Kommunikationsmodule Funktionstests für WiFi, Bluetooth oder ZigBee auf einfache Art

Autor / Redakteur: Marcus Schramm u.a., Dominik Eyerly, Patrick Walter, Stefan Weser, Darko Jaster und Michael Konrad* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Das Internet der Dinge erfordert die Vernetzung verschiedenster Geräte, die beispielsweise über WiFi, Bluetooth oder ZigBee miteinander kommunizieren. Hierfür notwendige Kommunikationsmodule müssen auf ihre Funktionalität hin geprüft werden. Weil meist ein Go-/No-go-Test ausreicht, lassen sich solche Tests kosten- und zeiteffizient umsetzen.

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KonradTechnologies RFCT 2400 Gen II
KonradTechnologies RFCT 2400 Gen II
(Bild: National Instruments)

Viele Geräte des alltäglichen Lebens werden zunehmend vernetzt, um dem Anwender mehr Komfort zu bieten. Dies reicht von Kühlschränken bis hin zur Heizungssteuerung. In vielen Fällen werden hierbei fertige Kommunikationsmodule eingesetzt, die bereits intensiven Tests unterzogen wurden. Nichtsdestotrotz ist nach der Endmontage zu prüfen, ob die Antenne oder das Modul während des Zusammenbaus einen Schaden erlitten hat. In diesem Fall gilt es eine Testlösung bereitzustellen, die in der Lage ist, kostengünstig die Funktion des Kommunikationssystems zu prüfen. In vielen Fällen ist hierfür ein einfacher Go-/No-go-Test ausreichend, um die Leistungsfähigkeit sicherzustellen.

Die Anwendbarkeit beschränkt sich jedoch nicht auf die Kommunikation über WiFi, sondern deckt auch andere kostengünstige Systemkomponenten bei Produkten wie den Keyless-Entry-Systemen, den Sensornetzwerken oder bei Wearables ab. Diese müssen nach der Assemblierung ebenfalls nochmals verifiziert werden. Auch die dabei mit dem Modultest verglichen geringere Prüfschärfe kann meist mit einem GO-/No-go-Test abgedeckt werden.

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Kostengünstiger und leicht integrierbarer Test

Eine effiziente Lösung dafür bildet das Konrad-RF-Kommunikationstest-Modul KT-RFCT 2400 zusammen mit dem grafischen Programmiersystem Labview und der Testmanagementsoftware Teststand von National Instruments. Um den Anforderungen einer kostengünstigen und leicht integrierbaren Testlösung gerecht zu werden, verfügt das Modul über eine geringe Größe. Als Schnittstelle zur Steuerung steht eine Ethernet-Buchse zur Verfügung, wodurch sich eine Integration in bereits bestehende Lösungen vereinfacht.

Das System selbst ist in der Lage, Signaling-Tests für WIFI und Bluetooth durchzuführen und erlaubt die Automatisierung verschiedenster Aufgaben zum Testen der Verbindungsqualität. Daneben lassen sich auch Non-signaling-Tests durchführen. Hierfür lassen sich Signale im Frequenzbereich von 70 MHz bis zu 6 GHz zu erzeugen. Dabei steht eine Sample-Rate von 4 MS/s zur Verfügung. Mit diesen Eigenschaften lässt sich beispielsweise der Test von Keyless-Entry-Systemen effizient umsetzen.

Auch die Kommunikation mit einem Prüfling, einer Peripherie- oder Steuergeräten (zum Beispiel einer SPS) ist über die verfügbaren Digital-IOs zu bewerkstelligen, was die Synchronisierung von Testabläufen erleichtert. Insbesondere bei Non-signaling-Tests ist die leichte Einbindung der Signalverarbeitungsroutinen von Labview effizient nutzbar und beschleunigt die Entwicklung von Prüfschritten, auch für proprietäre Kommunikationsprotokolle.

