數(shù)據(jù)記錄和轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)

第九章數(shù)據(jù)記錄和轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)主要內(nèi)容-§9.1數(shù)據(jù)記錄壓縮算法-§9.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)（詳細(xì)）§9.1數(shù)據(jù)記錄壓縮算法主要內(nèi)容

-9.1.1數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)介質(zhì)-9.1.2車載數(shù)據(jù)記錄壓縮算法9.1.1數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)介質(zhì)一、記錄與轉(zhuǎn)儲(chǔ)的意義二、記錄內(nèi)容與常用轉(zhuǎn)儲(chǔ)介質(zhì)記錄內(nèi)容：數(shù)字化數(shù)據(jù)、聲音、圖象等存儲(chǔ)的介質(zhì)因應(yīng)用的場(chǎng)合和數(shù)據(jù)的大小不同。三、隨機(jī)智能裝置常用的存儲(chǔ)芯片一、記錄與轉(zhuǎn)儲(chǔ)的意義智能儀器儀表和傳統(tǒng)儀器儀表相比，最大的優(yōu)勢(shì)就是智能性，在監(jiān)測(cè)被測(cè)系統(tǒng)的同時(shí)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄分析和處理，如飛機(jī)的“黑匣子”，火車的“列車運(yùn)行安全監(jiān)控記錄儀”、“機(jī)車錄音裝置”、“機(jī)車狀態(tài)診斷記錄裝置”、“機(jī)車軸承溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警記錄裝置”等等。記錄與轉(zhuǎn)儲(chǔ)適用于安全監(jiān)控、事故分析處理、狀態(tài)故障診斷、統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)測(cè)等等。

二、記錄內(nèi)容與常用轉(zhuǎn)儲(chǔ)介質(zhì)地面數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)的介質(zhì)有：硬盤、光盤、U盤、MP3、移動(dòng)硬盤、軟盤（1.44M，65M～100M大容量軟盤）、磁帶等；車載數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)的介質(zhì)有：一般RAM，ROM，NVRAM，E2PROM，F(xiàn)LASHRAM，IC卡，大容量語(yǔ)音芯片等等。

三、隨機(jī)智能裝置常用的存儲(chǔ)芯片62/27/28＊＊010、020、040等，如28SF040（4M）；AT49F1614（16M）、EEPROMAT17C020/A(2M)2864；AD45D041；(IC)AT24C256/512（I2C總線接口）4003系列的語(yǔ)音芯片等等。

9.1.2車載數(shù)據(jù)記錄壓縮算法一、車載數(shù)據(jù)記錄內(nèi)容及各參數(shù)記錄頻度分析二、幾種常用數(shù)據(jù)記錄算法分析1．非分區(qū)非壓縮算法2．分區(qū)非壓縮算法3．分區(qū)壓縮算法4.非分區(qū)定長(zhǎng)壓縮記錄算法車載數(shù)據(jù)記錄壓縮算法（續(xù)）三、分區(qū)壓縮算法的解壓縮算法1．?dāng)?shù)據(jù)記錄長(zhǎng)度校驗(yàn)2.數(shù)據(jù)記錄CRC校驗(yàn)(詳細(xì)）四、數(shù)據(jù)地面分析處理（軟件演示）一、車載數(shù)據(jù)記錄內(nèi)容及各參數(shù)記錄頻度分析機(jī)車隨車質(zhì)量狀態(tài)診斷記錄儀需要記錄的運(yùn)用信息內(nèi)容包括：車號(hào)（0～9999）、司機(jī)代碼號(hào)（0～99999）、車次號(hào)（0～99999）、起始站代碼（0～999）、終止站代碼（0～999）、牽引重量（0～9999），共計(jì)14BYTE。實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)包括：年、月、日、時(shí)、分、秒，6BYTE，以及：柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、主電流、六個(gè)分電流、電壓、軸溫、油水溫度、總管溫度、增壓壓力、進(jìn)回油（油耗）、馬達(dá)轉(zhuǎn)速、火情報(bào)警等32路實(shí)時(shí)參數(shù)，各2BYTE。共計(jì)：6BYTE+2×32BYTE=70BYTE。車載數(shù)據(jù)記錄內(nèi)容及各參數(shù)記錄頻度分析（續(xù)）機(jī)車運(yùn)用信息，其記錄的頻度是非常低的，大約每10小時(shí)記錄一次，記錄的條件為：系統(tǒng)上電、司機(jī)參數(shù)輸入，即輸入新的車號(hào)、司機(jī)代碼等。機(jī)車實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)，其記錄的頻度為每5S全部記錄一次。但32路實(shí)時(shí)參數(shù)中，每次最多只有四分之一，即8個(gè)左右的量滿足記錄變化條件，且進(jìn)回油參數(shù)必須每5S記錄一次。

