Disseny d’un equip per test de cablejatsdeeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/2102pub.pdf(detalls...

Disseny d’un equip per test de cablejats

TITULACIÓ: Enginyeria en Automàtica i Electrònica I ndustrial

AUTOR: Joan de Magrinyà i Calaf

DIRECTORS: Àngel Cid Pastor DATA: Setembre / 2013

ÍNDEX

Contingut

1 Memòria descriptiva ............................................................................................ 5

1.1 Introducció ................................................................................................... 5

1.2 Objectiu del projecte .................................................................................... 7

1.3 Antecedents .................................................................................................. 8

1.4 Possibles solucions i solució adoptada ........................................................ 8

1.4.1 Carcassa .................................................................................................... 8

1.4.2 Disseny electrònic .................................................................................... 9

1.4.3 Teclat ........................................................................................................ 9

1.4.4 Display ..................................................................................................... 9

1.4.5 Microcontrolador .................................................................................... 10

1.5 Descripció de la solució adoptada ............................................................. 10

1.5.1 Carcassa .................................................................................................. 10

1.5.2 Panell frontal i teclat .............................................................................. 12

1.5.3 Disseny electrònic ”Main Board” .......................................................... 14

1.5.4 Firmware (Bootloader) ........................................................................... 17

1.5.5 Firmware ................................................................................................ 17

2 Plànols ............................................................................................................... 18

3 Pressupost .......................................................................................................... 19

4 Annexes ............................................................................................................. 21

MEMÒRIA DESCRIPTIVA

3

Índex de figures

Figura 1. Logotip d'Emdep ........................................................................................... 5 Figura 2. Presència mundial d’Emdep ......................................................................... 5 Figura 3. Exemple d'un cablejat d'automoció .............................................................. 6 Figura 4. Banc de test elèctric ...................................................................................... 6 Figura 5. Equips de test actuals (Testem-R v2004, µTestem i Racks AT/DT)............ 7 Figura 8. Concepte inicial i disseny definitiu............................................................. 10 Figura 9. Vista frontal de l’equip ............................................................................... 11 Figura 10. Vista posterior de l’equip.......................................................................... 11 Figura 11. Models de tapes posteriors ....................................................................... 11 Figura 13. Efecte retroil· luminació desactivada i activada ........................................ 12 Figura 14. Disseny i aspecte final del frontal ............................................................. 13 Figura 15. Disseny posterior del frontal i aspecte real ............................................... 13 Figura 16. Logotip Testem-R ..................................................................................... 13 Figura 17. Placa del teclat .......................................................................................... 14 Figura 18. Vista de la Main Board ............................................................................. 15

MEMÒRIA DESCRIPTIVA

4

INFORMACIÓ CONFIDENCIAL

Aquest Projecte conté informació confidencial que no ha estat publicada. Per més informació contacteu amb Emdep.

Emdep-3 S.L. Polígon Industrial Entar s/n 43813 Alió – Tarragona +34 977 605 204 www.emdep.com

BIBLIOGRAFIA I REFERÈNCIES

5

1 Memòria descriptiva

1.1 Introducció

Emdep és una empresa catalana dedicada des de fa més de trenta anys a la fabricació d’equips de test per cablejats d’automoció. Amb presència arreu del món, actualment és líder en el sector i un dels principals proveïdor d’equips de test per les grans multinacionals del sector com són Yazaki, Lear, Sumitomo, Delphi, Fujikura o Leoni entre d’altres.

Figura 1. Logotip d'Emdep

Figura 2. Presència mundial d’Emdep

Actualment els vehicles integren múltiples cablejats amb la funció de distribuir potència i informació entre una considerable quantitat de components. La fabricació d’aquests cablejats és una feina manual en gairebé la seva totalitat, motiu pel qual el test elèctric final és part indispensable en el procés productiu.

El producte de major volum de fabricació és el banc de test elèctric, una estructura plana amb tot un seguit de contrapeces pneumàtiques que permeten fer contacte elèctric amb cadascuna de les vies de tots els connectors del cablejat. Donat que la funció del banc de test és verificar la integritat elèctrica del cablejat, és part imprescindible l’equip de test elèctric.

Figura

Emdep disposa de quatre equips de test elèctric, que es poden classificar en autònoms i controlats per ordinador.

