一种故障注入箱的制作方法

本实用新型涉及信号采集和处理领域，尤其涉及一种故障路数可扩充,手动控制、继电器控制任选，适用范围广的故障注入箱。

背景技术：

评估测试设备的过程中，为使实验结果更加可靠，需模拟测试设备处于各种恶劣环境和突发状态下的工作环境。故障注入箱体能很好地满足这一目的。

现有的故障注入设备有单独采用继电器开关控制通道的通断实现故障模拟，也有只使用手动断路盒实现控制。前者操作起来安全可靠，但故障注入路数有限。若检测设备需要大量故障模拟，则一般采用多个箱体以满足要求。后者这种人工操作实施起来操作不便且效率低，短路到电源时存在一定危险性，但接线灵活。当设备需要大量故障模拟时，需要使用多个手动断路盒，而且接线过程繁琐。当设备需要少量故障模拟，采用故障断路盒接线灵活，采用继电器开关控制短路故障时更为安全可靠。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种故障路数可扩充,手动控制、继电器控制任选，适用范围广的故障注入箱。

本实用新型解决上有技术的不足所采用的技术方案是：

一种故障注入箱， 设有箱体，其特征在于箱体前侧面上设有电源短路开关，总线短路开关， IN/OUT断路开关；箱体后侧面上设有至少5个安装口，安装口上设有连接板，连接板经螺丝与箱体固定连接；其中一个连接板上设有电源插口，其内侧设有与电源插口相连的电源线路板；一个连接板上设有DB9接口，其内侧设有与DB9接口相连的故障主板；一个连接板上设输入输出端子，其内侧设有与输入输出端子相连的故障从板，故障从板的故障输出回路上串接有 IN/OUT断路开关；一个连接板上设有总线接口，其内侧设有与总线接口相连的总线板，总线短路开关串联在总线板的总线故障输出回路上；电源短路开关串联在总线板的电源输入接线端与故障从板的IN接线端；其余连接板为故障路数扩充板。

本实用新型中所述的电源短路开关为两路电源+开关和两路电源-开关；所述的总线短路开关为4个总线短路开关A1-A4和4个总线短路开关B1-B4；所述的IN/OUT断路开关包括至少16个开关。

本实用新型中所述的故障主板包括DB9接口、稳压电路、CAN收发器一、CAN收发器二、端子J1、端子JP6、主控芯片U3；CAN收发器一、CAN收发器二分别与主控芯片相连，端子J1与主控芯片相连，CAN收发器二与端子JP6相连，端子JP6与稳压电路相连，稳压电路分别与主控芯片、CAN收发器一、CAN收发器二、端子J1相连。

所述故障从板包括从板主控芯片、从板继电器电路、从板稳压电路、端子JP4、输入端子JP2、端子JP1、从板CAN收发器U6、从板继电器驱动电路、输入端子JP3；输入端子JP2分别与故障主板的输出端口JP6、总线板的JP9、CAN收发器U6和从板稳压电路相连；所述从板稳压电路采用稳压器LM2676；从板稳压电路分别与从板继电器电路、从板继电器驱动电路、从板CAN收发器U6和从板主控芯片相连；从板主控芯片与从板继电器驱动电路相连，从板继电器驱动电路从板继电器电路相连，从板继电器电路与端子JP1、端子JP4、输入端子JP3相连，从板CAN收发器U6与从板主控芯片相连，端子JP4与输入端子JP3相连。

手动开关IN/OUT经端子JP4两端（双排8路输出端子）串接在故障从板的故障输出回路上；IN由故障从板的JP3输入至从板继电器电路，后接至端子JP4；在手动开关IN/OUT闭合的情况下，IN直接与OUT短接。输入IN经JP3输入，经从板继电器电路、端子JP4、IN/OUT手动开关，输出至端子JP3的OUT。若IN/OUT手动开关断开，IN与OUT断路。

