CN108333987A - 一种多类型多通道的可控故障注入装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多类型多通道的可控故障注入装置，包括正常信号功能模块、故障控制模块、故障模拟生成模块；在所述正常信号功能模块电路中对应接入故障模拟生成模块，通过所述故障控制模块来控制相应故障模拟生成模块的选通；所述故障控制模块包括显控单元和模拟单元，模拟单元包括模拟板和数字板，模拟板用于模拟信号的故障注入功能，数字板用于数字信号的故障注入功能。本发明能实现模拟电路和数字电路的故障的注入，特别针对模拟器自身测试性设计不足，方便地实现多类信号、多通道的可控故障注入。

Description

一种多类型多通道的可控故障注入装置

【技术领域】

本发明属于设备测试性技术领域，特别涉及一种可控的故障注入装置。

【背景技术】

在设备测试性验证过程中，故障注入是一项关键技术。通过故障注入设备不仅可以诊断产品故障，还能准确评价***的容错能力，具有非常显著的实用意义。

实际的故障可分为破坏性故障和干扰型故障。破坏性故障包括短路和断路等，这种故障使电路发生根本性的结构的改变；干扰型故障包括信号噪声和外部电磁干扰等，这种故障不改变电路性质，只对电路产生干扰信号造成电路性能细微的变化，是一种参数型故障。常见的电路故障模式有信号通路断路、信号通路短路、信号通路出现异常的高电平、信号通路出现异常的低电平四种故障类型。

现有技术中，进行故障注入时，需要将故障注入电路串联在总线与待测设备之间，而且模拟电路和数字电路的故障注入无法同时实现。特别是，如果模拟器自身测试性设计不足，无法进行事后的补救和有效的测试。

【发明内容】

本发明针对模拟器自身测试性设计不足的情况，利用已有的实验条件，通过对电路故障进行分类，设计实现了对应的模拟故障电路。在本器材模拟器上主要进行信号通断、短路故障类型的故障注入模拟，并将故障电路与故障注入板受体电路相连接，然后通过微控制器控制故障模块的选通、在合适的通路上注入需要的故障模式，由此可提供多类故障、多通道的可控故障注入。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多类型多通道的可控故障注入装置，包括正常信号功能模块，其特征在于，本装置还包括故障控制模块、故障模拟生成模块；在所述正常信号功能模块电路中对应接入故障模拟生成模块，通过所述故障控制模块来控制相应故障模拟生成模块的选通；所述故障控制模块包括显控单元和模拟单元，模拟单元包括模拟板和数字板，模拟板用于模拟信号的故障注入功能，数字板用于数字信号的故障注入功能；模拟板和数字板均包括通讯模块、核心处理模块、故障注入电路；所述显控单元的按键信号经显控单元微处理器处理后，通过所述通信模块传给核心处理模块，核心处理模块处理后发出相应控制信号，控制故障注入电路中的故障注入继电器的通断，实现故障注入。

所述的一种多类型多通道的可控故障注入装置，其特征在于，所述正常信号功能模块包括信号控制处理模块、电源转换模块、连通性检查模块、启动信号模块、电池激活模块、网络通讯模块、连接接口；所述故障模拟生成模块包括连通性故障信号模拟生成模块、启动故障信号模拟生成模块、电池激活信号模拟生成模块、网络通讯故障信号模拟生成模块，分别通过相应的故障注入电路与所述控制模块连接。

所述的一种多类型多通道的可控故障注入装置，其特征在于，所述网络通讯模块包括串口通讯模块和MCU自带以太网PHY芯片组合模块，网络通信模块实现参数设定。

所述的一种多类型多通道的可控故障注入装置，其特征在于，所述故障注入电路通过采用核心处理模块传送的信号控制三极管的通断，通过三极管的通断控制继电器的通断，进而实现电路断路、短路故障的模拟。

所述的一种多类型多通道的可控故障注入装置，其特征在于，所述核心处理模块的主控MCU芯片使用STM32F407，工作供电为电源转换模块提供的3.3V电压；所述通信模块采用RSS485通信方式。

本发明可以实现在正常信号通路模块上添加故障控制模块、故障模拟生成模块，来完成故障注入这一关键技术。利用故障控制电路、故障模拟生成电路实现了对应的模拟故障电路，对模拟器电路板进行了多类型、多通道的可控故障注入，用于故障检测设备检测到故障的存在，通过分析测试性数据，为设备BIT研究以及测试性设计的提高提供了依据。

