本發(fā)明涉及地鐵車輛運行監(jiān)控領(lǐng)域，具體涉及地鐵車輛行車記錄技術(shù)。
背景技術(shù)：
：近年來，隨著列車控制網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線技術(shù)的快速發(fā)展，列車網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)在地鐵車輛中開始得到大量應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對列車運行狀態(tài)的監(jiān)測和記錄。時間記錄設(shè)備能按時間和列車運行坐標(biāo)位置順序地將車輛運行速度、司控器手柄位置、司乘人員控制狀況、制動風(fēng)缸壓力、緊急制動施加狀態(tài)等與車輛安全相關(guān)的信號完整記錄下來。記錄的數(shù)據(jù)可用于事故時的分析和明確事故責(zé)任，最主要的是管理人員可通過每趟列車運行數(shù)據(jù)的分析及時發(fā)現(xiàn)一些事故隱患，做到防患于未然。由于地鐵車輛設(shè)計和制造的差異性，地鐵大系統(tǒng)對地鐵車輛部件產(chǎn)生的電磁干擾以及部件自身的質(zhì)量和老化、人為操作失誤等都將會對車輛運營安全帶來威脅。因此所有車輛故障的發(fā)生，需要事件記錄設(shè)備完整的記錄整個過程，便于分析，從而制定有針對性的整改措施。在國內(nèi)基本沒有安裝事件記錄設(shè)備，有些記錄設(shè)備只能記錄一些簡單的車輛信息，包括牽引指令輸出、制動指令輸出、速度曲線等等，不能反映出車輛部件的工作狀態(tài)，適用性有限。一旦發(fā)生車輛故障，沒有完整和全面的記錄，檢修人員不能判斷各類按鈕，繼電器、開關(guān)等所輸出和輸入的信息，無法識別故障點。這樣給已發(fā)生的故障和事故分析帶來一定困難。目前國內(nèi)外地鐵車輛運營單位對此情況非常重視，認(rèn)為在地鐵車輛上安裝地鐵列車事件記錄裝置有助于提高科學(xué)化管理水平，正確評估地鐵列車設(shè)備的性能和發(fā)生事故的真正原因。現(xiàn)在國內(nèi)運營中的大部分城軌列車沒有安裝事件記錄裝置，但其監(jiān)控中心中一般會集成數(shù)據(jù)記錄裝置單元，在主機(jī)處理單元的卡槽內(nèi)裝有可移動的存儲卡，數(shù)據(jù)記錄在該卡上。目前，事件記錄裝置只能記錄車輛的簡單運行信息。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的地鐵車輛運行記錄裝置完善了當(dāng)前記錄裝置記錄數(shù)據(jù)少的弱點，利用磁耦隔離技術(shù)防止裝置對其他地鐵部件造成損壞，并能夠通過擴(kuò)展不斷的增加監(jiān)控點，可以根據(jù)用戶需要及時的調(diào)整監(jiān)控點。其具體采用如下技術(shù)方案：該裝置包括前面板、上蓋板、側(cè)擋板、下底板、背板、采編模塊、存儲模塊、控制模塊，所述前面板安裝有24vdc電源輸入接頭、設(shè)備開關(guān)和狀態(tài)指示燈，采編模塊、存儲模塊、控制模塊均插接于所述背板，所述采編模塊包括調(diào)理采集單元、磁耦隔離單元、編碼發(fā)射單元、電源管理單元，所述調(diào)理采集單元通過所述磁耦隔離單元與所述編碼發(fā)射單元連接，所述電源管理單元分別與所述調(diào)理采集單元和所述編碼發(fā)射單元連接；所述存儲模塊包括接收解碼單元、數(shù)據(jù)存儲單元、彈地通訊單元；所述控制模塊包括供電單元、控制軟件單元、通訊單元，所述供電單元包括限流電阻、π型濾波器、共模電感、去耦電容；所述編碼發(fā)射單元包括fpga模塊，所述fpga模塊上