本实用新型中所述的故障总线板包括总线板端子JP7、总线板继电器驱动单元、总线板主控芯片U8、总线板稳压电路、总线板端子JP5、总线板输出端口JP9、总线板端子JP8、总线板CAN收发器U9、总线板继电器电路；总线板输出端口JP9分别与总线板稳压电路和总线板CAN收发器U9相连，总线板稳压电路分别与总线板继电器驱动单元、总线板继电器电路、总线板主控芯片U8、总线板CAN收发器U9相连（为其供电）；总线板CAN收发器U9与总线板主控芯片U8、总线板输出端口JP9相连；总线板主控芯片U8与总线板继电器驱动单元（和总线板CAN收发器U9相连；总线板继电器驱动单元与总线板继电器电路相连，总线板继电器电路与相连总线板端子JP7相连，总线板端子JP7与总线板端子JP8相连；输出端口JP6与总线板输出端口JP9相连。

故障主板发出的CAN报文经故障主板的JP6传至故障总线板的JP9，后输入至CAN收发器U9。所述CAN收发器二采用TJA1050。CAN收发器U9再将CAN报文发送至主控芯片U8。所述主控芯片U8采用STM8S208C8控制芯片。所述CAN收发器的CANTX和CANRX引脚分别接至主控芯片的PG0和PG1引脚。所述控制芯片的PB0-PB7引脚分别接至所述继电器驱动的IN1-IN8引脚。

本实用新型将继电器开关控制和手动开关控制结合，布置在一个箱体内。可以根据需要选择手动控制或继电器控制，适用范围广。故障路数扩充板上可以设置扩展输入输出端子，故障路数扩充板内侧设有与扩展输入输出端子相连的扩展故障从板，扩展故障从板的结构及其与故障主板、总线板间的连接关系与故障从板的结构及其与故障主板、总线板间的连接关系相同，可以根据需要对故障路数进行扩充。

附图说明

图1为本实用新型故障注入箱体前侧板示意图。

图2为本实用新型故障注入箱体后侧板示意图。

图3为本实用新型故障注入主板电路板结构图。

图4本实用新型故障注入从板电路板结构图。

图5为本实用新型故障注入总线电路板结构图。

图6为本实用新型故障注入主板的稳压电路图。

图7为用新型故障注入主板CAN收发器电路图。

图8为本实用新型故障注入主板的端子J1示意图。

图9为本实用新型故障注入从板的稳压电路图。

图10为本实用新型故障注入从板继电器电路图。

图11为本实用新型故障注入从板的端子JP3和JP4的示意图。

图12为本实用新型故障注入总线电路板的继电器电路图。

图13为本实用新型故障注入故障总线板端子JP5示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对实用新型做进一步详细说明。

一种故障注入箱， 设有箱体，如图1所示，箱体前侧面上设有4个电源短路开关，4个A1-A4总线短路开关，4个B1-B4总线短路开关 ，48个IN/OUT断路开关，所述的电源短路开关为两路电源+开关和两路电源-开关；如图2所示，箱体后侧面上设有横向排列至少5个安装口，安装口上设有可以将其封挡的连接板，连接板经螺丝与箱体固定连接；其中一个连接板上设有电源插口，其内侧（箱体内）设有与电源插口相连的电源线路板，将220V转低压12V，为故障注入箱供电；一个连接板上设有DB9接口，其内侧（箱体内）设有与DB9接口相连的故障主板，通过DB9接收外部的CAN通讯报文，该连接板上设有与故障主板相连的箱体地址编号2-2；一个连接板上设输入输出端子，每个输入输出端子包括8路输入输出接线端，其内侧（箱体内）设有与输入输出端子相连的故障从板，故障从板的故障输出回路上串接有 IN/OUT断路开关；一个连接板上设有总线接口（输出端口JP52-4），其内侧（箱体内）设有与总线接口相连的（故障总线板）总线板，总线短路开关串联在总线板的总线故障输出回路上；电源短路开关（电源+和电源-开关）串联在总线板的电源输入接线端与故障从板的IN接线端（另一端使用悬空）；其余连接板为故障路数扩充板。

所述的故障主板包括DB9接口2-3、稳压电路3-5、CAN收发器一3-2、CAN收发器二3-7、端子J12-2、端子JP63-6、主控芯片U33-4；CAN收发器一、CAN收发器二分别与主控芯片相连，端子J1与主控芯片相连，CAN收发器二与端子JP6相连，端子JP6与稳压电路相连，稳压电路分别与主控芯片、CAN收发器一、CAN收发器二、端子J12-2相连，为其供电。