【附图说明】

图1正常信号通路模块组成框图

图2本发明的***组成框图

图3本发明装置的工作原理框图

图4模拟信号故障注入原理框图

图5数字信号故障注入原理框图

图6网络内部通信原理图

图7激活信号故障注入原理图

图8启动信号故障注入原理图

图9网络通讯信号故障注入原理图1

图10网络通讯信号故障注入原理图2

图11电源控制信号故障注入原理图

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1所示为所述正常信号通路模块组成框图。信号功能模块包括连通性检查模块、启动信号模块、电池激活模块、网络通讯模块，底板上的连接接口为电源转换模块提供28伏电压，通过电源转换模块转换后，为启动信号模块和电池激活模块提供5伏工作电压，为网络通讯模块和信号控制处理模块提供3.3伏电压。信号控制处理模块的主控MCU芯片使用STM32F407，芯片的IO引脚与内置功能模块分配给相应正常信号通路模块和故障电路板，通过编程实现对板卡模块的控制逻辑。

本发明的***组成框图如图2所示。在正常信号通道模块的基础上，增加了相应故障生成模块，包括连通性故障信号模拟生成模块、启动故障信号模拟生成模块、电池激活故障信号模拟生成模块、网络通讯故障模拟生成模块，故障生成模块通过相应接口与正常通道模块连接；将相应故障电路板与故障注入电路相连接，然后通过故障控制模块进行相应选通、在合适的通路上注入需要的故障模式。

本发明装置的工作原理框图如图3所示。装置的模拟单元由模拟板、数字板组成，模拟板实现模拟模拟信号的电气接口和通信接口的功能，数字板实现模拟数字信号的电气接口和通信接口的功能，配合控制设备完成预定测试的控制流程。由显控单元控制选择是正常模式，还是故障注入模式。当测试人员操作显控单元的按键面板，会将控制信号从显控单元微处理器输出，然后通过板卡内部通信传给模拟单元。模拟单元接到控制信号后，控制板卡上故障注入继电器的通断，模拟电路在实际使用过程中的断路情况，实现故障注入功能，并在实际使用中得到验证。。

图4为模拟信号故障注入原理框图。模拟信号故障注入***包括模拟板、显控单元和辅助单元，模拟板用于模拟模拟器材功能，实现对模拟器材的连通性控制、解锁等信号的解析及反馈，同时上传至显控单元、预设故障的模拟功能。该所述模拟板包括以下几个模块：

1)核心处理模块：负责数据及信息交互。

2)连通性模块：连通性状态控制。

3)关键信号采集模块：采集包括设定方式，参数设定驱动电压及解锁等信号。

4)故障信号模拟生成模块：用于模拟可能的故障包括连通性、工作方式、参数设定、解锁等故障。

5)其他辅助模块：包括参数设定反馈模块、自检模块、信息记录模块，以及EMC保护电路、过流保护电路、板间接口电路、实时时钟(RTC)电路等。RTC内置备用电源，无外部电源仅由RTC电池供电的情况下，保持时钟电路正常工作时间不小于两年。

图5是数字信号故障注入原理框图。数字信号故障注入***包括数字板、显控单元和辅助单元，实现对数字器材的连通性控制、网络状态，参数设定，启动信号、激活信号等信号的解析及反馈，同时上传至显控单元、预设故障的模拟、过程信息记录及板卡自检等功能。所述数字板包括以下几个模块：

1)核心处理模块：负责数据及信息交互。

2)连通性模块：连通性状态控制。

3)以太网通信模块：用于以太网通信进行参数设定。

4)关键信号采集模块：采集包括启动信号和激活信号等信号。

5)故障信号模拟生成模块：用于模拟数字器材可能的故障包括连通性、以太网通信、器材自检、参数设定、启动信号、激活信号等故障；

6)其他辅助模块：包括自检模块、信息记录模块，以及EMC保护电路、过流保护电路板间接口电路、实时时钟(RTC)

电路等。RTC内置备用电源，无外部电源仅由RTC电池供电的情况下，保持时钟电路正常工作时间不小于两年。

图6为网络内部通信原理图。内部通信采用RS485通信方式，用于器材显控单元和模拟单元之间，同时可以实现正常信号和故障注入信号的输入通信。内部485通信选用SP3485专用485收发芯片，传输线路之间的匹配电阻R66为2K，以保证通信收发可靠并能同时降低传输功耗。同时，在芯片的使用上，配有由TVS3和TVS4组成的保护电路，TVS3和TVS4均采用SMBJ10CA双向TVS管，提高了电路整体的电磁兼容性。

