Kleine Erkennungsschalter dienen mehreren Anwendungen im IoT

Erkennungsschalter finden dank ihrer Miniaturformfaktor, Haltbarkeit und Designflexibilität.

Electronic Products führt in Zusammenarbeit mit EDN seine Back-to-Basics-Baureihe elektronischer Komponenten mit einer Einführung in elektromechanische Schalter ein. Verpassen Sie nicht unser Gespräch mit Roger Bohannan, dem globalen Segmentleiter für das Produktportfolio des medizinischen Segments von C&K.

Seit 2014 hat die Implementierung der Internet of Things (IoT)-Technologie es intelligenten vernetzten Geräten ermöglicht, in einer Vielzahl von Märkten an Bedeutung zu gewinnen. Viele Smart-Home-Technologien gehen von passiven, nicht verbundenen Geräten zu aktiven, verbundenen Geräten über. Ob zu Hause oder unterwegs, Smart-Home-Geräte ermöglichen eine fortschrittliche Steuerung vernetzter Geräte, um unser Leben zu vereinfachen und mehr Funktionalität zu bieten. Viele dieser Geräte werden typischerweise von innovativen elektromechanischen Steuerungen oder Schaltern unterstützt. Wenn der Platzbedarf in den IoT-Geräten kleiner wird, müssen auch die aktivierenden Komponenten kleiner werden.

Laut Markets and Markets wird das IoT-Segment bis 2027 voraussichtlich 1.463,2 Milliarden US-Dollar erreichen, gegenüber 250,7 Milliarden US-Dollar im Jahr 2019, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 24,9% im Prognosezeitraum. Genauer gesagt wird erwartet, dass die globale Marktgröße für Smart Home von 78,3 Milliarden US-Dollar im Jahr 2020 auf 135,3 Milliarden US-Dollar bis 2025 anwächst, bei einer CAGR von 11,6 % im Prognosezeitraum. Das Wachstum wird von verschiedenen Faktoren getrieben, wie der steigenden Zahl von Internetnutzern, der Einführung von Home Monitoring an abgelegenen Orten, der steigenden Nachfrage nach Energieeinsparungen, der Expansion von Smart Home-Gadgets und der wachsenden Sorge um Sicherheit und Komfort unter der allgemeinen Bevölkerung.

Markttrends und Herausforderungen

Das Potenzial für IoT-Anwendungen ist endlos. IoT ermöglicht die Fernüberwachung sowie das Sammeln von Analysedaten. Diese Daten können interpretiert und verwendet werden, um eine 360-Grad-Ansicht der Vermögenswerte zu erhalten, die es OEMs ermöglicht, Produkte zu entwickeln, die den Bedürfnissen der Menschen besser entsprechen. Die allgemeine Nachfrage nach IoT-Geräten ist während der Covid-19-Pandemie gesunken; Es werden jedoch neue IoT-Geräte auf den Markt kommen, von denen viele mit der Verbesserung der Gesundheit und Lebensqualität zusammenhängen.

Der Trend zur Miniaturisierung von IoT-Geräten ist nicht neu. Platzbeschränkungen auf der Leiterplatte erfordern kleine Erkennungsschalter, um häufig verwendete Schnappschalter zu ersetzen. Schnappschalter sind traditionell viel größer und nicht geeignet, um in handtellergroße Geräte zu passen. Infolgedessen verwenden etwa 80 % der oben genannten Smart-Home-IoT-Anwendungen Erkennungsschalter als wesentliche Kernkomponente.

Darüber hinaus möchten die Hersteller von IoT-Geräten so viel Funktionalität und Datenerfassung wie möglich in die Verringerung des Produkt-Footprints einbeziehen. Dies führt häufig dazu, dass mehr Elektronik in einem kleinen Gehäuse benötigt wird, was eine weitere Miniaturisierung und Designflexibilität erfordert.

Was ist ein Erkennungsschalter?

