A feladat megoldására – kifejezetten fénydiódák és hasonló eszközök, például infravörös sugárzók és optocsatolók tesztelésére szolgáló, teljes körű mérőrendszer létrehozására – a National Instruments LabVIEW szoftvere és PXI hardver-rendszere bizonyult a legalkalmasabbnak.
„A National Instruments hardverével és szoftverével gyorsan és könnyen meg tudtuk építeni többcsatornás LED-tesztelő rendszerünket" — Carlo Philip Abuan.
Teljes körű vizsgálórendszerek létrehozásához mindeddig több különböző, önálló műszert kellett összekombinálnunk. Ehhez csak a már meglévő berendezéseinket tudtuk felhasználni, esetenként saját fejlesztésű, egyedi céláramkörökkel kiegészítve. További hátrány volt, hogy az így kialakított összeállítás nagy területet igényelt. A programozást nehezítette, hogy saját illesztő-programokat kellett létrehoznunk, különösen a régebbi eszközök esetében. Általánosságban egy tesztrendszer nulláról történő megépítése nagyon idő- és erőforrás-igényes feladat.
Ma már azonban a megfelelő hardver- és szoftverelemek sokkal gyorsabbá és kevésbé költségessé teszik egy ilyen mérőrendszer megépítését. A tesztrendszert a National Instruments kompakt, moduláris és hatékony PXI hardvereszközeinek széles választékából, a grafikus kezelőfelületet pedig a könnyen használható LabVIEW szoftverrel hozzuk létre, amely a programozási és fejlesztési időt is lecsökkenti, mivel tartalmazza az összes szükséges illesztőprogramot. A PXI-alapú tesztrendszer áramköri blokkjai egy programozható tápegységet, egy digitális multimétert (DMM), egy multiplexert, egy digitális be-/kimeneti egységet (DIO) és egy moduláris vezérlőt tartalmaznak. A LabVIEW biztosítja az összes szükséges illesztőprogramot, ami jelentősen lecsökkentette a fejlesztés és az üzembe állítás időigényét.
Egyetlen fénydióda tesztelése
Az 1. ábra egy fénydióda-jellegű eszközt tesztelő, egyszerű elrendezést mutat. A vizsgálandó eszköz a bal, a fénydetektor vagy fényérzékelő áramkör pedig a jobb oldalon látható. Az elrendezésben Ulbricht-gömböt használunk. A nyitóirányú feszültség méréséhez egy adott árammal előfeszítjük a tesztelendő eszközt, majd megmérjük a rajta eső feszültséget. Egyidejűleg mérni tudjuk a fényerőt is: ehhez megmérjük a fényérzékelő áramkör zárlati áramát, amelyet egy adott kalibrálási konstanssal megszorozva a kívánt mértékegységben kapjuk meg az eredményt. A nyitóirányú vagy bekapcsolási áram méréséhez pozitív feszültséget adunk a mérendő eszköz anódjára, majd megmérjük az így létrehozott áramerősséget. A záróirányú feszültség és áram méréséhez egyszerűen megfordítjuk a bemeneti jel polaritását. Ez az eljárás egy többcsatornás mérőrendszer egyetlen ágán lejátszódó folyamat, tehát a lépést egyszerűen meg kell ismételni a többi csatornán is.
1. ábra. Fénydióda jellegű eszközök egyenkénti tesztelésének elrendezéseA fénydetektor-áramkört ennél az elrendezésénél egyedileg a mérendő eszközhöz kalibrálták. A jelenlegi elrendezést további spektrométerekkel bővítve egyéb optikai paraméterek mérése is lehetővé válhat. Ennél az elrendezésnél csak a detektor mért árama alapján számított fényerőt kellett meghatározni.
A rendszer felépítése
A rendszer megépítése tekintetében két lehetőségünk volt: vagy több önálló műszert építünk egybe, vagy az NI PXI-platformon valósítjuk azt meg.
Az önálló műszerek egybeépítéséhez programozható tápegységet, digitális multimétereket és multiplexereket kellett volna összekapcsolnunk, az elrendezést GPIBvagy RS-232-vonalon csatlakoztatva egy számítógéphez (lásd 2. ábra). Úgy döntöttünk, hogy előnyösebb utat keresünk.
2. ábra. Hagyományos, önálló készülékekből álló elrendezésA 2. ábrán szereplő elrendezés NI PXI-elemekből felépített megfelelője a 3. ábrán látható. Itt a vezérlést az első megoldás számítógépe helyett egy költséghatékony, moduláris NI PXI-8101 típusú vezérlő biztosítja.
