Önemli çıkarımlar;
- Programatik ve programatik olmayan cihaz kontrolü, testleri verimli, tekrarlanabilir ve kullanışlı yollarla otomatikleştirmek için gereklidir.
- Cihaz kontrolü, çeşitli fiziksel ve programatik arayüzlerle çalışabilmelidir.
- Ölçümlerin ve testlerin otomasyonu için, cihaz kontrolü yüksek veri hızlarını, hızlı yerleşme hızlarını ve cihaz veri sayfalarındaki spesifikasyonlara göre hassas okumaları desteklemelidir.
Savunma, telekom, otomotiv, yarı iletken ve aviyonik gibi kritik endüstriler, en küçük entegre devreden ağır yüksek voltajlı elektrikli ekipmanlara kadar her seviyedeki elektronik ekipmanlarının sıkı testlerine büyük ölçüde güvenmektedir.
Bu sektörlerin her birinde yapılan testler hem geniş hem de derindir. Ancak bu kadar sıkı testleri manuel olarak kurmak ve yürütmek pratik değildir. Bunun yerine, verimlilik ve doğruluk için ölçümlerin ve testlerin otomasyonuna büyük ölçüde güvenirler.
Otomasyon da büyük ölçüde sağlam cihaz kontrol tasarımlarına ve iş akışlarına dayanır. Bu makalede, elektronik test ve ölçüm alanındaki cihaz kontrol özelliklerine genel bir bakış elde edin.
Elektronik test ve ölçümde cihaz kontrolü nedir?
Cihaz kontrolü, aşağıdaki özellikleri sağlamak için elektronik test ve ölçüm (T&M) cihazlarıyla uzaktan iletişim kurabilen özel bir bilgisayar yazılımının kullanılmasıdır:
- her bir cihazın özel fonksiyonlarının ince taneli yapılandırması
- bireysel cihazlarla otomatik ölçümler
- test dizilerinin bireysel cihazlar tarafından otomasyonu
- Birçok enstrümanda karmaşık test dizilerinin orkestrasyonu
Kontrol edilebilen cihaz sınıfları şunları içerir:
- FieldFox ağ analizörleri gibi elde taşınan cihazlar
- dijital multimetreler ve osiloskoplar gibi tezgah üstü aletler
- DAQ970A gibi veri toplama (DAQ) sistemleri
- TS-5040 fonksiyonel test sistemi gibi üretim ve üretim hatları için yüksek hacimli otomatik test cihazları (ATE)
Bu temel özelliklerin yanı sıra, cihaz kontrolü T&M iş akışlarında birçok kolaylık, verimlilik ve performans iyileştirmesi sağlar.
Cihaz kontrolünün altında yatan teknolojileri ve bunların sağladığı iyileştirmeleri daha ayrıntılı olarak açıklayacağız.
Uzaktan cihaz kontrolünde kullanılan teknolojiler ve protokoller nelerdir?
Şekil 1. Cihaz kontrolü fiziksel ve programlama arayüzleri
Yukarıdaki resimde cihaz kontrolünde sıklıkla kullanılan fiziksel arayüzler, işletim sistemi bileşenleri, uygulama programlama arayüzleri (API'ler) ve uygulama dilleri gösterilmektedir. İlerleyen bölümlerde her biri üzerinde ayrıntılı olarak duracağız.
Fiziksel arayüzler
Bilgisayarlar ve cihazlar arasında zaman içinde farklı fiziksel arayüzler geliştirilmiş veya benimsenmiştir. Bazıları T&M'e özgü iken diğerleri standart bilgisayar arayüzleridir. Bunlar verim, ölçeklenebilirlik, konum, kolaylık ve cihaz kontrolü verimliliği açısından farklılık gösterir. Aşağıda popüler arayüzleri gözden geçiriyoruz.
