開發SCADA無線電設備的自動化測試系統

Aprisa SR典型應用網絡圖

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更加優化且易于使用的測試序列應用。

- Christopher Farmer, CPE Systems

挑戰:

為一個智能監控和數據采集(SCADA)無線電設備設計和開發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產量，并可以進行一系列復雜的設備編程、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，并結合性能強大的NI TestStand和NI LabVIEW軟件，開發一個可靠的測試系統，提供滿足大型組件測試要求所需的靈活性。

NI 聯盟合作伙伴 CPE Systems Pty Ltd (CPE)公司與各個行業的領先者已經合作長達15年之久。他們在測試、視覺、狀態監測與控制方面，設計和開發了超過700個創新解決方案。他們的客戶遍及航空航天、國防、農業、電力/能源/水、科研、信息和通信技術、以及生物醫藥行業。

4RF Communications公司專門開發一點到多點的遠程無線鏈接產品。Aprisa SR 是一個點到多點的智能SCADA無線電系統，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、天然氣和公用事業公司的大范圍檢測和控制應用中。基于IP的設計具有更強的安全性，對復雜的SCADA網絡的處理更加有效。上述的無線電產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接口。

這一最新的低成本無線電產品專門針對現場應用而設計，并批量地用于工業市場。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的開發外包給測試和測量領域的領導者之一，也是NI聯盟合作伙伴的CPE Systems公司。CPE公司在NI PXI 射頻平臺和 NI TestStand 和LabVIEW 開發環境方面的知識，與4RF在RF測試和校準方面的豐富經驗形成了互補。

測試開發過程

系統的測試目標如下：

· 五分鐘內完成板卡的測試

· 適用于大批量生產

· 可無人值守運行

· 由非技術人員操作

· 用測試板卡一邊上的測試探針訪問所有測試點

· 包括一個調試工具

· 允許未來擴展其它產品品種(更多的RF頻段和帶寬)

測試分為三個主要領域：

· 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閉、開關面板和LED指示的功能測試。

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

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

開發系統時所面臨的挑戰

根據產品開發計劃的要求，測試系統與產品需要并行開發，這通常需要多個版本的板卡設計。然而，由于測試系統采用了特殊的設計方法、非常靈活，使得印刷電路板(PCB)的重新設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，實現了同步開發。而且，這一開發過程也得益于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固有的模塊化架構使得所開發的測試序列、LabVIEW軟件驅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，并允許多個開發人員在遠程分別開發各個組件。該項目在位于奧克蘭的新西蘭辦公室內統一協調，系統在最終交付用戶的生產設施(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射頻信號發生器的速度和功能要支持這個算法優化過程。

Aprisa SR PCBA包括射頻發射和接收電路，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，并在夾具設計中需要確保信號完整性和安全性。通過使用產品外殼的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果非常接近于板卡在殼中時所獲取的結果。

Aprisa SR無線電產品具有內部數據加密，使其無法產生仿真的數據流來測試接收器的靈敏度。使用NI矢量信號分析儀，我們能夠記錄和轉發無線電信號。然后，我們可以在不同級別上使用NI失量信號發生器，以實際數據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生了改變，也不會影響測試系統軟件。

結果

射頻測試系統的開發過程中存在一些令人關注的挑戰，其中既有在管理過程中需要協調跨多個網站的項目的問題，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品等技術難題。

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

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一個更加優化且易于使用的測試序列應用。