PROGRAMUL DE STUDIU TECHNOLOGII AUDIO-VIDEO ȘI DE TELECOMUNICAȚII FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT CU FRECVENȚĂ PROIECTAREA ȘI Realizarea unei interfețe DE TEST… [305450]

[anonimizat]. Univ. Dr. Ing. Daniel Trip

ABSOLVENT: [anonimizat]

2016

Cuprins

Cuprins 3

Introducere 5

Capitolul 1 – Considerente Teoretice 6

1.1 Tester-ul [1] 6

1.2 Tipuri de echipamente de testare [1] 7

1.2.1 Echipament de bază: 7

1.2.2 Echipamente avansate sau mai puțin utilizate: 7

Capitolul 2 – Hardware și software de testare 8

2.1 Echipamente Hardware 8

2.1.1 Testere 9

2.1.1.1 NI PXI-8186 Embedded controller [2] 9

2.1.1.2 UH101 USB Host Controller [3] 12

2.1.1.3 NI PXI-5401 Arbitrary Function Generator [4] 13

2.1.1.4 NI PXI-8422 RS-232 isolated [5] 16

2.1.1.5 NI PXI-8461 CAN Series 2 [6] 17

2.1.1.6 Signametrics SMX2040 [7] 19

2.1.2 Pickering și surse 22

2.1.2.1 Pickering 40-151-002 [8] 22

2.1.2.2 Pickering 40-110-121 [9] 24

2.1.2.3 Pickering 40-630-022-32/2 [10] 26

2.1.2.4 Sursă AC programată 61601 [11] 28

2.1.2.5 Sursă de curent programată HM7044 [12] 29

2.1.2.6 Timer/Counter programabil de mare rezoluție FLUKE PM6680B [13] 31

2.2 Echipamente Software 33

2.2.1 National Instruments LabView 33

2.2.2 TestStand 34

Capitolul 3 – Realizare Practică 35

3.1 Realizarea Hardware 35

3.1.1 Prezentarea plăcii 36

3.1.2 Testele funționale de realizat pe placă 38

3.1.3 Realizarea suprafeței de testare (fixture) 39

3.2 Realizarea Software 41

3.2.1 Test Stand 41

3.2.1.1 Secvențe și fișierele secvențiale 41

3.2.1.2 Pași și variabile 43

3.2.1.3 Precondiții, post-acțiuni și bucle de testare 45

3.2.2 Programul de testare 48

3.2.2.1 [anonimizat] 49

3.2.2.2 Test 15 – LED D4 Red 51

3.2.2.3 Test 13 – RS485 52

Concluzii 54

Bibliografie 55

Anexe 56

Anexa nr. 1 – [anonimizat] 56

Anexa nr.2 – Pași de testare pentru operatori 57

Introducere

Această lucrare este împărțita în trei părți. În prima parte vom arăta ce se înțelege prin noțiunea de tester respectiv ce fel de echipamente de măsură intră în compoziția acestuia.

Apoi, cea de-a [anonimizat] o prezentare a [anonimizat], prezentare în care va detaliat modul de lucru al acestor echipamente împreună cu specificațiile lor.

În subcapitolul următor va fi realizat o mică introducere în componentele software folosite la realizarea acestui sistem de test.

Iar în partea a treia, vom realiza practic cu ajutorul colegilor de la departamentul de testare a firmei de subcontracting Connectronics Romania o [anonimizat], un set de teste funcționale care au ca scop verificarea modului de funcționare a [anonimizat], ca mai târziu să se poată realiza reparații la nivelul acestora.

Această lucrare are ca scop familiarizarea cititorului cu funcțiile și capacitățile platformelor de testare industriale cât și beneficiile care vin odată cu realizarea acestora din punct de vedere a îmbunătățirii randamentului procesului de producție din cadrul unei companii industriale.

Capitolul 1 – Considerente Teoretice

1.1 Tester-ul [1]

Aici vom prezenta noțiunea de tester, ce se înțelege prin acest concept cât și necesitatea sa într-un mediu industrial. Mai departe vom explora diferitele componente cu care se poate realiza un tester.

Echipamente de testare electronice (uneori numite "testgear" sau "bench-top") sunt utilizate pentru a crea semnale și a capta răspunsurile de la aparate electronice de testat DUT (Devices Under Test). În acest fel, funcționarea corespunzătoare a dispozitivelor de testat poate fi dovedită sau defecte în funcționarea dispozitivului pot fi urmărite. Utilizarea de echipamente de testare electronice este esențială pentru orice lucrare serioasă pe sisteme electronice.