3. ábra. A PXI modulokból és a LabVIEW szoftverből felépülő elrendezésAz NI PXI-4130 típusú mérő-tápegység (SMU) programozhatóan akár 20 V feszültséget és 1 A áramot képes biztosítani. A programozható tápegységet az NI PXI-2503 típusú multiplexerrel csatlakoztatjuk a vizsgált eszköz egyes csatornáira. A multiplexer akár 12 csatornát is tud kapcsolni négyvezetékes elrendezésben. A fénydetektor-áramkör nA—mA erősségű áramát a 6,5 helyi értékes, NI PXI-4065 típusú digitális multiméterrel mérjük. A rendszerben továbbá található egy NI PXI-6515 típusú, ipari be/kimeneti (I/O) egység, amely a tesztrendszer pneumatikus vezérléséért, valamint a kommunikációért felelős.
Az ilyen moduláris műszerek többek között az alábbi előnyöket nyújtják a hagyományos berendezésekhez képest:
- kisebb költség és méret, mert közös a ház, a csatlakozópanel és a processzor;
- a feldolgozóprocesszorral való nagy sebességű összeköttetés nagyobb teljesítményt biztosít;
- a szoftver nyílt, ezért rugalmasabb: a felhasználó az igényeknek megfelelően feladatra szabhatja a méréseket.
A megtervezett tesztelőrendszer végleges elrendezését a 4. ábra szemlélteti.
4. ábra. A fénydióda-tesztelő rendszer végleges összeállításaAz összes szükséges modul elfér egyetlen PXI-házban, ami változatlan tulajdonságok és viselkedés mellett jelentősen csökkent méretet is eredményez. Az elrendezésben minden szükséges eszközt egyúttal a PXI-hátlapon keresztül kötöttek össze, ami fokozza a működési sebességet és a teljesítményt (lásd 5. ábra).
5. ábra. A PXI modulok összeállításaA mérőrendszer szoftvere
A mérőrendszer szoftvere LabVIEW-alapú, ez biztosítja a PXI-modulok kezeléséhez szükséges meghajtóprogramokat. A LabVIEW-környezet grafikus felületén egyszerűen, egérműveletekkel lehet eszközöket felvenni és a kiválasztott funkciókat „behuzalozni". A szövegalapú programozási nyelvekkel ellentétben nem kell bonyolult szintaxist megjegyezni.
A 6. ábra a fő kezelőfelületet mutatja, melynek három fő területe van: a vezérlők, a beállítások és a kimenet megjelenítése. Amint a 6. ábrán látható, minden vezérlő és bejegyzés rendelkezésre áll új sorozatok teszteléséhez. Jobboldalt láthatóak a vizsgálat beállításai és állapota. A fő kezelőfelület táblázatos formában mutatja a minimum- és maximumfeltételeket, az eredményeket és a tesztelt eszközre eső vizsgálati időt. A vizsgálat során hibásnak bizonyult eszközök sora vörös színű, a hibátlanoké fekete. Minden eredményt automatikusan *.csv-formátumú fájlba ment a rendszer. Egy külön beállítási oldalon a vizsgálandó eszköztől függően igény szerint változtatható az összes paraméter, többek között a határértékek, a késleltetések és a szorzók is.
6. ábra. A grafikus kezelőfelületKövetkeztetések
A National Instruments hardvereszközeivel és szoftverével gyorsan és könnyen meg tudtuk építeni sokcsatornás LED-tesztelő rendszerünket. A LabVIEW számos előnye révén csökkenteni tudtuk a fejlesztés időigényét. A programozás a szöveges nyelvekhez képest kevesebb időt és munkát igényelt, továbbá a LabVIEW grafikus felülete jelentősen leegyszerűsítette a bevezetést. Mindezeken felül a LabVIEW megkönnyítette a hibakeresést és a karbantartást is.
Az itt vázolt megoldással idő takarítható meg, mert felgyorsítja a fejlesztést, egyszerűsíti a hardverek integrálását és megkönnyíti a tesztelést, hibamentesítést. A modulok összeépítése mindössze annyiból állt, hogy behelyeztük a PXI-kártyákat a PXI-házba, konfiguráltuk a National Instruments MAX (Measurement & Automation Explorer) szoftverével, majd elvégeztük a programozást a LabVIEW által biztosított illesztőprogramok felhasználásával. A hibamentesítés is könnyebb lett, mivel megfelelő hibakezelőkkel könnyű azonosítani a hibákat, a kód pedig könnyen érthető és kezelhető. Mivel a kódolás grafikusan történik, és a program folyamata egyszerűen követhető, a továbbfejlesztést könnyen és gyorsan el tudjuk majd végezni. A National Instruments hardverével és szoftverével pénzt, időt és energiát takarítottunk meg.
