Banco de pruebas automático para equipos eléctricos y electrónicosCarrera de Especialización en Sistemas Embebidos
Presentación del Trabajo Final
Autor:Ing. Gonzalo Luis Gontad
Director: Mg. Ing. Ramiro Alonso
Jurados: Esp. Ing. Jorge Fonseca Esp. Ing. Jerónimo La BrunaIng. Juan Manuel Cruz
Introducción
Introducción
● Sensores de movimiento● Temporizadores● Protectores contra transitorios
● Placas para luminarias LED● Drivers de LEDs (próximamente)
Introducción
Materiales Montaje de componentes
Soldado de componentes
Ensamble de equipo Empaque
Prueba de Funcionamiento
Verifica el funcionamiento y cumplimiento de las
especificaciones
Introducción
Objetivos
● Reducción del tiempo de prueba
● Mejora en la calidad de las pruebas
● Disponer del equipamiento de prueba para las futuras producciones de drivers de LEDs
Alcance
● Desarrollo del hardware para prueba de temporizadores y drivers
● Desarrollo del software de prueba
● Desarrollo de interfaz de usuario con conexión WIFI
Introducción
Driver para luminarias LED
● Tensión de salida
● Corriente de salida
● Función de dimerizado si corresponde
● Potencia de entrada
● Factor de potencia
● Distorsión armónica
Temporizadores para iluminación
● Accionamiento de la carga
● Tiempo de encendido máximo
● Tiempo de encendido mínimo
Diseño e implementación
Diseño e implementación
Hardware
Diseño e implementación - HardwareDiagrama en bloques del hardware
Interfaz de usuario
Puerto 1
MóduloAdicional
#1
MóduloAdicional
#4
MóduloAdicional
#3
MóduloAdicional
#2
MóduloAdicional
#5
● Equipos bajo prueba
Módulo Principal
MóduloAdicional
#6
Puerto 2
Puerto 3
Puerto 4
Puerto 5
Puerto 6
Conexión WIFI
UART-USB
● Adaptación de señales
● Comunicación● Procesamiento● Control
Diseño e implementación - HardwareMódulo Principal
Edu-CIAA
Alimentación Navegador Web en PC, tablet, etc.
Módulo ESP-01(WIFI)
Puerto #1
Puerto #2
Puerto #3
Puerto #4
Puerto #5
Puerto #6
Terminal para configuración
UART optoaislada
UARTUART USB
● EDU-CIAA NXP como núcleo de procesamiento
● Interfaz WEB mediante conexión WIFI
● Terminal de configuración de red
● Seis puertos de conexión
Diseño e implementación - HardwarePuertos de conexión
● Salida de alimentación 220 VAC, 3.3 VDC, 5 VDC y 12 VDC
● Tres salidas digitales optoacopladas
● Tres entradas digitales 0-30 V
● Dos entradas analógicas 0-10V
● Una salida analógica 0-10 V
UART opto -
aislada
Módulo Bluepill STM32F103
Salidas digitales optoacopladas
Adaptador de nivel entradas digitales
Relé de alimentación de módulos auxiliares
Adaptador de nivel de entradas analógicas
Amp. salida
analógica
DAC MCP4725
Al m
ódul
o ad
icio
nal
A la
ED
U-C
IAA
Diseño e implementación - HardwarePuertos de conexión
Módulo bluepill
● Microcontrolador STM32F103C8T6
● Siete GPIOs (tres entradas y cuatro salidas)
● Dos ADCs de 12 bits
● Puerto I2C (DAC)
● Puerto UART
UART opto -
aislada
Módulo Bluepill STM32F103
Salidas digitales optoacopladas
Adaptador de nivel entradas digitales
Relé de alimentación de módulos auxiliares
Adaptador de nivel de entradas analógicas
Amp. salida
analógica
DAC MCP4725
Al m
ódul
o ad
icio
nal
A la
ED
U-C
IAA
Diseño e implementación - HardwarePuertos de conexión
UART optoaislada
● Configuración Maestro-Esclavo
● Velocidad: 460800 bps
● Aislación: Hasta 5,3 KV mediante optoacoplador 6N137
Diseño e implementación - HardwarePuertos de conexión
Dirección
Diseño e implementación - HardwarePuertos de conexión
Diseño e implementación - HardwareDiagrama en bloques del hardware
Interfaz de usuario
Puerto 1
● Equipos bajo prueba
Módulo Principal
MóduloAdicional
#1
MóduloAdicional
#4
MóduloAdicional
#3
MóduloAdicional
#2
MóduloAdicional
#5
MóduloAdicional
#6
Puerto 2
Puerto 3
Puerto 4
Puerto 5
Puerto 6
Conexión WIFI
UART-USB
● Adaptación de señales
● Comunicación● Procesamiento● Control
Diseño e implementación - HardwareMódulo prueba de temporizadores
● Apto para temporizadores de tres y cuatro terminales
