PROGRAMUL DE STUDIU TECHNOLOGII AUDIO-VIDEO ȘI DE TELECOMUNICAȚII FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT CU FRECVENȚĂ PROIECTAREA ȘI Realizarea unei interfețe DE TEST… [305451]

[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

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

Un timer/counter este conceput pentru a aduce o nouă dimensiune la testarea de tip bench-top și sistemelor de numărare. Acest timer oferă o performanță semnificativă față de timerele/counterele tradiționale.

PM6680B oferă următoarele avantaje: rezoluție pe 10 digiți la fiecare secundă datorită interpolării de mare rezoluție, frecvență mare de intrare 1.3, 2.7, 4.2 sau 4.5 GHz, o stabilitate ridicată în comparație cu multe oscilatoare și capabilitatea de a face 2000 de măsurători pe secundă și de a le memora în memoria sa internă.

Acest timer oferă un delayed arming (armare) care oferă timer-ului capacitatea de a fi programat să așteaptă o perioadă specifică de timp după ce se declanșează ”burstul„ pentru a începe măsurătoarea.

Figura 2.1.2.6.1 Un exemplu de counter care nu are funcția de delayed arming.

După cum se vede in figura 2.1.2.6.1, un counter normal începe măsurătoarea exact de la declanșarea ”burstului„. Astfel frecvența semnalului fiind măsurată și înainte de a ajunge la valoarea stabilă.

Cu delayed arming se poate programa o întârziere a începeri măsurării pentru a oferi valoarea stabilă a semnalului.

Figura 2.1.2.6.2 Măsurarea unui semnal cu un arming delay de 5 ms

Se observă diferența dintre cele două figuri (figura 2.1.2.6.1 și figura 2.1.2.6.2), în cea dea doua figură măsurarea frecvenței semnalului este întârziată cu 5 ms pentru a putea măsura valoarea stabilă a semnalului.

Mai în jos avem o imagine cu modelul FLUKE PM6680B în funcțiune la un tester

Figura 2.1.2.6.3 Timer/Counter FLUKE PM6680B

2.2 Echipamente Software

2.2.1 National Instruments LabView

Kit-ul LabVIEW de la National Instrumens este liderul limbajelor de programare pentru dezvoltarea aplicațiilor de măsurare și automatizare a proceselor technologice.

LabVIEW are suport extins pentru driverele dintr-o gamă largă de echipamente hardware de achiziție de date National Instruments și driverele de la toți producătorii principali de hardware din această categorie din toată lumea.

Este un limbaj compilat care are capacitatea de a rula pe toate sistemele de operare majore de tip desktop (Windows, Linux, MacOS) și are suport de vizualizare a datelor pentru sistemele de operare mobile iOS și Android.

Soliton a ales LabVIEW ca limbajul său de programare principal în 1998, pentru că fondatorul său a fost instruit în LabVIEW și a experimentat puterea acestuia personal. De atunci, datorită accentului continuu pus pe LabVIEW, Soliton a crescut într-unul dintre principalii furnizori de servicii software LabVIEW din lume.

Figura 2.2.1.1 UI LabView

2.2.2 TestStand

TestStand este un software de gestionare și automatizare operațiilor de testare industriale, care ajută inginerii de test la proiectarea și implementarea sistemelor automatizate de testare.

TestStand poate integra module de program realizate în diferite limbaje de programare ca și LabVIEW, CVI, .NET, C, C++, Java, etc; acestea se mai numesc și adaptoare de modul (module adapters).

Platforma ajută la dezvoltarea, gestionarea și executa sisteme de testare prin scripturi secvențiale care explică, de asemenea, fluxul proceselor din program.

Câteva dintre domeniile în care este folosit TestStand sunt:

Testare militară și aerospațială.

Producerea de componente electronice.

Testări de tip automotive.

Testarea dispozitivelor medicale.

Testarea caracteristicilor componentelor semiconductoare.

