第8章 数据记录与转储技术,8.1 数据记录压缩算法 8.1.1 数据记录存储介质 8.1.2 车载数据记录压缩算法 8.2 数据转储技术 8.2.1 串行口转储技术 8.2.2 USB转储技术 8.2.3 IC卡转储技术 8.2.4 无线智能卡技术,8.1 数据记录压缩算法,智能仪器仪表和传统仪器仪表相比，最大的优势就是智能性，在监测被测系统的同时可对数据进行记录分析和处理，如飞机的“黑匣子”，火车的“列车运行安全监控记录仪”、“机车录音装置”、“机车状态诊断记录装置”、“机车轴承温度监测报警记录装置”等等。 记录与转储适用于安全监控、事故分析处理、状态故障诊断、统计分析与预测等等。,8.1.1 数据记录存储介质,地面数据记录和存储的介质有：硬盘、光盘、软盘（1.44M，65M100M大容量软盘）、磁带等； 随机数据记录和存储的介质有：一般RAM，ROM，NVRAM，E2PROM，FLASHRAM，IC卡，SD卡，大容量语音芯片等等。,8.1.1 数据记录存储介质（续）,随机智能装置常用的存储芯片有： 6264,2764,27128，28SF040（4M）；AT49F1614（16M）、EEPROM AT17C020/A(2M)等； AD45D041；(IC) AT24C256/512（I2C总线接口） 4003系列的语音芯片等等。,8.1.2 车载数据记录压缩算法,一、车载数据记录内容及各参数记录频度分析 二、几种常用数据记录算法分析 1非分区非压缩算法 2分区非压缩算法 3分区压缩算法 4. 非分区定长压缩记录算法,8.1.2 车载数据记录压缩算法（续）,三、分区压缩算法的解压缩算法 1数据记录长度校验 2. 数据记录CRC校验 四、分区压缩算法的解压缩算法 五、数据地面分析处理 六、小结,一、车载数据记录内容及各参数记录频度分析,机车随车质量状态诊断记录仪需要记录的运用信息内容包括：车号（09999）、司机代码号（099999）、车次号（099999）、起始站代码（0999）、终止站代码（0999）、牵引重量（09999），共计14BYTE。 实时状态参数包括：年、月、日、时、分、秒，6BYTE，以及：柴油机转速、主电流、六个分电流、电压、轴温、油水温度、总管温度、增压压力、进回油（油耗）、马达转速、火情报警等32路实时参数，各2BYTE。共计：6BYTE+232BYTE=70BYTE。,一、车载数据记录内容及各参数记录频度分析（续）,机车运用信息，其记录的频度是非常低的，大约每10小时记录一次，记录的条件为：系统上电、司机参数输入，即输入新的车号、司机代码等。 机车实时状态参数，其记录的频度为每5S全部记录一次。但32路实时参数中，每次最多只有四分之一，即8个左右的量满足记录变化条件，且进回油参数必须每5S记录一次。,二、几种常用数据记录算法分析,1非分区非压缩算法 2分区非压缩算法 3分区压缩算法 4. 非分区定长压缩记录算法,1、非分区非压缩算法,图8.3 非分区非压缩算法的记录模式,2、分区非压缩算法,图8.4 第0页系统信息的记录模式,2、分区非压缩算法（续）,图8.5 第163页数据信息非压缩的记录模式,3、分区压缩算法,图8.6 第0页系统信息包含数据信息的起始地址记录模式,3、分区压缩算法（续）,图8.7 4字节的标记对应关系图,3、分区压缩算法（续）,图8.8 分区压缩算法中的系统信息和数据信息存储格式,4、非分区定长压缩记录算法,在机车轴温监测报警装置中，采用了非分区定长数据记录算法，即系统信息和数据信息记录帧长度全部为7BYTE，有关详细内容见IC卡转储技术举例。,1） 系统时间记录,时间记录用于记录开机（复位）、关机、调整时钟等事件，记录结构为： 标志、年、月、日、时、分、秒 标志字节定义： B0H：开机标志 B1H：调整标志，后面的时间为调整值 B2H：关机标志,2）数据状态记录,用于记录对应轴位、温度值（传感器状态及对应的起始时间）。