"Bằng cách phát triển hệ thống FCT mới với PXI và LabVIEW, chúng tôi đã giảm đáng kể các công việc lặp lại và có thể dễ dàng chia sẻ tài nguyên hơn. Chúng tôi đã áp dụng thành công giải pháp này cho các dây chuyền sản xuất của mình, kết quả là kiểm tra PCB ổn định và đáng tin cậy. "

Wei Wang, Honeywell Co. Ltd, Công ty Trung Quốc

Bài toán

Kiểm tra mạch âm thanh / video và các thông số cố định cho bảng mạch in (PCB) trên dây chuyền sản xuất đồng thời tránh được thời gian và chi phí kỹ thuật cao khi sản phẩm cần kiểm tra thay đổi.

Giải pháp

Phát triển một hệ thống kiểm tra chức năng mạch (FCT) linh hoạt, dễ sử dụng sử dụng PXI và NI LabVIEW và cắt giảm một nửa chi phí cho hệ thống kiểm tra.

PCB được sản xuất theo lô phải vượt qua cả kiểm tra trong mạch (ICT) và kiểm tra chức năng mạch FCT trước khi xuất xưởng. ICT thường là bước kiểm tra đầu tiên trong đó mọi thành phần điện tử được kiểm tra và mọi lỗi ngắn  mạch và hở mạch của tất cả mạch PCB đều được kiểm tra trên dây chuyền. Hầu hết các PCB sử dụng phần firmware để điều khiển bảng mạch tích hợp.

Sau ICT, chúng tôi có thể đánh giá chất lượng của các linh kiện điện tử và các bộ phận của PCB cần kiểm tra, nhưng chúng tôi không thể xác định xem toàn bộ mạch có hoạt động bình thường hay không. Các kỹ sư kiểm tra phải xây dựng một môi trường mạch analog để tiến hành FCT tại điểm kiểm tra (TP) trên một bảng mạch tích hợp. FCT mô phỏng các chức năng của thành phẩm và kiểm tra xem các chức năng đó hoạt động tốt không.

Trong hầu hết các trường hợp, hệ thống FCT trên dây chuyền sản xuất chỉ kiểm tra một loại PCB. Các hệ thống như vậy thường được phát triển bằng cách thiết kế bảng điều khiển và kết nối tất cả các cổng I / O với thiết bị thử nghiệm. Sau đó, các kỹ sư kiểm tra xây dựng phần sụn - firmware cho bảng điều khiển để thiết lập môi trường hoạt động mô phỏng của thành phẩm để kiểm tra điện áp và dòng điện cũng như các bước điều khiển tuần tự tương ứng. Sau khi quá trình thử nghiệm hoàn tất và sản phẩm rời khỏi nhà máy, hệ thống FCT thường bị "bỏ xó" và các hệ thống FCT được phát triển cho các PCB khác nhau yêu cầu nguồn lực kỹ thuật bổ sung để tạo tấm vỏ, lập trình firmware và đi dây. Ngoài ra, các chức năng phức tạp hơn liên tục được thêm vào PCB, điều này làm cho việc xây dựng một số máy kiểm thử chức năng trở nên khó khăn hơn.

Honeywell muốn tránh nỗ lực trùng lặp gây ra do quy trình phát triển này và tìm kiếm một giải pháp có chi phí thấp hơn, linh hoạt hơn có thể giải quyết bài toán FCT của nhiều sản phẩm PCB khi tính phức tạp của các tính năng bo mạch PCB ngày càng tăng.

Sử dụng PXI nền tảng phần cứng PXI và phần mềm LabVIEW, Honeywell tập trung vào việc tạo ra một bộ kiểm tra chức năng hoàn chỉnh  tự động hoàn toàn các bước kiểm tra âm thanh, video và các tín hiệu khác nhau như điện áp, dòng điện và kỹ thuật số.

