Ein Laser Entfernungsmesser wird verwendet um schnell und zuverlässig den Abstand zwischen 2 Objekten zu bestimmen. Voraussetzung für eine Messung über einen Laserstrahl ist die freie Sichtverbindung zwischen den Messpunkten. Laser-Entfernungsmesser sind in vielen unterschiedlichen Ausprägungen am Markt erhältlich. Das verwendete LIDAR Messprinzip ist für die gebräuchlichen Modelle gemeinsam. Das Alleinstellungsmerkmal des von uns hergestellten Entfernungsmessers ist die direkt Anbindung des Messgerätes über WLAN an ein Netzwerk bzw. an das Internet. Als WLAN-Übertragungsprotokoll wird hierbei MQTT eingesetzt. Dies ermöglicht den sehr einfachen Zugriff auf die Messwerte und auf die Funktionen des IoT-Device von jeder Anwendung welche MQTT-fähig ist.

Zum Vergleich: Entfernungsmesser mit Bluetooth-Schnittstelle können zwar auch die Messwerte per Funk übertragen, der Empfänger muss jedoch speziell auf dieses Gerät zugeschnitten sein. Eine Übertragung in ein beliebiges Programm oder in eine Datenbankanwendung ist hier – wenn überhaupt – nicht ohne großen Zusatzaufwand möglich.

Ein weiteres besonderes Feature unseres Lasermessgerätes ist es, dass es nicht mit Batterien sondern mit einem LiIon-Akko (Lithium-Ionen-Akku) betrieben wird. Die Akkus können zudem über einen Standard-Stecker schnell und einfach gewechselt werden. Über Wechselakkus ist somit ein kontinuierlicher Betrieb des IIoT Messgerätes möglich.

Die verwendeten Akkus sowie die Ladegeräte sind kompatibel zu unseren WLAN-Modulen für unsere Messuhren der Modellreihe M4 sowie zu unserem WLAN-PIR-Temperatur-Messgerät.

Einleitung und Übersicht

Eine MQTT Infrastruktur für industrielle Anwendungen zu betreiben ist genauso wie MQTT an und für sich: Einfach und flexibel. Trotzdem ist es wie für alle Vorhaben empfehlenswert einige Vorüberlegungen anzustellen und zu entsprechend zu planen. Dies verhindert, dass die erstellte Infrastruktur direkt nach der Fertigstellung angepasst werden muss. Weiter ist es notwendig, angrenzende Bereiche vor allem aus dem Bereich der Netzwerkinfrastruktur in die Überlegungen und Entscheidungen mit einfließen zu lassen.

Grundsätzlich lässt eine MQTT Infrastruktur in 3 Teile unterteilen: Die Sensoren oder Aktoren (IoT Devices) als primäre Datenlieferanten, den MQTT Broker als Vermittler der Daten und das Backend als primärer Abonnent der Daten. Dies ist eine logische Aufteilung. MQTT-Technisch gibt es Publisher (= Datenlieferanten) und Subscriber (=Datenabonnenten) – doch jeder Publisher kann auch selbst Daten beziehen und jeder Subscriber kann auch Daten senden (und macht dies normalerweise auch). Trotzdem ist es eher so, dass im Datenbackend eher mehr Subscriber von Nutzdaten sitzen und die Devices als Sensoren und Aktoren die primären Datenlieferanten des Systems sind.

Das Bindeglied zwischen den 3 Komponenten des Systems ist das Netzwerk. Bei einer MQTT Infrastruktur geht es also um klassische TCP/IP Netzwerktechnik.

Eine MQTT Device ist normalerweise über WLAN an das Netzwerk angebunden. Wir haben in unserer Netzwerkinfrastruktur also ein WLAN Netzwerk integriert.

Einfachste Infrastruktur

In der einfachsten Infrastruktur befindet sich alles in einem einzigen Netzwerk (LAN, Local area network). Es kommt keine spezielle industrielle Hardware zum Einsatz. Vielmehr dient ein einfacher Accesspoint als Zugangspunkt zum Netzwerk mit MQTT Broker und Backend.

Einfache MQTT Client / MQTT Broker Infrastruktur

Der MQTT Broker kann hierbei auf irgendeinem Rechner des Netzwerks laufen. Möglich ist es sogar, sowohl Broker als auch Accesspoint auf einem einzigen Android Endgerät zu betreiben. Somit besteht die gesamte Infrastruktur z.B. nur aus der IoT Device und einem Tablet. Dieser Sepzialfall einer MQTT Architektur ist in unserem Artikel MQTT Broker auf Android beschrieben.

Gateway als MQTT Broker

Eine fast genauso einfache Infrastruktur setzt einen MQTT Broker als Gateway zwischen 2 LAN Netzwerken ein. Dieser Broker kann als proprietäres System oder als Linux System umgesetzt sein.

MQTT Infrastuktur mit Gateway zwischen Produktionsnetzwerk und Firmennetzwerk.

Firmen wie die Wiesemann & Theis GmbH (www.wut.de) bieten einen einfachen MQTT Broker als fertige Komponente an. Alternativ kann ein kleiner Linux Rechner wie z.B. ein Raspberry Pi Rechner als MQTT Broker eingesetzt werden. Die erste Option bietet eventuell einen etwas leichteren Einstieg in die Konfiguration, da diese komplett über eine WEB Oberfläche vorgenommen werden kann.
Der Raspberry Computer bietet dagegen eine maximale Flexibilität durch ein komplett offenes und frei konfigurierbares System welches mit Sicherheit über viele Jahre gepflegt und weiterentwickelt wird.
Mit dem von uns entwickelten und angeboten Raspberry Industrierechner können wir ein System liefern welches eine sehr einfache Konfiguration ermöglicht und trotzdem die maximale Flexibilität eines quelloffenen und freien Linux Systems bietet.

MQTT Broker im WAN Netzwerk

Eine für nicht-industrielle Anwendungen häufig umgesetzte Konfiguration ist die Verwendung des MQTT Brokers als Service in einer Cloud, also auf einem entfernten Rechner in einem WAN (wide area network; Internet).
Dies vereinfacht die Gesamtkonfiguration und den Betrieb etwas, da ein MQTT Broker eben überhaupt gar nicht erst installiert und konfiguriert werden muss. Dies ist natürlich auch für Industrielle Anwendungen denkbar.

MQTT Infrastruktur mit einem MQTT Broker in der Cloud

Meist kommt diese Konfiguration aus mindestens 2 Gründen nicht zum Einsatz:

Erstens ist die Grundanforderung der Unabhängigkeit einer Industrieanlage nicht gewährleistet. Sollte der externe Dienst des MQTT Brokers aus irgendeinem Grund nicht mehr erreichbar sein ist eine Produktion im schlimmsten Fall nicht mehr oder nur noch deutlich eingeschränkt möglich.

Ein zweiter Grund ist, dass Daten der Anlage außerhalb des lokalen Netzwerkes oder Firmennetzwerkes gespeichert werden. Zwar können die Datenverbindungen und Übertragungen unter MQTT z.B. Passwort oder über eine TLS/SSL Verschlüsselung geschützt werden, ein Risiko zur Einsicht oder Manipulation der Daten auf dem Server selbst bleibt jedoch bestehen.

Wenn man bedenkt, wie einfach ein MQTT Server installiert, administriert und betrieben werden kann ist es empfehlenswert den MQTT Server in einem lokalen Firmen-LAN zu betreiben.

Infrarot Thermometer (PIR Thermometer, Passive Infra Red Thermometer oder Pyrometer) werden in der Industrie eingesetzt um Temperaturen berührungslos zu messen. Im Gegensatz zu unseren Messmodulen für lineare Längenmessung gibt es hier eine große Auswahl an Produkten am Markt. Jedoch gilt auch hier: Die meisten Geräte besitzen keine Möglichkeit die erfassten Messwerte per Funk an einen PC oder ein Smartphone weiterzugeben. Einige wenige Modelle besitzen ein eingebautes Bluetooth Funkmodul über welches sich die Daten an eine proprietäre Software übertragen lässt. Dies alles ist nicht wirklich industrietauglich oder Industrie 4.0. Gleichzeitig ist es jedoch die Gelegenheit für uns, auch hier ein entsprechendes Infrarot Thermometer zu entwickeln.

Ansicht des WLAN Infrarot-Thermometers von oben
Ansicht des WLAN-PIR-Thermometers von unten
  1. PIR Sensor (90° um die Y-Achse drehbar)
  2. Bildschirm (OLED Display)
  3. Anzeige der Funkverbindung (WLAN Signalstärke)
  4. Anzeige des Akku-Ladestandes
  5. Lithium-Ionen oder Lithium-Polymer Akkumodul
  6. Multifunktionssteckverbindung für Akku oder Peripherie
  7. Hauptschalter für die Spannungsversorgung
  8. Messtaste für manuelle Messungen und Multifunktionstaste

Die Alleinstellungsmerkmale unseres Infrarot Thermometer für industriellen Einsatz sind:

  • Echtes WLAN. Direktes Verbinden des Infrarot Thermometers mit einem WLAN/WiFi Netzwerk.
  • Sichere Funkübertragung auch unter schwierigen Bedingungen.
  • MQTT Datenprotokoll.
  • Sehr kleine Bauweise durch hohe Integration der Bauteile.
  • Sensorausrichtung um bis zu 90° drehbar.
  • Montagemöglichkeiten für Wandmontage oder Montage auf Lochblech.
  • Lange Laufzeit durch Lithium-Ionen Akku (LiIon).
  • Schnellwechselsystem für den Akku.
  • Große Auswahl an Ladestationen für den Akku.
  • Hohe Konfigurationsmöglichkeit durch den Kunden durch unsere agile Fertigung.

