Physik | Technik
Sven Moser, 2006 | Bättwil, SO
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Neuentwicklung einer Kommunikationselektronik für einen optimierten Testablauf einer Funktionstestanlage. Dazu wurden folgende Forschungsfragen bearbeitet:
Ist es für einen Elektroniker-Lehrling im Rahmen seiner Abschlussarbeit möglich, diese Kommunikationselektronik in 120 Stunden zu entwickeln? Kann eine Produktionssteigerung erreicht und nachgewiesen werden? Welche elektronischen Komponenten können die vorausgesetzten Funktionen erfüllen?
Im ersten Schritt wurde das bestehende LXI-Funktionstestsystem analysiert.
Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde eine neue Kommunikationslösung entwickelt. Beschrieben wird der gesamte Entwicklungsprozess vom Konzept und dessen Überprüfung anhand eines Prototyps über das Layout bis hin zur abschliessenden Validierung. Das resultierende System umfasst einen «USB-to-Serial-Converter» mit softwareseitig einstellbarer Referenzspannung, welche eine flexible Anpassung der Logikpegel ermöglicht. Anhand von Messungen wurden zusätzlich die physikalischen Grenzen der Schaltung ermittelt.
Die Ergebnisse belegen, dass die neue Kommunikationselektronik zu einem effizienter gestalteten Testablauf und zu weniger Produktionsstress führt. Gleichzeitig eröffnet die entwickelte Lösung zusätzliche Einsatzmöglichkeiten in Test- und Entwicklungsumgebungen.
Fragestellung
Ist es für einen Elektroniker-Lehrling im Rahmen seiner Abschlussarbeit möglich, diese Kommunikationselektronik in 120 Stunden zu entwickeln? Kann eine Produktionssteigerung erreicht und nachgewiesen werden? Welche elektronischen Komponenten können die vorausgesetzten Funktionen erfüllen?
Methodik
Während der Entwicklung der Kommunikationselektronik war eine saubere Arbeitsweise erforderlich. Dazu gehörten eine sorgfältige Dokumentation der Arbeitsschritte, das Beschaffen von Informationen aus Herstellerunterlagen sowie eine schrittweise Überprüfung der entwickelten Teilsysteme. Während der Entwicklung wurden verschiedene Computerprogramme verwendet. Dazu gehören KiCAD (Layout- und Schaltplansoftware), die Thonny IDE, um den Microcontroller mit MicroPython zu programmieren und Visual Studio, um den FTDI-Chip mit einer C#-DLL (Dynamic Link Library) anzusteuern. Für die Messungen wurde das Arbeiten in einer Laborumgebung (Oszilloskop, Steckbrett, Multimeter usw.) vorausgesetzt.
Ergebnisse
Die Arbeit zeigt, dass es möglich ist, diese komplexe und umfangreiche Schaltungsentwicklung im Rahmen der Abschlussarbeit umzusetzen. Es stellte sich heraus, dass mit einer alternativen Kommunikationselektronik, die auftretenden Fehler auf den Displaytestanlagen um 1,2 % vermindert werden können. Dazu haben sich weitere Einsatzmöglichkeiten innerhalb von Test- und Entwicklungsumgebungen eröffnet. Messungen haben gezeigt, dass die Ausgänge der neuen Kommunikationsschnittstelle mit 10 mA belastet und für Baudraten um 1.5 MBaud verwendet werden können. Die Arbeit ermöglichte die praktische Anwendung und Vertiefung des in der Ausbildung erlernten Wissens.
Diskussion
Die Ergebnisse zeigen klar, dass die Arbeit umfangreich und sorgfältig bearbeitet wurde, da ein solches Vorgehen für dieses Resultat notwendig ist. Der limitierende Faktor war die begrenzte Zeit der Arbeit. Dies führte an einigen Stellen der Arbeit (Komponentenauswahl und Codeanalyse) dazu, dass die Zeit fehlte, sich tiefer damit zu beschäftigen. Dies führte beispielsweise zu unerwartetem Verhalten der Referenzspannung und der Spannungsselektionsschaltung.
Schlussfolgerungen
Die Arbeit zeigt, dass durch gezielte Analyse und Optimierung der Kommunikationselektronik eine signifikante Verbesserung der Systemleistung erreicht werden kann. Die entwickelte Lösung stellt eine solide Grundlage für zukünftige Weiterentwicklungen dar. Weitere Schritte sind die Optimierung der Ausgangssignalführung, Anpassungen bezüglich der Referenzspannung und der Spannungsselektionsschaltung sowie eine effizientere Codegestaltung.
Würdigung durch den Experten
Dozent Gallus Glanzmann
Diese Arbeit umfasst die Entwicklung einer neuen Elektronik für ein Produktetestsystem. Herr Moser hat die benötigten Funktionen und Lösungsansätze analysiert und ein neues Produkt mit einem umfangreichen Funktionsumfang elektronischer Schaltungen, programmierbarer Logik, Mikrocontroller und Software entwickelt. Die softwareseitig einstellbare Kommunikationsschnittstelle mit Pegelwandlern wurde dabei vertieft untersucht. Das im kurzen Zeitrahmen fertiggestellte Produkt mit Dokumentation erbringt im Testsystem den gewünschten Nutzen und belegt die herausragende Leistung in dieser Arbeit.
Prädikat:
Gold
Sonderpreis «I-FEST²» gestiftet von der Metrohm Stiftung
Endress + Hauser Flow Reinach
Berufsbildner: Roman Hackbart