設(shè)置有用于接收所述調(diào)理采集單元數(shù)據(jù)的ad/da接口、用于與所述接收解碼單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸接口、用于與所述接收解碼單元進(jìn)行通訊的通訊接口；所述接收解碼單元包括fpga控制器，fpga控制器控制所述編碼發(fā)射單元與所述接收解碼單元之間的數(shù)據(jù)傳輸與通訊，fpga控制器設(shè)置有異步模擬量輸入接口、異步數(shù)字量輸入接口、同步模擬量輸入接口、高速lvds數(shù)字輸入接口。優(yōu)選地，所述控制模塊與存儲模塊集成于一個板卡。優(yōu)選地，電源管理單元包含轉(zhuǎn)配電電路、接口保護(hù)電路、充電電路、一級換流模塊、二級換流模塊。優(yōu)選地，所述控制軟件單元具有控制軟件界面，在數(shù)據(jù)采集狀態(tài)下，可通過usb電纜將便攜計算機(jī)與記錄裝置相連，在控制軟件界面點擊“開始傳輸”按鍵，將存儲模塊的數(shù)據(jù)返回上位機(jī)，由其保存為文件存于硬盤，在控制軟件界面點擊“格式化”按鍵，設(shè)備將存儲模塊中的數(shù)據(jù)刪除，在控制軟件界面點擊“設(shè)置時間”按鍵，將記錄裝置的內(nèi)部時間同步到上位機(jī)時間。本發(fā)明具有如下有益效果：（1）由于地鐵大系統(tǒng)對地鐵車輛部件容易產(chǎn)生電磁干擾，利用磁耦隔離技術(shù)，使得記錄裝置僅接受信息的輸入，而不會數(shù)據(jù)回流，造成對其他部件的干擾與損壞。（2）能夠通過擴(kuò)展不斷的增加監(jiān)控點，可以根據(jù)用戶需要及時的調(diào)整監(jiān)控點。（3）作為一個獨立的記錄單元，增加了事件記錄裝置的工作穩(wěn)定性，可以長時間帶電工作。增加了事件記錄裝置的數(shù)據(jù)存儲量，可以記錄大量的信息數(shù)據(jù)，便于故障的分析。附圖說明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)爆炸圖。圖3是本發(fā)明的模塊組成圖。圖4是編碼發(fā)射單元結(jié)構(gòu)圖。圖5是電源管理單元原理框圖。圖6是接收解碼單元原理框圖。圖7接口保護(hù)電路原理圖。圖8是數(shù)據(jù)回讀界面。具體實施方式地鐵車輛運行記錄裝置硬件結(jié)構(gòu)包括前面板1、側(cè)擋板2、上蓋板3、下底板5、采編模塊6，前面板1安裝有24vdc電源輸入接頭、設(shè)備開關(guān)和狀態(tài)指示燈，控制模塊與存儲模塊集成于一個板卡4，背板7用于安裝板卡4和采編模塊6。各擋板之間采用螺栓可靠連接，背板與前擋板之間采用螺栓固定，板卡和采編模塊直接插入背板，實現(xiàn)可插拔式結(jié)構(gòu)。如圖1和2所示。地鐵車輛運行記錄裝置的地鐵事件的數(shù)據(jù)記錄通過采編（scp）部分、存儲（dsp）部分、控制（dcp）部分三大部分實現(xiàn)，各部分的組成、連接及傳輸關(guān)系如圖3所示。（一）采編（scp）部分：（1）調(diào)理采集單元-asu（adjustsampleunit）；ad芯片采用ad公司的“24channeldaswith12-bit,bipolarinput,simultaneoussamplingadcad7606”芯片，它具有24通道的輸入，由于設(shè)計的一個編碼發(fā)射單元-ceu可以連接多個調(diào)理采集單元-asu，并且所有的連接通道均可同步采集，所以需要設(shè)計多個ad芯片的“convst、reset、range、rd/clk、cs、bytesel”等管腿需要連接在一起，由fpga統(tǒng)一控制，所以需要在相應(yīng)的部分加上驅(qū)動，驅(qū)動選擇放在調(diào)理采集單元-asu上，采用74hc07芯片即可。