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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8.2.2USB转储技术8.2.3IC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，65M～100M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）；AT

49F1614（16M）、EEPROMAT17C020/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（0～9999）、司机代码号（0～99999）、车次号（0～99999）、起始站代码（0～999）、终止站代码（0～99

9）、牵引重量（0～9999），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：6B

YTE+2×32BYTE=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1~63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

.74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）11～16,2

1～26,…，61～66（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.

7CRC校验码生成示意图（参见第七章的数据校验算法）图8.9CRC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、VISUALFOX(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，1～63页的数据记录可以存储的记录条数为：63×16KBYTE÷23BYTE＝44877次六、小节（续）连续记录时间为：44877×5S＝224385S＝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6～7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8.2.2USB转储技术8.2.3IC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)8.2.2USB转储技术USB有传输速度快（USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps,USB3.0是5Gbps），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。8.2.3IC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4mm×8mm×1mm，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D00～D93为用户有效位PR是各行的偶校验例如：当D00～D03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）111111111ROW0D00D01D02D03PR0ROW1D10D11D12D13PR1ROW2D20D21D22D23PR2ROW3D30D31D32D33PR3ROW4D40D41D42D43PR4ROW5D50D

51D52D53PR5ROW6D60D61D62D63PR6ROW7D70D71D72D73PR7ROW8D80D81D82D83PR8ROW9D90D91D92D93PR9PC0PC1PC2PC304、数据输出的时序Dataclk周

期＝64rfclk射频周期＝64×8Us图8.14RF01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⊿

T＞64×8us，则ERROR，重新开始采集3.当低电平时间＝64×8us，则上一位为0,当前位为14.当高电平时间＝64×8us，则上一位为1,当前位为05.当高、低电平＝1/2×64×8us，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？