Ein Detektorschalter, auch als Detektorschalter bekannt, ist ein elektromechanischer Mikrominiaturschalter, der jede Bewegung oder Aktivierung seines Aktors durch ein Objekt erkennt (oder wahrnimmt). Unterhalb eines Erkennungsschalters befindet sich ein Kontaktabschluss, wodurch, wenn ein elektrisches Signal an die Anschlüsse des Erkennungsschalters angeschlossen ist, das elektrische Signal, das in der Regel in Milliampere bis Mikroampere liegt, durch ihn fließt, wenn der Schalter eingeschaltet wurde. Dieses Flow-Through-Signal kann mit anderen IoT-Geräten verbunden werden, um eine zusätzliche Folge von Anweisungen auszulösen, die bestimmte Aufgaben auf den Geräten ausführen.

Abbildung 1 Eine Strukturansicht des Erkennungsschalters zeigt seine Hauptteile. Quelle:C&K

Ein Erkennungsschalter bietet Ingenieuren eine flexible Lösung, um eine Anwendung zu entwickeln, bei der eine "minutige" Erkennung durch ein Gerät mit beweglichem Kontakt erforderlich ist. Diese Schalter sind auch sehr robust, wodurch sie in Tausenden von Lebenszyklen wiederholt ohne Schaden arbeiten können. Sie bieten eine Reihe von Verfahrwegerkennungen in einer kleinen Gehäusegröße und erfüllen die Designanforderungen für eine kleine Grundfläche auf der Leiterplatte.

Abbildung 2 Ein oberflächenmontierter Mikro-Miniatur-Erkennungsschalter ist auf einer Leiterplatte montiert. Quelle:C&K

Das Konzept eines Erkennungsschalters wurde vom traditionellen Schnappschalter abgeleitet, als kleinere Alternative zum größeren Schnappschalter, der höhere Ströme im Milliampere- bis Ampere-Bereich verteilt. Eine wesentliche Einschränkung des Schnappschalters ist seine Größe, insbesondere bei IoT-Geräten und anderen Handheld-Geräten, da diese Geräte kleiner und leichter werden. Miniatur-Erkennungsschalter bieten Platzeinsparungen von bis zu 50 % gegenüber vergleichbaren Schnappschaltern, wodurch sie sich ideal für IoT-Anwendungen eignen.

Abbildung 3 Das Schema zeigt die wichtigsten Bausteine ​​des HDT0001-Erkennungsschalters. Quelle:C&K

Erkennungsschalter verwenden auch Signalstrom (DC-Spannung) für IoT-Geräte und elektronische Haushaltsgeräte. Schwachstrom-Erkennungsschalter verbrauchen wenig bis gar keine elektrische Energie, was sie zu einer idealen Lösung für Batterieanwendungen macht. Für Erkennungsschalter ist keine UL/ENEC-Zertifizierung erforderlich.

Die Kombination seiner Miniatur-Grundfläche mit Installationsflexibilität ermöglicht es Designern, Detektionsschalter in fast jeder Position zu platzieren, einschließlich flach, vertikal und auf dem Kopf stehend. Infolgedessen schränken Plug-and-Play-Erkennungsschalter Designer nicht bei der Entwicklung von Produkten und Lösungen ein.

Neben der kompakten Größe bietet ein Detektorschalter viele Vorteile. Es ermöglicht der Produktionslinie den Einsatz von Robotermaschinen zum schnellen Bestücken und Löten des Schalters auf der Leiterplatte. Über 90 % der Detektionsschalter verwenden SMD-Terminierungen, was bedeutet, dass sie von Natur aus für Pick-and-Place-Geräte ausgelegt sind. Ohne menschliches Eingreifen in den Herstellungsprozess kann dies sicherstellen, dass der Schalter seine Qualität behält und das Vorhandensein von Verschmutzung und Schmutz, die durch die Handhabung des Schalters durch menschliche Finger erzeugt werden, eliminiert wird.

