Le applicazioni di oggi sono sempre più complesse, non solo da sviluppare ma anche da testare. L'automazione dei test è sempre più necessaria anche durante la ricerca e lo sviluppo, per risolvere quei fastidiosi problemi che si presentano sporadicamente e di cui non si riesce a individuare la causa. I test effettuati durante la notte o il fine settimana richiedono apparecchi di test e misura flessibili e programmabili in modo da poter eseguire una moltitudine di casi di test. Le misure devono essere poi memorizzate per una successiva valutazione a supporto della caccia al fastidioso bug!
Fortunatamente, la gamma di apparecchi di test e misura, il loro grado di automazione e capacità di condividere i risultati stanno crescendo. I fornitori di fascia alta continuano ad ampliare il numero di funzioni offerte e sono in grado di garantire risultati calibrati con i programmi di certificazione. Esiste inoltre una serie di nuovi nomi. Questi fornitori spesso si concentrano nel fornire livelli ineguagliabili di flessibilità nella misura, abbinati al supporto per l’integrazione in soluzioni di test HIL (hardware-in-the-loop) realizzate manualmente. Questo approccio è ideale per i team di ricerca e sviluppo che hanno bisogno di testare e iterare il loro progetto in tempi rapidi ma che non possono contare su budget a cinque o sei cifre per gli strumenti di misura o per una configurazione HIL professionale.
Massima flessibilità di misura e test headless
Recentemente, si è assistito a una notevole diffusione degli strumenti di misura headless, ovvero di dispositivi che si affidano a software che vengono eseguiti su laptop, computer o tablet per visualizzare i risultati della misura. Questi dispositivi si basano generalmente su dispositivi system-on-chip FPGA abbinati con front-end analogici ad alta velocità e convertitori digitale-analogico (DAC). L’FPGA permette agli utenti di riconfigurare rapidamente lo strumento, in modo da utilizzarlo come oscilloscopio in un certo momento, come analizzatore di segnali in un momento successivo e poi come regolatore PID. Grazie all’ampia memoria interna, sono ideali anche per registrare le misure, che si tratti di eventi della durata di millisecondi o della registrazione continua nell'arco di più giorni.
Moku:Lab di Liquid Measurement è una piattaforma hardware riconfigurabile di questo tipo, che offre 12 strumenti differenti. Il software viene fornito per PC e laptop Windows e Mac OS, mentre per l’iPad è disponibile sotto forma di app. È racchiuso in un alloggiamento circolare di 20 cm (7,9”) di diametro e 4,4 cm (1.7”) di altezza, che lo rende facile da posizionare persino sul banco da lavoro più affollato. Una scanalatura sulla parte superiore funge anche da supporto per l’iPad. In aggiunta alla memoria interna, è possibile condividere i dati, le impostazioni e gli screenshot direttamente tramite Dropbox o altri servizi cloud oppure inviarli per e-mail.
Nella parte anteriore sono incassati quattro connettori BNC. La coppia di destra fornisce le uscite analogiche e supporta una frequenza di campionamento di 1 GSa/s per canale con una risoluzione di 16-bit e una larghezza di banda (-3 dB) superiore a 300 MHz. La coppia di sinistra fornisce gli ingressi analogici, con una larghezza di banda (-3 dB) di 200 MHz in 50 Ω e una frequenza di campionamento di 500 MSa/s per canale a una risoluzione di 12-bit. La base dei tempi interna assicura un’accuratezza superiore a 500 ppb (Figura 1).
Sulla parte posteriore, sono disponibili altri connettori BNC per un ingresso per un clock di riferimento esterno da 10 MHz e un’uscita da 10 MHz. Questi permettono di sincronizzare tra loro i segnali acquisiti da vari dispositivi Moku. È disponibile anche un ingresso trigger. Accanto a quest'ultimo sono presenti una porta Ethernet, un’interfaccia USB, una porta di alimentazione USB (per ricaricare il tablet), uno slot per SD e l’ingresso di alimentazione CC. È inoltre supportata la connettività tramite Wi-Fi (802.11 b/g/n).