二、幾種常用數(shù)據(jù)記錄算法分析1．非分區(qū)非壓縮算法2．分區(qū)非壓縮算法3．分區(qū)壓縮算法4.非分區(qū)定長(zhǎng)壓縮記錄算法1．非分區(qū)非壓縮算法

流水賬式記錄2．分區(qū)非壓縮算法

系統(tǒng)信息和數(shù)據(jù)信息分區(qū)，系統(tǒng)信息每變化一次記錄一次分區(qū)非壓縮算法（續(xù)）

數(shù)據(jù)信息周期性全部記錄一次3.分區(qū)壓縮算法數(shù)據(jù)塊首標(biāo)志，數(shù)據(jù)中保證最大者為0FFFEH4×8=32個(gè)數(shù)據(jù)變化標(biāo)記，變化則為1依次從低至高記錄變化數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度=2×變化標(biāo)記位數(shù)，長(zhǎng)度校核分區(qū)壓縮算法（系統(tǒng)信息）

系統(tǒng)信息中包含了數(shù)據(jù)信息的首地址指針和時(shí)間分區(qū)壓縮算法（續(xù)）

（1）、系統(tǒng)信息存儲(chǔ)舉例第1條系統(tǒng)信息，00年8月21日17時(shí)30分24秒，第1頁(yè)8000H地址第2條系統(tǒng)信息，00年8月22日1時(shí)47分33秒，第3頁(yè)8966H地址（2）、數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)舉例

數(shù)據(jù)記錄頭標(biāo)志數(shù)據(jù)變化標(biāo)志依次記錄變化數(shù)據(jù)4.非分區(qū)定長(zhǎng)壓縮記錄算法在機(jī)車軸溫監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置中，采用了非分區(qū)定長(zhǎng)數(shù)據(jù)記錄算法，即系統(tǒng)信息和數(shù)據(jù)信息記錄幀長(zhǎng)度全部為7BYTE，有關(guān)詳細(xì)內(nèi)容見IC卡轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)舉例。1）系統(tǒng)時(shí)間記錄時(shí)間記錄用于記錄開機(jī)（復(fù)位）、關(guān)機(jī)、調(diào)整時(shí)鐘等事件，記錄結(jié)構(gòu)為：

標(biāo)志、年、月、日、時(shí)、分、秒 標(biāo)志字節(jié)定義：

B0H：開機(jī)標(biāo)志

B1H：調(diào)整標(biāo)志，后面的時(shí)間為調(diào)整值

B2H：關(guān)機(jī)標(biāo)志2）數(shù)據(jù)狀態(tài)記錄用于記錄對(duì)應(yīng)軸位、溫度值（傳感器狀態(tài)及對(duì)應(yīng)的起始時(shí)間）。記錄條件為：上電時(shí)全部記錄一遍初始值、每路變化2℃記錄一次、開路及短路時(shí)。記錄結(jié)構(gòu)為：軸位、溫度值、符號(hào)位、日、時(shí)、分、秒軸位定義：10、20（環(huán)境溫度1、2）11～16,21～26,…，61～66（機(jī)車軸位）溫度值：傳感器溫度值源碼（未經(jīng)處理）符號(hào)位：FxH，表示溫度值為負(fù)0xH，表示溫度值為正C0H，傳感器開路CCH，傳感器短路四．分區(qū)壓縮算法的解壓縮算法

1．?dāng)?shù)據(jù)記錄長(zhǎng)度校驗(yàn)在數(shù)據(jù)記錄中增加了固定的2BYTE的FFFFH，同時(shí)在參數(shù)記錄中限定記錄的參數(shù)值不大于0FFFFH，這樣當(dāng)讀取4BYTE參數(shù)變化標(biāo)記，假定有n個(gè)參數(shù)變化記錄，則在4BYTE的參數(shù)變化標(biāo)記之后應(yīng)該正好有n個(gè)非0FFFFH的參數(shù)值，多于n或小于n都認(rèn)為此記錄有誤，此記錄的全部參數(shù)和上一條記錄相同，時(shí)間＋5S。2.數(shù)據(jù)記錄CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)壓縮記錄時(shí)，從0FFFFH塊首開始到最后一個(gè)變化參數(shù)的記錄數(shù)據(jù)采用8BIT的CRC校驗(yàn)算法。如圖9.7所示。CRC=X8+X5+X4+1圖9.7CRC校驗(yàn)碼生成示意圖（參見第七章的數(shù)據(jù)校驗(yàn)算法）