將啟動采集的convsta和convstb連接到一起，由fpga統(tǒng)一控制。（2）編碼發(fā)射單元-ceu（codeemisitunit）；編碼發(fā)射單元-ceu：完成對調(diào)理采集單元-asu的各個信號的采集、編碼和傳輸、與存儲（dsp）部分的通訊，如圖4所示。（2.1）供電部分表1供電芯片序號芯片型號供電部分供電電流備注1lm117-1.2fpga內(nèi)核0.1a2lm117-2.5pll鎖相環(huán)0.1a3lm117-3.3數(shù)字接口0.05a（2.2）fpga選擇選型：altera公司的ep3c10e144型號的fpga芯片。管教分配：ep3c10e144型號的fpga共144個管腿，可用作輸入輸出設(shè)置的為96個管腿。表2fpga芯片序號接口管腿數(shù)量備注1與調(diào)理采集單元的ad芯片接口不公用：5*8=402通訊接口23數(shù)據(jù)傳輸接口44備用10合計：66（2.3）編碼設(shè)計以200hz作為采樣的基準(zhǔn)頻率，其他采樣頻率均由其分頻得出，這樣就可以保證所有板的所有通道之間互相同步。設(shè)置一個計數(shù)器，由200hz觸發(fā)，初始值為0，計數(shù)步長為5，計數(shù)值超過999時清0。這個計數(shù)器的計數(shù)值即是一個相對時鐘，單位是微秒。單塊采集板的一個采樣點數(shù)據(jù)組成一個采樣幀，其格式為：表3采樣幀幀頭：為固定值0xeb90。發(fā)送時從高位開始發(fā)。板號：采集板的序號。幀序號：fpga每發(fā)送一幀此序號都會加1，超過255則清0。用于檢驗是否丟幀。相對時間：以微秒為單位的時間。用于數(shù)據(jù)解析時，不同板之間的數(shù)據(jù)同步。（3）電源管理單元-pmu（powermanagementunit）。電源管理單元pmu（powermanagementunit）為整個事件記錄裝置提供供電解決方案。電源管理的設(shè)計比較靈活，應(yīng)隨著數(shù)據(jù)記錄裝置的使用場合及供電環(huán)境而變化，但從原理上說，電源管理單元包含轉(zhuǎn)配電電路、接口保護(hù)電路、充電電路、一級換流模塊、二級換流模塊組成，如圖5所示。為確保瞬時高壓脈沖不會影響本組件的正常工作，同時切斷瞬時高壓脈沖電路耦合或空間耦合路徑，避免其從本組件串入其他線路，采用磁隔離技術(shù)。磁耦均帶有25kv/us的瞬態(tài)共模抑制能力，且能夠在電壓差峰值560v的環(huán)境下正常工作。磁耦器件可提供5000vrms/min及6000v/10sec的電壓隔離保護(hù)，多種型號的磁耦帶有±15kv的esd保護(hù)。事件記錄裝置同時具備開關(guān)量和模擬量的采集功能。由于模擬量的采集接入電壓較高，采用降壓的策略進(jìn)行模擬電壓量的采集記錄，同時為保證高低電壓的轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的線性的關(guān)系，采用磁藕隔離技術(shù)。磁耦可有效的消除與光耦合器相關(guān)的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時間漂移和隨溫度漂移問題。采用芯片級變壓器技術(shù)傳輸信號，消除光耦傳輸時的器件損耗。器件內(nèi)部基本不存在損耗，正常工作條件下至少達(dá)到50年工作壽命。磁耦能夠在低功耗的條件下實現(xiàn)150mbps的高速數(shù)據(jù)隔離，光耦鮮有如此高的傳輸速率，實現(xiàn)同樣高的傳輸速度，磁耦比光耦有著更高的性價比。