Figura 2.2.2.1 UI TestStand

Capitolul 3 – Realizare Practică

În acest capitol vom realiza practic un dispozitiv de testare a unei plăci din producție pusă la dispoziția noastră de către firma de subcontracting Connectronix Romania din Connect Group.

Acest capitol va fi împărțit în două subcapitole, primul va fi o realizare practică de tip hardware: aici vom avea o scurtă prezentare a plăci, pe urmă vom determina ce fel de teste vom realiza la această placă iar cel de-al doilea subcapitor se va axa pe partea software a testerului cuprinzând programarea și automatizarea măsurătorilor folosind TestStand.

3.1 Realizarea Hardware

Această parte va fi foarte scurtă deoarece această lucrare se va axa pe partea software, mai exact realizarea secvențelor de test în programul Test Stand.

Astfel aici vom prezenta pe scurt placa, vom enumera specific ce anume trebuie testat la aceasta iar la final o poză cu echipamentul hardware și placa finalizat.

Pentru realizarea testului vom folosi unul din turnurile de testare care conține toate echipamentele de măsurare prezentate în capitolul 2.

Figura 3.1.1 Turn de testare (Testing Tower)

3.1.1 Prezentarea plăcii

Aici vom prezenta placa împreună cu toate testele care trebuiesc realizate.

Figura 3.1.1.1 Placa FS Arte Top

Mai în sus avem partea de top a plăcii FS Arte, putem observa că pe partea de top avem un număr mai mare de componente doar că acestea sunt oarecum pasive, adică nu vom interacționa cu acestea și nu vom avea schimbări vizibile la această parte a plăcii, de exemplu la testarea circuitului integrat U1 nu vom observa o schimbare la suprafața plăcii, ci doar la nivelul digital.

Figura 3.1.1.2 Placa FS Arte Bottom

Pe de altă parte pe partea de bottom putem observa 3 diode Led D1, D2, D3 care vor fi folosite pentru a determina funcționalitatea plăci, testele acestea se vor realiza din punct de vedere vizual (se aprinde sau nu diodele), un connector pentru senzorul tactic J1 și senzorul în sine U2.

Figura 3.1.1.3 Placa FS Arte vizualizarea connectorului J1

În Figura 3.1.1.3 se poate observa mai clar connectorul J1 și senzorul U2 folosit la detectarea unui frecării ”swipe„ a degetului pe suprafața acestuia.

Mai departe vom examina, concret, testele funcționale care vor trebui realizate la suprafața plăcii astfel încât aceasta să poată funcționa la parametri doriți de către client.

3.1.2 Testele funționale de realizat pe placă

Tabel 3.1.2.1 Teste funcționale

3.1.3 Realizarea suprafeței de testare (fixture)

Deoarece se vor testa mii de plăci pe acest tester, va trebui să realizăm o suprafață intermediară dintre firele sau sondele aparatelor de măsură și placa de testat.

Această suprafață înlocuiește nevoia de a conecta de fiecare dată firele aparatelor de măsură individual la pinii fiecărei plăci pe care vrem să o testăm.

Prin implementarea unei suprafețe intermediare care folosește conectori mari (30-40 pini) și relee pentru comutarea canalelor aparatelor de măsură, vom realiza așa numitul fixture care va simplifica conectarea dintre placă și aparatele de măsură folosite pentru a realiza testele.

Figura 3.1.3.1 Schema conexiunilor pentru fixture FS Arte

Figura 3.1.3.2 Fixture cu placa pregătită pentru testare

Figura 3.1.3.3 Dedesubtul fixture-ului cu toate conexiunile aparatelor de măsură

3.2 Realizarea Software

Aici vom realiza secvențele de test necesare pentru a realiza toate testele necesare pentru placa FS Arte, adică cele prezentate în Tabel 3.1.2.1.

Pe lângă aceste secvențe, vom explica modul de lucru a programului Test Stand, pentru acest lucru vom prezenta structura unei secvențe de test, cum aceasta este creată la modul general împreună cu componentele sale: pași, variabile, precondiții, post-acțiuni și bucle de testare.

