Development and implementation of an automatic test equipment for a train master controller

Railway vehicles have become in recent decades very complex machines. This complexity, both mechanical and electronic, is hidden to the operators and they only interface with the HMI (Human Machine Interface) of the vehicle. One of the main HMI elements in the vehicle is the Master Controller that controls speed and type of motion (throttle or braking). This thesis describes the complete development phases of an Automatic Test Equipment specific for Master Controllers. In particular, the aim of this work is to create a prototype tool that can perform maintenance and testing on products in a way that ensures high levels of quality and reliability. The tool deals with all inputs and outputs of a Master controller, ranging from digital and analog I/O to the control of communication protocols. Firstly an overview of the current state of the art for those devices is addressed. Then follows a description of the tool functionalities and the architecture choices that have been made. Then, a detailed description of the hardware components and software solutions is provided. The proposed solution involves the use of the NUCLEO-F767ZI development board that deals, in collaboration with other hardware components, with all the signals coming from the Master Controller; the development board is also connected through a USB to the operator PC and communicates through a serial communication protocol (UART); the PC runs a LabVIEW executable allowing the operator to start all the tests on the Master Controller: the tool performs such test and sends back to the PC a data packet reflecting the test result. The solution has been tested to obtain the best LabVIEW interface and the best performance. Finally, the cost-effectiveness of this solution is discussed, and a hypothetical solution created with commercially available components is compared.

Negli ultimi decenni i veicoli ferroviari sono diventati macchine molto complesse. Questa complessità, sia meccanica che elettronica, è nascosta agli operatori, che si interfacciano solo con l'HMI (Human Machine Interface) del veicolo. Il principale elemento HMI del veicolo è il Master Controller che controlla velocità e tipo di movimento. Questa tesi descrive tutte le fasi di sviluppo di un'apparecchiatura di prova automatica (ATE) specifica per i Master Controller. In particolare, l'obiettivo di questo lavoro è creare un prototipo in grado di eseguire la manutenzione e il collaudo dei prodotti in modo da garantire elevati livelli di qualità e affidabilità. Il prototipo si occupa di tutti gli ingressi e le uscite di un Master Controller, dagli I/O digitali e analogici al controllo dei protocolli di comunicazione. In primo luogo viene affrontata una panoramica dell'attuale stato dell'arte per questi dispositivi. Segue una descrizione delle funzionalità dello strumento e delle scelte architetturali effettuate. Segue poi una descrizione dettagliata dei componenti hardware e delle soluzioni software. La soluzione proposta prevede l'utilizzo della scheda di sviluppo NUCLEO-F767ZI che si occupa, in collaborazione con altri componenti hardware, di tutti i segnali provenienti dal Master Controller; la scheda di sviluppo è collegata tramite USB al PC dell'operatore e comunica attraverso un protocollo di comunicazione seriale (UART); il PC esegue un file LabVIEW che consente all'operatore di avviare tutti i test sul Master Controller: il prototipo esegue tali test e rimanda al PC un pacchetto di dati che riflette il risultato del test. La soluzione è stata quindi testata per ottenere la migliore interfaccia LabVIEW e le migliori prestazioni. Infine, viene discussa la convenienza economica di questa soluzione, confrontandola con una ipotetica soluzione creata con componenti disponibili sul mercato.