So legen Sie einen Erkennungsschalter fest

Die Auswahl des richtigen Erkennungsschalters hängt von den Anwendungsanforderungen ab. Es steht eine breite Palette von Erkennungsschaltern zur Verfügung, um fast alle Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Folgende Optionen sollten in Betracht gezogen werden:

Größe :Das Spektrum der Erkennungsschalter reicht von Standard- (~13 mm) über flaches und kompaktes Mikro- (~6 mm) bis hin zu ultra-miniaturen (~2 mm) Designs.

Betriebsdauer :100.000 bis 1 Million Zyklen

Umweltbedingungen :Sie reichen von Standard- bis hin zu abgedichteten IPxx-zertifizierten Versionen für raue Umgebungen.

Betätigungskraft :35 Gramm bis 50 Gramm

Betätigungsart :Flosse drücken, horizontal drücken, vertikal drücken und Hebel schräg drücken

Betätigerlänge :1,4 mm bis 2,67 mm

Betätigungsrichtung :Es umfasst vertikal oder horizontal, oben oder seitlich und rechtwinklig oder links.

Reisebereich :1,05 mm bis 3,14 mm

Beendigungsstil :Es umfasst SMT-, Durchgangsloch-, Panel- und Snap-in-/Chassis- und Schraubmontage-Versionen für unterschiedliche Montage- und Befestigungsanforderungen.

Betriebstemperaturbereich :Der Bereich -40°C bis 85°C ermöglicht den Betrieb in einigen rauen Umgebungen.

Typischerweise sind Detektionsschalter einpolig und oft nur normalerweise offen oder normalerweise geschlossen. Darüber hinaus besteht die Gefahr des Eindringens von Flussmittel während des Lötens, wenn Detektionsschalter nicht prozessversiegelt sind. Dies muss normalerweise während des Herstellungsprozesses beim Löten des Detektors an die Leiterplatte berücksichtigt werden.

Schlüsselanwendungen

Erkennungsschalter werden häufig in den folgenden Smart-Home-Anwendungen verwendet:

• Reinigungsroboter:Wird bei der Erkennung des Vorhandenseins von Staubbehältern sowie der Position der Roboterradrichtung verwendet.
• Smarte Tür- und Fensterschlösser:Erkennung des Schlosses in Zwangsstellung von innen. Die Tür kann von außen nicht manuell entriegelt werden.
• Ohrhörer:Aktivieren Sie das Aufladen, wenn die Ohrhörer angedockt sind, und erkennen Sie, ob sich die Ladestation in der offenen oder geschlossenen Position befindet.
• Überwachungskamera:Erkennung der Endposition der Objektivrotation
• Sicherheitsschleusen:Offenes oder geschlossenes Tor
• Rauchmelder:Erkennung zur Manipulationssicherung von Rauchmeldern und Alarmzentralen

Erkennungsschalter können auch in einer Vielzahl anderer intelligenter Anwendungen verwendet werden, von Digitalkameras zur Erkennung des Öffnens/Schließens einer Abdeckung, Zoom-In/Zoom-Out-Funktion und Anbringen und Abnehmen von Objektiven an Verbrauchszählern zur Manipulationssicherung durch Erkennen des Entfernens der Abdeckung des Messgeräts.

Lieferung aller elektronischen Designs

Um die hier skizzierten Herausforderungen zu meistern und den Branchenanforderungen gerecht zu werden, bieten Schalterhersteller wie C&K eine große Auswahl an Detektionsschaltern an. Kleine und zuverlässige Erkennungsschalter sind eine ideale Lösung für alle elektronischen Designs, bei denen die Größe der Grundfläche eine Rolle spielt. Detect Switches bieten Designflexibilität und Funktionalität mit einer Reihe von Optionen, die innovative und fantasievolle IoT-Geräte ermöglichen.

—Edward Mork ist Produktlinienmanager bei C&K.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich auf unserer Schwesterseite EDN veröffentlicht.