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Digi XBee 3 셀룰러 모듈을 사용한 제품 제조

Digi XBee3 셀룰러 모듈로 구축된 프로젝트는 농업 어플리케이션부터 드론, 친환경 기술, 스마트 HVAC 모터와 같은 산업 프로젝트에 이르기까지 다양합니다. 제품 개발자가 내려야 할 선택과 직면하는 과제는 설계의 복잡성, 의도된 사용 사례, 셀 타워와의 거리 및 기타 주요 고려 사항에 따라 달라집니다. 

즉, 모듈 선택, 플랫폼 설계, 통신 프로토콜, 안테나, 인증 등을 포함한 수많은 결정을 내려야 한다는 뜻입니다. 

그리고 마지막 단계는 생산입니다. 제품이 제조할 준비가 되면 일반적으로 확인해야 할 세 가지 사항이 남습니다. 

1. XBee3 모듈과 XBee3 셀룰러 모뎀에 올바른 펌웨어가 있습니까?
2. XBee3 모듈이 PCB에 올바르게 배치되었습니까?
3. 적절한 외장 안테나를 사용하셨습니까? 

Digi Wireless Design Services 팀은 이 글에서 성공적인 테스트를 수행하는 방법에 대한 조언을 제공합니다. 또한 이 글의 내용 중 대부분은 모든 XBee 시리즈의 모듈에도 적용됩니다. 

펌웨어 확인 및 구성 

모든 XBee 모듈은 공장에서 프로그래밍 되지만, 모듈에 어떤 펌웨어가 있는지 정확히 제어하는 ​​것이 바람직합니다. 각 지역의 Digi 대리점에서 구매한 XBee 모듈은 최신 Digi 펌웨어와 일치하도록 업데이트가 필요할 수 있습니다. 또한, 생산 요구 사항에 따라 제품 사양을 충족하기 위해 펌웨어가 실제로 최신 버전이 아닌 구버젼으로 변경되어야 할 수도 있습니다. 

Digi XBee 모듈은 온보드 및 오프보드 프로그래밍 모두에 대해 여러 가지 프로그래밍 옵션을 제공합니다. 

오프보드 프로그래밍 

XBee모듈을 프로그래밍하고 구성하는 가장 쉽고 빠르며 강력한 방법은 Digi XBee Multi Programmer(XBMP)입니다. XBMP는 TH(Through-hole), SMT 또는 MMT 타입별로 보드에 장착하여 XBee를 프로그래밍하고 구성할 수 있습니다. 단일 XBMP는 최대 6개의 XBee를 프로그래밍하고 구성할 수 있으며 추가 XBMP는 데이지 체인 방식으로 연결하여 제조 요구 사항에 맞게 확장할 수 있습니다. 프로그래밍 및 구성 프로필은 많은 개발자가 이미 잘 알고 있는 동일한 Digi XCTU 구성 플랫폼을 사용하여 쉽게 만들 수 있습니다. 

하나의 XBee모듈은 Digi XBIB-C 개발 보드와 XCTU 어플리케이션을 사용하여 업데이트할 수도 있습니다. 이 옵션은 대규모 생산에는 적합하지 않을 가능성이 높지만 프로토타입 및 초기 파일럿 생산에는 훌륭한 솔루션이 될 수 있습니다. 

온보드 프로그래밍 

XBee가 PCB 어셈블리(PCBA)에 배치되면 프로그래밍 및 구성을 위한 몇 가지 옵션이 있습니다. 최상의 방법을 선택하는 것은 제조 환경, 보드 설계 및 사용 가능한 XBee 모듈 인터페이스에 따라 달라집니다. 예를 들어, PCB에 배치된 XBee와 프로세서(MCU 등)의 인터페이스를 기본적으로 구성하고, 그것과는 별개로 XBee 모듈의 펌웨어 설정 및 프로그래밍을 위한 시리얼 인터페이스를 별도로 구성한다면, PCB에 배치된 XBee 모듈을 프로그래밍하고 구성하는데 필요한 시간은 XBMP(Digi XBee Multi Programmer)를 사용하는 것처럼 빠르게 진행할 수 있습니다. 그렇다면 Digi XCTU를 사용하여 자동화된 제조 공정을 만드는 것보다 시간과 노력을 단축할 수 있습니다. 

또한 생산 보드에 XBee 프로그래밍 인터페이스를 위한 별도의 포트(Port) 혹은 커넥터를 구성하는 것도 방법이 될 수 있습니다. 생산 보드에 고정 인터페이스를 직접 구성하지 않고 외부에서 다양한 인터페이스를 장착할 수 있도록 포트 및 커넥터를 구성하면 비용 절감의 효과가 있습니다. 

마지막으로 XBee 모듈에 대한 직접적인 인터페이스를 사용하지 않고 마이크로컨트롤러나 다른 호스트 프로세서를 사용하여 XBee 모듈을 설정 및 프로그래밍 하는 방법이 있습니다. 이 경우, PC에서 호스트 컨트롤러에 대하여 사전 설정을 하거나 디버그 콘솔 인터페이스를 통하여 설정을 하게 되고, 이 호스트 컨트롤러를 통하여 XBee 프로그래밍을 진행합니다. 