磁耦芯片內(nèi)部含有施密特電路，能夠?qū)斎胼敵龅碾娐窞V波整形。磁耦基于芯片級變壓器傳輸原理，信號傳輸時幾乎不存在能量損耗，因此能以極低的功耗實現(xiàn)高度的數(shù)據(jù)隔離。相同速率下，其功耗僅為光耦的1/10~1/6。磁隔離技術(shù)是通過采用晶圓級工藝直接在片上制作直徑約500um的變壓器來實現(xiàn)的。利用此平面變壓器的獨特特征以及一些創(chuàng)新的電路設(shè)計，磁隔離產(chǎn)品可以在不影響性能的前提下，在一個封裝內(nèi)集成許多不同的特性與功能。磁耦采用的標(biāo)準(zhǔn)封裝：soic-8、soic_w-16及soic_w-20等。磁耦的小體積及多種通道配置，是電路設(shè)計更加簡潔，應(yīng)用更加靈活。集成的多種接口收發(fā)器使得接口隔離電路集成度更高，線路連接大大減少。（二）存儲（dsp）部分：（1）接收解碼單元-rdu（receivedecodeunit）；接收單元的接口與編碼發(fā)射單元的接口對應(yīng)，由fpga控制器控制接收與解碼功能。其原理與編碼發(fā)射單元正好相反，接收解碼后的數(shù)據(jù)送給存儲單元存儲記錄。如圖6所示。模擬量和數(shù)字量同時采集記錄：所有待測信號，均按模擬量進(jìn)行采集，在數(shù)字域與門限比較，將數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)殚_關(guān)量。這樣做具有以下優(yōu)點：（1）可以靈活設(shè)置開關(guān)量門限；（2）任意路輸入信號都可以選擇采集方式。（2）數(shù)據(jù)存儲單元-dsu（datasaveunit）；采用混合編碼與接收解碼技術(shù)，能極大的縮減存儲單元的數(shù)量，使存儲單元獨立成一個部分，便于對其進(jìn)行防護(hù)與操作。但必須解決的技術(shù)就是單存儲單元的高速存儲技術(shù)。存儲單元目前多數(shù)選擇電子盤，因為其具有體積小、讀寫速度高、存儲容量大的特點。由于電子盤具有寫入速度不均勻的特性，采用cpu定時寫入的方式不能提高電子盤的寫入速度。為此，采用以下方式：選用ti公司的tms320f28335pgfa控制芯片作為cpu處理器，該cpu具有dma數(shù)據(jù)傳輸控制器。增加fifo讀寫方式的“大容量緩存ram”。首先，采用cpu的dma傳輸方式，把數(shù)據(jù)由“雙口ram”傳輸?shù)健按笕萘烤彺鎟am”；然后，cpu采用“查詢“的方式，將“大容量緩存ram”中的數(shù)據(jù)寫入到電子盤。所謂“查詢”方式，即：當(dāng)cpu程序啟動存儲后，cpu不斷掃描電子盤是否處于busy狀態(tài)，判斷是否可以進(jìn)行寫操作。只要電子盤的寫狀態(tài)位有效，就立即將緩存的數(shù)據(jù)寫入電子盤。這樣，不管電子盤的寫入速度是處于高峰還是低谷，都可以及時寫入數(shù)據(jù)，解決了cpu的寫入速度與電子盤存入速度不均勻的矛盾。任意時刻數(shù)據(jù)下載技術(shù)：事件記錄裝置的數(shù)據(jù)下載支持高速usb3.0，同時usb接口可為事件記錄裝置進(jìn)行供電。這樣，可保證24路7*24小時的數(shù)據(jù)（2gb），在6分鐘之內(nèi)全部下載完成，也可保證事件記錄裝置在列車未供電的情況下，進(jìn)行數(shù)據(jù)下載，并及時分析。（三）控制（dcp）部分：（1）供電單元；為了防止短路、斷路等對設(shè)備電源產(chǎn)生影響，所以對供電部分要求具有過流、過壓的要求。如圖7所示。