五．?dāng)?shù)據(jù)地面處理地面數(shù)據(jù)處理首先需要對(duì)車載記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和存儲(chǔ)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)可采用：ACCESS、VISUALFOX(DBASE系列)、ORACLE、SYBASE等等數(shù)據(jù)的分析和處理的主要功能包括：1.

數(shù)據(jù)的數(shù)字化顯示；2.

數(shù)據(jù)的圖形化顯示；3.

數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)，故障診斷等；4.數(shù)據(jù)報(bào)表和打印。

六．小節(jié)基于分區(qū)壓縮算法，在機(jī)車隨車質(zhì)量狀態(tài)診斷記錄裝置中，數(shù)據(jù)記錄區(qū)無(wú)需記錄時(shí)間，記錄參數(shù)也采用了壓縮記錄的算法，在32個(gè)參數(shù)中每5S平均最多只有8個(gè)參數(shù)發(fā)生變化需要記錄則記錄，則平均每條數(shù)據(jù)記錄的長(zhǎng)度為23BYTE，因此，1～63頁(yè)的數(shù)據(jù)記錄可以存儲(chǔ)的記錄條數(shù)為：63×16KBYTE÷23BYTE＝44877次小節(jié)（續(xù)）連續(xù)記錄時(shí)間為：

44877×5S＝224385S＝62小時(shí)連續(xù)記錄62小時(shí)，滿足了裝置連續(xù)記錄50小時(shí)的要求，且系統(tǒng)采用了記錄長(zhǎng)度校核算法以及較為嚴(yán)格的CRC校驗(yàn)算法，提高了裝置記錄數(shù)據(jù)的可靠性，該裝置已通過(guò)鄭州鐵路局技術(shù)鑒定，該裝置在一年半的裝車實(shí)際運(yùn)用中，記錄可靠，由于機(jī)車每天實(shí)際運(yùn)行時(shí)間小于15小時(shí)，且每條記錄平均變化數(shù)小于假定的8個(gè)，因此，實(shí)際記錄時(shí)間在6～7天左右?！?.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)主要內(nèi)容9.2.1串行口轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)9.2.2轉(zhuǎn)儲(chǔ)盒數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)9.2.3IC卡轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)9.2.4無(wú)線智能卡技術(shù)9.2.5U盤、MP3、移動(dòng)硬盤等（略）9.2.1串行口轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)串口轉(zhuǎn)儲(chǔ)是指通過(guò)PC機(jī)的串口COM和主機(jī)上擴(kuò)展的RS232口轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)。串行轉(zhuǎn)儲(chǔ)單片機(jī)例程串行轉(zhuǎn)儲(chǔ)PC機(jī)例程（詳細(xì)）9.2.2轉(zhuǎn)儲(chǔ)盒數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)一、轉(zhuǎn)儲(chǔ)盒硬件結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)儲(chǔ)盒數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)（續(xù)）轉(zhuǎn)儲(chǔ)盒軟件功能通過(guò)轉(zhuǎn)儲(chǔ)盒上的串口和PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)通過(guò)轉(zhuǎn)儲(chǔ)盒上的串口或并口和車載主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)9.2.3IC卡轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)特點(diǎn)：攜帶方便，價(jià)格便宜，使用簡(jiǎn)單讀寫設(shè)備：讀寫卡座IC卡專用讀卡器（詳細(xì)）一．

讀寫卡座

CS————片選

SCK————時(shí)鐘

SI————數(shù)據(jù)輸入WP————硬件頁(yè)寫保護(hù)

SO————數(shù)據(jù)輸出RESET——芯片復(fù)位RDY/BUSY——忙線

圖8.9AT45D041管腳圖讀寫卡座常有“插拔式”、“推推式”等，其對(duì)外接口一般為10芯的扁平電纜，卡座的金屬頭和與其接觸的引出腳對(duì)應(yīng)，不同的IC卡引出腳的定義不同，以45D041卡為例，10芯電纜定義如下：1、2腳，IC卡已插的檢測(cè)引腳，插上1、2短接，拔出1、2開路；3腳為電源；4腳為地；5腳為復(fù)位引腳；6腳為片選；7腳為空閑/忙；8腳為SCK時(shí)鐘；9腳為SO數(shù)據(jù)輸出；10腳為SI數(shù)據(jù)輸入。IC卡座

二．

IC卡專用讀卡器數(shù)據(jù)通過(guò)車載設(shè)備的IC卡座寫入IC卡后，需要專門的讀卡器和地面PC機(jī)相連，PC機(jī)通過(guò)讀卡器，將IC卡上轉(zhuǎn)儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀入PC機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。1.