所述CAN收发器一3-2采用SN65HVD230；所述的引脚7和2分别接至CAN收发器一3-2的CANH和CANL引脚；所述CAN收发器一3-2的TXD和RXD引脚接至主控芯片U33-4的PB6和PB5引脚。所述主控芯片U33-4采用STM32F107VCT6集成电路；所述主控芯片U33-4的PD1和PD0引脚接至所述CAN收发器二3-7的TXD和RXD引脚；为安全作用考虑，在终端电阻R4和CAN收发器CANH和CANL引脚之间各接入一个10Ω的电阻R10和R11；当终端电阻失效或者CANH和CANL短接时，能够保护电路。所述输入端子JP63-6接至所述稳压电路3-5。所述端子J12-2接至所述主控芯片U33-4，端子J12-2采用XH2.54*5 弯针,端子J12-2的AD1、AD2、AD4、AD8分别接至主控芯片U33-4的PE12、PE13、PE14、PE15引脚；端子J12-2的引脚1串联一个33欧的电阻R2接至稳压电路输出的3.3V；在电阻R2为3.3V的一端接入一个680欧的电阻R3和发光二极管；箱体地址手动输入，经箱体地址输入J12-2输入至主控芯片U33-4。所述稳压电路3-5采用稳压器LM2676和调压器AMS1117-3.3连接。外部供电电压经输入端子JP63-6输入至稳压器LM2676，稳压器LM2676稳压输出5V至调压器AMS1117-3.3，调压器AMS1117-3.3输出3.3V。外部供电电压与稳压器LM2676的IN引脚串入正向连接的SS34二极管D3。稳压器LM2676的IN引脚与GND引脚之间接入两个并联（0.1uF和220uF）的电容。BOSST引脚与OUT引脚之间接入一个0.01uF的电容C5。OUT引脚和GND引脚之间接入一个SS34二极管D2。OUT引脚输出5V经电感L1输入至调压器AMS1117-3.3的输入引脚。调压器AMS1117-3.3的输入引脚IN与稳压器LM2676的FB引脚连接。稳压器AMS1117-3.3的输入引脚IN与GND引脚之间接入一个220 uF的电容C6。调压器AMS1117-3.3的输出引脚OUT与GND之间接入一个220 uF的电容C19，再并入一个330欧的电阻R1和发光二极管串联的电路。电源线路板的输出与故障主板的端子JP63-6相连，电源信号经故障主板的端子JP63-6传递至稳压电路3-5，稳压电路3-5将12V的输入电压转变为5V或3.3V稳定输出，将转换后的电压供给所述故障主板的元件（主控芯片3-4、CAN收发器一3-2和CAN收发器二3-7、箱体地址输入端子J12-2）；稳压电路3-5也将转换后的电压经所述端子JP63-6供至故障从板的输出端口JP95-6和故障总线板的输出端口JP24-6。CAN收发器二信息经输出端子JP63-6传递至故障从板的输出端口JP95-6和故障总线板的输出端口JP24-6。CAN通信报文经DB9接口2-3输入至CAN收发器一3-2，CAN收发器一3-2输入至主控芯片U33-4；主控芯片U33-4处理后输入至CAN收发器二3-7，CAN收发器二3-7再经JP63-6传至故障总线板的JP95-6。

所述故障从板包括从板主控芯片4-1、从板继电器电路4-2、从板稳压电路4-4、端子JP44-5、输入端子JP24-6、端子JP14-7、从板CAN收发器U64-8、从板继电器驱动电路4-9、输入端子JP32-5和螺丝安装处4-3。螺丝安装处4-3通过螺丝来固定故障从板。所述输入端子JP24-6分别与故障主板的输出端口JP63-6、总线板的JP95-6、CAN收发器U64-8和从板稳压电路4-4相连，所述从板稳压电路4-4采用稳压器LM2676；从板稳压电路4-4输出5V，分别与从板继电器电路4-2、从板继电器驱动电路4-9、从板CAN收发器U64-8和从板主控芯片4-1相连，为其供电；从板主控芯片4-1与从板继电器驱动电路4-9相连，从板继电器驱动电路4-9从板继电器电路4-2相连，从板继电器电路4-2与端子JP14-7、端子JP44-5、输入端子JP32-5相连，从板CAN收发器U64-8与从板主控芯片4-1相连，端子JP44-5与输入端子JP32-5相连。所述从板CAN收发器U64-8收发器采用SN65HVD230。故障从板的输入端子JP24-6接收的故障主板发送的CAN报文是经故障总线板的JP95-6传递的。CAN报文经故障从板的JP24-6传递至从板CAN收发器U64-8，再传递至从板主控芯片4-1。