Figura 1: Il Moku:Lab ha due ingressi e due uscite analogici ed è dotato di una scanalatura nella parte superiore dell’alloggiamento per l'utilizzo come supporto per il tablet
Tra i 12 strumenti figurano quelli di tipo comune che ci si aspetta di trovare, insieme a strumenti che utilizzano simultaneamente gli ingressi e le uscite. Tra questi c’è un controller PID con due percorsi completamente configurabili e un FIR Filter Builder per filtri a risposta finita all’impulso con un massimo di 14.819 coefficienti (Figura 2). È inoltre presente un Laser Lock Box che utilizza la tecnologia Pound-Drevel-Hall per stabilizzare la frequenza laser, una funzionalità che viene usata nei rilevatori di onde gravitazionali, nella misura del tempo e nella fisica atomica.
Figura 2: L’interfaccia FIR Filter Builder del Moku:Lab chiarisce il comportamento del percorso di segnale e assicura facilità di configurazione
Le interfacce di programmazione delle applicazioni (API) sono fornite per MATLAB, LabVIEW e Python, garantendo così numerosi modi di esecuzione dei test automatizzati e della registrazione dei dati, tutti supportati da esempi ospitati su GitHub. Un'applicazione robusta e semplice per la registrazione dei dati a due canali per Python richiede solo poche linee di codice (Figura 3).
Figura 3: Esempio di semplice data logger che acquisisce i segnali dai due ingressi analogici scritto in Python per Moku:Lab
Test a lungo termine sui fenomeni termici
Se volete approfondire le cause dell’autoriscaldamento o della dissipazione di calore a lungo termine nell’alloggiamento del vostro dispositivo, le telecamere a infrarossi possono essere molto utili, dal momento che permettono a voi e al vostro team di individuare i punti caldi e freddi. Teledyne FLIR è molto nota nel settore della misura della temperatura per immagini, grazie ai prodotti supportati da una vasta gamma di software per semplificare l’analisi dei dati, il confronto e la collaborazione. Strumenti come il MR265 (Figura 4) offrono un potenziamento dell’imaging dinamico multispettrale (MSX®), che migliora la nitidezza delle immagini rispetto agli strumenti di imaging tradizionali a infrarossi. Il risultato viene ottenuto combinando una telecamera termica 160 × 120 (19.200 pixel) con una telecamera visiva da 2 MP. A causa della bassa risoluzione, se usate da sole, le telecamere che si basano su sensori per immagini termiche tendono a fornire immagini molto confuse.
Figura 4: Telecamere termiche come la MR265 di Teledyne FLIR
Le immagini create con questi strumenti possono essere così scadenti da rendere impossibile comprenderne il contenuto senza sapere dove è stata rilevata l’immagine stessa. L’MSX® abbina l’uscita termica con un’immagine ad alto contrasto proveniente dalla telecamera a luce visibile (Figura 5). Grazie a questa combinazione, il dettaglio visibile nell’immagine diventa più nitido e la misura termica più coerente.
Figura 5: Senza MSX® (sinistra) la marcatura su questo pannello di collegamento è assente. Con MSX® (destra) la marcatura è chiara e la qualità complessiva dell’immagine è notevolmente migliore
Queste telecamere sono supportate anche dall’applicazione FLIR Thermal Studio Suite che è in grado di raccogliere sia immagini singole che video in streaming. Si possono applicare delta e formule per fornire un’analisi dell’immagine, ed è possibile definire allarmi di misurazione, se necessario, con risultati facili da condividere con i colleghi. Se supportato, è possibile abilitare il dual streaming, che consente la memorizzazione video sia a luce visibile che radiometrica dell’obiettivo da misurare.