通過(guò)智能讀卡器的RS232口串行和PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)智能讀卡器的單片機(jī)先通過(guò)卡座讀取IC卡上的數(shù)據(jù)，后通過(guò)擴(kuò)展的RS232口和PC機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)交換。IC卡專用讀卡器（續(xù)1）2.

通過(guò)PC機(jī)的并行口直接讀寫IC卡的數(shù)據(jù)常用的方法有：1）通過(guò)PC機(jī)的并行打印口讀寫IC卡，有關(guān)控制方法參見相關(guān)章節(jié)；2）通過(guò)PC機(jī)的總線擴(kuò)展并行I/O讀寫IC卡IC卡專用讀卡器（續(xù)2）以上各方法都需要IC卡座，同時(shí)需要電源，電源可以外接5V電源，也可以借用PC機(jī)電源，方法如下：1）通過(guò)PC機(jī)的鍵盤或鼠標(biāo)的電源引出；2）通過(guò)PC機(jī)電源直接引出；3）通過(guò)PC機(jī)的總線擴(kuò)展卡引出。

9.2.4無(wú)線智能卡技術(shù)無(wú)線智能卡無(wú)源密碼卡，利用雙向無(wú)線電射頻技術(shù)，完成卡的數(shù)碼識(shí)別，可作為持卡人身份和相關(guān)信息的驗(yàn)證無(wú)線讀卡模塊無(wú)線智能卡依賴無(wú)線電波與主機(jī)讀寫識(shí)別系統(tǒng)完成信息交流（無(wú)線智能卡通過(guò)無(wú)線電波獲取能量）（詳細(xì)）一．

無(wú)線智能卡本節(jié)介紹的無(wú)線智能卡屬于無(wú)源加密存儲(chǔ)器只讀方式，其芯片內(nèi)除帶有64BITS的加密串行EPROM外，還帶有調(diào)制碼發(fā)生器輸出端口，與外圍射頻電路共同組成無(wú)線連接式數(shù)據(jù)的發(fā)送。它的最大特點(diǎn)是無(wú)需電池供電，依靠無(wú)線電磁波提供系統(tǒng)所需的能源。無(wú)線智能卡的芯片體積只有4mm×8mm×1mm，因此，可根據(jù)用戶需要制成存放在錢包里的名片卡、掛在職員胸前的出入卡、聯(lián)在匙扣的匙牌卡，甚至可以做成飾物禮品卡、超微型隱藏卡。它與無(wú)線讀卡模塊及主機(jī)讀寫器甚至電腦聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)配合，可以組建高性能、智能化身份管理識(shí)別系統(tǒng)。二．

無(wú)線讀卡模塊無(wú)線智能卡與主機(jī)讀寫識(shí)別系統(tǒng)要完成信息交流，必須依賴無(wú)線電波作為運(yùn)輸工具，顯然無(wú)線電發(fā)射與接收電路在此系統(tǒng)中占有舉足輕重的作用。模塊化的無(wú)線讀卡電路，將不易調(diào)制制作的高頻無(wú)線收發(fā)電路固態(tài)化，使得智能卡及其讀寫識(shí)別系統(tǒng)制作大為簡(jiǎn)化。無(wú)線讀卡模塊（續(xù)）

數(shù)據(jù)輸出口三．RF01射頻卡數(shù)據(jù)輸出EM格式111111111

ROW0D00D01D02D03PR0

ROW1D10D11D12D13PR1

ROW2D20D21D22D23PR2

ROW3D30D31D32D33PR3

ROW4D40D41D42D43PR4

ROW5D50D51D52D53PR5

ROW6D60D61D62D63PR6

ROW7D70D71D72D73PR7

ROW8D80D81D82D83PR8

ROW9D90D91D92D93PR9

PC0PC1PC2P