Yêu cầu về chức năng

Honeywell ưu tiên các chức năng kiểm tra sau:

• Nhiều cổng I / O hai chiều tốc độ cao để giám sát trạng thái của jig kiểm tra và có giao thức truyền thông tin như I2C để thực hiện chuỗi lệnh điều khiển tuần tự của hầu hết các chip trên PCB.
• Nhiều kênh đầu vào và đầu ra tương tự có thể tạo ra tín hiệu dạng sóng mô phỏng tín hiệu đầu vào cho PCB
• Ma trận công tắc lập trình đa kênh để điều khiển bật-tắt
• Thẻ cổng nối tiếp RS232, RS485 để kết nối sử dụng giao tiếp nối tiếp
• Đồng hồ vạn năng có thể lập trình để đo điện áp và dòng điện
• Máy hiện sóng để đo tần số và thu nhận dạng sóng
• Tạo, chuyển đổi và phân tích video
• Thu nhận và phân tích âm thanh
• Mô-đun nguồn có thể lập trình
• Môi trường lập trình hợp nhất

Sử dụng các công cụ truyền thống để đạt được mức độ chức năng này sẽ đòi hỏi chi phí quá cao (so với 1 dự án). Việc triển khai giải pháp dùng NI với PXI và LabVIEW đã giúp chúng tôi đạt được mục tiêu và cắt giảm một nửa chi phí.

Kiến trúc hệ thống

Trước đây, một jig đo kiểm là cần thiết cho một hệ thống FCT đơn giản. Các yêu cầu chức năng khác nhau đòi hỏi thiết kế các mạch điều khiển khác nhau, được kết nối với bàn điều khiển. Ngoài ra, cần phải lập trình phần firmware cho một chip đơn. Kết quả thử nghiệm được hiển thị trên màn hình LCD; đối với các hệ thống phức tạp hơn, phần mềm PC được phát triển để điều khiển giao tiếp nối tiếp giữa chip đơn và PC. Sử dụng PXI, giải pháp của Honeywell giúp giải phóng các kỹ sư thử nghiệm, những người tránh được các nỗ lực trùng lặp trong quá trình tạo thân vỏ, lập trình và đi dây.

Các ưu điểm của giải pháp PXI và LabVIEW bao gồm:

Phân bổ thống nhất nhất tài nguyên phần cứng: Sử dụng 18  khe cắm NI PXI-1045 Khung máy 3U, chúng ta có thể dễ dàng phân bổ số lượng phần cứng theo số lượng khe cắm của các thẻ khác nhau. Bằng cách sử dụng cáp giao diện hệ thống máy tính nhỏ (SCSI), các tín hiệu được kết nối với sườn của thiết bị được gọi là “Cổng giao tiếp cho bộ thu”.

Giao diện thống nhất cho jig đo kiểm: Một bệ có hình cổ điển kích thước cố định nằm bên trên “Cổng giao tiếp cho bộ thu”. Tín hiệu TP được nối dây thông qua bệ kết nối đến các mô-đun thu nhận PXI.

Nguồn cấp lập trình được: Bằng cách điều khiển mô-đun nguồn lập trình với GPIB, có thể tạo ra nguồn cung cấp ổn định cho bất kỳ điện áp và dòng điện nào trong phạm vi làm việc cho nhiều loại PCB khác nhau.

Giao diện phần mềm điều khiển thống nhất: LabVIEW cung cấp giao diện người dùng thống nhất và lập trình mô-đun với mỗi mô-đun PXI, giúp rút ngắn thời gian lập trình.

Cách bố trí tủ máy hợp lý: PXI cho phép bố trí đơn giản và gọn nhẹ tất cả các thiết bị trong hệ thống. Chúng tôi đã thực hiện một tủ máy 2 x 1,2 x 1,4 m với năm tầng.

Kiểm tra âm thanh chi phí thấp hơn.