Ingineria electronică practică necesită utilizarea de mai multe tipuri de echipamente de testare electronice, de la foarte simplu și ieftin (cum ar fi un bec de testare format din doar un bec și un conductor de testare) la extrem de complex și sofisticat, cum ar fi echipamente de testare automată ATE (Automatic Test Equipment) care adesea include multe dintre aceste instrumente în forme reale și simulate.

În general, echipamente de testare sunt mai necesare în procesul de realizare a unui circuit electronic decât la testarea producției în masa sau în scop de depanare.

Adăugarea unui sistem de comutare de mare viteză la configurația unui sistem de testare permite o testare mai rapid și este proiectat pentru a reduce atât erorile de testare cât și costurile.

Proiectarea configurație de comutare a unui sistem de testare necesită o înțelegere a semnalelor folosite de către placa de testat și testele care trebuiesc efectuate, precum și factorii hardware de comutare disponibile.

Tipurile de echipamente de testare se clasifică în doua mari categorii: echipamente simple (de bază) și echipamente avansate care sunt folosite cu o frecventă mai scăzută.

1.2 Tipuri de echipamente de testare [1]

1.2.1 Echipament de bază:

Tabel 1.2.1.1 Echipamente de bază

1.2.2 Echipamente avansate sau mai puțin utilizate:

Tabelul 1.2.2.1 Echipamente avansate de testare

Capitolul 2 – Hardware și software de testare

În acest capitol vom prezenta atât echipamentele hardware: testere, generatoare de funcții, generatoare de semnale, surse de curent, sonde, etc. cât și cele software: LabView – Test Stand puse la dispoziția noastră de către firma de subcontracting Connectronix Romania din Connect Group pentru realizarea acestei lucrari de dizertație.

Mai întâi vom enumera echipamentele folosite, pe urmă le vom analiza pe fiecare în parte pentru a arăta funcția pe care fiecare dintre acestea o poate realiza într-un tester.

2.1 Echipamente Hardware

Câteva dintre echipamentele enumerate la capitolul precedent vor apărea și aici, singura diferență fiind complexitatea acestor, aceasta ar putea fi mai ridicată deoarece aici vorbim de echipamente hardware de test industriale. Tower-ul pe care vom realiza proiectul conține următoarele echipamente de test:

Testere:

NI PXI-8186 Embedded controller

UH101 USB host controller

NI PXI-5401 Arbitrary function generator

NI PXI-8422 RS-232 isolated

NI PXI-8461 CAN Series 2

Signamatrics SMX2040

Pickering:

40-151-002 XZ261398

40-151-002 XZ261397

40-110-121 XZ261386

40-110-121 XZ261968

40-630-022-32/2 Xz261390

Programmable AC source 61601

Programmable power supply HM7044

FLUKE PM6680B High Resolution programmable Timer/Counter

2.1.1 Testere

2.1.1.1 NI PXI-8186 Embedded controller [2]

Acest echipament hardware de testare este un controler de performanță ridicată Pentium 4 care se poate folosi in orice sistem PXI sau sistem compact PCI. Este ideal pentru aplicații care au nevoie de sisteme pentru analiză intesivă PXI. Acest controler intr-o carcasa PXI oferă o platformă PC compactă cu o performanță ridicată pentru operații modulare și achiziții de date.

Controler-ul integrează un procesor Pentium 4 cu toate componentele periferice standard și extensi PC intr-o singură unitate. Prin această integrare toate sloturile active in carcasa PXI rămân deschise pentru alte module de măsurare oferind o soluție compactă și lizibilă fără a fi nevoie de cabluri de interconectare.

Mai în jos avem un diagramă bloc al acestui controler:

Figura 2.1.1.1.1 Diagrama bloc al controlerului NI PXI-8186

Din schema bloc putem observa câteva caracteristici ale acestui controller cum ar fi:

Socket-ul procesorului 478.

Chip Set-ul grafic care face legătura dintre procesor, memorie și placa grafică.

Chip Set I/O care controlează câteva dintre interfețele periferice: IDE, USB și Ethernet.

PCI bus pentru perifericile de tip PCI

Un LPC (Low pin count) bus pentru conectarea dintre memoria Flash și celelalte chipset-uri

Și un Super I/O pentru legătura dintre bus-ul LPC și porturile COM1 și COM2 cât și dispozitivele de intrare cunoscute, tastatura și mouse-ul.

Specificațiile acestuia sunt următoarele:

Tabel 2.1.1.1.1 Specificațiile NI PXI-8186

Mai în jos putem observa diagrama conectorilor suportați de aceast controler, cât și o poză cu acesta in funcțiune.

Figura 2.1.1.1.2 Diagrama conectorilor. Figura 2.1.1.1.3 Poză controler funcțional.