Equips autònoms:

• Testem-R: equip autònom amb un màxim de 256 punts de testlimitacions i aspectes a millorar, objecte del present Pro

• µTestem: equip de baix cost limitat en funcionalitat i interfície; amb 128 punts de test és interessant per petits cablejats amb un nombre molt reduït de fils.


6

Figura 3. Exemple d'un cablejat d'automoció

Figura 4. Banc de test elèctric

disposa de quatre equips de test elèctric, que es poden classificar en autònoms i controlats per ordinador.

: equip autònom amb un màxim de 256 punts de testlimitacions i aspectes a millorar, objecte del present Projecte.

: equip de baix cost limitat en funcionalitat i interfície; amb 128 punts de test és interessant per petits cablejats amb un nombre molt reduït de

disposa de quatre equips de test elèctric, que es poden classificar en

: equip autònom amb un màxim de 256 punts de test i una sèrie de jecte.

: equip de baix cost limitat en funcionalitat i interfície; amb 128 punts de test és interessant per petits cablejats amb un nombre molt reduït de

Equips controlat per ordinador:

• Rack DT: fins a 8128 punts de test, controlat per ordinWintestem a través de port USB.

• Rack AT: característiques idèntiques a l’anterior però amb llindar de resistència programable.

Figura 5. Equips de test actuals

A més dels esmentats equips, Emdep treballa contínuament en l’ampliació de la gamma de productes amb l’objectiu d’oferir al client una solució de test integral en el seu procés productiu:

• Equips de test i guiatge en la inserció de terminals.• Equips de visió arti• Test de fibra òptica.• Integració d’equips especials per test d’alt voltatge, mil· liòhmmetres,

multímetres, etc.

1.2 Objectiu del projecte

L’objectiu del present projecte és el desenvolupament d’uautònom de cablejats. Aquest haurà de millorar en prestacions, fiabilitat, robustesa i cost l’equip anomenat Testem-R obsolet amb l’entrada del nou equip al mercat.

A continuació es resumeixen les especi

• Funcionalitat:o Test “analògic” o llindar de resistència programable: us de la targeta

01CTC5D de l’equip “Rack AT”.o Càrrega de programes sense necessitat de cap dispositiu especial.

Preferenmemòria estàndard tipus SD.

o Mantenir el màxim de 256 punts de test (4 targetes de test) però preveure el disseny electrònic per un possible equip de 960 punts (15 targetes de test).

o No eliminar cap de • Connectivitat:

o Mantenir els dos ports RS232 i el port LPT que ja tenia l’anterior model.


7

Equips controlat per ordinador:

Rack DT: fins a 8128 punts de test, controlat per ordinador amb el software a través de port USB.

Rack AT: característiques idèntiques a l’anterior però amb llindar de resistència programable.

Equips de test actuals (Testem-R v2004, µTestem i Racks AT/DT)

dels esmentats equips, Emdep treballa contínuament en l’ampliació de la gamma de productes amb l’objectiu d’oferir al client una solució de test integral en el seu

Equips de test i guiatge en la inserció de terminals. Equips de visió artificial per la verificació entre d’altres de caixes de fusibles.Test de fibra òptica. Integració d’equips especials per test d’alt voltatge, mil· liòhmmetres, multímetres, etc.

Objectiu del projecte

L’objectiu del present projecte és el desenvolupament d’un nou equip de test autònom de cablejats. Aquest haurà de millorar en prestacions, fiabilitat, robustesa i cost

R que fou dissenyat l’any 2004 i que quedarà automàticament obsolet amb l’entrada del nou equip al mercat.

ó es resumeixen les especificacions bàsiques que marca l’E

Funcionalitat: Test “analògic” o llindar de resistència programable: us de la targeta 01CTC5D de l’equip “Rack AT”. Càrrega de programes sense necessitat de cap dispositiu especial. Preferentment ús de pen drive i com a segona opció targetes de memòria estàndard tipus SD. Mantenir el màxim de 256 punts de test (4 targetes de test) però preveure el disseny electrònic per un possible equip de 960 punts (15 targetes de test). No eliminar cap de les funcionalitats de la versió de 2004.

