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1、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
2、 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
3、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
4、：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
5、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。,
6、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 0 xH，表示温度值为正C0H，传感器开路 CCH，传感器短路,
7、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
8、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23B
9、YTE，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
10、 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
11、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
12、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
13、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。
14、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
15、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1PC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14.当高电平时间648us，则上一位为1,当前位为05.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？,
