen. "De source code komt vrij. Met de combinatie van al die sensoren zijn er al veel mogelijkheden, maar de pc software maakt het ding nog veel krachtiger", vindt Werdler. "Tijdens de ontwikkeling kun je precies zien hoe gevoelig je alles hebt ingesteld. Het kan best zijn dat je de software uiteindelijk helemaal niet nodig hebt, maar als je wilt, kun je er gebruik van maken. Je kunt later ook nieuwe, al dan niet eigen software naar de klok uploaden, direct via usb, zonder gebruik te maken van een programmeertool. Iedereen kan zelf verder ontwikkelen in MPLAB, de gratis ontwikkelomgeving van Microchip. De grap van het product is dat je er op verschillende niveaus iets mee kan doen. Of alleen als gebruiker. Of als gebruiker die er draadjes aan soldeert en er zijn lampen mee aanstuurt, hardwarematig dus. Of als software-ontwikkelaar die zegt, ik ga de default parameters bewerken en ik maak er helemaal iets anders van."

Kasper Weigand