Connectivitat: Mantenir els dos ports RS232 i el port LPT que ja tenia l’anterior model.

ador amb el software

Rack AT: característiques idèntiques a l’anterior però amb llindar de

R v2004, µTestem i Racks AT/DT)

dels esmentats equips, Emdep treballa contínuament en l’ampliació de la gamma de productes amb l’objectiu d’oferir al client una solució de test integral en el seu

ficial per la verificació entre d’altres de caixes de fusibles.

Integració d’equips especials per test d’alt voltatge, mil· liòhmmetres,

n nou equip de test autònom de cablejats. Aquest haurà de millorar en prestacions, fiabilitat, robustesa i cost

que fou dissenyat l’any 2004 i que quedarà automàticament

ficacions bàsiques que marca l’Empresa:

Test “analògic” o llindar de resistència programable: us de la targeta

Càrrega de programes sense necessitat de cap dispositiu especial. tment ús de pen drive i com a segona opció targetes de

Mantenir el màxim de 256 punts de test (4 targetes de test) però preveure el disseny electrònic per un possible equip de 960 punts (15

les funcionalitats de la versió de 2004.

Mantenir els dos ports RS232 i el port LPT que ja tenia l’anterior


8

o Desitjable USB per càrrega de programes i possible control de perifèrics com teclats o impressores.

o Desitjable Ethernet per futures funcions de monitoreig, traçabilitat o test modular.

• Compatibilitat: o Mínima afectació al software d’edició.

• Robustesa i fiabilitat. o Evitar carcassa plàstica. o Evitar teclats de membrana.

• Cost: o Reduir o al menys mantenir un cost semblant al de l’equip anterior.

Com en tot desenvolupament que es faci per l’Empresa, és també objectiu optimitzar tant el cost com el temps de desenvolupament.

Tot i que el seu principal camp d’aplicació serà el test de cablejats d’automoció, l’equip seguirà essent suficientment flexible i potent per poder ser usat per aplicacions similars en qualsevol altre sector.

1.3 Antecedents

L’any 2004 es va desenvolupar el primer equip de test de cablejats autònom d’Emdep: el Testem-R.


Aquest Projecte conté informació confidencial que no ha estat publicada.

(detalls de l’equip Testem-R de 2004)

Per incorporar aquestes noves demandes del mercat i per solucionar els problemes esmentats, l’Empresa va decidir obsoletar aquell equip i crear-ne un de nou, objecte d’aquest Projecte.

1.4 Possibles solucions i solució adoptada

1.4.1 Carcassa

Per l’equip de 2004 es va usar una carcassa amb base metàl·lica i coberta superior de plàstic encolat. Un dels requisits del projecte és millorar la robustesa i per aquest motiu es plantegen bàsicament dues opcions: estructura tipus subrack estàndard o caixa metàl·lica fet a mida.

L’avantatge principal de l’opció subrack és l’ús d’elements estàndard que es poden trobar en gran quantitat de fabricants. Per contra, presenta limitacions a l’hora d’ubicar tots els elements que no es munten en guia estàndard com són la fonts d’alimentació, teclat, display, connectors, etc. A més, el cost d’aquest tipus de caixes és elevat especialment si es vol evitar l’ús d’elements plàstics.


9

L’opció de caixa metàl·lica feta a mida té l’inconvenient que cal dissenyar-la des de zero i que es depèn del proveïdor. Per contra, la total flexibilitat permet optimitzar el disseny per aquesta aplicació facilitant el muntatge, minimitzant components, etc. La inversió en disseny i prototips és baixa, i el cost de producció final és molt inferior a l’opció de caixa estàndard. Per tant s’opta pel disseny d’una caixa a mida.

1.4.2 Disseny electrònic



(detalls de disseny de l’equip)

Es dissenyarà una nova targeta que integri totes les funcions de control, interfície i connectivitat amb el mínim de connexions possibles. Es connectarà directament al backplane i oferirà el màxim nombre de connectors directament panelats a la part posterior de l’equip.

1.4.3 Teclat




S’opta per un teclat mecànic muntat sota membrana ja que es basa en polsadors mecànics d’alta durabilitat, el control és molt simple (matriu 4x4) i l’aspecte estètic del frontal és òptim.

1.4.4 Display




Veient les diferents opcions que hi ha al mercat, es decideix usar un mòdul LCD de 4x20 idèntic a l’usat en l’equip anterior, però amb fons blau i caràcter blanc per millorar-ne el contrast.