Die Authentifizierung des Thermometers am WLAN Netzwerk erfolgt über Angabe der SSID und des Passwortes. Über WPA2 werden die übertragenen Daten sicher vor unbefugtem Zugriff geschützt.

Die Weitergabe der Daten erfolgt im offenen MQTT Protokoll. Das MQTT Protokoll wurde entwickelt, um Messdaten einfach und zuverlässig auch über große Distanzen sicher zu übertragen. Die MQTT “Empfangsstation” wird MQTT Broker oder MQTT Server genannt. Diese Software ist als freie Software kostenlos auf für die kommerzielle Nutzung verfügbar. Über einen MQTT Client lassen sich sämtliche Anwendungen zur Messdatenverarbeitung realisieren: Sei es die Weiterverarbeitung in einem nachgelagerten Prozess für die Qualitätssicherung oder auch nur die direkte Eingabe der Messwerte in z.B. eine Tabellenkalkulation wie LibreOffice oder Excel.

Funktionsweise des PIR Funkthermometer

Das Funk-Thermometer kennt 2 Betriebsarten:

  • Konfiguration
  • Messen

In der Betriebsart [Konfiguration] öffnet das Thermometer einen WLAN Access Point. Über diesen kann ein beliebiger Client eine Verbindung zum Thermomenter herstellen. Über diese Verbindung kann dann die gewünschte Konfiguration auf das Messgerät übertragen werden.
Der primäre Sinn der Konfiguration besteht darin, das Modul für den Zugriff auf einen MQTT Server zu konfigurieren.
Die Konfiguration wird normalerweise über unser Konfigurationsprogramm durchgeführt. Dort können alle erforderlichen Parameter eingestellt werden.

Nach erfolgreichem Laden einer Konfiguration startet das Modul in der Betriebsart [Messen]. Der eigene WLAN Accesspoint wird hierzu dann deaktiviert.
Stattdessen versucht das Modul sich mit dem konfigurierten WLAN Accesspoint zu verbinden. Die Authentifizierung erfolgt hierbei über WPA2/PSK.
Nach erfolgreicher Verbindung mit dem Accesspoint wird versucht eine Verbindung mit dem konfigurierten MQTT Server herzustellen.
Ist diese Verbindung erfolgreich kann das Messgerät direkt über MQTT Botschaften versenden und empfangen.

Über eine Softwarefunktion oder über die Servicetaste am Messmodul lässt sich das Messgerät wieder in den Konfigurationsmodus versetzen [Factory Reset].

Aktualisierung der Firmware

Die Firmware der Messgeräte-Erweiterung kann über WLAN aktualisiert werden (OTA-Update/Over The Air Update).
Der Aktualisierungsvorgang wird auf dem Display angezeigt.
Die Aktualisierung wird nur dann aktiviert wenn die gesamte Firmware fehlerfrei über das WLAN in das Modul übertragen werden konnte.
Die Aktualisierung der Firmware wird über verschiedene optionale Mechanismen geschützt:

  1. Über eine explizite geschütze Freischaltung über eine entsprechende MQTT Botschaft.
  2. Über eine Tastenkombination am Modul.

Technische Daten

WertEinheit
Länge (PIR Sensor auf 0°)110mm
Breite (incl. Akku-Modul)38mm
Höhe (PIR Sensor auf 0°)26mm
Gewicht (incl. Akku-Modul)90g
Akkukapazität des Akku-Moduls650mAh

Unser Know-how und unsere Leidenschaft ist Funktechnik, WLAN und MQTT. Für die Sensorik der Temperaturmessung vertrauen wir auf bewährte Hersteller von Industriellen Sensoren zur Temperaturerfassung. In der Standardausführung verwenden wir Infrarotsensoren der Baureihe MLX90614 der Fa. Melexis N.V aus Belgien.

Die Daten dieser Sensoren sind:

MLX90614 VarianteWertEinheit
Messbereich (Objekttemperatur)-70 – 380°C
Umgebungstemperatur (Variante E)-40 – 85°C
Umgebungstemperatur (Variante K)-40 – 125°C
Messauflösung0,02°C
Genauigkeit (0-50°C)0,5°C

Die exakten Daten der Sensoren können direkt im Datenblatt des Herstellers abgerufen werden.

Wir freuen uns über Kundenwünsche und können auch andere Sensoren in unser Funkthermometer integrieren.

Einleitung

Das Programm mqtt2key (MQTT to Keyboard – MQTT zu Tastatur) dient zur Datenübertragung. Werte, welche über MQTT empfangen werden können damit direkt an die Tastaturschnittstelle weitergegeben werden. Damit eignet sich das Programm zur Übertragung von beliebigen Messwerten oder Eingabedaten an praktisch jede Anwendung zur Messdatenverarbeitung.

In IIoT Anwendungen, also industriellen Anwendungen für IoT, wird bevorzugt das MQTT Protokoll eingesetzt. Normalerweise “sprechen” dann alle verbundenen Programme MQTT. Die Werte können von jedem Programm direkt und einfach verarbeitet werden.

Es sind verschiedene Szenarien denkbar und in unserer Erfahrung schon aufgetreten, in welchen ein Programm MQTT Messwerte verarbeiten soll, jedoch nicht direkt auf einen MQTT Server zugreifen kann.

MS Excel

In sehr einfachen Szenarien kann es sein, dass der Messwert nur in einem Tabellenkalkulationsprogramm wie LibreOffice oder Excel gespeichert werden soll. Zwar wäre es prinzipiell sicherlich möglich, auch hier eine MQTT Ankopplung zu realisieren – ein sehr einfacher Weg ist es jedoch, einfach die Werte direkt in eine Tabellenzelle einzutragen.
Der Vorteil gegenüber einer manuellen Eingabe liegt auf der Hand: Durch die automatisierte Übertragung ist sichergestellt, dass der Wert auch korrekt übernommen wurde. Die Prozesssicherheit und Qualität der Messwerte steigt, da ein Ablesefehler oder Eintragefehler (z.B. Zahlendreher) sicher vermieden wird.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Übertragung deutlich schneller geht, als den Wert manuell abzulesen und einzutippen.

WEB Anwendungen

Eine weitere Anwendung ist die Verarbeitung der Daten durch ein Programm welches in einem Web-Browser betrieben wird.

Zwar kann ein Web-Browser einfach und direkt über eine Ajax-Web-Schnittstelle auf einen MQTT Broker zugreifen, jedoch ist es nicht immer möglich, das verwendete Programm dahingehend zu erweitern oder zu verändern, dass die Messwerte direkt eingetragen werden.

Auch hier kann über das einschleusen der MQTT Werte in die Tastaturschnittstelle einfach eine automatische Übernahme der Messwerte umgesetzt werden.

Sonstige Anwendungsbereiche

Weitere Anwendungsfälle sind unendlich verfügbar. Jedes Programm, egal ob Konsolenprogramm, Browserprogramm oder Windows-Programm, welches Tastatureingaben entgegennimmt kann mit dem MQTT Hilfsprogramm mqtt2file als Empfänger von MQTT Messwerten verwendet werden.

Die weitere Verwendung von MQTT ist hierbei nicht relevant. Es ist gut vorstellbar, über das Programm schlicht und einfach eine Messuhr, ein Messschieber oder eine Bügelmessschraube per WLAN drahtlos mit dem Computer zu verbinden um die Werte dann direkt in einem beliebigen Programm weiter zu verarbeiten.

Funktionsweise

Das Programm läuft normalerweise im Hintergrund. Es verbindet sich mit dem konfigurierten MQTT Broker und nimmt die Messwerte des konfigurierten Messmittels entgegen. Diese Werte werden dann direkt an die Tastaturschnittstelle weitergegeben.

Optional kann ein systemweiter Hotkey oder Shortcut (“Direkttaste”) definiert werden: Über diesen lässt sich dann eine Messung oder ein Messwert direkt vom PC aus über MQTT anfordern.

Konfiguration

Das Programm muss nicht installiert werden. Es wird einfach an einem beliebigen Ort auf der Festplatte (oder auch einem USB-Stick) abgelegt und kann direkt ausgeführt werden.

Der Hauptbildschirm der Anwendung

Nach dem Start des Programms erscheint der Hauptbildschirm der Anwendung.

Die Einstellungen sind selbsterklärend und werden beim Beenden des Programms gespeichert.

Die Messwerte werden wie von z.B. der Messuhr geliefert weitergegeben. Z.B. “-12.34”. Wenn ein Programm die Werte in einer anderen numerischen Notation erwartet kann der Wert in die Notation des Landes anpassen, auf welchem das Programm aktuell ausgeführt wird. Auf einem Computer mit deutschem Gebietsschema würde dann z.B. “-12,34” an die Tasttatur ausgegeben werden.