Se pot observa conectori pentru VGA, COM, Ethernet, două porturi USB versiunea 2, port PS/2 pentru conexiunea cu o tastatură, etc.

Iar în figura 2.1.1.1.3 putem observa care dintre aceste porturi le folosim la testerul nostru.

2.1.1.2 UH101 USB Host Controller [3]

UH 101 USB Host Controller este un modul compact PCI care furnizarea porturi periferice USB la un modul de calculator gazdă pe patru conectori ai panoului frontal.

UH 101 folosește un cip controler NEC de gazdă cu suport pentru USB 1.1 și 2.0 folosind arhitectura standardului industria OHCI/EHCI.

UH101 face conectivitate USB disponibil la calculatoare cPCI care nu au aceste facilități hardware instalate.

Pentru că există mai multe straturi de hardware și software asociate cu USB, vor fi mai multe etape implicate în instalarea driverelor pentru UH101. Cele mai multe dintre acestea vor fi realizate în mod automat de Windows.

Figura 2.1.1.2.1 Poză controler/ Controler in funcșiune

2.1.1.3 NI PXI-5401 Arbitrary Function Generator [4]

Dispozitivele National Instruments seria 5401 sunt generatoare de frecvență pentru PCI și PXI. Sinteza digitală directă (DDS) este utilizată pentru a genera cu precizie forme de undă standard, repetitive printre care putem enumera sinus, TTL, pătratică, și forme de undă triunghiulare.

Prin utilizarea dispozitivelor NI 5401 se combină puterea și capacitatea unui generator de funcții stand-alone, cu flexibilitatea și beneficiile computerului gazdă pentru a crea soluții de instrumentație virtuală extrem de capabile.

Câteva dintre specificațiile acestui dispozitiv sunt:

Tabel 2.1.1.3.1 Specificații NI PXI-5401

Mai în jos avem digrama conectorilor și o imagine a generatorului în funcțiune:

Figura 2.1.1.3.1 Diagrama conectorilor. Figura 2.1.1.3.2 Generatorul în funcțiune.

NI 5401 este un generator de funcții de 16 MHz pentru platforma PXI, având două veriuni, una pentru platforme PXI, iar cealaltă pentru platforme PCI.

NI PXI-5401 are patru conectori: doi conectori de tip BNC și doi SMB, așa cum se observă în figura de mai sus. Descrieri semnalelor pentru NI PXI-5401 sunt prezentate în tabelul următor.

Tabel 2.1.1.3.2 Descrierea semnalelor conectorilor generatorului de funții NI PXI-5401

2.1.1.4 NI PXI-8422 RS-232 isolated [5]

Modulele de interfațare serială National Instruments PXI-842x pentru PXI și CompactPCI sunt interfețe seriale asincrone pentru comunicarea cu dispozitivele seriale RS-232, RS-485și RS-422.

Aceste interfețe sunt disponibile cu până la 16 porturi și oferta 2 kV de izolare optica având următoarele specificații:

4 porturi RJ-45.

Temperatură de funcționare între 0 și 70 °C.

Tensiune de funcționare de 5 VDC și un curent între 500mA și 750mA.

Puterea disipată totală între 2,5W și 3,75W.

Isolare optică de 2 kV.

Figura 2.1.1.4.1 NI PXI-8422 RS-232 isolated

2.1.1.5 NI PXI-8461 CAN Series 2 [6]

NI PXI-8461/2 este o interfață de control a rețelei (CAN – Controller Area Network) cu două porturi proiectate pentru a comunica cu dispozitive de tip CAN de mare viteză, până la 1 Mbit/s.

Aceste module folosesc un CAN controler Philips SJA1000 pentru funcționalități avansate cum ar fi: listen-only (mod exclusive de ascultare), self-reception (echo), moduri de filtrare avansate și module de suport de tip sleep/wake-up.

Toate instrumentele de la National Instruments de tip CAN îndeplinesc cerințele fizice și electrice pentru rețelele automotive, bazate pe interfețe CAN.

Specificațiile controlerului PXI-8461/2 include:

Controler Philips SJA1000 CAN și strat fizic ISO 11898.

PXI trigger bus pentru temporizare și declanșare.

Viteză de transfer între bus de 1 Mbit/s.

Temporizare hardware cu ajutorul procesorului 80386EX.

Izolare optică de până la 500V.

Figura 2.1.1.5.1 Diagrama unui connector

CAN (Controller Area Network) folosește o metodă de tip arbitrary bit-wise lossless (transmitere arbitrară fără pierderi) pentru transferul de date. Această metodă arbitrară necesită ca toate nodurile de pe rețea să fie sincronizate astfel încât eșantionarea fiecărui bit de pe rețea să se realizeze în același timp.