Genel amaçlı arayüz veri yolu (GPIB)
Şekil 2. Tek bir GPIB üzerinde üç Keysight 3458A dijital multimetre
GPIB, tescilli bir bağlantı olarak başlayan ve daha sonra Uluslararası Standartlar Örgütü (ISO) 488 tarafından standartlaştırılan T&M'e özgü 24 bit paralel, dijital, harici bir arayüzdür. Yetenekleri şunları içerir:
- tek bir veri yolu üzerinde 15 adede kadar cihaz bağlama
- herhangi iki enstrüman arasında 6,5 feet'e kadar olan toplam otobüs uzunluğu yaklaşık 65,5 feet
- saniyede yaklaşık bir megabaytlık (MB/s) maksimum veri hızı
- Tek bir GPIB üzerindeki üç cihaz yukarıdaki resimde gösterilmektedir.
Enstrümantasyon için LAN/Ethernet ve LAN uzantıları (LXI)
Yerel alan ağı (LAN) Ethernet arayüzü, kablolu ağ için popüler bir harici arayüzdür. GPIB veya USB'den farklı olarak, birden fazla cihaz tek bir Ethernet kablosu üzerinde papatya dizimi şeklinde bağlanamaz. Bunun yerine, birçok cihazı tek bir bilgisayar portuna bağlamak için ayrı bir Ethernet hub'ı kullanılır.
Ethernet'in özellikleri, onu çok fazla hareketlilik ve veri aktarımı içeren uygulamalar için uygun hale getirir:
- maksimum 300 metreden fazla mesafe
- saniyede 100 MB/s ila 10 gigabayt (GB/s) veri hızları
- Bilgisayar ve cihazlar arasındaki veri ve talimatlar iletim kontrol protokolü (TCP) ve internet protokolü (IP) üzerinden iletilir.
LXI, Ethernet'i zamanlama, senkronizasyon, olay mesajlaşması ve güvenlik için T&M'ye özgü özelliklerle genişleten harici bir arayüzdür.
Evrensel seri veri yolu (USB) ve USB test ve ölçüm sınıfı (USBTMC)
USB, çoğu bilgisayar cihazında mevcut olduğu için en kullanışlı harici arayüzler arasındadır. Yetenekleri şunları içerir:
- 128 cihaza kadar papatya dizimi - ancak pratikte bu nadirdir
- maksimum otobüs uzunluğu yaklaşık 16-20 feet
- 480 MB/s ile 20 GB/s arasında değişen çok yüksek veri hızları
USB test ve ölçüm sınıfı (USBTMC), cihazların T&M cihazları olarak tanımlanmasını sağlayan uç noktaları tanımlayan standart bir cihaz kategorisidir.
Çevresel bağlantı arayüzü (PCI) ve enstrümantasyon için PCI uzantıları (PXI)
Şekil 3. Bir M9352A PXI hibrit amplifikatör modülü
PCI, PCI express (PCIe), PXI ve PXI express (PXIe) DAQ ve ATE gibi modüler sistemlerde takılabilir cihazlar için tercih edilen dahili arayüzlerdir. PCI ve PCIe standart bilgisayar arayüzleriyken, PXI bunların T&M'e özgü varyantıdır.
İŞLETİM SİSTEMİ BİLEŞENLERİ
İşletim sistemi seviyesindeki bileşenler, üstlerindeki API katmanı için giriş-çıkış soyutlamaları ve veri çevirileri sağlar.
Enstrüman sürücüleri
Cihaz üreticileri, daha karmaşık cihazların bazıları için sürücüler yayınlamaktadır. Bu sürücüler, uygulamaları cihazın düşük seviyeli ayrıntılarından korumaya yardımcı olmak için yüksek seviyeli API çağrılarını cihaza özgü komutlara ve yapılandırmalara dönüştürür.
Doğrudan Giriş/Çıkış (IO)
Bazı cihazlar API'ler ve fiziksel arayüzler arasında herhangi bir soyutlama veya çeviri gerektirmez. Bu tür aletler için doğrudan IO kullanılır.