Beim schließen des Programms wird das Programm lediglich in die TNA (Taskbar Notification Area) minimiert. Dort ist es dann weiter als kleines Symbol sichtbar und läuft im Hintergrund.

Wenn ein Messwert übertragen wird blinkt dieses Symbol kurz auf.

Durch klick auf das Symbol wird der Hauptbildschirm wieder dargestellt.

Durch klick mit der rechten Maustaste kann das Programm endgültig geschlossen werden.

Auf der 2. Registerseite der Anwendung sind Details zu MQTT zu sehen.

Download und Installation

Das Programm ist Freeware und kann kostenlos hier heruntergeladen werden. Das Programm sollte auf jedem neueren Windows Rechner problemlos laufen. Wir übernehmen hierbei keine Garantie für die Funktion – siehe auch unten unter “Rechtliches”. Das Programm muss nicht installiert werden. Entpacken Sie die Dateien einfach in ein beliebiges Verzeichnis. Zum Starten rufen Sie das Programm “mqtt2key.exe” auf.

Rechtliches

(c) rAAAreware GmbH

Diese Software wird zur Verfügung gestellt, so wie sie ist, ohne
ausdrückliche oder implizite Garantie.
Keinesfalls ist der Autor verantwortlich für etwaigen Schaden, der durch die Verwendung dieser Software auftritt.

Es wird allen Nutzern des Programms bewilligt, diese Software für
jeden möglichen Zweck einzusetzen, kommerzielle Nutzung inbegriffen,
solange folgende Bedingungen erfüllt werden:

  1. Jegliche Weitergabe des Pakets muss alle Angaben obiger Copyright
    Nennung und die Webadresse beinhalten.
  2. Die Herkunft der Software darf nicht falsch dargestellt werden, es
    darf also nicht fälschlicherweise behauptet werden, der Autor dieser
    Software zu sein.
  3. Veränderte Versionen müssen als solche deklariert und nicht als
    Originalsoftware dargestellt werden.
  4. Jegliche Weitergabe des Pakets hat unentgeltlich zu erfolgen.
    Eine kommerzielle Weitergabe ist nicht ausgeschlossen, bedarf
    jedoch einer Rückfrage beim Autor.

Funkstandards bei IoT / IIoT Technologien für Industrie 4.0

Bei der Anbindung von Messmitteln an eine IIoT Industrie 4.0 Infrastruktur stellt sich immer wieder die Frage, auf welchen Funkstandard man setzen kann, soll, muss oder darf. Inzwischen bewerben sich viele verschiedene Protokolle oder Standards wie WLAN / Wi-FI, Bluetooth, Ant+ oder ZigBee um den Einsatz in der Fabrikhalle oder Fertigung.

Mit einem Vergleich und einer Gegenüberstellung der verschiedenen Funksysteme mit industrieller Eignung versuchen wir etwas Licht in dieses Thema zu bringen.

Wir sind ein Hersteller von WLAN-Modulen für die Messtechnik und sicherlich keine wissenschaftlichen Nachrichtentechniker. Aber gerade dies ermöglicht uns einen praxisorientierten Blick auf die Thematik welchen wir durch unsere langjährige Erfahrung in der Zusammenarbeit mit unseren Industriekunden verfestigen konnten.

Sie können unseren Artikel zu Funkstandards bei IoT / IIoT Technologien für Industrie 4.0 hier lesen oder downloaden.

Rechtliches

Einige Namen in diesem Text können Urheberrechtlich geschützt sein.
Bluetooth ist eine eingetragene Marke der Bluetooth SIG, Inc.
ANT+ ist ein eingetragene Marke der ANT Alliance bzw. Garmin.
Zigbee ist eine eingetragene Marke der Zigbee Alliance, USA.
Wi-Fi ist eine eingetragene Marke der Wi-Fi Alliance.
Wir weisen darauf hin, dass wir keine Rechte an diesen Namen haben oder beanspruchen, diese Namen nur redaktionell zur Erklärung verwenden und keine Verbindung zu den Firmen mit den Namensrechten haben.

We announce the probably first real WLAN module for digital gauges, calipers and outside micrometers.

Starting in 2018 with a development study for a big German automotive manufacturer we improved and extend our modules for a quite wide range of use cases.

All IIoT modules communicate using the MQTT IoT protocol.

Currently we deliver primary the german speaking market. This page has been created to spread the information about the module to English speaking international customers.

Beside of our WLAN modules we extended our portfolio of products with some other items requested by our industrial partners. Those modules are for example some MQTT or serial displays or some electromechanical lifts for gauges.

Our philosophy: Agile development and production

Our philosopy is to provide simple but relieable modules in industrial strength for professional usage. Our roots are in the software business – where we like to do agile software development. We transform this knowledge to our hardware and electronic development and production process. This means:

  • All product cases are printed with a 3D printer. This allows very fast product improvements and reaction on individual customer requests.
  • We only use very standard electronic components. This allow a very long time support of our products.
  • All software and firmware of the modules is developed agil and therefore hast the benefits of agile software development.
Agile development and production: All cases are printed individual in 3D PLA/ABS/SLA

Those software development principles we extend or define more precisely as:

  • Keep it simple. As simple as possible. As complex as necessary.
  • Be modular. Keep functionality together by specific modules.
  • Be autarkic. Keep modules independend and stand-alone operative.
  • Reuse what you have. Do not invent things wich are already there.
  • Enable simulation. To improve product quality beyond simple testing.
  • Be open. Use open and transparent interfaces.

M3 / M4 – WLAN dial gauge module

Modul M3

The module is either simply placed around an digital gauge. An additional OLED diplay give information about the current measurement and/or the module and gauge state.

Module M4

Module M4 replace the back of a electronic gauge and give the gauge direct access to a WLAN network using MQTT communication. The module is quite small. Different additional modules can extend the functionality or extend the power of the module. The shown display is optional to maintain the module or to show additional informations about the measurement process.

M5 – WLAN caliper module

The Module M5 is mounted on a sliding caliper to extend the functionality of a calliper with real WLAN (not Bluetooth or ZigBee!).

Digital caliper with WLAN Module mounted
Module M5
Zeigt den WLAN Messschieber in der Ladeschale. Diese ist auf einem Lochblech montiert.
WLAN caliper in charge station

The WiFi caliper module come with a specific loading station which always ensure the caliper is fully loaded prior usage and send his data to a WLAN network.

M6 – WLAN micrometer module

Module M6 at a digital micrometer

The module M6 give a digital micrometer the ability to send direct within a WiFi / WLAN Network. The rechargeable battery (Li-Ion) of the device can be charged by cable or in a charging station.

Micrometer WLAN module M6 with power station

M2 – electronic dial gauge elevator

In situations where a automatic elevation of a dial gauge measuring sensor is requested our electro-mechanical measuring sensor elevator can be used. The range to lift is 12.5 or 25 mm (0.5″ – 1″ / inch).

MQTT or USB displays

Probably the smallest independend computer display you will find. The display can receive MQTT messages to display text, shapes or pictures. Every single pixel of the display is accessable by MQTT or using an USB interface.

Externe Anzeige für eine Messuhr
Externe Messwertanzeige mit Digimatic Schnittstelle

Just a bit bigger this display is usefull for example to display a measurement value of a MQTT gauge.

Disclaimer

Some product names used are may registered by their respective owners. WiFi is a registered trademark by the Wi-Fi Alliance. Bluetooth is a registered trademark of Bluetooth SIG, Inc.
Registered names are just used to describe our products and their functionalities. We do not claim any rights to those names.

Universelles WLAN MQTT Modul für digitale und analoge Datenverarbeitung

Pilztaster in 80x80 mm Gehäuse mit WLAN MQTT Funktion. Ansicht zeigt die Rückseite mit 5.5 Hohlbuchse zum Anschluss der Spannungsversorgung.
Einfachste Anwendung des WLAN MQTT Moduls in einem Pilztaster

Einleitung und Zielsetzung

Seit über 2 Jahren fertigen wir erfolgreich und zuverlässig unsere WLAN Module für Handmessmittel wie Messuhren, Messschieber und Bügelmessschrauben.
Immer wieder kommt es vor, dass Kunden neben einem Messmittel auch noch andere Geräte aus dem Qualitätsprozess über MQTT ansprechen oder auslesen möchten.
Dies können andere Prozesshardware wie Sensoren, Messgeräte, Eingabegeräte oder Signalgeräte aus der Automatisierungstechnik oder Prozesstechnik sein.
Aus diesem Grund haben wir nun ein eigenständiges Mini-Modul entwickelt, welches genau diese Anforderung abdeckt.
Nur wenige Ein-/Ausgänge ermöglichen eine einfache Konfiguration und Anwendung der Device.
Trotzdem stehen alle Möglichkeiten zur Verfügung wie Sie auch für die Messuhr-Module vorhanden sind:

Produktmerkmale

  • Digitale oder Analoge Messergebnisse direkt per Funk (WLAN) übertragen.
  • Volle Netzwerkfunktionalität über WLAN.
  • Optionales OLED Display zur Anzeige von Bedienhinweisen und Status.
  • Flexible Spannungsversorgung für mobilen oder lokalen Einsatz.
  • Stromversorgung über Akku oder USB.
  • Hohe Konfigurationsmöglichkeit über MQTT.
  • Überwachung von WLAN-, MQTT und Batteriestatus.
  • PowerManagement mit Auto-Power-On, StandBy und Auto-Power-Off Funktion.
  • Hohe Messfrequenz und Quasi-Echtzeit Messungen möglich.

