Tiedonsiirtokaapeleiden testausjärjestelmän suunnittelu ja toteutus

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli kehittää tiedonsiirtokaapeleiden testausjärjestelmä nopeuttamaan ja helpottamaan monijohtimisten tiedonsiirtokaapeleiden toimintakunnon toteamista. Työ tehtiin Millog Oy:lle Lylyn toimipaikkaan, ja sen tavoitteena oli onnistuneesti automatisoida nykyisin käsin tehtävä testausprosessi. Opinnäytetyössä käsitellään koko tuotekehitysprosessi ideasta aina valmiin tuotteen testaamiseen asti. Työ sisältää elektroniikka-, piirilevy-, ja ohjelmistosuunnittelua sekä 3D-mallinnusta ja -tulostusta.

Opinnäytetyössä päädyttiin innovatiiviseen ratkaisuun, jossa aikaisemmin asentajan tekemä työ korvattiin mikrokontrollerilla. Mikrokontrollerin GPIO-nastojen riittämättömyys haluttuun toiminnallisuuteen ratkaistiin hyödyntämällä multipleksereitä ja siirtorekistereitä. Suunniteltu järjestelmän mittausperiaate perustui testisignaalin syöttämiseen kaapelin toisesta päästä ja kaapelissa tapahtuvan jännitehäviön mittaamiseen sen toisesta päästä käyttämällä mikrokontrolleria. Järjestelmään suunniteltiin helppokäyttöinen käyttöliittymä, jossa kaikkea toiminnallisuutta ohjataan painonapin ja LCD-näytön avulla. Mikrokontrollerin koodi kirjoitettiin Arduino IDE-ohjelmistolla, ja sitä kertyi kaiken kaikkiaan noin 1850 riviä. Järjestelmälle suunniteltiin ja tilattiin piirilevy koekytkentäalustalle rakennetun prototyypin perusteella. Lopuksi järjestelmän kotelot valmistettiin 3D-mallintamalla ja -tulostamalla.

Lopputuloksena saatiin aikaan tiedonsiirtokaapeleiden testausjärjestelmä, joka pystyy toteamaan jopa 48-johtimisten tiedonsiirtokaapeleiden toimintakunnon luotettavasti ja nopeasti. Järjestelmästä tuli erittäin helppokäyttöinen, ja siihen saatiin sisällytettyä paljon hyvää toiminnallisuutta. Järjestelmään jäi kuitenkin vielä paranneltavaa ja kehitettävää. Mikrokontrolleria vaihtamalla järjestelmän mittatarkkuutta voitaisiin parantaa huomattavasti ja ohjelmastakin saataisiin paljon yksinkertaisempi. Lisäksi järjestelmän häiriösuojausta voitaisiin parannella, jolloin myös toimintavarmuus paranisi entisestään.

The purpose of this thesis was to develop a testing system for data transfer cables in order to speed up and to simplify testing of the operational condition of multi-wire data transfer cables. This was achieved by automating a process which was previously done by hand. The work was done for Millog Oy's Lyly office. This thesis goes briefly through the whole product development process, from the idea to the testing of the final product. The work includes the design of electronics, circuit board and software, as well as 3D-modeling and 3D-printing.

This thesis describes the development and implementation of an innovative solution, thanks to which the work previously done by an electronic assembler can be done by a microcontroller. During the design process, GPIO pins proved to be an unfitting choice for realization of all the desired functionalities in the system. This was solved by implementing multiplexers and shift registers. Cable condition measurement was implemented by feeding a test signal from one end of the cable and measuring the voltage drop at the other end with a microcontroller. A simple user interface was then created, where all functionality of the system is controlled with a push button and an LCD-display. The program for the microcontroller was created with Arduino IDE software and it included approximately 1850 lines of code. Then, a printed circuit board based on a prototype made on a test board was designed and ordered for the system Finally, casing was created for the system by 3D-modeling and 3D-printing.

This thesis resulted in data transfer cable testing system that is able to determine reliably and quickly the operational condition of up to 48 wire data transfer cables. The system is very easy to use and includes many useful functionalities. However, there is still room for improvements and development. By changing the microcontroller, the accuracy of the system could be significantly improved. That way also the program could be simplified. In addition, the interference protection of the system could be improved, which would also further improve operational reliability.