● Alimentación de 220 VAC para el equipo bajo prueba
● Salida de disparo para temporizadores de cuatro terminales
● Captura de estado con optoacoplador
Diseño e implementación - HardwareMódulo prueba de drivers
● Alimentación de 220 VAC para el equipo bajo prueba
● Medición de corriente hasta 2.5 A
● Medición de tensión hasta 500 VDC
● Salida de dimerizado 0 - 10 V
● Salida de dimerizado por resistencia
Diseño e implementación
Software
Diseño e implementación - SoftwareEstructura general
Software módulos BluepillSTM32
Protocolo UART
optoaislada Software EDU-CIAA
Software interfaz WEB
Protocolo HTTP
Diseño e implementación - SoftwareSoftware módulo bluepill - Entorno de desarrollo
STM32 Cube MX
STM32 HAL
● GPIOs● I2C● UART● Timers
Diseño e implementación - SoftwareSoftware módulo Bluepill
Interrupción UART RX
Interrupción Temporizador
Bucle Principal
(Main)
Datos de salida analógica y
salidas digitales
Datos de entradas analógicas y
digitales
Dirección del puerto
Diseño e implementación - SoftwareSoftware módulo Bluepill
Interrupción UART RX
Interrupción Temporizador
Bucle Principal
(Main)
Datos de salida analógica y
salidas digitales
Datos de entradas analógicas y
digitales
Dirección del puerto
Bucle principal
● Leer dirección del puerto
● Actualizar datos del DAC
● Actualizar salidas digitales
Diseño e implementación - SoftwareSoftware módulo Bluepill
Interrupción UART RX
Interrupción Temporizador
Bucle Principal
(Main)
Datos de salida analógica y
salidas digitales
Datos de entradas analógicas y
digitales
Dirección del puerto
Interrupción de temporizador
● Actualizar entradas digitales
● Actualizar entradas analógicas
● Armar trama de datos a transmitir por UART
Diseño e implementación - SoftwareSoftware módulo Bluepill
Interrupción UART RX
Interrupción Temporizador
Bucle Principal
(Main)
Datos de salida analógica y
salidas digitales
Datos de entradas analógicas y
digitales
Dirección del puerto
Interrupción UART - RX
● Capturar tramas de datos del maestro
● Separar los datos recibidos
● Transmitir tramas de datos al maestro
Diseño e implementación - SoftwareEstructura general
Software módulos BluepillSTM32
Protocolo UART
optoaislada Software EDU-CIAA
Software interfaz WEB
Protocolo HTTP
Diseño e implementación - SoftwareSoftware EDU CIAA
● Montar un servidor web para la interfaz de usuario
● Correr una terminal para configuración de red
● Ejecutar los tests
● Actualizar los puertos cada 1 ms
Diseño e implementación - SoftwareSoftware EDU CIAA - Estructura de capas
Aplicación
Driverspropios
Sistema operativo
Capas de abstracciónde hardware
sAPI
Driver de Puertos Driver UART (servidor web)
Test 0 Test 1 Test 2 Test 3 Test 4 Test 5 Servidor Web
FreeRTOS
Intérprete Terminal
Driver UART (servidor web)
LPCOpen
Hardware
Driver EPROM
Diseño e implementación - SoftwareSoftware EDU CIAA
Test 0Test 1Test 2Test 3Test 4Test 5
Intérprete Servidor WEB
Cola de comandos
Colas de instrucciones
Estado de pruebas
Panel 0
Panel 1
Terminal
Semáforo de reconexión de red
Strings en formato JSON.Mientras se escribe en uno se lee el otro
Diseño e implementación - SoftwareSoftware EDU CIAA - Tarea terminal
Test 0Test 1Test 2Test 3Test 4Test 5
Intérprete Servidor WEB
Cola de comandos
Colas de instrucciones
Estado de pruebas
Panel 0
Panel 1
Terminal
Semáforo de reconexión de red
Strings en formato JSON.Mientras se escribe en uno se lee el otro
● Se utiliza para configurar los parámetros de la red WIFI
● Conexión UART-USB de la EDU CIAA
● Acepta cuatro comandos
Diseño e implementación - SoftwareSoftware EDU CIAA - Tarea terminal
Test 0Test 1Test 2Test 3Test 4Test 5
Intérprete Servidor WEB
Cola de comandos
Colas de instrucciones
Estado de pruebas
Panel 0
Panel 1
Terminal
Semáforo de reconexión de red
Strings en formato JSON.Mientras se escribe en uno se lee el otro
Comandos soportados
1. SSID + Nombre de la red (opcional)
2. PASS + Contraseña
3. WIIP + IP del dispositivo (opcional)