UYGULAMA PROGRAMLAMA ARAYÜZLERI
Yazılım kütüphaneleri şeklindeki çeşitli uygulama programlama arayüzleri (API'ler), son kullanıcı uygulamalarını yukarıdaki düşük seviyeli fiziksel arayüzlerin ayrıntılarını bilmek zorunda kalmaktan korumak için tasarlanmıştır.
Başka bir deyişle, bunlar uygulamaların bilgisayara fiziksel olarak nasıl bağlandığına bakılmaksızın herhangi bir cihazla aynı şekilde konuşmasını sağlar. Bu mantıksal arayüzler aşağıda açıklanmıştır.
SCPI
Programlanabilir Cihazlar için Standart Komutlar (SCPI) komutları, ölçüm almak ve test dizilerini çalıştırmak için cihaza özel talimatlardır.
Her cihaz kendi özel yetenekleri için farklı SCPI komut setlerini destekler. Bazı komutlar sinyal analizörleri gibi yaygın cihaz sınıfları için standartlaştırılmıştır. Ancak, cihaz üreticilerinin özel komutlar tanımlamasına da izin verilir.
Karmaşık bir SCPI komutları dizisi aşağıda gösterilmiştir.
Şekil 4. Bir güç kaynağının çıkışını ölçmek için bir SCPI komut dosyası
Sanal araç yazılım mimarisi (VISA) ve PyVISA
VISA, cihaz kontrolü için basit, veri yolundan bağımsız, standartlaştırılmış bir API'dir. Uygulamalar, VISA uyumlu herhangi bir enstrümanı kontrol etmek için bunu kullanabilir.
VISA, enstrümanları ve enstrüman yeteneklerini kaynak olarak adlandırır. Aşağıdaki gibi cihaz kontrol hizmetleri sağlar:
- Yaşam döngüsü yönetimi: VISA, sistematik başlatma sağlar ve cihazların cihaz kontrol yeteneklerini optimize etmelerine yardımcı olmak için kaynakları serbest bırakır - örneğin, "viClose" API.
- Konfigürasyon yönetimi: "viGetAttribute" ve "viSetAttribute" API'leri aracılığıyla ince taneli cihaz yapılandırması mümkündür.
- Ölçüm kontrolü: Ölçüm ve test yetenekleri cihaza özeldir ve programlanabilir cihazlar için standart komutlar (SCPI) adı verilen başka bir API tarafından kullanılır. Bu API'ler verileri elde ettikten sonra, "viRead", "viWrite" gibi genel VISA API'leri ve bellek işlemleri verilerin cihaz ile bilgisayar arasında aktarılmasını sağlar.
- İşlem kontrolü: Uzun zaman alan ölçüm veya test dizileri için asenkron işler başlatılabilir ve sonlandırılabilir.
- Erişim kontrolü: VISA, savunma gibi hassas sektörlerde cihazlara erişimi ve cihazların kullanımını korumak için erişim kontrolü de sağlar.
VISA'nın ana dezavantajı, uygulamanın cihaza özgü niteliklerin ve komutların farkında olmasını gerektiren nispeten düşük seviyeli bir API olmasıdır.
PyVISA, Python yazılımından VISA'yı kullanmak için bir sarmalayıcı bileşendir. Python tabanlı komut satırı, masaüstü ve web uygulamalarının cihaz kontrolü için özel kullanıcı arayüzleri sağlamasına olanak tanır.
Değiştirilebilir sanal enstrümanlar (IVI)
IVI, cihaza özel komut setlerinden (SCPI gibi) kaçınmayı ve aynı sınıftaki farklı cihazlar için tek tip API'ler sağlamayı amaçlamaktadır. Örneğin, tüm osiloskoplar markalarına bakılmaksızın aynı API ile kontrol edilebilir. Ayrıca IVI cihaz sürücüsü arayüzlerini de belirtir.
Bu tekdüzelik, her bir cihazın komut dilinin özellikleriyle uğraşma ihtiyacını azaltır. API'ler ayrıca metin tabanlı SCPI komutlarına kıyasla sözdizimsel ve anlamsal olarak daha tutarlıdır.