Kiểm tra âm thanh là điều cần thiết đối với các sản phẩm bảo mật điện tử. Chất lượng âm thanh của nhiều sản phẩm phải đạt tiêu chuẩn quốc gia cao. Card NI PXI-4461 mô-đun thu thập dữ liệu hoàn toàn có thể thay thế một máy phân tích âm thanh đắt tiền hơn nhiều. Kết hợp với phần mềm NI, PXI-4461 có thể thu nhận và phân tích tín hiệu âm thanh và mô phỏng tín hiệu hình sin làm nguồn đầu vào cho PCB, đồng thời đo tần số và biên độ của tín hiệu đầu ra âm thanh.

Thiết kế phần mềm hệ thống

Hiệu quả của hệ thống FCT chỉ có thể được thực hiện đầy đủ khi phần cứng được kết hợp với phần mềm dễ sử dụng. Việc tích hợp liền mạch LabVIEW với PXI là một lựa chọn hiển nhiên.

Ngoài ra, lập trình trong LabVIEW cho phép chúng tôi sử dụng nhiều giao thức khác nhau như GPIB, I2C, Modbus và TCT / IP. Ngoài ra, bằng cách sử dụng thư viện Kiến trúc Phần mềm Công cụ Ảo (VISA), chúng tôi đã triển khai nhanh chóng và liền mạch việc xử lý dữ liệu và hiển thị tương tác.

Chúng tôi chia bảng điều khiển phía trước của phần mềm thành năm phần bao gồm cửa sổ hiển thị thông số tĩnh, cửa sổ kiểm tra âm thanh, cửa sổ kiểm tra video, cửa sổ hiển thị phần trăm vượt qua và cửa sổ thông tin.

Các kết quả

Bằng cách triển khai hệ thống FCT sử dụng các sản phẩm PXI khác nhau và phần mềm LabVIEW, Honeywell đã đạt được tất cả các yêu cầu về chức năng thử nghiệm, đồng thời thực hiện kiểm soát phần cứng chính xác và nhanh chóng cũng như thu thập tốc độ cao. Mặc dù kiến trúc của hệ thống FCT phức tạp và có nhiều đầu vào và đầu ra, nó mạnh mẽ và dễ dàng sửa đổi với những ưu điểm của hệ thống PXI. Chúng tôi có thể thực hiện các loại kiểm tra FCT khác nhau trên PCB mà không cần thường xuyên thay thế phần cứng kiểm tra. Khi sản phẩm mới đã sẵn sàng để kiểm tra, chúng tôi chỉ cần thay thế jig đo kiểm, kết nối các chân của jig theo nguồn IO phần cứng của hệ thống PXI và sửa đổi phần mềm thử nghiệm tương ứng. Giao diện đồ họa LabVIEW và tính dễ sử dụng cho phép người vận hành kiểm tra chỉ cần kích hoạt thiết bị kiểm tra, vận hành theo các mẹo đồ họa của máy tính chủ và nâng tay cầm sau khi kiểm tra xong.

"Bằng cách phát triển hệ thống FCT mới với PXI và LabVIEW, chúng tôi đã giảm đáng kể các công việc lặp lại và có thể dễ dàng chia sẻ tài nguyên hơn. Chúng tôi đã áp dụng thành công giải pháp này cho các dây chuyền sản xuất của mình, kết quả là kiểm tra PCB ổn định và đáng tin cậy. " Khi sản phẩm mới được phát hành, các kỹ sư nghiên cứu chỉ cần thêm một jig đo kiểm mới, phân bổ đầu dò, kết nối tín hiệu và sửa đổi phần mềm. Giải pháp NI đã giảm đáng kể khối lượng công việc của các kỹ sư thử nghiệm của Honeywell và cắt giảm chi phí mà không ảnh hưởng đến chất lượng hoặc chức năng thử nghiệm.

Thông Tin Tác giả

Wei Wang
Honeywell Co. Ltd, Công ty Trung Quốc
Trung Quốc