记录条件为：上电时全部记录一遍初始值、每路变化2记录一次、开路及短路时。记录结构为： 轴位、温度值、符号位、日、时、分、秒 轴位定义：10、20（环境温度1、2） 1116, 2126, ，6166（机车轴位） 温度值：传感器温度值源码（未经处理） 符号位： FxH，表示温度值为负 0xH，表示温度值为正 C0H，传感器开路 CCH，传感器短路,四、分区压缩算法的解压缩算法,图8.8 分区压缩算法中的系统信息和数据信息存储格式,1、数据记录长度校验,在数据记录中增加了固定的2BYTE的FFFFH，同时在参数记录中限定记录的参数值不大于0FFFFH，这样当读取4BYTE参数变化标记，假定有n个参数变化记录，则在4BYTE的参数变化标记之后应该正好有n个非0FFFFH的参数值，多于n或小于n都认为此记录有误，此记录的全部参数和上一条记录相同，时间5S。,2、数据记录CRC校验,数据压缩记录时，从0FFFFH块首开始到最后一个变化参数的记录数据采用8BIT的CRC校验算法。如图8.7所示。 CRC=X8+X5+X4+1,图8.7 CRC校验码生成示意图,（参见第七章的数据校验算法）,图8.9 CRC校验码生成的示意图,五、数据地面处理,地面数据处理首先需要对车载记录数据进行读取和存储，建立数据库，数据库可采用：ACCESS、VISUAL FOX (DBASE系列)、ORACLE、SYBASE等等 数据的分析和处理的主要功能包括： 1.数据的数字化显示； 2.数据的图形化显示； 3.数据分析和统计，故障诊断等； 4.数据报表和打印。,六、小节,基于分区压缩算法，在机车随车质量状态诊断记录装置中，数据记录区无需记录时间，记录参数也采用了压缩记录的算法，在32个参数中每5S平均最多只有8个参数发生变化需要记录则记录，则平均每条数据记录的长度为23BYTE，因此，163页的数据记录可以存储的记录条数为： 63 16 KBYTE 23 BYTE 44877 次,六、小节（续）,连续记录时间为： 44877 5S 224385 S 62 小时 连续记录62小时，满足了装置连续记录50小时的要求，且系统采用了记录长度校核算法以及较为严格的CRC校验算法，提高了装置记录数据的可靠性，该装置已通过郑州铁路局技术鉴定，该装置在一年半的装车实际运用中，记录可靠，由于机车每天实际运行时间小于15小时，且每条记录平均变化数小于假定的8个，因此，实际记录时间在67天左右。,8.2 数据转储技术,主要内容 8.2.1 串行口转储技术 8.2.2 USB转储技术 8.2.3 IC卡转储技术 9.2.4 无线智能卡技术,8.2.1 串行口转储技术,串口转储是指通过PC机的串口 COM和主机上扩展的RS232口转储数据。 串行转储单片机例程(详见教材) 串行转储PC机例程(详见教材),8.2.2 USB转储技术,USB有传输速度快（USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps, USB3.0是5 Gbps），使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点。 基于USB总线的数据传输一般需要USB接口芯片连接传输的两端，一种USB接口芯片需要用户来编写固件程序及设备驱动程序等，另一种则在芯片上已经集成了全部的USB通讯协议，因此不需要特殊USB固件程序的支持，大大降低了开发难度。