開發(fā)SCADA無線電設(shè)備的自動化測試系統(tǒng)

Aprisa SR典型應用網(wǎng)絡(luò)圖

NI PXI 射頻平臺是一個理想的選擇，因為它具有成套的范例，組件易于獲取，并且運行快速。工程師們用于理解射頻原理的時間變少，這樣他們就可以集中精力開發(fā)更加優(yōu)化且易于使用的測試序列應用。

- Christopher Farmer, CPE Systems

挑戰(zhàn):

為一個智能監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)無線電設(shè)備設(shè)計和開發(fā)一個具有成本效益的測試解決方案，使其能夠適應較大的生產(chǎn)產(chǎn)量，并可以進行一系列復雜的設(shè)備編程、測試和射頻校準任務，而且整個過程中只需極少的操作人員干預，每個單元的測試時間少于5分鐘。

解決方案:

使用NI 射頻PXI技術(shù)，并結(jié)合性能強大的NI TestStand和NI LabVIEW軟件，開發(fā)一個可靠的測試系統(tǒng)，提供滿足大型組件測試要求所需的靈活性。

NI 聯(lián)盟合作伙伴 CPE Systems Pty Ltd (CPE)公司與各個行業(yè)的領(lǐng)先者已經(jīng)合作長達15年之久。他們在測試、視覺、狀態(tài)監(jiān)測與控制方面，設(shè)計和開發(fā)了超過700個創(chuàng)新解決方案。他們的客戶遍及航空航天、國防、農(nóng)業(yè)、電力/能源/水、科研、信息和通信技術(shù)、以及生物醫(yī)藥行業(yè)。

4RF Communications公司專門開發(fā)一點到多點的遠程無線鏈接產(chǎn)品。Aprisa SR 是一個點到多點的智能SCADA無線電系統(tǒng)，在 400MHz到470MHz的許可頻段間運行，具有12.5kHz帶寬和9.6 kbit/s容量的窄帶。它被應用于石油、天然氣和公用事業(yè)公司的大范圍檢測和控制應用中?；贗P的設(shè)計具有更強的安全性，對復雜的SCADA網(wǎng)絡(luò)的處理更加有效。上述的無線電產(chǎn)品可配置為一個基站、遠程站或者中繼器，并使用大量的串口和以太網(wǎng)接口。

這一最新的低成本無線電產(chǎn)品專門針對現(xiàn)場應用而設(shè)計，并批量地用于工業(yè)市場。這意味著4RF Communications公司需要改變測試策略，以確保每個單元具有較低的測試成本，以及較高的吞吐量，而且可以對產(chǎn)品的許多功能都具有較好的測試覆蓋率。

4RF Communications公司決定將測試系統(tǒng)的開發(fā)外包給測試和測量領(lǐng)域的領(lǐng)導者之一，也是NI聯(lián)盟合作伙伴的CPE Systems公司。CPE公司在NI PXI 射頻平臺和 NI TestStand 和LabVIEW 開發(fā)環(huán)境方面的知識，與4RF在RF測試和校準方面的豐富經(jīng)驗形成了互補。

測試開發(fā)過程

系統(tǒng)的測試目標如下：

· 五分鐘內(nèi)完成板卡的測試

· 適用于大批量生產(chǎn)

· 可無人值守運行

· 由非技術(shù)人員操作

· 用測試板卡一邊上的測試探針訪問所有測試點

· 包括一個調(diào)試工具

· 允許未來擴展其它產(chǎn)品品種(更多的RF頻段和帶寬)

測試分為三個主要領(lǐng)域：

· 直流測試——用于測試組件值、電源電壓、電源消耗以及低電壓關(guān)閉、開關(guān)面板和LED指示的功能測試。

· 內(nèi)置自測試(BIST)——用于引導加載程序和軟件安裝，測試RAM和閃存，并確認以太網(wǎng)地址分配。這些測試被編程到設(shè)備中，并通過命令行接口進行訪問。