所述的从板稳压电路4-4选用稳压器LM2676，外部供电电压经故障主板的JP63-6和故障总线板的JP95-6传递至故障从板的JP24-6；经输入端子JP24-6输入至稳压器LM2676，稳压器LM2676稳压输出5V。外部供电电压与稳压器LM2676的IN引脚串入正向连接的SS34二极管D3；稳压器LM2676的IN引脚与GND引脚之间接入两个并联（0.1uF和220uF）电容；BOSST引脚与OUT引脚之间接入一个0.01uF的电容C5；OUT引脚和GND引脚之间接入一个SS34二极管D2；OUT引脚输出5V经电感L1(33mH)输入至FB引脚；FB引脚与OUT引脚之间接入一个220 uF的电容C14，680欧的电阻R2和发光二极管D2串联的电路。外部电压经从板稳压电路4-4输出5V至从板继电器电路4-2、从板继电器驱动电路4-9、从板CAN收发器U64-8和从板主控芯片4-1。输入端子JP32-5将输入信号传递至从板继电器电路4-2的输入端；从板继电器驱动电路4-9控制从板继电器电路4-2的通断。

从板主控芯片4-1采用STM8S208C8控制芯片。继电器驱动采用ULN2803。继电器采用一个HF32F/05-ZS3和两个HF32F/05-HS3。继电器HF32F/05-ZS3和 HF32F/05-HS3控制端一端接稳压电路输出的5V，另一端接继电器驱动的输出。从板继电器电路4-2的输出接至故障从板的端子JP14-7。故障从板的输入端子JP24-6接收经故障总线板的JP95-6传递的故障主板发送的CAN报文。故障从板的JP24-6的输入经从板CAN收发器U64-8，再传递至从板主控芯片4-1。所述从板CAN收发器U64-8收发器采用SN65HVD230。

手动开关IN/OUT经端子JP44-5两端（双排8路输出端子）串接在故障从板的故障输出回路上；IN由故障从板的JP32-5输入至从板继电器电路4-2，后接至端子JP44-5；在手动开关IN/OUT闭合的情况下，IN直接与OUT短接。输入IN经JP32-5输入，经从板继电器电路4-2、端子JP44-5、IN/OUT手动开关，输出至端子JP32-5的OUT。若IN/OUT手动开关断开，IN与OUT断路。

以故障从板的第一路输入IN0作说明，IN0由故障从板的输入端子JP72-4输入至继电器HF32F/05-ZS3的开关K1；K1的另一端接OUT或者接至继电器HF32F/05-HS3的开关K2；继电器HF32F/05-HS3的开关K2另一端接BUSA或者悬空；继电器HF32F/05-HS3的开关K2 与继电器HF32F/05-ZS3的开关K1之间接继电器HF32F/05-HS3的开关K17，继电器HF32F/05-HS3的开关K17的另一端悬空或者接BUSB；这样的线路共有8组；

IN由 JP32-5输入至从板继电器电路4-2，从板主控芯片4-1根据从板CAN收发器U64-8的报文内容驱动从板继电器驱动电路4-9控制继电器开关闭合；继电器HF32F/05-ZS3的开关K1向上闭合，IN0和OUT0可接通；继电器HF32F/05-ZS3的开关K1向下闭合，继电器HF32F/05-HS3的开关K2向下闭合， IN0和BUSA可接通；输入经端子JP32-5输入，经从板继电器电路4-2、端子JP14-7与故障总线板的BUSA连接；继电器HF32F/05-ZS3的开关K1向下闭合，继电器HF32F/05-HS3的开关K17向下闭合， IN0和BUSB可接通。输入经端子JP32-5输入，经从板继电器电路4-2、端子JP14-7与故障总线板的BUSB连接；这样便可以模拟IN和OUT之间的断路或IN与BUSA/BUSB的短路。