,8.2.3 IC卡转储技术,特点： 携带方便，价格便宜，使用简单 读写设备： 读写卡座 IC卡专用读卡器,1、读写卡座,读写卡座常有“插拔式”、“推推式”等，其对外接口一般为10芯的扁平电缆，卡座的金属头和与其接触的引出脚对应，不同的IC卡引出脚的定义不同，以45D041卡为例，10芯电缆定义如下： 1、2脚，IC卡已插的检测引脚，插上1、2短接，拔出1、2开路； 3 脚为电源； 4 脚为地； 5 脚为复位引脚； 6 脚为片选； 7 脚为空闲/忙； 8 脚为 SCK时钟； 9 脚为SO数据输出 10 脚为SI数据输入（图见下页）,2、读写卡座图,CS片选 SCK 时钟 SI 数据输入 WP硬件页写保护 SO 数据输出 RESET 芯片复位 RDY/BUSY 忙线,3、IC卡专用读卡器,数据通过车载设备的IC卡座写入IC卡后，需要专门的读卡器和地面PC机相连，PC机通过读卡器，将IC卡上转储的数据读入PC机中进行数据分析处理。 1.通过智能读卡器的RS232口串行和PC机进行数据转储 智能读卡器的单片机先通过卡座读取IC卡上的数据，后通过扩展的RS232口和PC机进行串行数据交换。,3、IC卡专用读卡器（续1）,2.通过PC机的并行口直接读写IC卡的数据 常用的方法有： 1）通过PC机的并行打印口读写IC卡，有关控制方法参见相关章节； 2）通过PC机的总线扩展并行I/O读写IC卡,3、IC卡专用读卡器（续2）,以上各方法都需要IC卡座，同时需要电源，电源可以外接5V电源，也可以借用PC机电源，方法如下： 1）通过PC机的键盘或鼠标的电源引出； 2）通过PC机电源直接引出； 3）通过PC机的总线扩展卡引出,8.2.4 无线智能卡技术,无线智能卡 无源密码卡，利用双向无线电射频技术，完成卡的数码识别，可作为持卡人身份和相关信息的验证 无线读卡模块 无线智能卡依赖无线电波与主机读写识别系统完成信息交流（无线智能卡通过无线电波获取能量）,1、无线智能卡,本节介绍的无线智能卡属于无源加密存储器只读方式，其芯片内除带有64BITS的加密串行EPROM外，还带有调制码发生器输出端口，与外围射频电路共同组成无线连接式数据的发送。它的最大特点是无需电池供电，依靠无线电磁波提供系统所需的能源。 无线智能卡的芯片体积只有4mm8mm1mm，因此，可根据用户需要制成存放在钱包里的名片卡、挂在职员胸前的出入卡、联在匙扣的匙牌卡，甚至可以做成饰物礼品卡、超微型隐藏卡。它与无线读卡模块及主机读写器甚至电脑联网系统配合，可以组建高性能、智能化身份管理识别系统。,2、无限读卡模块,无线智能卡与主机读写识别系统要完成信息交流，必须依赖无线电波作为运输工具，显然无线电发射与接收电路在此系统中占有举足轻重的作用。模块化的无线读卡电路，将不易调制制作的高频无线收发电路固态化，使得智能卡及其读写识别系统制作大为简化。,2、无限读卡模块（续）,数据输出口,图8.13 无限读卡模块,3、RF01射频卡数据输出EM格式,D00D93 为用户有效位 PR是各行的偶校验 例如：当D00D03为1111时，PR0=0 保证不会有连续9个1 PC为各列的偶校验 表见下页,3、RF01射频卡数据输出EM格式（续）,4、数据输出的时序,Dataclk 周期64rfclk射频周期648Us,图8.14 RF01数据输出的时序,5、数据采集逻辑,如图8.14所示，RF01输入的电平逻辑为MANCHESTER电平，采用80C196的高速输入口来采集数据，有关逻辑描述如下： 1.每个跳变均中断 2.两次中断T648us，则ERROR，重新开始采集 3.当低电平时间648us，则上一位为0,当前位为1 4.当高电平时间648us，则上一位为1,当前位为0 5.当高、低电平1/2648us，则当前位上一位,习题与思考题,常用的数据记录介质有哪些？ 常用的车载数据压缩算法有哪几种？请说明各自的优缺点。 常用的数据转储方法有哪几种？,