3.2.1 Test Stand

Test Stand funcționează pe baza instrucțiunilor gasite în diferitele fișiere DLL (Dinamic Link Library, .dll) , fișiere sursă scrise în C (.c), fișiere obiect (.obj) sau librării statice (.lib).

Pe scurt Test Stand se poate compara cu un sistem de operare, de exemplu Windows, acesta face legătura dintre hardware-ul (aparatele de măsură) și ”Bios-ul„ acestora (fișierele .dll care conțin instrucțiunile de pornire, citire, măsurare, etc) să fie una mai ușoară și mai lizibilă pentru programator.

Astfel în momentul proiectării unui mediu de testare nou, programatorul va putea scrie un program nou pentru o nouă placă mult mai ușor și rapid.

3.2.1.1 Secvențe și fișierele secvențiale

O secvență este formată dintr-o serie de pași. Un pas poate inițializa un instrument, să efectueze un test complex sau să modifice fluxul de executie.Pași pot, de asemenea, realiza un salt la un alt pas, pot apela o altă secvență de test, pot apela codul unui modul extern, sau pot modifica valoarea unei variabile sau a unei proprietăți.

Butonul de view al unei secvențe individuale conține 5 tab-uri: Main, Setup, Cleanup, Parameters și Locals. Tab-urile de Main, Setup și Cleanup afișează, fiecare la rândul său, un grup de pași dintr-o secvență. Acestea te ajută să execuți următoarele operațiuni:

Main – Testează UUT-rui (Unit Under Test).

Setup – Inițializează sau configurează instrumentele, fixture-urile sau UUT-urile.

Cleanup – Oprește și/sau eliberează instrumentele, fixture-urile sau UUT-urile.

Mai în jos avem o secvență pentru setarea PSU-ului (Power Supply Unit) din programul folosit pentru a testa placa noastră.

Figura 3.2.1.1.1 Secvența PSU Set

O secvență poate avea, de asemenea, parametri și un număr oarecare de variabile locale. Parametrii permit scrierea și/sau citirea valorilor unei secvențe.

Variabilele locale pot fi folosite pentru a stoca valori, a menține countere sau a realiza orice alt tip de stocare de date locală.

Un fișier secvențial poate să conțină orice număr de secvențe împreună cu variabile globale, acestea la rândul lor pot fi folosite pentru a face schimb de date dintre mai multe secvețe dintr-un fișier secvențial.

3.2.1.2 Pași și variabile

TestStand conține un set de pași predefiniți de diferite tipuri. Un pas de un anumit tip definește o listă de proprietăți standard și oferă posibilitatea de a apela instrucțiuni predefinite folosind adaptoare de modul (module adaptors).

TestStand are incorporat un set de pași standard predefiniți care includ:

Tabelul 3.2.1.2.1 Diferitele tipuri de pași

Pe lângă acești pași, TestStand, are și câteva caracteristici folosite pentru a depana o anumită secvență sau fișier de secvențe. Aceste caracteristici de depanare includ: urmărire (tracking), puncte de întrerupere (breakpoints), puncte de întrerupere condiționate (conditional breakpoints), trecerea pas cu pas (single-stepping) și monitorizarea execuțiilor (watch expressions).

În TestStand, se pot definii variabile cu diferite domenii pentru a partaja date între pașii unei secvențe sau chiar între mai multe secvențe. Se pot definii variabile care sunt locale față de o secvență, globale față de un fișier secvențial sau global pentru întreaga stație de testare. Astfel, se pot definii următoarele tipuri de variabile:

Variabilele locale (Local variables) sunt folosite pentru a stoca date relevante la executarea unei secvențe. Fiecare pas al secvenței respective poate accesa variabilele locale specifice secvenței la care este definită.

Variabilele secvențiale globale (Sequence file global variables) se folosesc la stocarea de date care sunt relevante/folosite întregului fișier secvențial. La rândul său, acest tip de variabilă poate fi accesată direct de către orice secvență sau pas dintr-un fișier secvențial.