Produktausprägungen

Wir verfolgen den Grundsatz der agilen Entwicklung und agilen Fertigung.
Alle Produkte werden in Kleinserie gefertigt. Dies ermöglicht eine ideale Anpassung auf Kundenwünsche.

Modulansicht des WLAN MQTT Moduls mit 10 poligem Universalstecker und einzelnen Anschlusssteckern für weitere Ein-/Ausgänge.
Universelles WLAN MQTT Modul

Entsprechend können wir sagen: Alles ist möglich.
Normalerweise ist bei den Modulen auch der 10-polige Anschlussstecker vorhanden, so dass die üblichen Module direkt verwendet werden können.
Sprechen Sie uns an, wenn Sie ein beliebiges Gerät per MQTT auslesen oder adressieren möchten.
Wir finden eine einfache und sichere Lösung.

Als Beispiel die Anbindung eines Messtasters zum Auslösen einer Längenmessung über WLAN/MQTT.

Das MQTT Modul wird direkt im Messtaster untergebracht.
Eine Verkabelung reduziert sich auf das minimum einer 5V Spannungsversorgung z.B. über ein Steckernetzteil oder eine USB-Schnittstelle. Optional natürlich auch über eine Batterie oder einen Akku.
Die Anbindung an die Prozesstechnik erfolgt kabellos über WLAN im MQTT Protokoll.

Aus dem MQTT Signalgeber wird lediglich die Stromversorgungsbuchse und eine Status-LED herausgeführt.

Geöffneter WLAN-Taster mit Blick auf das verbaute MQTT-Modul:

Blick auf den geöffneten Handtaster. Im innern des Tasters ist das verbaute und verkabelte Modul zu sehen.
Geöffneter Handtaster mit verbautem MQTT WLAN Modul.

Kontakt

rAAAreware GmbH – Steigerweg 49 – D-69115 Heidelberg – tel 06221 136110 – e-mail: info@raaareware.de

WLAN Modul für Bügelmessschrauben

Geeignet für digitale Bügelmessschrauben mit Digimatic-Datenausgang (z.B. Mitutoyo Bügelmessschrauben)

Es war nur eine Frage der Zeit:
Nachdem wir der erste und – unseres Wissens nach – einzige Hersteller eines WLAN-Funkmodul für Messuhren und Messschieber sind ist es nicht mehr als konsequent auch die bekannten und präzisen Mitutoyo Bügelmessschrauben mit einer Wireless-Funktion durch unser WLAN-Modul auszustatten. Wie unsere anderen Module unterstützt dieses Funkmodul MQTT als IIoT Standard und kann einfach und zuverlässig in eine MQTT Infrastruktur eingebunden werden.
Die Funktionen sind identisch zum Funk-Modul für die Messuhr:

  • Genaue und sichere Übertragung der Messwerte per Funk auch über große Distanzen in schwierigem Umfeld.
  • Echtes IoT durch Übertragung per TCP/IP direkt im Netzwerk.
  • Keine Kopplung wie bei Bluetooth Funkmodulen notwendig.
  • Sichere Anmeldung an einem WLAN/WiFi Netzwerk über WPA2/PSK.
  • Auslösung der Messungen per Funk über eine Fernauslösung (MQTT-Protokoll) oder über die Multi-Funktionstaste direkt am Modul an der Bügelmessschraube.
  • Überwachung des Akku-Ladestandes des Funkmoduls über MQTT.
  • Multi-Funktions-LED am Sendemodul zur Überwachung und Kontrolle der Modulzustands und der Signalübertragung der Funkeinheit.

Montage

Das Modul wird direkt an der Messschraube angebracht.
Ein eingebauter Lithium-Polymer Akku versorgt entweder nur das Modul oder optional auch die Bügelmessschraube mit Energie.
Die Akku-Kapazität reicht für bis zu 1000 Messungen aus.
In den Messpausen wird die Messgerät-Modul-Kombination einfach in der mitgelieferten Ladeeinrichtung abgelegt.

Über 2 Goldkontakte an der Unterseite des Module wird das Modul kontinuierlich geladen um jederzeit mit vollem Akku wieder Einsatzbereit zu sein.
Zusätzlich kann für einen dauerhaften Betrieb ohne Ladeschale die Funk-Einheit mit einem Magnetladekabel aufgeladen werden.

Die Messuhr mit Ladestation wird in der eigens dafür entwickelten maßgeschneiderten Aufbewahrungsbox ausgeliefert.

Ladestation

Die Ladestation ermöglicht neben dem Laden des eingebauten Lithium-Ionen Akkus auch die sichere und stabile Ablage der Messschraube mit Funkmodul. Die Ladestation kann direkt über ein USB (Mini- oder Micro-USB) Kabel mit dem mitgelieferten Netzteil verbunden werden oder an eine andere beliebige 5V Spannungsversorgung angeschlossen werden. Optional ist ein Magnetladekabel verfügbar um das WLAN-Modul der Bügelmessschraube auch in eingebauter oder eingespannter Messsituation mit Strom zu versorgen.

Bild der WLAN-Messschrauben-Ladestation, montiert auf einem Lochblech
Ablage der WLAN-Funk-Bügelmessschraube mit Ladefunktion über USB

Rechtliches

Mitutoyo und Digimatic sind vermutlich eingetragene Warenzeichen von Mitutoyo. Wir verwenden diese Bezeichnungen hier zur Erklärung des IoT Moduls (der Hardware und Software). Wir stehen in keiner Verbindung zu Mitutoyo – setzen aber sehr gerne und wo immer möglich deren gute und zuverlässigen Messuhren ein.
Die Angaben über Mitutoyo Produkte sind ohne Gewähr. Im Zweifel bitte direkt bei Mitotoyo nachfragen oder direkt an der Messuhr oder am Messschieber nachsehen: Ein Digimatic Datenausgang kann an den 5 Goldkontaktflächen unter der Abdeckung oder an der Goldkontaktfläche am Boden der Buchse (Coolant Proof Modelle) erkannt werden.

Kontakt

rAAAreware GmbH – Steigerweg 49 – D-69115 Heidelberg – tel 06221 136 110 – e-mail: info@raaareware.de

Die Control-Messe in Stuttgart wurde für das Jahr 2020 leider abgesagt.
Für uns wäre es die erste Teilnahme gewesen. Die Absage trifft uns daher besonders hart, ist jedoch aufgrund der aktuellen Corona-Pandemie verständlich.

Als kleinen Trost eröffnen wir hier und heute unsere kleine virtuelle Messe für Qualitätssicherung mit Handmessmittel.
Zusätzlich laden wir Sie – sobald das Covid-19 Thema überstanden ist – gerne uns nach Heidelberg ein. Dann können Sie unsere Entwicklung und Produktion direkt bei uns begutachten.
Als Alternative vereinbaren wir auch gerne einen Vor-Ort Termin bei Ihnen um unsere Produkte vorzustellen.

Was wir können und was wir tun ist die Digitalisierung von Messdaten.
Einen besonderen Schwerpunkt legen wir hierbei auf die Übertragung der Daten direkt per WLAN. Als bevorzugtes Protokoll der Übertragung kommt hier das offene Übertragungsformat MQTT zum Einsatz.
Im Gegensatz zu einer Punkt-zu-Punkt Funkverbindung über Ant+, Zigbee oder Bluetooth wird das Messmittel zu einem wirklichen IoT Gerät.
Dieser Ansatz bietet einige Vorteile.
Vor allem die sehr flexible Anbindung nicht nur an ein einzelnes Programm sondern eben an das Internet bieten eine sehr dynamische Anbindung an beliebige Prozesse und Systeme.
Der offene MQTT Standard bedeutet niedrige Kosten für die Implementation und bietet eine maximale Investitionssicherheit.

Beispiele aus unserem aktuellen Produktportfolio:

Produktserie M4

Modul M4

M4 WLAN Messuhr-Modul für Mitutoyo Messuhr.
Optional / Neu: M4-Mahr WLAN Messuhr-Modul für Mahr Messuhr.

Zubehör:

Steckmodul Akku 650mAh

Steckmodul 5.5mm Hohlbuchse

Option: Steckmodul mit USB Micro oder USB Mini Anschluss.

Steckmodul OLED Display

M4 Ladegeräte für Steckakkus:

Ladegerät 1 fach Micro USB
Ladegerät 1 fach Mini USB

Mehrfachladegerät mit 5.5mm Hohlbuchse, Mini-USB und Micro-USB

Ausführung Lademodul 2 fach

Ausführung Lademodul 3-fach

Konfigurationsbeispiel für ein einfaches Mess-Set:

Messkoffer mit 2 x WLAN Messuhr und verschiedenen Zubehörteilen.

