Hardware- und Softwareentwicklung eines Testsystems zur ferngesteuerten Eingabe und automatischen Bearbeitung von Tastenfolgen auf Mobiltelefonen

Fachhochschule München Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik

Erklärungen des Bearbeiters:

1) Ich erkläre hiermit, dass ich die vorliegende Bachelorarbeit selbständig verfasst und noch nicht anderweitig zu Prüfungszwecken vorgelegt habe.

Sämtliche benutzte Quellen und Hilfsmittel sind angegeben, wörtliche und sinnge- mäße Zitate sind als solche gekennzeichnet.

Reichling, 24.11.2004

2) Ich erkläre mein Einverständnis, dass die von mir erstellte Bachelorarbeit in die Bibliothek der Fachhochschule München eingestellt wird. Ich wurde darauf hingewiesen, dass die Fachhochschule in keiner Weise für die missbräuchliche Verwendung von Inhalten durch Dritte infolge der Lektüre der Arbeit haftet. Insbesondere ist mir bewusst, dass ich für die Anmeldung von Patenten, Waren- zeichen oder Geschmacksmuster selbst verantwortlich bin und daraus resultierende Ansprüche selbst verfolgen muss.

Reichling, 24.11.2004

Ort, Datum

Fachhochschule München

Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik

  EINLEITUNG UND AUFGABENSTELLUNG  4

  Hintergrund der Entwicklung  4

  Aufgabenstellung  4

1.1  Hardware Anforderungen  4

1.2  Software Anforderungen  5

  AUSGANGSBASIS  5

USB I   5

  Tastenbetätigungseinheit  6

  48 V Spannungsversorgung  9

  HARDWARE  10

  Blockschaltbild des Interface  10

  Beschreibung einzelner Blöcke und Realisierungsmöglichkeiten  10

3.1  Spannungsversorgung  10

3.2  Eingansschutzbeschaltung  12

3.3  Timer  13

3.4  Sicherheitsschaltung  13

  Realisierung der Hardware  13

3.1  Allgemeines  13

3.2  Versuchsmuster  14

3.3  Timer  15

3.4  Spannungsversorgung  16

3.5  Schaltstufe  17

3.6  Freilaufdioden  18

3.7  Inbetriebnahme und Funktionsprüfungen  19

  Verbesserungen für weitere Aufbauten  20

  SOFTWARE  22

  Beschreibung der Realisierungsmöglichkeiten  22

4   22

4   22

4  Lab Windows CVI  22

  Realisierung der Ansteuersoftware  23

4.1  Ablaufdiagramm und User Interfaces  24

4.2  Speichern und Laden der Konfiguration  27

4.3  Probleme und Lösungen  28

  ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK  33

  Bachelorarbeit von T  Stanka

Stand  10  2005

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  ANHANG  34

  Literaturverzeichnis  34

  Hardware Erstellungsinformationen  35

6.1  Eagle Datensätze  35

6.2  Anschlussleitungen  36

6.3  Bauteilliste  37

6.4  AutoCad Gehäusezeichnung  39

Abbildung 2   5

Abbildung 2  Labjack  6

Abbildung 2  Tastenbetätigungseinheit  7

Abbildung 2  Aufbau eines Hubmagneten  8

Abbildung 3  System Blockschaltbild  10

Abbildung 3  Interface Blockschaltbild  10

Abbildung 3  Parameter des Spannungsreglers TDA3602  11

Abbildung 3  Beschaltung des Spannungsreglers TDA3602  11

Abbildung 3  Eingangsschutzbeschaltung  12

Abbildung 3  Versuchsplatine  15

Abbildung 3  Frequenzauswahltabelle  15

Abbildung 3  Oszillatorbeschaltung  16

Abbildung 3  verringerte Flankensteilheit  18

Abbildung 3  Freilaufdiode parallel zur Spule  18

Abbildung 3  Temperaturmesstabelle  19

Abbildung 3  Kraft Weg Diagramm der mechanischen Einheit  20

Abbildung 4   23

Abbildung 4  Ablaufdiagramm der Ansteuersoftware  24

Abbildung 4   25

Abbildung 4  Automated Mode aktiv  25

Abbildung 4  Direct Control Settings  26

Abbildung 4  Automated Control Settings  27

Abbildung 4  Speichern der Konfiguration  28

Abbildung 4  Zeilen einlesen  29

Abbildung 4  Starten des automatisierten Ablaufes und des Thread  31

Abbildung 4  Funktion zur automatischen Tastenbetätigung im 2ten Thread  32

