現(xiàn)在的智能儀器儀表大多需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和轉(zhuǎn)儲(chǔ)分析，以提高儀器的離線分析能力，如故障診斷等。隨著大容量存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)記錄和轉(zhuǎn)儲(chǔ)被廣泛應(yīng)用于機(jī)電測(cè)控系統(tǒng)、智能儀器儀表等單片機(jī)系統(tǒng)之中。在"機(jī)車隨車質(zhì)量狀態(tài)故障診斷記錄裝置"的設(shè)計(jì)中，采用兩片共計(jì)1024KBYTE的FLASHRAM28SF040,對(duì)機(jī)車運(yùn)行中的司機(jī)號(hào)、車號(hào)、出退勤時(shí)間等緩變信息的記錄，以及機(jī)車質(zhì)量狀態(tài)故障監(jiān)測(cè)診斷的32路實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息以16位每5s的實(shí)時(shí)記錄。為了滿足連續(xù)記錄50小時(shí)以上的實(shí)際需求，提出了緩變系統(tǒng)信息和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息分區(qū)存儲(chǔ)的方案，對(duì)系統(tǒng)信息采用了定長(zhǎng)非壓縮算法，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息采用了非定長(zhǎng)的行間壓縮算法。并對(duì)數(shù)據(jù)記錄信息進(jìn)行了長(zhǎng)度校核，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了CRC校驗(yàn)。

　　智能儀器儀表和傳統(tǒng)儀器儀表相比，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。

　　車載數(shù)據(jù)記錄內(nèi)容及各參數(shù)記錄頻度分析

　　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。機(jī)車隨車質(zhì)量狀態(tài)診斷記錄儀需要記錄的運(yùn)行信息內(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.

　　機(jī)車運(yùn)行信息，其記錄的頻度是非常低的，大約每10小時(shí)記錄，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。但32路實(shí)時(shí)參數(shù)中，每次多只有四分之一，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。車載數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)的介質(zhì)有：一般RAM,,FLASHRAM,IC卡，大容量語(yǔ)音芯片等

　　幾種常用數(shù)據(jù)記錄算法分析

　　非分區(qū)非壓縮算法

　　通過(guò)以上的分析，如果我們將全部參數(shù)不采用任何壓縮記錄算法，則每5s記錄的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度將達(dá)：6BYTE+14BYTE+64BYTE=84BYTE.這樣全部1024KBYTE的記錄容量只能記錄：

　　1024KBYTE÷84BYTE=1024×1024÷84=12483次

　　記錄時(shí)間為：

　　12483×5s=62415s=1040min=17h

　　分區(qū)非壓縮算法

　　將系統(tǒng)1024KBYTE的存儲(chǔ)空間分成：0~63頁(yè)，每頁(yè)16KBYTE的分區(qū)存儲(chǔ)格式。將機(jī)車運(yùn)行信息14BYTE和上電時(shí)間或司機(jī)輸入?yún)?shù)時(shí)間以及其他系統(tǒng)參數(shù)，如報(bào)警門限、標(biāo)定系數(shù)、DS1820/B20傳感器代碼等記錄在系統(tǒng)的0~63頁(yè)的0頁(yè)，共計(jì)16KBYTE的空間，因?yàn)橄到y(tǒng)信息只有在上電、復(fù)位和參數(shù)輸入時(shí)才需要記錄，所以16KBYTE的系統(tǒng)記錄區(qū)無(wú)需任何壓縮算法將足以滿足系統(tǒng)的使用。

　　系統(tǒng)分區(qū)的0頁(yè)區(qū)為系統(tǒng)信息存儲(chǔ)區(qū)，1~63頁(yè)區(qū)為數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)區(qū)，如果數(shù)據(jù)記錄不采用壓縮的算法，則每5s需要70BYTE的存儲(chǔ)空間，這樣存儲(chǔ)次數(shù)為：

　　63×16KBYTE÷70BYTE=14745次

　　記錄時(shí)間為：

　　14745×5s=73725s=20小時(shí)

　　分區(qū)壓縮算法

　　數(shù)據(jù)塊首標(biāo)志，數(shù)據(jù)中保證者為0FFFEH

　　4×8=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） 中包含了數(shù)據(jù)信息的首地址指針和時(shí)間.

　　通過(guò)分區(qū)非壓縮算法的分析，系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)的16KBYTE足以滿足需要，關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)算法，對(duì)圖2和圖3的分析，可以分析出如下信息：

　?、佟⑾到y(tǒng)信息的記錄和數(shù)據(jù)信息的記錄均需要記錄時(shí)間信息；

　?、凇?shù)據(jù)信息記錄的時(shí)間信息在系統(tǒng)信息不變的情況下，記錄時(shí)間間隔固定為5s;

　?、?、數(shù)據(jù)信息記錄參數(shù)在數(shù)據(jù)不變的情況下重復(fù)記錄相同的數(shù)值；

　　通過(guò)一個(gè)32位的標(biāo)記信息，標(biāo)記每個(gè)數(shù)據(jù)信息的變化與否，如果某一數(shù)據(jù)沒有發(fā)生變化，標(biāo)記為0,變化則標(biāo)記為1,同時(shí)記錄下變化后的數(shù)值。

　　如圖5所示，如D0代表柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)D0=0時(shí)，表示當(dāng)前記錄中的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和上次的相同，此次無(wú)需記錄柴油機(jī)轉(zhuǎn)速值，D0=1時(shí)，表示柴油機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生了變化，則需要記錄柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。

　　例如：司機(jī)號(hào)為1234號(hào)的司機(jī)，2001年2月12日11時(shí)54分30秒上車，系統(tǒng)記錄區(qū)中記錄一條系統(tǒng)信息，其中記錄下此時(shí)數(shù)據(jù)記錄區(qū)中的起始頁(yè)區(qū)號(hào)和起始地址。他出乘時(shí)的條記錄從第30頁(yè)的2E5FH開始必須記錄全部32路參數(shù)的初始值，第1號(hào)參數(shù)和第5、7號(hào)參數(shù)發(fā)生了變化需要記錄，則記錄標(biāo)記中只有的D1=1、D5=1、D7=1,其它各位為0,隨后依次記錄第1號(hào)參數(shù)和第5、7號(hào)參數(shù)各2BYTE的數(shù)值。記錄格式如圖6所示。

　　分區(qū)壓縮算法的解壓縮算法

　　裝置通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)進(jìn)入PC機(jī)數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)后，根據(jù)分區(qū)壓縮算法，分析系統(tǒng)首先在第0頁(yè)中，依次以23BYTE為一條系統(tǒng)記錄，分別讀取各司機(jī)出乘時(shí)的起始時(shí)間，系統(tǒng)信息，以及對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)記錄區(qū)的起始頁(yè)區(qū)和起始地址，然后到對(duì)應(yīng)位置讀取條數(shù)據(jù)信息，首先讀取2BYTE的FFFFH記錄塊首，然后第1條信息中4BYTE的數(shù)據(jù)變化標(biāo)記信息判定當(dāng)前記錄中對(duì)應(yīng)參數(shù)的變化記錄情況，并在標(biāo)記之后依次讀取對(duì)應(yīng)變化參數(shù)的各2BYTE,接著讀取第1記錄的CRC校驗(yàn)碼1BYTE。

　　數(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.

　　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7所示。

　　CRC=X8+X5+X4+1

　　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,VISUAL FOX （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。

　　結(jié)語(yǔ)

　　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

　　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。