10

1.4.5 Microcontrolador




1.5 Descripció de la solució adoptada

1.5.1 Carcassa

Es dissenya un primer esborrany que és traslladat al nostre proveïdor qui, a partir d’aquestes indicacions, desenvolupa el disseny final tenint en compte criteris de funcionalitat, fabricabilitat, estètica i cost.

El resultat és una estructura interna d’una sola peça, feta de xapa tallada amb laser, plegada i soldada. A més d’aquest xassís, només són necessàries dues cobertes superior i inferior, i unes tapetes modulars per la part posterior de l’equip seguint la idea dels racks estàndard.

Figura 6. Concepte inicial i disseny definitiu

Pel muntatge de l’equip només són necessaris uns quants cargols M3, ja que totes el xassís disposa de forats amb rosca. Per tal de guiar i sostenir les targetes s’usen guies de plàstic del fabricant Richco que van muntades a pressió.

L’acabat de l’equip serà pintat en color blanc, seguint la línia estètica establerta en els darrers dissenys.

Per la part posterior s’han dissenyat tres tipus de tapa. La major de les tres conté tots els connectors de comunicació i d’entrades/sortides. Permet extreure la Main Board i la targeta d’entrades i sortides. Aquesta peça pintada de color blanc com la resta de l’equip conté també serigrafia en color negre per retolar cadascun dels connectors.


11

Figura 7. Vista frontal de l’equip

Figura 8. Vista posterior de l’equip

Per les ranures de targetes de test 01CTC5D s’han dissenyat tapes cegues i tapes amb finestra, permetent qualsevol configuració entre una i quatre targetes de test.

Figura 9. Models de tapes posteriors

Totes les tapes posteriors segueixen l’estàndard de subrack de 19” (alçada “3U”).

1.5.2 Panell frontal i teclat

1.5.2.1 Panell frontal

Es decideix optar per un teclat mecànic sota

Aquest Projecte conté informació confidencial que no ha estat publicad

Un cop definit el layout del teclat, es dissenya el panell frontalfinestra protegida pel display LCD amb les seves quatre torretes de subjecció, 6 torretes per subjectar el teclat i 6 torretes més per collar tot el forat per la banana de punta de prova. En el disseny d’aquest element s’ha tingut especial cura en respectar les recomanacions del fabricant dels polsadors ja que la silueta dels forats dels polsadors actua com a guia i rles tecles que millora el comportament del polsador.

Figura 10.

El disseny de la serigrafia inclou quatre colors: blanc pel fons, gris pel logotip, blau pels polsadors i part del logotip Testemde punta de prova. Cal remarcar que els números i altres símbols del tecsinó transparents. Per defecte transparenta el color blanc dels polsadors i quan la retroil· luminació s’activa llueixen de color blanc.


12

Panell frontal i teclat

Es decideix optar per un teclat mecànic sota membrana.


Aquest Projecte conté informació confidencial que no ha estat publicad

(detalls de l’equip)

Un cop definit el layout del teclat, es dissenya el panell frontalfinestra protegida pel display LCD amb les seves quatre torretes de subjecció, 6 torretes per subjectar el teclat i 6 torretes més per collar tot el conjunt al xassís. A més inclou un forat per la banana de punta de prova. En el disseny d’aquest element s’ha tingut especial cura en respectar les recomanacions del fabricant dels polsadors ja que la silueta dels forats dels polsadors actua com a guia i requereix una tolerància adequada, així com el relleu en les tecles que millora el comportament del polsador.

. Efecte retroil· luminació desactivada i activada

El disseny de la serigrafia inclou quatre colors: blanc pel fons, gris pel logotip, blau pels polsadors i part del logotip Testem-R i negre pel mateix logotip i el rètol del connector de punta de prova. Cal remarcar que els números i altres símbols del tecsinó transparents. Per defecte transparenta el color blanc dels polsadors i quan la retroil· luminació s’activa llueixen de color blanc.