Anwendungsbeispiele und vereinfachter Testaufbau

Nachfolgende Beispiele demonstrieren, wie sich die einfache Umsetzung von Prüfschritten mit Labview realisieren lässt:

Bild 3: Blockdiagramm einer Tx-Verifikation eines Prüflings
Bild 3: Blockdiagramm einer Tx-Verifikation eines Prüflings
(Bild: National Instruments)

WiFi: Eine leicht umzusetzende Prüfung eines WiFi-Moduls und der angeschlossenen Antennen stellt die Messung des RSSI-Werts, einem Maß der ausgesendeten Signalleistung, dar. Hierdurch lässt sich der Sendepfad des zu prüfenden Moduls verifizieren. Bild 3 zeigt die einfache Umsetzung mittels der bereitgestellten Labview-API eines solchen Tests. In Summe werden lediglich zehn VIs benötigt, um das Gerät zu konfigurieren und den Test abzuschließen. Die „While-Loop“ dient lediglich dazu, abzuwarten bis der Prüfling verbunden ist. Dank der objektorientierten Programmiermöglichkeiten in Labview lässt sich die Funktionalität der API stark erweitern. Ein Beispiel hierfür stellt die auf Keyless-Entry abgestimmte API dar.

Bild 4: Beispielhafte Umsetzung eines Funkschlüsseltests
Bild 4: Beispielhafte Umsetzung eines Funkschlüsseltests
(Bild: National Instruments)

Keyless Entry: Funkschlüssel agieren in Deutschland meist in einem Frequenzbereich von 433,05 MHz bis 434,79 MHz [1] und verwenden entweder eine FSK- oder ASK-Modulation. Bild 4 zeigt die Umsetzung einer Demodulation eines Schlüsselsignals mittels lediglich elf verschiedener VIs. Dabei stehen als Modulationsverfahren sowohl ASK als auch FSK bereit. Diese API umfasst sowohl die grundlegende Ansteuerung des Instruments als auch die Algorithmen zur Demodulation. Dank der Labview eigenen Data-Value-Reference-Referenzierungsvariante, konnte leicht die Möglichkeit geschaffen werden, eine Erfassung parallel zu einer Dekodierung abzuarbeiten. Hierdurch lässt sich der Durchsatz bei der Prüfung mehrerer Signale bzw. Tasten steigern.

Bild 1: Schematische Darstellung eines einfachen Testaufbaus
Bild 1: Schematische Darstellung eines einfachen Testaufbaus
(Bild: National Instruments)

Testaufbau: Neben einer intuitiven Programmierung, die durch Labview und die API ermöglicht wird, gehört zu einer effizienten Lösung auch der unkomplizierte Aufbau eines Tests. Bild 1 zeigt schematisch einen Testaufbau mit der KT-RFCT-2400. Sowohl der Test als auch die Kommunikation mit dem Prüfling kann dabei vom Instrument ausgehen. Gesteuert werden alle Vorgänge durch den Host und die Labview-API. Der geringe notwendige Verkabelungsaufwand trägt ebenfalls zu einer einfachen Umsetzung von Go-/No-go-Tests bei und ermöglicht somit weitere Kostenersparnisse.

Fazit: Zusammengefasst lassen sich Prüflinge im Low-Cost-Bereich in vielen Fällen auf einen Go-/No-go-Test reduzieren. Das kostengünstige Kommunikationstest-Modul KT-RFCT-2400 ermöglichet die dafür notwendige Prüfschärfe. Durch die intuitiven Labview-APIs und die Möglichkeit, mit dem Prüfling zu kommunizieren, lassen sich sowohl die Integration in bestehende Testsysteme als auch eigenständige Testplätze leicht umsetzen.

Literatur:

[1] F. Gustrau, H. Kerllerbau: Elektromagnetische Verträglichkeit. München: Carl Hanser Verlag GmbH Co KG, 2015

* Marcus Schramm, Dominik Eyerly, Patrick Walter, Stefan Weser, Darko Jaster und Michael Konrad; alle Konrad GmbH, Radolfzell

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