Uygulamalar
Python, C/C++ gibi dillerde ve C# ve VB.NET gibi .NET dillerinde özelleştirilmiş cihaz kontrol uygulamaları uygulayabilirsiniz. API'leri kullanarak komutlar gönderir ve veri alırlar.
YAZILIM, LABORATUVARLARDA VE ÜRETIMDE CIHAZ KONTROLÜNÜ NASIL KOLAYLAŞTIRIR?
Cihaz kontrol yetenekleri, tüm yazılım bileşenlerinin tasarım ve dağıtım özelliklerinden büyük ölçüde etkilenir. İşte yazılımın cihaz kontrolünü etkilediği veya kolaylaştırdığı bazı yollar:
- Farklı cihazlarla birlikte çalışabilirlik: IVI ve VISA API'leri, uygulamaların herhangi bir üreticinin herhangi bir cihaz sınıfı ile çalışmasını sağlar. Ayrıca, test dizilerinin birden fazla cihaz arasında düzenlenmesini sağlarlar.
- Popüler yazılımlarla birlikte çalışabilirlik: Keysight PathWave BenchVue, MathWorks MATLAB, Simulink ve LabVIEW gibi popüler T&M yazılımları, birden fazla cihazı kullanıcı arayüzlerine ve iş akışlarına entegre etmek için cihaz kontrolünü kullanabilir. Cihaz kontrolü kullanılarak veriler, hızlı veri analizi ve görselleştirme için Microsoft Excel gibi erişilebilir yazılımlara aktarılabilir.
- Programatik arayüzler: Yukarıdaki arayüzler programatik erişim, komut dosyası oluşturma, otomasyon ve ölçüm ve testlerin görselleştirilmesini sağlar.
- Kullanıcı dostu grafik arayüzler: Aynı arayüzler son kullanıcı uygulamaları tarafından programcı olmayanlar için kolay grafik kullanıcı arayüzleri (GUI) uygulamak için kullanılır. Bu tür kullanıcılar karmaşık ölçümleri ve testleri otomatikleştirmek ve görselleştirmek için basit işaretle ve tıkla eylemlerini kullanabilir.
- Gerçek zamanlı ölçümler: Otomatik cihaz kontrolü, çok düşük gecikme süresiyle gerçek zamanlı olarak tekrarlanan ölçümler gerektiğinde özellikle yararlıdır.
- Uzaktan ve dağıtılmış testler: Yazılım, farklı konumlardaki test mühendislerinin uzak ve bulut test altyapısını kullanarak karmaşık test işlemlerini düzenlemelerini sağlar.
- Güvenlik: Yazılım, veri hırsızlığı, kötü amaçlı yazılım ve hedefli saldırıların feci sonuçlar doğurabileceği havacılık ve savunma gibi hassas sektörlerde T&M cihaz kontrolü için veri ve erişim güvenliğini kolaylaştırır.
-
ENSTRÜMAN KONTROLÜ LABORATUVAR VE ENDÜSTRİYEL PROSESLERDE OTOMASYONA NASIL KATKIDA BULUNUR?
Otomasyon, cihaz kontrolünün en büyük faydalarından ve motivasyonlarından biridir. Aşağıdaki yetenekleri mümkün kılar:
- Otomatik ölçümler: Ölçümlerin türü, zamanlaması ve sıklığı tam olarak belirlenebilir.
- İşlevsel ve diğer testlerin otomasyonu: Cihaz kontrolü, otomotiv, savunma ve yarı iletken gibi farklı endüstrilerde sistem, fonksiyonel, devre içi, performans ve uygunluk testlerini kolaylaştırır.
- Karmaşık test dizilerinin düzenlenmesi: Sistem testleri genellikle hassas zamanlamalara sahip karmaşık diziler içerir. Örneğin, bir güç kaynağı test edilen bir cihaza (DUT) belirli bir süre için belirli bir akım dalga formu sağlamalıdır. Aynı anda, bir multimetre ve bir osiloskop, bir durdurma sinyali alınana kadar ölçüme başlamak için tetikleyicileri beklemektedir. Bu tür karmaşık dizileri düzenlemek için cihaz kontrolü şarttır.