Datorită acestui fapt, rețelele de tip CAN se mai numesc rețele sincrone. Din păcate, termenul sincron este imprecis deoarece datele sunt transmise fără un semnal de ceas într-un format asincron.

Mai în jos putem observa două imagini ai dispozitivului prima este o imagine de ansamblu arătând circuitul iar cea dea doua este o poză cu acesta în funcțiune.

Figura 2.1.1.5.2 NI PXI-8461 CAN Series 2

2.1.1.6 Signametrics SMX2040 [7]

Seria SMX2040 și SM2040 sunt multimetre digitale pe 6.5 cifre care oferă o combinație de rezoluție, precizie, și viteză care depășesc alte multimetre digitale standarded.

Câteva din funcțiile sale sunt:

Precizie DCV (DC voltage) de bază de 0.0045%.

1000 de masurători pe secundă.

Aceste caracteristici asigură măsurători precise, rapide, și repetabile. Seria SMX2040 și SM2040 au fost concepute ca un universal, multifuncțional DMM.

Măsurătorile frecvent asociate cu DMM-uri "high-end" sunt caracteristici standard pentru familia SMX2040 și SM2040, cum ar fi măsurari pe 2, 4 și 6 fire de rezistență, inductanță și capacitate, măsurători de scurgere și de temperatură, RMS și peak-to-peak, frecvența și temporizare, aprovizionarea cu tensiune și curent, și mult mai mult.

Figura 2.1.1.6.1 Diagrama conectorilor.

SMX2044 și SM2044 sunt cele mai potrivite pentru aplicații solicitante necesitând surse de precizie cu măsurători simultane, cum ar fi în teste parametrice, în acelați timp SMX2040 și SM2040 sunt potriviți când vine vorba și de funcții de bază DMM, cum ar fi telecomunicații, industria aerospațială, de automobile și domeniile de educație.

SMX2044 conține următoarele caracteristici:

Tabel 2.1.1.6.1 Specificații Signametrics SMX2040

Figura 2.1.1.6.2 Diagrama unui connector DIN-7

Următoarele două imagini ai dispozitivului arată circuitul cu conectorii + și – pentru tensiune respective curent, iar a doua o imagine cu dispozitivul în funcțiune.

Figura 2.1.1.6.3 Signametrics SMX2040

2.1.2 Pickering și surse

2.1.2.1 Pickering 40-151-002 [8]

Interfețele de pickering au o serie de module PXI pentru comutare, valabile în formă de relee, matrici și configurați de tip multiplexor. Conexiunile sunt facute cu ajutorul unui panou frontal cu conectori male de tip D de 50 pini.

Modelul 40-151 dispune de 12x relee de putere de tip DPST, potrivite pentru comutări de sarcini inductive sau capacitive pană la 5A la 250 VAC.

Figura 2.1.2.1.1 Diferenta dintre relee de tip DPST si SPDT

Pickering 40-151-002 conține următoarele caracteristici:

Tabel 2.1.2.1.1 Specificații Pickering 40-151-002

Următoarele două imagini ai dispozitivului arată, în prima, circuitul și conectorul, iar a doua o imagine cu dispozitivul în funcțiune.

Figura 2.1.2.1.2 Pickering 40-151-002

2.1.2.2 Pickering 40-110-121 [9]

Acest dispozitiv de pickering 40-110-121 este dotat cu relee de tip reed (împroșcate cu ruteniu), acestea oferă o durată de viață foarte lungă, cu un nivel de comutare bun și o rezistență a contactelor stabil.

Pentru a facilita o mentenanță scurtă și rapidă, cu întreruperea funcționării cât mai scurtă, acest dispozitiv este dotat cu relee de tip reed de rezervă.

Relee de uz general sunt ideale pentru a construi rețele de comutare, pentru a fi folosit ca o rețea de relee secundare uneia mai mare sau pentru a opera dispozitive externe (de exemplu: lămpi, solenoizi, etc.)

Pentru a simplifica cablarea inter-relay, puncte/noduri de interconnexiuni sunt construite pe suprafața plăcii, astfel se pot concepe cablări mult mai complexe.

Figura 2.1.2.2.1 Distribuția de relee pentru dispozitivul 40-110.

Această serie conține două tipuri de relee SPDT și SPST. Mai în jos putem observa diferențele dintre aceste două tipuri de relee.