Variabilele globale pe întreaga stație (Station global variables) sunt folosite pentru a menține/stoca informații statistice sau a salva configurațiile stației de testare. Aceste variabile globale pot fi accesate de către orice secvență/pas din stația de testare. Spre deosebire de celelalte tipuri de variabile, acestea sunt singurele care nu se modifică doar dacă se trece la o altă stație de testare.

În figura din stânga se poate observa „expression browser-ul”, acesta conține o lista cu toate variabilele locale definite în secvența respectivă.

La folosirea unei variabile, se poate observa în partea de jos o expresie, programul creează o expresie care denotă locația, în browser-ul respectiv, a variabilelei care se dorește a fi folosită.

Figura 3.2.1.2.1 Locația variabilelor – Expression Browser

3.2.1.3 Precondiții, post-acțiuni și bucle de testare

O precondiție este folosită pentru a seta ca un pas să fie executat doar dacă pasul precedent a returnat o valoare adevărată (True), dacă testul este fals atunci execuția trece peste pasul respectiv.

Figura 3.2.1.3.1 Meniul precondițiilor

Aceaste expresii sunt create folosind liniile de cod specifice aparatului de măsură utilizat, iar aceast cod este extras din fișierele DLL aprovizionat de către producătorul aparatului de măsură.

O post-acțiune (post action) este acțiunea care se execută după realizarea pasului. Această acțiune poate fi condiționată să se realizeze daca testul a returnat o valoare adevărată sau falsă. Un exemplu îl avem în figura de mai jos, la returnarea valorii True execuția trece la următorul pas, dar dacă pasul returnează valoarea False execuția este încetată.

Figura 3.2.1.3.2 Setarea unei post-acțiuni

Pentru pașii care nu returnează o valoare de forma adevărat/fals, se poate seta o condiție specifică prin bifarea opțiunei Specify Custom Condition și creerea unei expressi custimizate pentru realizarea acțiunii dorite.

O buclă se folosește atunci când dorim să realizăm teste multiple pentru a observa, de exemplu, procentajul de succes pentru testul respectiv. Astfel putem seta un număr fix de bucle (repetiții) și putem seta ca testul să fie considerat trecut dacă numărul de teste reușite a fost atins.

Figura 3.2.1.3.3 Setarea unei bucle de testare

În exemplul de mai sus avem o buclă de tip Pass/Fail count, aceasta execută un test de 100 de ori și înregistrează fiecare rezultat. Dacă numărul de teste reușite atinge valoare dorită (în cazul nostru această valoare este 10) atunci testarea se va opri, iar testul va returna valoarea adevărat (Test Pass).

3.2.2 Programul de testare

Mai în jos avem un screenshot care conține toate secvențele folosite pentru testarea plăcii FS-Arte.

Acești pași au fost realizați făcând referință la Tabelul 3.1.2.1. Astfel putem observa că la început se află câteva secvențe de așteptare pentru realizarea unei operații de către operator (Place board) ca ulterior secvențele de test să fie realizate în mod automat.

Figura 3.2.2.1 Function test complet pentru placa FS Arte

3.2.2.1 Secvența de setup al polarității sursei de putere – PSU

Mai în jos avem diagrama logică pentru setarea polarității sursei de putere (Power Supply Unit).

Figura 3.2.2.1.1 Setarea PSU-ului

Procesul descris în diagrama de mai sus face parte din categoria proceselor de setup al tester-ului, mai exact setarea polarității sursei de putere pe canalul 1.

Această setare nu este exclusivă pasului de setup și se poate face oricând prin realizarea unui salt la această secvență, daca pe parcursul secvențelor de test se dorește schimbarea polarității de către inginerul responsabil

Primi doi pași sunt folosiți pentru a oprii canalul sursei la care se vrea să se seteze polaritatea, în cazul nostru canalul 1 (CH1), iar mai departe setarea releelor (K1 și K2) pe poziția doi (off). Acest pas nu este necesar numai atunci când, la procesul de cleanup care se realizează la sfârșitul testului, nu se realizează o resetare a releelor respectivului canal. Deci acesta este un pas de sigurață pentru a nu produce scurt circuit la pornirea sursei și a distruge echipamentul.