Abbildung 6  Stromlaufplan  35

Abbildung 6  Layout Top Side  36

Abbildung 6  Layout Bottom Side  36

Abbildung 6  Pinbelegung Verbindungskabel  36

  Bachelorarbeit von T  Stanka

Stand  10  2005

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Mein zweites Praxissemester absolvierte ich bei der Firma Siemens ICM Mobile Phones. In der Dienststelle „Systemtest“ (ICM MP PD ST 2 MCH 1), in der ich tätig war, werden ab Entwicklungsbeginn eines Mobiltelefons test cases 1 und test units 2 erarbeitet. Ebenso werden Analysen von auftretenden Problemen durchgeführt. Unter Systemtest versteht man den Test des Systems als Ganzes gegen die Spezifikation.

Die Dienststelle zeichnet sich durch eine enge Zusammenarbeit und Zuarbeit mit und für andere Entwicklungsabteilungen aus. So entstanden im Laufe der Jahre eine ganze Reihe von selbstentwickelten Test- und Prüfkomponenten, wie z.B. Baugruppenadapter, Dummy-Akkus, Schirmkammer-Messgeräte, usw. Auf diesem Gebiet bot sich mir die Möglichkeit, eine Bachelorarbeit zu schreiben.

Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, die Hardware und Software eines Testsystems für Mobil- telefone zu entwickeln.

Für die Betreuung und Unterstützung, die mir bei der Durchführung meiner Arbeit zuteil wurde, möchte ich mich bei Herrn Klaus-Dieter Skwirblies, Herrn Gerd Prothiwa und Frau Anja Hübsch sowie bei allen Mitarbeitern der Dienststelle „Systemtest“ bedanken.

Mein Dank gilt auch meinem betreuenden Dozenten von Seiten der Fachhochschule München Herrn Professor Dr. Karlo Németh für seine Unterstützung.

1 Testdatensätze 2 Testgeräte

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1. Einleitung und Aufgabenstellung

1.1 Hintergrund der Entwicklung

Die Testabläufe zur Qualifizierung von Mobiltelefonen sind aufwendige Messungen, die meist voll automatisiert ablaufen. In 2 Meter hohen 19“ Racks sind alle nötigen Messgeräte zur Aufnahme von Frequenzgängen, Leistungsspektren, Bitfehlerraten, Phasenfehler usw.

Über eine Software wird der Ablauf dieser Messungen gesteuert. Dabei wird das Mobiltelefon über seine Schnittstelle automatisiert bedient. Bei diesen Testabläufen werden Gespräche automatisch aufgebaut, angenommen und beendet. Dazu werden auch die nötigen Pin Codes automatisch eingegeben.

Diese Funktionen werden ausgeführt während das Mobiltelefon im Klimaschrank bzw. der Schirmkammer liegt. Häufig werden diese sehr zeitintensiven Testabläufe über Nacht bzw. während des Wochenendes durchgeführt. Misst man an OEM (d.h. zugekauften Geräten), Fremdgeräten oder Eigenentwicklungen in einem frühen Entwicklungsstadion, ist diese Ansteuerung allerdings nicht möglich. Für diese Fälle ist es nötig, die Tasten manuell zu

Die sonst automatisch ablaufenden Tests müssen immer wieder auf das Eingreifen des Mitarbeiters warten. Dieser ist während der Testlaufzeit gebunden und kann kaum andere Tätigkeiten ausführen.

1.2 Aufgabenstellung

Ziel ist es, ein Testsystem zu entwickeln, welches die äußerst zeitaufwendigen Messungen, der nicht über die Schnittstelle ansteuerbaren Geräte automatisieren soll. Die Aufgabe des Testsystems ist es, über eine komfortable Benutzeroberfläche, Hubmagneten einer Tastenbetätigungsanlage zu aktivieren. Die Software dazu soll eine zeitgesteuerte und auch eine direkte Steuerung über die Computertastatur ermöglichen. Um diese Steuerung mit einer vorgegebenen I/O Box zu bewerkstelligen, gilt es eine Interface- Schaltung zu entwickeln. Einerseits ermöglicht es diese Schaltung die Hubmagneten mit 48V zu betreiben und bietet andererseits einen hardwaremäßigen Schutz der Hubmagneten vor Überlastung, da diese nur für 24V im Dauerbetrieb ausgelegt sind.