Produktserie M3

WLAN Modul mit OLED Display für Mitutoyo Messschieber mit Digimatic Datenausgang.
Das Display zeigt nicht nur den Betriebszustand des Moduls an sondern dient auch dazu beliebige Informationen für den Bediener an der Messuhr anzuzeigen.
Beispielsweise könnten Messpunkte genannt oder Messfolgen beschrieben werden:
“Bitte jetzt Messpunkt 2 messen.”
Auf dem Display können 3 Zeilen Text angezeigt werden.
Lange Texte können über eine Scrollfunktion dargestellt werden.

M5 – Modul für Messschieber

Das Modul für den Messschieber wird direkt am Messschlitten verschraubt. Ein Lithium-Ionen Akku versorgt die Elektronik und den Sender mit der nötigen Energie. In den Messpausen erfolgt die Aufladung des Moduls in der Ablage mit integrierter Ladefunktion.

Zeigt den WLAN Messschieber in der Ladeschale. Diese ist auf einem Lochblech montiert.
WLAN Messschieber in Ladeschale

M6 – Modul für Bügelmessschraube

WLAN Bügelmessschraube mit WLAN/Wifi Modul für Mitutoyo Bügelmessschrauben.

Komplettset incl. Bügelmessschraube, Ladestation und Aufbewahrungsbox.

MQTT2File

Universalsoftware zur Konfiguration von IoT Devices und zum einfachen Speichern von Messwerten.
Die Messwerte können z.B. in einer CSV-Datei gespeichert werden, so dass diese direkt in Excel auswertbar sind.

Übersicht über die Messsoftware für WLAN-Messuhr Module. Übertragen der Messwerte per MQTT. Anzeige und speichern der Messwerte in CSV auf MS Windows oder Android Betriebssystem.
Messsoftware für WLAN Messmodule

NEWIM

Komplexe Messsoftware zur Prüfplanverwaltung und Prüfplanabarbeitung mit SQL-Datenbankanbindung.

Durch unsere agile Entwicklung und agile Fertigung können wir sehr schnell auf neue Anforderungen und spezielle Kundenwünsche reagieren.

Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen zu unseren Produkten.

Rechtliches

Bluetooth ist eine eingetragene Marke der Bluetooth SIG, Inc.
Wi-Fi ist eine eingetragene Marke der Wi-Fi Alliance.
Mitutoyo und Digimatic sind vermutlich eingetragene Warenzeichen von Mitutoyo. Wir verwenden diese Bezeichnungen hier zur Erklärung des IoT Moduls (der Hardware und Software).
Wir stehen in keiner Verbindung zu Mitutoyo – setzen aber sehr gerne und wo immer möglich deren gute und zuverlässigen Messuhren ein.

Kontakt

rAAAreware GmbH – Steigerweg 49 – D-69115 Heidelberg – tel 06221 136110 – e-mail: info@raaareware.de

WLAN Erweiterungsmodul mit MQTT Client oder REST Server für digitale Messuhren

Geeignet für Messuhren mit Digimatic Schnittstelle (z.B. Mitutoyo Mess­uhren) und Messuhren mit serieller Schnittstelle (z.B. Mahr, Helios-Preisser).

Modellübersicht

Wir haben verschiedene Modelle zur Auswahl welche wir spezifisch für unsere Industriekunden fertigen.

Messuhr Wlan Modul M4

Das Modul M4 ersetzt die Rückabdeckung der Messuhr.
Das Modul besitzt einen universellen Anschlussstecker. Über diesen können verschiedene Zusatzmodule oder Stromversorgungsmodule mit der gewünschten Funktion und in der gewünschten Leistung angeschlossen werden.

Messuhr WLAN Modul Modell M3 - rotes Moduls an der oberseite der Messuhr montiert

Das Modell M3 ist für Messuhren geeignet welche kein drehbares Bedienteil benötigen. Das Modul sitzt oberhalb an der Messuhr. Das Modul wird entweder direkt mit Strom versorgt oder besitzt einen eigenen Akku auf der Rückseite der Messuhr. Ein Display zur Anzeige von Messwert, Benutzerinformationen und Statusinformationen ist fest in diesem Modul verbaut.

Zeigt eine Mahr Messuhr mit WLAN Modul, Rückseite
Zeigt eine Mahr MarCator 1087R Messuhr mit WLAN Modul an Schnittstelle eingesteckt von vorne

Neu sind unsere WLAN Module für Mahr oder Helios-Preisser Messuhren mit Datenausgang als Variante des MQTT-Funkmodul M4.

Einleitung und Zielsetzung

Mitutoyo Messuhren, Messschieber und Bügelmessschrauben sind gute und beliebte Messgeräte zur Längenmessung. Ein tolles Feature vieler Mitutoyo Uhren ist, dass sie eine digitale Schnittstelle zum Auslesen der Messwerte besitzen.
Diese sogenannte Digimatic Schnittstelle liefert über einen einfachen aber proprietären 5 poligen Platinenstecker alle notwendigen Signale nach außen zur externen Verarbeitung.
Die vorhandene serielle Schnittstelle eröffnet die Möglichkeit die Mess­signale einer Messuhr oder eines Mess­schiebers digital in der Messtechnik weiter zu verarbeiten.

Es existieren einige Projekte und Produkte um diese serielle Mess­signale weiter zu verarbeiten. Alle diese Projekte und Lösungen sind soweit uns bekannt jedoch entweder per Kabel verbunden oder nur per spezieller Funkverbindung möglich. Solch eine spezielle Funkverbindung ist z.B. Bluetooth (Bluetooth Standard oder Bluetooth Low Energy / BLE), ZigBee oder auch Protokolle im 868 MHz Frequenzband. Zur Weiterverarbeitung ist dann eine externe Wandlung in ein serielles Format wie RS232 oder USB einfach möglich. Anschliessend können die Daten dann z.B. mit einer PC-Software oder auch auf einem Embedded-System ohne großen Aufwand möglich.
Unser Ziel war es jedoch die Messuhr um ein Modul zu erweitern welches die Messwerte direkt kabellos weitergibt. Weiter soll die Verbindung nicht nur für sehr kurze Distanzen sondern über beliebige Strecken übertragbar sein.
Weiter soll die Verbindung nicht gekoppelt werden müssen – wie es z.B. bei allen Bluetooth Standards zwingend notwendig ist.

Aus der Messuhr soll also eine Industrie 4.0 taugliche InternetOfThings(IIoT) Device werden. Der direkte Standard für das Internet ist TCP/IP und der dazugehörige Funkstandard ist W-LAN nach IEEE-802.11.
Es soll also möglich sein, die Messuhr direkt in ein vorhandenes WLAN Netzwerk einzubinden. Um direkt und ohne Umwege mit der Messuhr eine Funkverbindung herzustellen. Über diese Verbindung können dann nicht nur Mess­signale empfangen werden sondern auch Konfigurationseinstellungen oder Messaufgaben an die Device gesendet werden können.
Als Entwicklungsprojekt hatte das Ing.Büro Keil den Auftrag für einen Konzern diese Aufgabe industrietauglich für einen Prototypen umzusetzen.
Wir als rAAAreware GmbH fertigen diesen Prototypen einer WLAN-Messuhr Erweiterung nun in Kleinserie.

Als großen Vorteil dieser Lösung sehen wir: Sie können eine vorhandene Messuhr weiterverwenden. Die Anschaffung einer neuen Messuhr oder eines Messtasters entfällt. Hiermit werden nicht nur die Kosten für eine neue Messuhr gespart, sondern auch eventuelle Sekundärkosten durch die Anpassung der Messeinrichtung auf eine neue Messuhr.
Durch die Verwendung von MQTT als Protokoll zum Auslesen der Messuhr vermeiden Sie zudem Kosten welche durch eine kabelgebundene Anbindung entstehen – z.B. externe Einheiten welche das Digimatic-Protokoll auf ein Feldbusprotokoll umsetzen.

Einen Produktflyer des WLAN Messuhr Moduls finden Sie hier.

Hauptfunktionen:

  • Messergebnisse per Funk übertragen (Drahtlose Messdatenerfassung, Kabellose Längenmessung).
  • Netzwerkfunktion der Messuhr über WLAN.
  • OLED Display zur Anzeige von Bedienhinweisen und Status.
  • Direkte Anbindung der Messuhr an einen MQTT Server.
  • Optionale Steuerung der Messuhr über ein REST Protokoll (REST Client/REST Server).
  • Optional: Mobiler Betrieb der Messuhr. Stromversorgung durch Akku mit langer Laufzeit.

Weitere Funktionen:

  • Hohe Konfigurationsmöglichkeit
  • Möglichkeit der Paarung zwischen Messclient und Messgerät.
  • Anzeige langer Displaytexte als Lauftext (Scrollfunktion).
  • Anzeige von WLAN- und Batteriestatus.
  • Datenausgabe im MQTT Protokoll.
  • PowerManagement mit StandBy Funktion.
  • Einfach austauschbarer Akku.
  • Möglichkeit zur stationären Stromversorgung.
  • Integrierte Ladeschale und Ladeelektronik mit Statusanzeige.
  • Implementation der Digimatic Schnittstelle mit aktiver Datenanforderung.
  • Hohe Messfrequenz und Quasi-Echtzeit Messungen möglich.