Un cop definit el layout del teclat, es dissenya el panell frontal que inclou una finestra protegida pel display LCD amb les seves quatre torretes de subjecció, 6 torretes

conjunt al xassís. A més inclou un forat per la banana de punta de prova. En el disseny d’aquest element s’ha tingut especial cura en respectar les recomanacions del fabricant dels polsadors ja que la silueta dels forats

equereix una tolerància adequada, així com el relleu en

Efecte retroil· luminació desactivada i activada

El disseny de la serigrafia inclou quatre colors: blanc pel fons, gris pel logotip, blau R i negre pel mateix logotip i el rètol del connector

de punta de prova. Cal remarcar que els números i altres símbols del teclat no són blancs sinó transparents. Per defecte transparenta el color blanc dels polsadors i quan la

Figura

Figura 12

Seguint la línia estètica dels darrers equips dissenyats a Emdep, s’ha creat un logotip identificatiu del Testem-R en colors blau cel i negre amb el text “TR Series”.

1.5.2.2 Teclat

També es dissenya el circuit imprès pel teclat. Aquest polsadors formant la matriu de 4x4, així com els leds els quals es disposen en files de tal d’optimitzar-ne el rendimentdissipació de potència corresponent.


13

Figura 11. Disseny i aspecte final del frontal

12. Disseny posterior del frontal i aspecte real

Seguint la línia estètica dels darrers equips dissenyats a Emdep, s’ha creat un logotip R en colors blau cel i negre amb el text “TR Series”.

Figura 13. Logotip Testem-R

a el circuit imprès pel teclat. Aquest pcb de doble capa matriu de 4x4, així com els leds els quals es disposen en files de

ne el rendiment compartint la resistència de limitació de corrent i la dissipació de potència corresponent.

i aspecte real

Seguint la línia estètica dels darrers equips dissenyats a Emdep, s’ha creat un logotip R en colors blau cel i negre amb el text “TR Series”.

pcb de doble capa connecta els matriu de 4x4, així com els leds els quals es disposen en files de 4 per

compartint la resistència de limitació de corrent i la


El circuit de teclat i la Main Board es connectaran mitjançant una manguera de 10 fils amb connectors IDC de 2,54mm i fila simple, estàndard a Emdep per múltiples aplicacions.

1.5.3 Disseny electrònic ”Ma

1.5.3.1 Disseny mecànic i layout

Es dissenya una tarja en format que anirà connectada directament al primer slot del backplane.

Per tant, a l’extrem del backplane s’ubica el connector l’alimentació del bus a la vegada que connecta amb el bus d’adreces i dadesextrem s’hi col·loquen els connectors LPT, USB i Ethernet així com un parell de leds d’estat. També accessibles des de l’exterior de l’equip s’hi ubiquen els connectargeta microSD i el connector de programació del microcontrolador, però aquests dos elements queden coberts per la tapa ja que normalment el client no els haurà d’usar (la tarja microSD va muntada de fàbrica i no cal extreurevia pen drive USB.

Per falta d’espai, es decideix desplaçar fora de la placa els dos connectors Dsub de 9 pins corresponents als ports RS232, ja que són ells menys crítics per baix nombre de senyals, baixa velocitat i nul perill de més aquest tipus de connectors tenen gran disponibilitat en el mercat a baix cost. La placa Main Board inclou dos connectors cables plans provinents dels co

A la part superior s’hi ubiquen les tires de pins per connexió del teclat i del display, sempre amb connectors “header” de 2,54mm de pas evitar inversions durant l’assemblatge.


14



(detalls de disseny)

El circuit de teclat i la Main Board es connectaran mitjançant una manguera de 10 IDC de 2,54mm i fila simple, estàndard a Emdep per múltiples

Figura 14. Placa del teclat

Disseny electrònic ”Main Board”

Disseny mecànic i layout

rja en format estàndard Eurocard de 100x220mm aproximadament, que anirà connectada directament al primer slot del backplane.

del backplane s’ubica el connector DIN 41612l’alimentació del bus a la vegada que connecta amb el bus d’adreces i dades

col·loquen els connectors LPT, USB i Ethernet així com un parell de leds d’estat. També accessibles des de l’exterior de l’equip s’hi ubiquen els connectargeta microSD i el connector de programació del microcontrolador, però aquests dos elements queden coberts per la tapa ja que normalment el client no els haurà d’usar (la tarja microSD va muntada de fàbrica i no cal extreure-la mai, i l’actualització de firmware es fa

Per falta d’espai, es decideix desplaçar fora de la placa els dos connectors Dsub de 9 pins corresponents als ports RS232, ja que són ells menys crítics per baix nombre de senyals, baixa velocitat i nul perill de causar danys en cas de defecte en el grimpatge. A més aquest tipus de connectors tenen gran disponibilitat en el mercat a baix cost. La placa Main Board inclou dos connectors IDC amb lleves d’enclavament per la connexió dels cables plans provinents dels connectors Dsub de muntatge en panell.