Figura 2.1.2.2.2 Diferenta dintre relee de tip SPDT si SPST

Câteva dintre caracteristicile acestui circuit sunt:

Tabel 2.1.2.2.1 Caracteristici 40-110-121

Următoarele două imagini ai dispozitivului arată placa cu circuitele aferente și conector, iar a doua o imagine cu dispozitivul în funcțiune.

Figura 2.1.2.2.3 Pickering 40-110-121

2.1.2.3 Pickering 40-630-022-32/2 [10]

Seria 40-630 de module multiplexor de uz general dispun de o gamă largă de configurații de comutare. Tipic aplicațiile includ rutarea semnalelor în ATE (Automated Test Environment) și sisteme de achiziție de date.

Fiecare modul este configurat din fabrică să opereze într-una dintre modurile de configurare (vezi figura de mai jos), conexiunile sunt realizate printr-un panou de 68 pini. Distribuția releelor este realizată pe 1-pol, 2-poli sau 1-pol ecranat.

Figura 2.1.2.3.1 Modurile de funcționare ale multiplexorul.

La fel ca și în cazul dispozitivul precedent de pickering 40-110-121, și 40-630-022-32/2 este dotat cu relee de tip reed (împroșcate cu ruteniu), acestea oferă o durată de viață foarte lungă, cu un nivel de comutare bun și o rezistență a contactelor stabil.

Figura 2.1.2.3.2 Diferența dintre modul pe 1-pol și 2-pol având același număr de canale

În construcția sa, aceste dispozitive, au un sistem automat de izolare a comutației care activează doar bancul activ de multiplexori aflați la analogul comun, astfel capacitățile parazite în sisteme de multiplexare mari sunt la cel mai mic nivel posibil.

Mai în jos avem două imagini, prima imagine este cum arată dispozitivul în interior + conectorul aferent, iar a doua o imagine cu dispozitivul în funcțiune.

Figura 2.1.2.3.3 Pickering 40-630-022-32/2

2.1.2.4 Sursă AC programată 61601 [11]

Sursa de alimentare programabilă din seria 61600 oferă alimentare de curent alternativ de la 0 la 300 VAC, și frecvențe între 15 și 1000 Hz. Este folosit atât în industria comercială cât și în aviatică și militară, de la testare la producție în masă.

Seria 61600 generează curent AC curat cu distorsiuni mai mici de 0.3% la 50/60 Hz. Cu tehnologie PWM de ultimă generație și un circuit de corecție a factorului de putere această serie are o eficiență ridicată, fiind ideală pentru testarea de tip in-rush curent.

Modurile AC+DC extinde funcționalitatea acesteia la testarea decalajului componentei DC. Se poate folosi și un filtru optic DC de zgomot pentru a crește puritatea semnalului DC în testare. Printre acestea, seria 61600 folosește o technologie avansată de tip DSP pentru a face masurători de mare precizie și viteză de tip tensiune RMS, curent RMS, putere reală, masurare precisă de frecvență, factorul de putere, etc.

Mai în jos avem un exemplu de modificare a vitezei de variație a tensiuni pentru a crește sau a scădea frecvența sau voltajul de la ieșire. Poate fi folosit pentru a testa, cu ușurință, gama puterii de intrare la un anumit produs, de exemplu 90V-264V/47Hz-63Hz.

Figura 2.1.2.4.1 Slew rate 90V-264V/47Hz-63Hz

Mai în jos avem o imagine cu modelul 61601 în funcțiune la un tower.

Figura 2.1.2.4.2 Sursă AC programată 61601

2.1.2.5 Sursă de curent programată HM7044 [12]

Pe lângă sursa de curent alternativ programată 61601 mai avem nevoie de o sursă de curent programată HM7044 care poate furniza curent AC sau DC în paralel la 4 dispozitive diferite.Diferența dintre operarea în serie și operarea în paralel se poate observa în figurile de mai jos

Figura 2.1.2.5.1 Operarea în serie

În acest mod tensiunea se adună iar curentul de ieșire trebuie să fie ajustat la aceeași valoare pe toate canalele altfel va apărea un dezechilibru în tensiunea furnizată aceasta devenind instabilă.

Figura 2.1.2.5.2 Operarea în paralel

Pentru a mării curentul total la ieșire a sursei se va folosi operarea în paralel. Tensiunea este ajustată, manual, la o valoare cât se poate de egală. Și astfel, la fel ca și la cea în serie, curentul maxim la ieșire este suma curenților ieșirilor individuale sursei.

Această sursă de curent are următoarele caracteristici

Tabel 2.1.2.5.1 Caracteristici sursă programată HM7044

Mai în jos avem o imagine cu Sursă de curent programată HM7044 în funcțiune

Figura 2.1.2.5.3 Sursă de curent programată HM7044