Die Messwertübertragung kann über verschiedene Arten ausgelöst werden:

  • Direkt über die Messuhr – für solche Mitutoyo Messuhren, welche eine Data-Taste besitzen.
  • Über eine optionale Taste am Modul.
  • Über eine MQTT-Anforderung, also Remote ausgelöst.
  • Zyklisch über einen MQTT Befehl (z.B. alle 1 Min), z.B. für Langzeitmessungen.
  • Echtzeitgesteuert über Zeitserver (NTP/PTP) – z.B. für zeitsynchrone Messung an verschiedenen Messpunkten.

In den Pausezeiten kann die Messuhr dann optional in den Standby-Modus versetzt werden.

Auswertungssoftware

Um die Messdaten der Messuhr über WLAN auswerten zu können kann ein beliebiger MQTT Client verwendet werden.
Aktuell haben wir 2 eigene Softwareprogramme im Angebot welche speziell auf unsere Messuhr-Module abgestimmt sind und die Anforderungen unserer Kunden abdecken.

MQTT 2 File Anwendung

Die Software deckt den einfachsten Anwendungsfall ab:
Messungen werden über die Messuhr durchgeführt und per WLAN an die Anwendung übertragen. Dort werden die Ergebnisse angezeigt und optional abgespeichert. Das Speichern erfolgt im CSV Format. Somit können die Daten einfach in einer Tabellenkalkulation wie LibreOffice Calc oder Microsoft Excel importiert und weiterverarbeitet werden.
Die Software ist für Mobile Geräte wie Smartphone oder Tablet (Android Betriebssystem) und MS Windows verfügbar.

Übersicht über die Messsoftware für WLAN-Messuhr Module. Übertragen der Messwerte per MQTT. Anzeige und speichern der Messwerte in CSV auf MS Windows oder Android Betriebssystem.
Messsoftware für WLAN-Messuhr Modul

Das Produktdatenblatt kann hier heruntergeladen werden.
Die Benutzerdokumentation der Messsoftware kann hier heruntergeladen werden.

Messablaufsoftware

Unsere Messablaufsoftware ist eine Anwendung zur Abbildung komplexer Messabläufe im industriellen Umfeld. Es lassen sich eigene Messabläufe sehr frei definieren, welche dann Benutzergeführt abgearbeitet werden. Die Visualisierung des Messablaufs stellt sicher, dass definierte Abläufe zu einem Prüfplan der Qualitätssicherung eingehalten werden.
Das Display der Messuhr wird aktiv in die Messabläufe eingebunden und kann Bedieneranweisungen weitergeben.
Es können beliebige Messmittel per MQTT oder auch über ander Industrieschnittstellen eingesetzt werden. Auch eine proprietäre Schnittstelle kann über ein eigenes Modul umgesetzt werden.
Alle relevanten Daten werden auf einem SQL Datenbankserver gespeichert und können von dort aus einfach weiterverarbeitet werden.
Über eine REST Automatisierungsschnittstelle können wesentliche Funktionen von einem Prozessleitsystem oder einer übergeordneten Leittechnik ferngesteuert werden.

Die Produktübersicht der Messablaufsoftware kann hier heruntergeladen werden.

Modellbeschreibungen

Modell M4

Das Modell M4 ersetzt die rückseitige Abdeckung der Messuhr.
Als universelle Modulschnittstelle ist das Gerät mit einem 10 poligen Wannenstecker versehen.
Über diesen können verschiedene Zusatzmodule oder Stromversorgungsmodule in der gewünschten Leistung angeschlossen werden.

Montiertes Modul M4 mit einigen Zusatzmodulen (vlnr: Akkupack; 5,5mm Kaltgeräte-Steckverbindung; OLED-Display)
Montiertes Modul M4 mit einigen Zusatzmodulen (vlnr: Akkupack; 5,5mm Kaltgeräte-Steckverbindung; OLED-Display)

Das Modul ist geeignet für hohe Stückzahlen, wenn nicht in jedem Modul eine eigene Stromversorgung und nicht in jedem Modul ein eigenes Display benötigt wird. Dadurch verringert sich die Modulgröße und die Herstellungskosten.

Die Höhe der der Messuhr wird durch das Modul um lediglich ca. 8 mm erhöht.

Modul M4 mit angeschlossenem OLED-Display zur Diagnose und für Servicefunktionen.
Modul M4 mit angeschlossenem OLED-Display zur Diagnose und für Servicefunktionen.

Bedienfunktionen

Das Modul besitzt diese Signal- und Bedienelemente:
Taster oben mittig: Menütaster.
Taster oben rechts: Messtaster.
Status-Led oben zwischen den beiden Tastern.
Hauptschalter unten mittig.

Montage des Moduls

Zunächst wird die werkseigene Rückabdeckung der Messuhr abgeschraubt. Diese ist mit 4 Kreuzschlitzschrauben befestigt. Anschliessend wird das Modul mit den mitgelieferten V2A Inbusschrauben an dieser Position aufgelegt und verschraubt.
Abschließend wird das Digimatic-Kabel in die Digimatic-Buchse der Messuhr gesteckt.

Modul M4 mit aufgestecktem Akku (650mAh) und angeschlossenem Magnetladekabel.
Modul M4 mit aufgestecktem LiPo-Akku hoher Leistung und angeschlossenem Magnetladekabel.

Modell M4 für Mahr oder Helios-Preisser

Wir haben unser M4 Modell angepasst auf die unterschiedliche Gehäuseform dieser Messuhren und das unterschiedliche Schnittstellenformat der Mahr und Helios-Preisser Messuhren.

Diese Messuhren können das Digimatic Protokoll nur über ein spezielles Kabel – welches dann die Umsetzung der internen Schnittstelle auf das Digimatic Protokoll vornimmt. Weiter können bestimmte Modelle dieser Messuhren auch schon direkt ein Funkprotokoll (Ant+).
Dieses Funkprotokoll ist aber natürlich nicht direkt WLAN und entsprechend kann es nicht direkt an einen MQTT Broker senden. Es ist eine spezifische Gegenstelle oder Empfangsstation als eigene Hardware erforderlich, welche dann den weiteren Datentransport in eine spezifische Anwendung oder einen universellen MQTT Server vornimmt.
Ein weiteres großes Problem der eingebauten Funktechnik ist, dass der Sender auch über die interne 3V Knopfzellenbatterie CR2032 gespeist wird. Diese Knopfzelle kann die Messuhr selbst sicherlich für ein oder mehrere Jahre mit Energie versorgen – nicht mehr jedoch, wenn das Funkmodul aktiv ist. Eine Funkfunktion – solange es nicht gerade Bluetooth LE mit einer sehr bescheidenen Reichweite ist – braucht einfach mehr Energie. Und diese Energie spenden wir unserem Modul mit einem reichlich bemessenen und einfach austauschbaren und wiederaufladbaren LiIon-Akku.

Als zusätzliches Feature haben wir die Bereitschafts- und Status-LED in den Schnittstellenstecker am Schnittstellenkabel untergebracht. So kann der Status des WLAN-Senders direkt von vorne einfach und schnell erkannt werden, auch wenn kein Display an das MQTT-Modul angeschlossen ist.

Modell M3

Das Modell M3 ist für Messuhren mit feststehendem Display geeignet. Dies sind z.B. die beliebten Mitutoyo Messuhren ID-S1012XB oder ID-S1012SB. Dieses Modul wird oben an der Messuhr aufgeschraubt. Optional kann das Modul über eine rückseitige Platte zusätzlich gesichert werden.
Die rückseitige Platte kann optional eine Akku-Stromversorgung mit einem LiIon oder LiPo Akku bereitstellen.

Messuhr WLAN Modul M3 mit Akkupack
Messuhr WLAN Modul M3 mit Akkupack

Die Verbindung zur Messuhr ist über einen internen Goldkontakt-Stecker gesteckt oder wird von uns direkt verlötet. Das Modul wird verschraubt und ist somit fest und relativ dauerhaft mit der Messuhr verbunden. Es sind Varianten für alle gebräuchlichen Messuhren der Mitutoyo Serie 543 möglich.
Optional kann bei diesem Modell auch die Stromversorgung der Messuhr über die Modulstromversorgung erfolgen.

Das Funkmodul für die Messuhr wird über die Kappe festgeschraubt.
Das Funkmodul für die Messuhr wird über die Kappe festgeschraubt.

Die Stromversorgung erfolgt über den rückseitigen Akku oder über einen MCX Stecker an der Rückseite des Moduls (siehe Bilder am Ende des Artikels).
Ein MCX Stecker ist sehr unkonventionell für eine Stromversorgung, bietet jedoch einige Vorteile:

  1. Vergoldete Kontakte, daher sehr langfristig wartungs- und verschleissfrei.
  2. Sichere Steckverbindung durch Schnappverbindung.
  3. Leicht drehbar, ideal für abgewinkelte Stecker.

Für die vorkommenden Ströme bis max. 200mA bei 3.3V ist dieser Stecker somit hervorragend geeignet.

Eine Ergänzung zur externen Stromversorgung des Moduls mit 5V oder 3.3V Versorgungsspannung finden Sie in der Zusatzdokumentation Stromversorgung.

Montage M3

Das Modul wird direkt an der Messuhr oder besser um die Messuhr herum angebracht.
2 Schrauben M3x12 verbinden die rückseitige Abdeckung mit dem Hauptmodul.