제조 테스트 프로세스 

제조 공정에는 여러 가지 테스트가 진행됩니다. 그 중 두 가지 추가 테스트 공정에 대하여 다루겠습니다. 

배치 테스트 

XBee가 사전에 어떻게 프로그래밍 되고 구성되었는지와 관계없이, XBee가 보드에 배치된 후 대부분의 제조 공정에서 XBee 모듈의 기본 기능 테스트가 필요합니다. XBee에 대한 통신 인터페이스가 호스트 컨트롤러에 직접 또는 디버그 콘솔 인터페이스와 연결되도록 설계된 경우, XBee 펌웨어 버전, 셀룰러 라디오 버전 및 셀룰러 APN 값 등 간단한 확인 및 검증만으로도 기본 기능 테스트는 충분합니다. 

라디오 및 안테나 테스트 

XBee 모듈과 외부 안테나는 모두 사전 테스트가 되었기 때문에 이러한 구성 요소가 고장이 날 가능성은 낮습니다. 따라서 제조 과정에서 가장 높은 고장 위험은 안테나를 XBee 모듈에 연결하는 것입니다. 

또한 제조 단계의 테스트에서는 실제 셀룰러 타워(기지국) 연결을 하지 않는 것이 바람직합니다. 신호 강도의 가변성 확인 및 실제 네트워크에 연결하는 시간이 소요되기 때문입니다. 수출품의 경우 해외 네트워크를 사용할 수 없는 것도 이유 중 하나입니다. 

외부 요인의 간섭을 막을 수 있는 차폐 박스 안에서 안테나의 신호를 수신할 수 있는 스팩트럼 분석기를 사용하여 안테나 연결 및 성능을 확인하는 것도 신뢰성 있는 테스트를 할 수 있는 결정적인 방법 중 하나입니다. 차폐 박스 안에 스팩트럼 분석기를 위치하고 안테나를 연결합니다. XBee가 장착된 대상 장치(DUT)도 함께 차폐 박스 내부에 위치하고 연결된 안테나를 통해 스팩트럼 분석기에 신호를 송신합니다. 이로 인하여 외부의 간섭은 최소화되고 테스트의 결과는 일관되게 유지될 수 있습니다. 

이렇게 일정한 전송 환경이 구성되어 XBee 셀룰러 통신의 전송 전력과 주파수가 측정되면 그 테스트 결과를 통해 안테나가 정상 작동하고 적절하게 배치되었는지 확인할 수 있으며, 이는 모든 제조 단계의 사용자에게 핵심 요소가 됩니다. 

많은 스팩터럼 분석기 제조업체에서 무료로 제공하는 간단한 LabView 테스트 패널을 사용하여 소프트웨어적으로 스팩트럼 분석기를 구성하고 측정값을 기록할 수 있습니다. 위에서 설명한 것과 유사한 테스트에서 스팩트럼 분석기의 출력은 다음과 같습니다. 

위 이미지느 차폐 박스 내부에서 Digi XBee CAT1 셀룰러 모듈에 연결된 안테나를 측정한 것입니다. 왼쪽 이미지는 대역 내 최대 전력과 노이즈 플로어를 훌륭하게 분리한 양호한 신호입니다. 오른쪽 이미지는 신호가 여전히 존재하지만 8dB 이상 감쇠된 것을 보여줍니다. 감쇠된 이미지는 단순히 차폐 박스 내부에서 장치 및 안테나를 90도 이동한 결과입니다. 만약 안테나가 연결되지 않았다면 신호는 위에서 본 것보다 더 많은 감쇠를 보이거나 셀룰러 네트워크에 연결조차 할 수 없을 수도 있습니다. 

추가적으로 ping 테스트로는 안테나가 제대로 배치되지 않아서 발생하는 문제를 포착하지 못할 수도 있다는 점도 고려하여야 합니다. 위에 표시된 것처럼 감쇠된 신호일 경우라도 실제 셀룰러 타워(기지국)과 통신이 연결될 가능성이 있으며, 통신이 연결된다면 셀룰러 타워(기지국)과의 Ping 테스트에서는 성공적인 결과를 보기 때문입니다. 

신호 강도뿐만 아니라 신호 품질을 테스트해야 하는 설계에서는 스팩트럼 분석기 대신 셀 사이트 시뮬레이터를 사용할 수 있지만 이러한 장비의 경우 고가일 경우가 대부분입니다. 

Digi 무선 디자인 서비스

제조 분야에서 Digi XBee 모듈을 프로그래밍, 구성 및 테스트하는 방법에는 여러 가지가 있으며, 테스트 시스템 비용, 신뢰성, 반복성 및 전체 테스트 시간 측면에서 많은 트레이드오프가 있습니다. Digi Wireless Design Services는 고객의 요구 사항에 맞게 여러 수준의 서비스를 제공할 수 있습니다. 제품 생산을 시작하기 위한 소규모 컨설팅 서비스부터 완전한 턴키 제조 테스트 솔루션까지, Digi WDS가 도와드리겠습니다. 

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