Pe urmă se va seta polaritatea dorită pentru testul care urmează, valoarea polarității se va găsi în interiorul parametrului „Polarity” aflat local la nivelul secvenței folosite la momentul dat.

După selectarea polarității dorite se va face un salt la una din cele 3 secvențe posibile: „Normal”, „Off” și „Reverse”.

Pentru cazul în care se selectează polaritatea „Off” se va face un salt la secvența de oprire a sursei și se va opri execuția.

La selectarea polarității normale se va face un salt la o secveță care în primă fază comută releeul K1 pe poziția 1 (ON) și releeul K2 pe poziția 2 (OFF) acest pas este urmat de un timp de așteptare de 0.05 secunde pentru ca, comutarea să se realizeze electric. După aceast timp de așteptare se va porni sursa printr-un salt la o secență „Set PSU CH1 ON”, această secvență va lua din fișierele DLL puse la dispoziție de către producătorul sursei, o comandă specifică modelului de sursă care va porni canalul 1 al sursei PSU urmând ca execuția să se întoarcă și procesul de setup al sursei să se încheie.

Pentru polaritatea inversă (Reverse) se realizează aceeași pași ca și la cea normală doar că aici se va comuta releeul K1 pe poziția 2 (OFF) iar releeul K2 va fi de data aceasta setat pe poziția 1 (ON).

În acest mod, tester-ul poate comuta de la un releu la altul pentru a realiza diferitele operații de măsură în mod automat și cu o viteză mult mai rapidă.

3.2.2.2 Test 15 – LED D4 Red

Mai în jos avem diagrama logică pentru testarea Led-ului D4 – culoarea roșu.

Figura 3.2.2.2.1 Test 15 – Led D4 Roșu

Pentru a testa led-ul D4 avem nevoie de a face un salt la o subrutină de scriere serială a portului la care este legat led-ul respectiv. Vom trimite comanda 0x06 (data byte 0x01) prin portul serial TTL pentru a aprinde led-ul. Acest port va fi setat ca 1 (5V) care ar trebui să aprindă led-ul respectiv.

Aceste diode led sunt de tip RGB, adică prin aplicarea tensiunii în direcții (polarități) diferite va emite o culoare diferită: roșu, verde respectiv albastru.

După setarea portului, execuția se va întoarce la secvența principală și se va realiza o verificare vizuală, de către operator, a led-ului.

Acest pas va deschide un Message Popup cu întrebarea „Led D4 red?” și opțiunile „Pass” respectiv „Fail”.

După confirmarea de către operator execuția ori va continua cu următorul test (Test Pass) ori va opri execuția testului, placa având un defect (Test Fail).

Acestă confirmare se realizează printr-un „Numeric Limit Test” astfel după confirmarea de către operatorului prin alegerea uneia dintre opțiuni, se va seta o variabilă ca „1” pentru Pass respectiv „0” pentru Fail.

3.2.2.3 Test 13 – RS485

Mai în jos avem diagrama logică pentru testarea interfeței RS485.

Figura 3.2.2.3.1 Test 13 – RS485

Mai întâi va trebui să folosim aceeași scriere ca și în cazul testului precedent. Vom apela subrutina de scriere serială TTL doar că de data aceasta vom trimite comanda 0x05 (data byte 0xA5) prin portul serial TTL pentru a fi încărcat în memorie.

Pe urmă vom trimite aceeași valoare prin interfața RS485 pentru a testa dacă aceasta funcționează la parametri optimi.

După subrutina de scriere RS485 vom trece la etapa de verificare a celor două scrieri TTL respectiv RS485.