- Tekrarlanabilirlik: Cihaz kontrolü, test dizilerinin tekrarlanabilirliğini destekler.
- Uzaktan izleme: Cihaz kontrolü, cihazların ve sonuçların uzaktan izlenmesini sağlayarak verimliliği ve üretkenliği artırır.
- Güvenlik: Yüksek voltaj testleri ve elektrikli araç bataryası izleme gibi kullanım durumlarında, uzaktan cihaz kontrolü mühendislerin ve teknisyenlerin fiziksel güvenliği için gereklidir.
CİHAZ KONTROLÜ GÜVENİLİRLİĞİ VE DOĞRULUĞU NASIL ARTIRIR?
Cihaz kontrolü, T&M iş akışlarının güvenilirliğini ve doğruluğunu aşağıdaki şekilde geliştirir:
- Hassas yapılandırma: Cihaz konfigürasyonu üzerinde hassas ve ince taneli kontrol, doğru ölçümler yapılmasını sağlar ve manuel kontrolün değişkenliğini önler.
- Doğruluk faktörleri üzerinde kontrol: Cihaz kontrolü, yüksek doğruluk için gereken koşulların kontrol edilmesini sağlar. Örneğin, cihaz kontrolü bir ölçüm veya testten önce kalibrasyon durumunu otomatik olarak doğrulayabilir ve kalibrasyon gerekiyorsa mühendisi uyarabilir.
- Geliştirilmiş güvenilirlik: Karmaşık işlevsel ve performans test dizileri otomatikleştirilebilir ve cihazın kullanım ömrü boyunca sık sık ve her değişiklikten sonra çalıştırılabilir.
Keysight'ın cihaz kontrol çözümleri
Keysight, cihaz kontrolü için güçlü bir uygulama ve kütüphane seti yayınlamaktadır. Bunları aşağıdaki bölümlerde inceleyeceğiz.
Keysight Command Expert
Şekil 5. Keysight Command Expert
Keysight Command Expert, mühendislerin SCPI komutlarını ve komut dosyalarını çalıştırmak için kullanabilecekleri, kullanımı kolay bir cihaz kontrol GUI uygulamasıdır. Komut arama, her komut için referans dokümantasyonu, söz dizimi kontrolleri ve SCPI komut dosyalarının Python, MATLAB, C#, VB.NET ve C/C++'a aktarılması gibi üretkenlik ve kolaylık özellikleri sağlar.
Command Expert, çok çeşitli Keysight cihazlarını destekler. Uygulama, bağladığınız cihazlara göre uygun SCPI komut setlerini otomatik olarak indirir.
Keysight IO Libraries Suite
Keysight IO Libraries Suite, Keysight cihazlarının tamamı ve üçüncü taraf cihazlar üzerinde cihaz kontrolü için yeniden kullanılabilir yazılım kütüphaneleri ve sürücülerden oluşan bir koleksiyondur. Windows ve Linux işletim sistemlerinde VISA ve IVI API desteğini uygular.
PathWave BenchVue
Şekil 6. Keysight PathWave BenchVue
Yukarıdaki geliştirici odaklı yazılımların aksine PathWave BenchVue, kullanıcı dostu arayüzlerle gelişmiş cihaz kontrolü ve otomatik test dizileri sağlayan çok sayıda entegre cihaza özel GUI uygulamasına sahip tam teşekküllü bir T&M cihaz kontrol platformudur.
Keysight VEE Pro
Keysight VEE Pro, grafiksel olarak test ve ölçüm dizileri oluşturmak ve bunları otomatikleştirmek için kolay bir görsel programlama aracıdır.
Keysight yazılımı ile benzeri görülmemiş cihaz kontrolü elde edin
Bu makalede, cihaz kontrolünü mümkün kılan ve bu sayede çeşitli gelişmiş kullanım durumlarının kilidini açan temelleri ve teknolojileri inceledik.