4. RECN
Diseño e implementación - SoftwareSoftware EDU CIAA - Tarea servidor web
Test 0Test 1Test 2Test 3Test 4Test 5
Intérprete Servidor WEB
Cola de comandos
Colas de instrucciones
Estado de pruebas
Panel 0
Panel 1
Terminal
Semáforo de reconexión de red
Strings en formato JSON.Mientras se escribe en uno se lee el otro
● Configuración y control del módulo ESP-01
● Reconocimiento de peticiones HTTP
● Generación de comandos para el intérprete
● Envío de respuestas HTTP
Diseño e implementación - SoftwareSoftware EDU CIAA - Tarea intérprete
Test 0Test 1Test 2Test 3Test 4Test 5
Intérprete Servidor WEB
Cola de comandos
Colas de instrucciones
Estado de pruebas
Panel 0
Panel 1
Terminal
Semáforo de reconexión de red
Strings en formato JSON.Mientras se escribe en uno se lee el otro
● Interpreta comandos del servidor y genera instrucciones para las tareas test
● Actualiza parámetros de pruebas
● Recopila el estado de los tests y provee los datos al servidor
Diseño e implementación - SoftwareEstructura general
Software módulos BluepillSTM32
Protocolo UART
optoaislada Software EDU-CIAA
Software interfaz WEB
Protocolo HTTP
Diseño e implementación - SoftwareSoftware EDU CIAA - Tareas test
Test 0Test 1Test 2Test 3Test 4Test 5
Intérprete Servidor WEB
Cola de comandos
Colas de instrucciones
Estado de pruebas
Panel 0
Panel 1
Terminal
Semáforo de reconexión de red
Strings en formato JSON.Mientras se escribe en uno se lee el otro
● Ejecutan las instrucciones del intérprete
● Controlan los puertos de conexión con los módulos auxiliares
● Ejecutan las pruebas
○ Prueba de temporizadores
○ Prueba de drivers
Diseño e implementación - SoftwareSoftware interfaz web
● Interfaz para controlar el banco de pruebas
● Desarrollada en HTML y JavaScript
● Accesible mediante un navegador web
Diseño e implementación - SoftwareSoftware interfaz web
● Base
● Panel
● Datos
Ensayos y resultados
Ensayos y resultadosEnsayo de interfaz UART optoaislada
Puerto #0
Puerto #1
Puerto #2
Puerto #3
Puerto #4
Puerto #5
USB-RS232TTL
Analizador lógico
Ensayos y resultadosEnsayo de interfaz UART optoaislada
Maestro
Esclavo
Inicio de la primera trama Dos bytes de relleno Inicio de la
segunda trama
1er byte de la respuesta
Último byte de la respuesta
Espacio libre sin superposición
Ensayos y resultadosEnsayo de interfaz UART optoaislada
Respuestapuerto 0
Respuestapuerto 5
Respuestapuerto 1
Respuestapuerto 2
Respuestapuerto 3
Respuestapuerto 4
Trama hacia puerto 0
Trama hacia puerto 5
Trama hacia puerto 1
Trama hacia puerto 2
Trama hacia puerto 3
Trama hacia puerto 4
Bytesrecibidos
Bytes enviados
● 300.000 bytes enviados maestro - esclavo
● 240.000 bytes enviados esclavo - maestro
● Cero respuestas con dirección errónea
Ensayos y resultadosCalibración de ADCs
Panel de calibración Puerto
1
Módulo Principal
V
+12 V GND
Entrada ADCs
Multímetro
Ensayos y resultadosCalibración de ADCs
V e
n p
anta
lla
V multímetro
Ensayos y resultadosCalibración de ADCs
Recta ideal
Zona alinealV e
n p
anta
lla
V multímetro
Ensayos y resultadosCalibración de ADCs
Recta ideal
Zona alinealV e
n p
anta
lla
V multímetro
Ensayos y resultadosPruebas de integración
Interfaz de usuario
Panel prueba de temporizadores Puerto N
Módulo Principal
Módulo de prueba de temporizadores
Interfaz de usuario
Panel prueba de drivers Puerto N
Módulo Principal
Módulo de prueba de drivers
Carga LED
Ensayos y resultadosPruebas de integración
Demostración
Conclusiones
Conclusiones
● Se desarrolló un prototipo que satisface los requerimientos
● El prototipo cumple con los objetivos
● Se aplicaron los conocimientos adquiridos en la CESE
Próximos pasos
● Desarrollo de un módulo adicional y software para prueba de sensores de movimiento PIR
● Módulo adicional y software para mediciones de potencia, factor de potencia y distorsión armónica en drivers
● Integración del banco de pruebas con una base de datos
¿Preguntas?
¡Muchas gracias!