图7为激活信号故障注入原理图。在操作按键后，由显控单元发出内部通信信息，内部通信采用RS485通信方式，内部通讯信息传到模拟板核心处理模块，该核心处理模块采用32位微处理器STM32F407，对接收的通信信息进行解析，通过RDC CTRL脚发出信号来控制故障注入继电器K6的动作。RDC CTRL脚高电平时接通，低电平时断开，从而实现故障的注入。

图8为启动信号故障注入原理图。正常模式下，测试人员操作显控单元的按键面板，微控制器控制继电器K7处于断开状态，使输出到外部接口的信号处于悬空状态，启动信号不会给出。当流程需要启动信号，测试人员操作显控单元的按键面板，使微控制器控制继电器K7处于吸合状态，使输出到外部接口的信号接通，启动信号给出。在故障注入模式下，当测试人员操作显控单元的按键面板，选择故障注入模式下测试，可以随时模拟启动信号的有无，达到故障注入的目的。

图9和图10为网络通讯信号故障注入原理图。在正常网络通信的基础上，在电路板对外接口处，添加两个双路的继电器K4和K5，由微控制器的FTX TX CTRL脚和FTX RX CTRL脚发出信号，同时对网络通讯的4路信号线进行控制，实现正常的接通和故障注入时信号断路状态。通过测试人员操作显控单元的按键面板，选择故障注入模式下测试，可以随时模拟网络信号的通断，达到故障注入的目的。

图11为电源控制信号故障注入原理图。测试人员操作显控单元的按键面板，微控制器发出EC POWER信号控制继电器K6的通断，并可选择对数字板和模拟板进行上电或断电操作，从而实现随时切断模拟板或数字板的电源、进而切断模拟板或数字板所有功能，实现故障注入的目的。

为了实现器材同缆共控，所有的接口电路在器材卸载情况下均为开路。为了防止信号线上出现过大短路电流损坏器材控制设备和综合器材模拟器设备，信号线都串入保险丝。数字器材加载线上电流可达30A，继电器使用了欧姆龙大电流继电器。电路板设计上数字器材供电线路采用防阻焊搪锡处理。

Claims (5)

1.一种多类型多通道的可控故障注入装置，包括正常信号功能模块，其特征在于，本装置还包括故障控制模块、故障模拟生成模块；在所述正常信号功能模块电路中对应接入故障模拟生成模块，通过所述故障控制模块来控制相应故障模拟生成模块的选通；所述故障控制模块包括显控单元和模拟单元，模拟单元包括模拟板和数字板，模拟板用于模拟信号的故障注入功能，数字板用于数字信号的故障注入功能；模拟板和数字板均包括通讯模块、核心处理模块、故障注入电路；所述显控单元的按键信号经显控单元微处理器处理后，通过所述通信模块传给核心处理模块，核心处理模块处理后发出相应控制信号，控制故障注入电路中的故障注入继电器的通断，实现故障注入。

2.如权利要求1所述的一种多类型多通道的可控故障注入装置，其特征在于，所述正常信号功能模块包括信号控制处理模块、电源转换模块、连通性检查模块、启动信号模块、电池激活模块、网络通讯模块、连接接口；所述故障模拟生成模块包括连通性故障模拟生成模块、启动故障信号模拟生成模块、电池激活信号模拟生成模块、网络通讯故障信号模拟生成模块，分别通过相应的故障注入电路与所述控制模块连接。

3.如权利要求2所述的一种多类型多通道的可控故障注入装置，其特征在于，所述网络通讯模块包括串口通讯模块和MCU自带以太网PHY芯片组合模块，网络通信模块实现参数设定。

4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的一种多类型多通道的可控故障注入装置，其特征在于，所述故障注入电路通过采用核心处理模块传送的信号控制三极管的通断，通过三极管的通断控制继电器的通断，进而实现电路断路、短路故障的模拟。

5.如权利要求4所述的一种多类型多通道的可控故障注入装置，其特征在于，所述核心处理模块的主控MCU芯片使用STM32F407，工作供电为电源转换模块提供的3.3V电压；所述通信模块采用RSS485通信方式。