A la part superior s’hi ubiquen les tires de pins per connexió del teclat i del display, “header” de 2,54mm de pas amb pestanya de polarització per

evitar inversions durant l’assemblatge.


El circuit de teclat i la Main Board es connectaran mitjançant una manguera de 10 IDC de 2,54mm i fila simple, estàndard a Emdep per múltiples

estàndard Eurocard de 100x220mm aproximadament,

41612 mascle que pren l’alimentació del bus a la vegada que connecta amb el bus d’adreces i dades. A l’altre

col·loquen els connectors LPT, USB i Ethernet així com un parell de leds d’estat. També accessibles des de l’exterior de l’equip s’hi ubiquen els connectors per targeta microSD i el connector de programació del microcontrolador, però aquests dos elements queden coberts per la tapa ja que normalment el client no els haurà d’usar (la tarja

zació de firmware es fa

Per falta d’espai, es decideix desplaçar fora de la placa els dos connectors Dsub de 9 pins corresponents als ports RS232, ja que són ells menys crítics per baix nombre de

causar danys en cas de defecte en el grimpatge. A més aquest tipus de connectors tenen gran disponibilitat en el mercat a baix cost. La placa

amb lleves d’enclavament per la connexió dels

A la part superior s’hi ubiquen les tires de pins per connexió del teclat i del display, amb pestanya de polarització per

1.5.3.2 Alimentació


1.5.3.3 Microcontrolador

Aquest Projecte conté

1.5.3.4 Perifèrics SPI


1.5.3.5 Perifèrics mapejats en memòria



15

Figura 15. Vista de la Main Board










Perifèrics mapejats en memòria





informació confidencial que no ha estat publicada.




16

1.5.3.6 Perifèrics controlats per GPIOs




1.5.3.7 RS232




1.5.3.8 Ethernet




1.5.3.9 USB




1.5.3.10 Boost il· luminació del teclat





17

1.5.4 Firmware (Bootloader)

Un bootloader o gestor d’arranc és un petit programa que resideix en una determinada zona reservada de memòria Flash i que s’executa en l’arranc del sistema per executar determinades accions abans de llençar l’aplicació o sistema operatiu finals.

En aquest com en la majoria de casos, el bootloader s’encarrega de gestionar les actualitzacions de firmware. Com s’ha esmentat en apartats anteriors, una de les especificacions d’aquest projecte era permetre l’actualització de firmware a través de pen drive USB. Per tant en el Testem-R el bootloader s’encarrega de revisar si hi ha un pen drive amb un fitxer .hex al directori arrel amb el qual sobreescriure el firmware d’aplicació.



(detalls del cofi font)

1.5.5 Firmware



(detalls del cofi font)


18

2 Plànols



(Esquema elèctric general, Plànols de la carcassa, Esquemes, Gerbers i BOMs )


19

3 Pressupost



(costos de desenvolupament i producció de l’equip)


20

Bibliografia i referències

[1] Pàgina Web d’Emdep http://www.emdep.com



(enllaços a informació sobre els components, recursos i programari utilitzat)

ANNEXES

21

4 Annexes


Aquest Projecte conté informació confidencial que no ha estat publicada

(manual d’usuari i fulletó comercial)

Disseny d’un equip per test de cablejatsÍndexINFORMACIÓ CONFIDENCIAL1 Memòria descriptiva1.1 Introducció1.2 Objectiu del projecte1.3 Antecedents1.4 Possibles solucions i solució adoptada1.5 Descripció de la solució adoptada

2 Plànols3 Pressupost4 Annexes

Disseny d’un equip per test de cablejatsdeeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/2102pub.pdf(detalls...

Documents

Transcript of Disseny d’un equip per test de cablejatsdeeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/2102pub.pdf(detalls...