Pentru verificare va trebui, mai întâi, să citim valoarea aflată în memorie pe rând. Vom folosi subrutina de citire TTL folosită și în testarea led-ului, pe urmă vom realiza un „Numeric Limit Test” comparând valoarea citită cu valoarea correctă 165 (0xA5 în hexazecimal).

La fel ca și la testul precedent, acest „Numeric Limit Test” are aceleași post-acțiuni pentru „Pass” respectiv „Fail”.

Mai departe vom folosi o comandă de citire a valorii trimise prin interfața RS485, această comandă, ca și cea folosită pentru scrierea/citirea TTL, sunt comenzi aflate în interiorul fișierelor DLL.

Verificarea biților de date citiți se va face exact la fel ca și la pasul precedent, folosind un „Numeri Limit Test” comparând aceeași valoare 165.

Mai în jos avem o imagine cu subrutina folosită pentru scrierea valorii 0xA5 prin interfața RS485.

Figura 3.2.2.3.2 Scrierea valorii 0xA5 folosind interfața RS485

Concluzii

În concluzie aceste sisteme de test sunt absolut necesare într-un mediu industrial de producție a componentelor și echipamentelor electronice.

Testarea este singurul mod prin care se poate asigura funcționalitatea echipamentului la finalul procesului de producție.

Un tester oferă posibilitatea de a verifica produsul obținut într-un mod automatizat, astfel avem posibilitatea testării a unui număr foarte mare de produse finite într-un timp scurt și la o eficiență maximă.

Orice nouă provocare aduce de la sine noi cunoștințe și abilități iar în urma redactării acestei lucrari am dobândit noi cunoștințe atât teoretice cât și practice care îmi vor ajuta abilitățile tehnice în dezvoltarea profilului tehnic personal.

Bibliografie

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_test_equipment

[2] NI PXI-8186 Embedded controller – Datasheet

[3] UH101 USB Host Controller – Datasheet

[4] NI PXI-5401 Arbitrary Function Generator – Datasheet

[5] NI PXI-8422 RS-232 Isolated – Datasheet

[6] NI PXI-8461 CAN Series 2 – Datasheet

[7] Signametrics SMX2040 – Datasheet

[8] Pickering 40-151-002 – Datasheet

[9] Pickering 40-110-121 – Datasheet

[10] Pickering 40-630-022-32/2 – Datasheet

[11] Programmable AC source 61601 – Datasheet

[12] Programmable power supply HM7044 – Datasheet

[13] Timer FLUKE OM6680B – Datasheet

Anexe

Anexa nr. 1 – Test Case – Instrucțiuni de testare din Belgia

Anexa nr. 1 – Test Case – Instrucțiuni de testare din Belgia

Anexa nr.2 – Pași de testare pentru operatori

Mai în jos avem pașii de testare reali pe care un operator de test trebuie să îi realizeze în momentul testării plăci FS-Arte.

Necessaries

PXI Tower

Ekey test jig

USB cable from PXI Tower to test jig

ESD gloves for handling

Ekey test jig

Preparations and Test procedure

Put the test jig on the tower.

Connect test jig and tower via usb cable.

Open TestStand operator interface by double click on icon on desktop.

Following screen will appear select user name and type in password and then press “OK”

After this you must select the needed sequence file, go to “File” here select option “ Open sequence file”

– All sequence files are situated on Sequentions (F:) , you go on this drive select “Customer sequences” then “EKEY” and project name “PB2919800”, select “PB2919800_REVx”, here you select the latest version of test sequence .

– After you selected this sequence following screen will appear click on “Test UUT” or press “F5” to begin the test

Functional Test

Use gloves for the handling of the PCBs.

Folositi manusi la manipularea placilor.

Scan the Customer 2D barcode situated on bottom of PCB

Scan the Factory 2D barcode situated on bottom of PCB

Place the board in the specified position, and make sure the other board positions have protection plates.

After this the test sequence should run automatically following instructions on the screen (programming of DUT is also included).

– If the board passes the test place a small black dot like in the picture below.