本实用新型中所述的故障总线板包括总线板端子JP72-4、总线板继电器驱动单元5-2、总线板主控芯片U85-3、总线板稳压电路5-4、总线板端子JP55-5、总线板输出端口JP95-6、总线板端子JP85-7、总线板CAN收发器U95-8、总线板继电器电路5-9；

总线板输出端口JP95-6分别与总线板稳压电路5-4和总线板CAN收发器U95-8相连，总线板稳压电路5-4分别与总线板继电器驱动单元5-2、总线板继电器电路5-9、总线板主控芯片U85-3、总线板CAN收发器U95-8相连（为其供电）；总线板CAN收发器U95-8与总线板主控芯片U85-3、总线板输出端口JP95-6相连；总线板主控芯片U85-3与总线板继电器驱动单元5-2（和总线板CAN收发器U95-8）相连；总线板继电器驱动单元5-2与总线板继电器电路5-9相连，总线板继电器电路5-9与相连总线板端子JP72-4相连，总线板端子JP72-4与总线板端子JP85-7相连；输出端口JP63-6与总线板输出端口JP95-6相连。

所述故障总线板的稳压电路5-4与所述故障从板采用的从板稳压电路4-4设计相同，

所述故障总线板端子JP72-4接至端子JP85-7和继电器驱动电路5-2的输入端。故障总线板的输出端口JP95-6接至稳压电路5-4。稳压电路5-4的输出接至CAN收发器U95-8的VCC引脚、继电器电路5-9的控制端引脚、继电器驱动5-2的COM引脚和主控芯片U85-2的Vddio2引脚，为CAN收发器U95-8、继电器电路5-9、继电器驱动5-2和主控芯片U85-2供电。所述继电器驱动电路5-2采用ULN2083。继电器电路采用HF32F/05-HS3。继电器HF32F/05-HS3控制端一端接稳压电路5-4输出的5V，另一端接继电器驱动的输出端。继电器HF32F/05-HS3开关端一侧（继电器通道的输入A1-A4和B1-B4）经总线短路开关接至总线短路点BUSA1-BUSA4或BUSB1-BUSB4，另一端接悬空或者BUSA和BUSB。故障总线板的输出端口JP95-6接至CAN收发器U95-8。所述CAN收发器二5-8采用TJA1050。CAN收发器U95-8接至主控芯片U85-2。所述主控芯片U85-2采用STM8S208C8控制芯片。所述CAN收发器的CANTX和CANRX引脚分别接至主控芯片5-2的PG0和PG1引脚。所述控制芯片5-2的PB0-PB7引脚分别接至所述继电器驱动5-2的IN1-IN8引脚。所述端子JP55-5为单排8路输出端子，设有总线短路点BUSA1-BUSA4和BUSB1-BUSB4。前侧面板的总线短路开关A1-A4和总线短路开关B1-B4接至端子JP55-5的总线短路点BUSA1-BUSA4和BUSB1-BUSB4和继电器电路5-9的输入端A1-A4和B1-B4之间，默认为闭合状态，拨开任意开关，对应的总线短路点BUSA1-BUSA4或总线短路点BUSB1-BUSB4与BUSA或BUSB的通道断路。两个电源+开关和两个电源-开关的一端经JP85-7接至端子JP72-4，另一端经端子JP44-5接至输入端子JP32-5，默认状态为断开，闭合开关即可实现输入与电源短路；电源正经JP72-4输入至JP85-7，后输入至连接的电路。电源-开关为闭合状态时，GND经JP72-4输入至JP85-7，后输入至连接的电路。将电源正/GND输入连接至JP72-4且电源+开关或电源-开关另一侧接入电路即可实现电路与12V+/12V-的短路故障。故障主板发出的CAN报文经故障主板的JP63-6传至故障总线板的JP95-6，后输入至CAN收发器U95-8；CAN收发器U95-8再将CAN报文发送至主控芯片U85-2。以继电器通道输入端A1短路到BUSA举例，故障总线板的主控芯片U85-2收到经CAN收发器U95-8传递的信息，控制继电器驱动5-2输出高电平，继电器电路5-9的开关K1闭合，继电器通道输入端A1和BUSA形成短路。总线短路点BUSA1经端子JP55-5、总线短路开关A1、继电器电路5-9与端子JP72-4的BUSA相连。外部电源经故障主板的JP63-6和故障总线板的输出端口JP95-6输入至故障总线板的稳压电路5-4，后稳压输出5V。输出的5V接至CAN收发器U95-8的VCC引脚、继电器电路5-9的控制端引脚、继电器驱动5-2的COM引脚和主控芯片U85-2的Vddio2引脚，为CAN收发器U95-8、继电器电路5-9、继电器驱动5-2和主控芯片U85-2供电。