Das Ergebnis der Bachelorarbeit soll ein funktionsfähiges System sein, welches portabel an beliebigen Standorten, sowie Klimakammern und Schirmkammern eingesetzt werden kann. Mit dieser Arbeit soll es auch für andere Abteilungen möglich sein, das System aufzubauen.

1.2.1 Hardware Anforderungen

Temperaturunabhängige Funktion von -20 bis +60°C

Maximale Abmaße des Interface 100x50x40mm (LxBxH) 48 V Spannungsversorgung

Unterbrechen der Betätigung nach spätestens 5 Sekunden Anschluss der Tastenbetätigungseinheit über 9 Pol Sub-D-Stecker Vielseitige Einsatzmöglichkeit

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1.2.2 Software Anforderungen

Portabilität der Funktionen zu anderen C Plattformen

komfortable Benutzeroberfläche automatisierter sowie direkter Betrieb möglich Laden und Speichern von Konfigurationen zum automatisierten Betrieb zeitgesteuerter Start des automatisierten Betriebes Demo Mode für Betrieb ohne Hardware Aktivierungszeit einstellbar von 0.1 bis 5.0 Sekunden in 0.1 Sekunden Schritten Dauertestbetrieb möglich Software soll in Englisch geschrieben werden

2. Ausgangsbasis

Die USB I/O Box, Tastenbetätigungsanlage und die 48 V Spannungsversorgung sind bereits vorhanden. Nachfolgend werden diese Komponenten beschrieben.

2.1 USB I/O Box „Labjack“

Eine I/O-Karte bietet eine einfache Möglichkeit, eine Verbindung zwischen Digitalschaltungen und PC herzustellen.

Da die Portabilität der Anlage ein wichtiges Kriterium ist, wurde eine externe USB I/O Box

Abbildung 2.1: Portable USB I/O Box „Labjack“ Die Features der externen I/O Box „Labjack“ sind [1]: ein USB Anschluss,

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Für die Steuerung werden die an der Frontseite des „Labjack“, über eine 25 polige Sub-D- Buchse, abgreifbaren 16 digital Ein/Ausgänge benutzt. Diese 16 Kanäle haben keinen Überspannungs- und Kurzschlussschutz. Der maximale Ausgangsstrom jedes Ausgangs beträgt 25mA (Gesamtstrom aller Ausgänge < 200 mA). Bei Benutzung der Kanäle als Eingang beträgt der Eingangswiderstand jedes Kanals 1 MΩ.

Alle digitalen Kanäle sind nach dem Einschalten der Betriebsspannung oder nach einem Reset als Eingang gesetzt.

Die USB Verbindung stellt die Spannungsversorgung und die Kommunikation zum PC sicher. Es ist keine externe Spannungsversorgung nötig. Die 5 Volt Spannungsversorgung ist über die Schraubanschlüsse sowie über die Sub-D-Buchse abgreifbar.

Der maximale Strom variiert von 50mA bis zu 450mA. Dieses ist abhängig vom USB System des betreibenden Computers.

Abbildung 2.2: Pinbelegung der Sub-D-Buchse des “Labjack”

Der “Labjack” besitzt eine Status LED, diese blinkt beim Erkennen durch den PC viermal und bleibt dann an. Für power-sensitive Anwendungen kann man die LED, welche 4-5 mA benötigt

Die Installation des „Labjack” ist verhältnismäßig einfach, da er an der USB Schnittstelle des PCs angesteckt und automatisch via „Plug and Play“ erkannt wird.

Die Programmierung kann durch eigene oder mitgelieferte Software erfolgen. Die Bibliotheksfunktionen EDigitalIn oder EDigitalOut, des “Labjack” können benutzt werden, um einen digitalen Kanal zu setzten oder zu lesen. Jede dieser Funktionen benötigt 20ms zur

2.2 Tastenbetätigungseinheit

Die mechanische Einheit des Systems besteht aus einer Aluminium Platte. Auf dieser sind Halterungen für ein Mobiltelefon, sowie Halterungen für verstellbare Stößel montiert. Auf der Unterseite dieser Platte befinden sich vier 24 V Hubmagnete. Über je einen Seilzug besteht die Verbindung zu je einem Plastik Stößel, welcher dann die Taste betätigt.

Der Anschluss der Hubmagneten erfolgt über einen 9 Poligen Sub-D-Stecker.

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