Zusätzlich  wird das Hauptmodul über die Haltekappe des Messtasters gesichert.

Technische Details zum WLAN-Messuhr-Modul

Hardware und Elektronik

Im Modul verbaut ist ein Mikrocontroller zur Steuerung der Einheit.
Über ein WLAN Modul kann sich das Subsystem direkt mit einem WLAN Netzwerk verbinden (WPA2/PSK).
Das hochauflösende Display zeigt programmierbare Informationen an. Zusätzlich werden Geräteinformationen sowie der WLAN- u. Akku-Status angezeigt.
Ein programmierbarer Taster ermöglicht es zusätzliche Eingaben vorzunehmen oder das Modul in einen bestimmten Zustand zu versetzen.
Das Modul wird abhängig vom Modul und der Bauart entweder intern direkt in der Messuhr verlötet oder über die externe Digimatic Schnittstelle über eine Kabelverbindung mit der Messuhr verbunden.

Das Gehäuse wird auf Kundenwunsch aus ABS oder PLA gefertigt.

Modulsoftware

Die Microcontroller-Software beinhaltet diese Bestandteile:

  • Verarbeitung und Wandlung der Binärwerte der Digimatic Schnittstelle.
  • Steuerung des Displays.
  • Steuerung des WLAN Kommunikationsflusses.
  • Implementation des MQTT Datenprotokolls.
  • Optionale Implementation einer REST API (REST Server) zum direkten Abruf der Messwerte oder zur Übertragung der Konfigurationswerte.
  • Powermanagement des Systems (Standby/DeepSleep nach Übertragung; WakeUp bei Messbeginn).
  • Möglichkeit zum sicheren Update/Flash der Software über die WLAN Verbindung (OTA -Update, On the air upate).
  • Möglichkeit zur eindeutigen Hinterlegung der Messgeräte-ID in der Software.

Optionale Erweiterungen für alle Modelle

Messuhr-Spannungsversorgung

Zusätzlich zum Modul kann auch die Messuhr selbst über das Modul mit Spannung versorgt werden. Hierzu wird im Modul noch ein 1.5V Konverter integriert, welcher dann direkt anstatt der Batterie (Knopfzelle L1154 oder 303/307) die Messuhr mit Energie versorgt. Diese Stromquelle ist zudem nicht über den Hauptschalter des Moduls gesteuert, so dass die Messuhr ununterbrochen versorgt wird, auch wenn das Modul selbst ausgeschaltet ist oder sich im StandBy-Modus befindet. Dadurch bleibt der gesetzte Nullpunkt der Messuhr wie bei der Stromversorgung über die Knopfzelle dauerhaft erhalten.

Digimatic-Datenkabel

Ein Modul kann auch extern an die Messuhr angeschlossen werden.
Der Anschluss der externen Module erfolgt entweder über das original Digimatic Datenkabel
oder über unser eigenes Kabel mit einem abgewinkelten Digimatic Stecker.

Abgewinkelter Digimatic Stecker mit Spiraldatenkabel (Digimatic Anschluss)

Die von uns erstellten Stecker haben vergoldete Kontakte und lassen sich einfach und zuverlässig mit der Messuhr verbinden. Die Kabellängen können nach Wunsch gefertigt werden. Der Anschluss kann offen oder mit einer 2-reihigen Steckerleiste (10-polig) ausgeführt werden. Auch besondere Kundenwünsche wie andere Abschlussstecker oder Silikonkabel sind möglich.

Stromversorgungsmodul

Das WLAN Modul wird wahlweise mit Akku, 3.3 oder 5 Volt gespeist.
Als Stromversorgungsmodule sind möglich:

  • Direkte Stromversorgung über 3.3 oder 5 Volt, 250mA.
  • Akkupack.

Neben den modellspezifischen Akkus sind auch externe Akkustationen möglich.
Diese können auch über eine Powerbank oder mehrere Powerbanks realisiert werden.
Über diese Möglichkeit lassen sich einfach und kostengünstig stabile Stromversorgungen realisieren.

Option eines externen Stromversorgungsmoduls mit zusätzlicher WLAN-LAN Bridge

WLAN/LAN/WLAN Router und Gateway

Soll die Messuhr in einem Sub-WLAN-Netz (WLAN-Insel) betrieben werden kann über ein WLAN Gateway eine sichere Verbindung in ein LAN oder WLAN Netzwerk geschaffen werden.
Das von uns angebotene Gateway basiert auf einer Raspberry Pi Hardware mit Linux Software und stellt neben dem eigenen WLAN-Access-Point einen weiteren externen Port auf WLAN Seite sowie einen RJ45-Port auf LAN/WAN Seite.
Über eine RP-SMA Steckverbindung kann eine externe Antenne angeschlossen werden um die WLAN Reichweite zu erhöhen.

Funktionsweise des Messuhr-Moduls

Das Modul kennt 2 Betriebsarten:

  • Konfiguration
  • MQTT Betrieb

In der Betriebsart [Konfiguration] funktioniert das Modul als WLAN Server und stellt einen WLAN Access Point bereit.
Somit kann über einen beliebigen Client eine Verbindung zum Modul hergestellt werden – z.B. wenn ein bereits konfigurierter Zugang zu einem bestehenden Netzwerk nicht mehr möglich ist.
Über die Verbindung zu diesem Access-Point kann eine Konfiguration in das Modul geladen werden.
Der primäre Sinn der Konfiguration besteht darin, das Modul für den Zugriff auf einen MQTT Server zu konfigurieren.
Die Konfiguration wird idealerweise über einen CURL Upload einer JSON Konfigurationsdatei durchgeführt.

Nach erfolgreichem Laden einer Konfiguration startet das Modul im MQTT Betrieb.
Der eigene WLAN Accesspoint wird deaktiviert.
Stattdessen versucht das Modul sich mit dem zuvor konfigurierten WLAN Accesspoint zu verbinden. Die Authentifizierung erfolgt hierbei über WPA2/PSK.
Nach erfolgreicher Verbindung mit dem Accesspoint wird versucht eine Verbindung mit dem zuvor konfigurierten MQTT Server herzustellen.
Ist diese Verbindung erfolgreich kann das Messgerät direkt über MQTT Botschaften versenden und empfangen.

Über eine Softwarefunktion lässt sich das Modul wieder in den Konfigurationsmodus versetzen.

Aktualisierung der Firmware

Die Firmware der Messgeräte-Erweiterung kann über WLAN aktualisiert werden (OTA-Update/Over The Air Update).
Der Aktualisierungsvorgang wird auf dem Display angezeigt.
Die Aktualisierung wird nur dann aktiviert wenn die gesamte Firmware fehlerfrei über das WLAN in das Modul übertragen werden konnte.
Die Aktualisierung der Firmware wird über verschiedene optionale Mechanismen geschützt:

  1. Über eine explizite geschütze Freischaltung über eine entsprechende MQTT Botschaft.
  2. Über eine Tastenkombination am Modul.

Inbetriebnahme

Das Modul wird über die [Data] Taste des Mitutoyo Devices oder einen Druck auf die Taste am Modul eingeschaltet. Nach dem Einschalten erscheint auf dem Display der Versionsstand und eine Startmeldung.
Wenn noch keine Konfiguration geladen wurde ist das Modul im Modus [Konfiguration].
Dies ist auch daran sicher erkennbar, dass ein neuer WLAN Accesspoint für andere WLAN Clients sichtbar ist. Dieser Name besteht aus [KundenID][GeräteID].
Nach Verbindung mit diesem AP kann die Konfiguration über unser Konfigurationstool an das Modul gesendet werden.
Hier werden Angaben zum WLAN-Netzwerk und MQTT-Broker gemacht. Diese werden dann über die Senden-Funktion an die Messuhr gesendet.

Stromverbrauch

Zum Stromverbrauch der IoT Messuhr Erweiterung.
Im eingeschalteten und aktiven Betrieb verbraucht die Messuhr ca. 100mA Strom bei 3.3 Volt.
Direkt während der sehr kurzen Sendephase des Messwerts kann der Stromverbrauch kurz auf 190mA ansteigen.
Bei fortlaufender Messung und Übertragung alle 10 sek. wird ein mittlerer Stromverbrauch von 110mA ermittelt.
Bei ununterbrochener Messung mit Übertragung des Messwerte wird ein 1000mA Akku somit ca. 9 Stunden die erforderliche Leistung bereitstellen.
Wenn im praktischen Betrieb nicht kontinuierlich gemessen wird verlängert sich die Akku-Laufzeit entsprechend:
Wenn z.B. alle 10 min. eine Messung über eine Minute durchgeführt wird ist von einer ca. 10 mal längeren Akku-Betriebszeit auszugehen. Eine volle Akku-Ladung sollte also für ca. 90 Stunden genügend Energie liefern.

Der Stromverbrauch im StandBy Modus ist mit einigen wenigen mA fast vernachlässigbar. Für eine z.B. längere Lagerung des Moduls kann direkt am Akku die Stromversorgung über einen mechanischen Schalter vollständig getrennt werden.