· RF功能測試和校準——用于測試和校準發(fā)射器、接收器和Aprisa SR板卡的系統(tǒng)功能。

開發(fā)系統(tǒng)時所面臨的挑戰(zhàn)

根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)計劃的要求，測試系統(tǒng)與產(chǎn)品需要并行開發(fā)，這通常需要多個版本的板卡設(shè)計。然而，由于測試系統(tǒng)采用了特殊的設(shè)計方法、非常靈活，使得印刷電路板(PCB)的重新設(shè)計工作只需要改變一下測試引腳布局(也被稱為釘床)即可。通過使用NI硬件和軟件，極大地提高了CPE Systems公司的能力，實現(xiàn)了同步開發(fā)。而且，這一開發(fā)過程也得益于4RF Communications和CPE Systems之間的溝通，以及高效的項目和配置管理過程。

NI TestStand固有的模塊化架構(gòu)使得所開發(fā)的測試序列、LabVIEW軟件驅(qū)動以及測試夾具硬件可以很容易地分布在CPE Systems公司位于澳大利亞和新西蘭的多個的辦公室之中，并允許多個開發(fā)人員在遠程分別開發(fā)各個組件。該項目在位于奧克蘭的新西蘭辦公室內(nèi)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，系統(tǒng)在最終交付用戶的生產(chǎn)設(shè)施(位于克賴斯特徹奇)之前的集成與測試工作也在這里進行。

測試系統(tǒng)的主要制約因素之一是測試時間，每個板卡的測試需共計要在5分鐘之內(nèi)完成。這一測試時間目標需要對射頻校準算法進行大量的優(yōu)化，以確保它們運行更加高效。所選的PXI 射頻信號分析儀和PXI射頻信號發(fā)生器的速度和功能要支持這個算法優(yōu)化過程。

Aprisa SR PCBA包括射頻發(fā)射和接收電路，并且要在它的外殼以外進行測試。因此，需要考慮射頻干擾和屏蔽的問題，并在夾具設(shè)計中需要確保信號完整性和安全性。通過使用產(chǎn)品外殼的CAD模型滿足了這一要求，用機器制造了一個射頻屏蔽外殼，它形成了夾具頂板的一部分。這種屏蔽的方法使得來自測試夾具的結(jié)果非常接近于板卡在殼中時所獲取的結(jié)果。

Aprisa SR無線電產(chǎn)品具有內(nèi)部數(shù)據(jù)加密，使其無法產(chǎn)生仿真的數(shù)據(jù)流來測試接收器的靈敏度。使用NI矢量信號分析儀，我們能夠記錄和轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號。然后，我們可以在不同級別上使用NI失量信號發(fā)生器，以實際數(shù)據(jù)測試接收器的靈敏度。這種方法意味著即使加密過程在未來發(fā)生了改變，也不會影響測試系統(tǒng)軟件。

結(jié)果

射頻測試系統(tǒng)的開發(fā)過程中存在一些令人關(guān)注的挑戰(zhàn)，其中既有在管理過程中需要協(xié)調(diào)跨多個網(wǎng)站的項目的問題，還有在引入屏蔽的同時以一個很高的速度測試一個復雜的射頻產(chǎn)品等技術(shù)難題。

CPE Systems公司迎難而上，開發(fā)了一個可靠的測試系統(tǒng)，可以滿足所有客戶的需求。它能夠按時交付，滿足了緊張的產(chǎn)品發(fā)布進度要求。他們所開發(fā)的成果是一個自定義的、且價格合理的測試系統(tǒng)，能夠?qū)?chuàng)新型的高性能SCADA無線電產(chǎn)品進行測試和支持。

NI PXI射頻平臺是一個理想的選擇，因為它具有成套的范例，組件易于獲取，并且運行快速。工程師們用于理解射頻原理的時間變少，這樣他們就可以集中精力開發(fā)一個更加優(yōu)化且易于使用的測試序列應用。