L’MR265 offre una frequenza di aggiornamento della misura pari a 9 Hz e misura temperature da 0 °C a 100 °C (32 °F-212 °F) di oggetti posti a una distanza maggiore di 10 cm. L’unità supporta anche la misura dell’umidità dal 7% al 100% tramite un sensore di misura senza pin incorporato o delle sonde a sfera e a pin disponibili separatamente. I risultati sull’unità vengono visualizzati sul TFT a colori da 2,8”, 320 × 240 pixel.
Misura automatizzata con apparecchiature di laboratorio tradizionali
Per quanto gli apparecchi di misura headless altamente configurabili possano essere vantaggiosi in alcune situazioni, la necessità di acquistare un tablet o un laptop aggiuntivo per visualizzare i risultati potrebbe far perdere interesse in questi strumenti. Inoltre, a volte quello che si ha già a disposizione è semplicemente meglio. La serie di oscilloscopi a segnale misto B&K Precision 2560B non delude sotto questo aspetto, con il suo grande schermo touch capacitivo da 10.1” abbinato a pulsanti soft-touch e manopole girevoli. Inoltre, con una profondità di soli 111 mm (4,4”), non occupa molto spazio sul banco da lavoro.
Il modello top di gamma 2569B-MSO offre quattro canali di ingressi con larghezza di banda da 350 MHz e una porta digitale a 16 canali (Figura 6). L’unità integra anche un generatore di forme d’onda da 50 MHz che supporta la funzione diagramma di Bode. Sono incluse anche opzioni avanzate di attivazione della misura come ad esempio sul fronte, sulla pendenza, sull'impulso, e opzioni video (incluso HDTV), oltre alla decodifica dei bus seriali per le interfacce comuni utilizzate nei sistemi embedded. Altre interfacce seriali come CAN FD, FlexRay, I2S, MIL-STD-1553B e SENT possono essere acquistate come aggiornamento.
Figura 6: Il modello 2569B-MSO di B&K Precision offre quattro canali da 350 MHz e un analizzatore logico digitale a 16 bit
Il controllo remoto e l’acquisizione dei dati sono supportati dalle interfacce USB ed Ethernet. Per l’USB, è necessario un driver USBTMC (Test & Measurement Class). Si consiglia il NI-VISA di National Instruments, ma ci sono anche disponibili delle alternative all'occorrenza. GitHub fornisce una selezione di progetti che supportano dispositivi USBTMC in Python. Con l’utilizzo del Manuale di programmazione della serie 2560B, è possibile sviluppare script (Figura 7) che automatizzano l’acquisizione e la registrazione dei dati e la decodifica dei dati seriali, eseguono misure e possono persino definire le maschere per eseguire il test del limite pass/fail dei segnali.
Figura 7: Il supporto USBTMC per USB può essere trovato in progetti open-source. Questo codice, scritto in Python, accede all’oscilloscopio in base ai suoi codici VID e PID per acquisire il nome e il numero di serie
Test, test e ancora test
Sebbene il lavoro al banco sia il momento clou della giornata tipica di uno sviluppatore, la ricerca di errori intermittenti dalla causa non chiara è un’impresa che fa perdere molto tempo. Fortunatamente, la maggior parte degli strumenti di test e misura odierni, come i dispositivi descritti in questo articolo, possono essere abbinati a un software che esegue in modo automatico il test o la registrazione dei dati. Grazie alla semplicità e alla flessibilità di questi strumenti, è possibile creare velocemente script elementari o procedure di test, spesso ricorrendo a software open-source, per valutare un’ipotesi. Una volta individuata la causa, i test possono essere memorizzati e impiegati nell’integrazione continua (CI) del test per garantire la risoluzione dell'errore. I risultati possono essere condivisi facilmente sotto forma di file di log tramite servizi di condivisione basati su cloud, per e-mail oppure tramite la piattaforma cloud messa a disposizione dal fornitore dell’apparecchio. In questo modo i team possono coinvolgere colleghi esperti da tutto il mondo per analizzare e valutare i risultati.