MQTT Funktionen

Die MQTT Botschaften werden an den konfigurierten MQTT Server gesendet (MQTT Broker). Dieser speichert die Daten der Messuhren und gibt Sie auf Anforderung an die anderen Clients zur Verarbeitung weiter.
Am Markt sind viele MQTT Broker Implementationen vorhanden. Viele davon sind OpenSource / Freeware und somit kostenlos verfügbar. Der Broker läuft oft auf einem Linux Server Betriebssystem, kann aber auch auf Windows oder vielen anderen Betriebssystemen problemlos betrieben werden. Sehr beliebt und verbreitet sind die beiden MQTT Broker  mosquitto Server und mosca MQTT Broker.

Eine Besonderheit für komplett autarke mobile Anwendungsfälle ist der Betrieb eines MQTT Brokers auf Android.

Als Testclient der Botschaften kann ein MQTT Client wie mqttfx verwendet werden. Zusätzlich liefern wir eine Eigenentwicklung eines Test-Client mit dem Modul aus, so dass die spezifischen MQTT Botschaften direkt empfangen und interpretiert werden können.

Alle möglichen MQTT Topics stehen detailiert in der Bedienungsanleitung des Messuhr-Moduls.

Anwendungsbeispiele aus dem Bereich automatisierte Längenmesstechnik

Einige Anwendungsbeispiele aus dem Bereich der Messtechnik für unser Modul zum Messuhr automatisieren.
Unsere Kunden haben bereits diese Anwendungen für industrielle Messaufgaben mit Messuhren in der Praxis umgesetzt.

  1. Sicheres Erfassen von Messwerten zur Protokollierung der Messergebnisse in einem Daten­backend (z.B. einer Anwendung wie das in der Industrie weit verbreitete Produkt Qs-STAT der Fa. Q-DAS oder auch nur einer Excel-Tabelle).
  2. Steuerung und Auswertung von komplexen Messvorgängen, inklusive der Benutzerführung über den gesamten Messvorgang über das im Modul eingebaute Display.
  3. Messen von Längenmaßen in automatisierten Prozessen mit Steuerung des Prozesses durch Auswertung des Messergebnisses.
    Diese Anwendung wird oft auch mit induktiven Messtastern durchgeführt. Ein Vorteil gegenüber diesen besteht bei dem Messuhr-Modul darin, dass Werte, Ergebnisse und Schlussfolgerungen direkt an der Mess­stelle mit angezeigt werden können.
    Durch den Einsatz des offenen Standards MQTT lassen sich Anbindungen an die Prozess­leittechnik zudem sehr einfach durchführen.

Generell sollte eine deutlich einfachere Projektkonfiguration als z.B. mit einem Mitutoyo Datenübertragungsgerät DMX-3 möglich sein welches die Daten seriell (RS232) oder über USB Schnittstelle überträgt.

WLAN Messuhren zum Einbau in eine Messvorrichtung. 7 Messuhren zur Achsvermessung sind direkt in die Messvorrichtung eingebaut und werden über eine zentrale Stromversorgung mit Energie versorgt. Eine 8. Messuhr wird über den eingebauten LiIon-Akku auf der Rückseite versorgt. Alle Messuhren senden ihre Daten an den zentralen MQTT Server und können von diesem gesteuert ausgelesen werden.
WLAN Messuhren zum Einbau in eine Messvorrichtung. 7 Messuhren zur Achsvermessung sind direkt in die Messvorrichtung eingebaut und werden über eine zentrale Stromversorgung mit Energie versorgt. Eine 8. Messuhr wird über den eingebauten LiIon-Akku auf der Rückseite versorgt. Alle Messuhren senden ihre Daten an den zentralen MQTT Server und können von diesem gesteuert ausgelesen werden.
Detailansicht einer Messuhr mit externem Stromanschluss über eine MCX Steckverbindung.
Detailansicht einer Messuhr mit externem Stromanschluss über eine MCX Steckverbindung.

Preise und Lieferzeiten

Sie können unsere WLAN Module für Messuhren direkt in unserem Online-Shop kaufen.

Gehe zum Shop

Bei höheren Stückzahlen oder zusätzlich benötigter Serviceleistungen kontaktieren Sie uns bitte per Mail.
Kleine Stückzahlen haben wir normalerweise schnell lieferbar. Bei größeren Stückzahlen ist mit entsprechenden Lieferzeiten zu rechnen.

Projektdienstleistungen

Unser Produkt wird inzwischen in einigen industriellen Anwendungen für die mobile Messdatenerfassung erfolgreich eingesetzt um eine Messuhr digital auslesen zu können und das Signal direkt per WLAN zu übertragen. Mobiles Messen von Längenmaßen wird mit unserem Modul zum Kinderspiel. Wo immer eine kabellose mobile Längenmessung über Funk gefordert ist kann unser einfaches Funk-Messsystem zuverlässig eingesetzt werden. Auch die Steuerung einer Messuhranwendung für Industrie 4.0 Anwendungen kann über das eingebaute Display und die Bidirektionalität der MQTT Schnittstelle umgesetzt werden.

Messuhr WLAN Modul M1

Wir konnten in unseren Kundenprojekten einige Erfahrung mit Messuhren und MQTT sammeln. Gerne geben wir diese Erfahrungen in Projekten weiter. Zur Umsetzung eines individuellen Projektes unterstützen wir Sie als erfahrener Dienstleister mit individueller Programmierung oder in der Projektplanung.

Wir freuen uns auf individuelle Anfragen!

Archiv

Modell M1

Unser erstes Modell M1 wurde exclusiv für den Automobilzulieferer ZF Friedrichshafen im Rahmen einer Entwicklungsdienstleistung gefertigt.

Das Modul kam in dem Forschungsprojekt Newip zum Einsatz und war die Grundlage für den Praxiseinsatz mit hohen Stückzahlen.

Das ZF Video zu Newip (new ways of information-driven production) zeigt den Einsatz von elektronischen Schraubwerkzeugen in Verbindung mit unseren WLAN Messuhren.

Modell M1: Unser erstes Modell in kundenspezifischer Farbe. Das gesamte Modul ist an der Vorderseite einer drehbaren Messuhr angebracht. Das Modul dreht sich mit der Messuhranzeige mit. Der Akku ist auf der Rückseite der Messuhr angebracht und wird über ein Kabel verbunden.

Mitutoyo Messuhr mit WLAN Modul M1 in Ladeschale und individuellem Text auf der OLED AnzeigeDas Modell M1 ist umschließend um den Bedienteil einer drehbaren Messuhr verschraubt. Diese Montage ist sehr stabil und schützt die Messuhr zusätzlich vor mechanischen Beschädigungen.
Die Elektronik und das Display ist über der Messuhr angebracht.
Ein optionaler Akkupack (Gezeigte Kapazität: 650mAh; maximal möglich bis 1800mAh) ist hinten an der Messuhr aufgesteckt. Als Alternative zum Akkupack kann ein Daten- oder Stromversorgungskabel (3.3 oder 5 Volt) angeschlossen werden.
Optional kann ein Spannungs­konverter im Modul untergebracht werden, so dass auch Versorgungsspannungen bis zu 24 Volt möglich sind.

Die Möglichkeit der Drehung des Displays bleibt voll erhalten.
Eine mögliche Messuhr wäre z.B. die Mitutoyo ID-C112AX oder Mitutoyo ID-C112B sowie ID-C112XB.
Das Gehäuse lässt sich relativ leicht auch für die etwas größeren älteren Mitutoyo Messuhren mit Digimatic Datenausgang modifizieren. Dies wären z.B. die Modelle ID-C1012B oder ID-C112B mit der Artikelnummer 543-250B.

Über ein Verbindungskabel wird das Elektronikmodul mit dem Stromversorgungsmodul verbunden.
Durch diese flexible Verbindung bleibt die Möglichkeit der Drehung des MitoToyo Display erhalten und das interne OLED Display des Moduls folgt der Drehung.

Eine autonome Stromversorgungseinheit mit Ladekontakten ist an der Rückseite der Messuhr aufgesteckt. Alternativ ist ein Laden über ein standard Micro-USB Kabel oder ein USB-Magnetladekabel möglich.

Zubehör M1: Mobile Ladestation

Für die komplett kabellose Lösung steht eine Ladestation zur Verfügung.
In dieser Ladestation wird der Li-Ion Akku der IoT-Device innerhalb kurzer Zeit vollständig geladen.
Der Ladestrom ist konfigurierbar um die Ladedauer auf die individuelle Anforderung der Anwendung anzupassen und den Akku maximal zu schonen.

Ladestation für Module bis 1500mAh Leistung

Rechtliches

Bluetooth ist eine eingetragene Marke der Bluetooth SIG, Inc.
Wi-Fi ist eine eingetragene Marke der Wi-Fi Alliance.
Mitutoyo und Digimatic sind vermutlich eingetragene Warenzeichen von Mitutoyo. Wir verwenden diese Bezeichnungen hier zur Erklärung des IIoT Moduls (der Hardware und Software).
Wir stehen in keiner Verbindung zu Mitutoyo – setzen aber sehr gerne und wo immer möglich deren gute und zuverlässigen Messuhren ein.

Kontakt

rAAAreware GmbH – Steigerweg 49 – D-69115 Heidelberg – tel 06221 136110 – e-mail: info@raaareware.de