为实现IN0与OUT0断路，外界发送的CAN通信报文经故障主板的DB9接口2-3输入至故障主板的CAN收发器一3-2，故障主板CAN收发器一3-2输入至故障主板主控芯片U33-4。故障主板主控芯片U33-4处理后输入至CAN收发器二3-7，CAN收发器二3-7再经端子JP63-6传至故障总线板的端子JP95-6，再经故障总线板的JP95-6传递给故障从板端子JP24-6。故障从板主控芯片4-1根据从板CAN收发器U64-8经端子JP24-6的传递报文内容驱动从板继电器驱动电路4-9控制继电器开关闭合。继电器HF32F/05-ZS3的开关K1向上闭合，IN0和OUT0可接通；继电器HF32F/05-ZS3的开关K1向上下闭合，IN0和OUT0断路。IN由 JP32-5输入，经从板继电器电路4-2输出、端子JP44-5、手动开关IN/OUT，输出至端子JP32-5的OUT。若手动开关IN/OUT断开，，IN直接与OUT断路。

为实现IN0与总线短路点BUSA1短接，外界发送的CAN通信报文经故障主板的DB9接口2-3输入至故障主板的CAN收发器一3-2，故障主板CAN收发器一3-2输入至故障主板主控芯片U33-4。故障主板主控芯片U33-4处理后输入至CAN收发器二3-7，CAN收发器二3-7再经端子JP63-6传至故障总线板的端子JP95-6，再经故障总线板的JP95-6传递给故障从板端子JP24-6。故障从板主控芯片4-1根据从板CAN收发器U64-8经端子JP24-6的传递报文内容驱动从板继电器驱动电路4-9控制继电器开关闭合。继电器HF32F/05-ZS3的开关K1向下闭合，继电器HF32F/05-HS3的开关K2向下闭合，开关K17向上闭合，IN0和BUSA可接通。故障总线板的主控芯片U85-2根据CAN收发器U95-8经端子JP95-6传递的报文，控制继电器驱动5-2输出高电平，继电器电路5-9的开关K1闭合，总线短路点BUSA1和BUSA形成短路。总线短路点BUSA1经故障总线板的端子JP55-5、总线短路开关A1、继电器电路5-9、端子JP72-4、端子JP14-7与BUSA相连。BUSA经故障从板的JP14-7、从板继电器电路4-2、端子JP32-5与输入IN0短接。拨动总线短路开关A1，总线短路点BUSA1与输入IN0断开。同理，输入可与总线短路点BUSA1-A4或B1-B4短接。

为实现输入IN0与电源正短接，闭合电源+开关，电源正由故障总线板的端子JP72-4输入，经故障总线板端子JP85-7、手动开关电源+、故障从板的端子JP44-5传递至故障从板的端子JP32-5的IN0。断开手动开关电源+，IN0与电源正断开。

为实现输入IN0与GND短接，闭合电源-开关，GND由故障总线板的端子JP72-4输入，经故障总线板端子JP85-7、手动开关电源-、故障从板的端子JP44-5传递至故障从板的端子JP32-5的IN0。断开手动开关电源-，IN0与GND断开。

本实用新型可使用手动开关实现上述故障。拨动开关可实现IN和OUT断路；对电源或地短路故障模拟如下：通过对电源+开关和电源-开关的控制，可将IN接至电源正或者电源负，实现对电源短路或者对GND短路；将IN与BUSA/BUSB短路，BUSA可选总线短路点BUSA1-A4，BUSB可选总线短路点BUSB1-B4。

本实用新型具有以下特点：1、可根据实际使用情况选择采用手动或者自动的方式实现故障注入；2、故障输出路数可扩充；3、箱体结构紧凑。