r1：為限流電阻；l1、c1、c2：組成π型濾波器，可以濾除高壓高頻的干擾；l2、l3：為共模電感，可以消除共模干擾；c3、c4：成對并聯(lián)使用的去耦電容，可以濾除較大頻段的干擾（350hz～10mhz）；d1：過壓保護(hù)；表4供電電路元器件選型表序號標(biāo)號型號廠家1r1rj57-1w-2ω±5%718廠2c1cbb20-ac400vdc630v-0.1uf718廠3l1hyl34826.8uh798廠4c2ct41-1206-2r1-50v-104-k-n-b北元六5l2l3hyl3481680uh798廠6c3jcak63v-22uf±10%718廠7c4ct41-1206-2r1-50v-104-k-n-b北元六8d11.5ke33ca873廠（2）控制軟件單元；事件記錄裝置與電腦通過usb進(jìn)行連接，提供事件記錄裝置硬件設(shè)備在vista、win7、win8、win8.1、winxp等環(huán)境下的各種驅(qū)動。數(shù)據(jù)讀取界面包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)擦除、時間設(shè)定，如圖8所示。數(shù)據(jù)傳輸：在采集狀態(tài)下，可通過usb電纜將便攜計算機(jī)與行車記錄裝置相連，在控制軟件界面點擊“開始傳輸”按鍵，設(shè)備將存儲于設(shè)備內(nèi)部存儲器中的數(shù)據(jù)返回上位機(jī)，由其保存為文件存于硬盤。數(shù)據(jù)擦除：在采集狀態(tài)下，可通過usb電纜將便攜計算機(jī)與行車記錄裝置相連，在控制軟件界面點擊“格式化”按鍵，設(shè)備將存儲于設(shè)備內(nèi)部存儲器中的數(shù)據(jù)刪除。時間設(shè)定：在采集狀態(tài)下，可通過usb電纜將便攜計算機(jī)與行車記錄裝置相連，在控制軟件界面點擊“設(shè)置時間”按鍵，將設(shè)備內(nèi)部時間同步到上位機(jī)時間。數(shù)據(jù)回放：事件記錄裝置實現(xiàn)7天循環(huán)覆蓋存儲，記錄的數(shù)據(jù)容量為2gb。可以通過點擊“選取曲線”選擇需對比顯示的信號曲。可以在右上角下拉菜單中選擇縮放倍數(shù)，對所有信號進(jìn)行同步縮放。若只需觀察一路信號，可以通過鼠標(biāo)直接在曲線上操作。事件記錄裝置技術(shù)指標(biāo)如下：（1）采集通道：24路；（2）每路電壓輸入：0～150vdc；（3）18路記錄高低電平信號：當(dāng)采集的電壓值為77~136v時，認(rèn)為系統(tǒng)工作正常，記錄為1，當(dāng)采集的電壓值不在77~136v之間時，認(rèn)為系統(tǒng)工作不正常，記錄為0；（4）6路記錄模擬電壓值；（5）測量精度：優(yōu)于0.5v；（6）每路輸入均采用電壓隔離技術(shù)，不會對列車的其他信號產(chǎn)品干擾；（7）每路采樣率：10hz、20hz、50hz、100hz、200hz，程控分檔可設(shè)；（8）設(shè)備內(nèi)置16gb存儲卡，可連續(xù)記錄7天，然后循環(huán)覆蓋記錄；（9）記錄時間：系統(tǒng)內(nèi)置絕對時間時鐘；（10）系統(tǒng)供電：24vdc±20%；（11）信號輸入可抗峰值為1500v的脈沖電壓，持續(xù)時間1s；（14）系統(tǒng)工作方式：設(shè)備上電，開始記錄；設(shè)備斷電，停止記錄；（15）通訊接口：usb接口，每臺設(shè)備下載全部數(shù)據(jù)的時間約6分鐘；事件記錄裝置完成常態(tài)測試：（1）精度測試：使用高精度信號源標(biāo)定每個測量通道，測量誤差小于0.5v。（2）記錄容量測試：根據(jù)原理分析和7天連續(xù)加電測試，事件記錄裝置在200hz采樣率、6路模擬量和18路開關(guān)量的條件下可存儲7天測量數(shù)據(jù)。（3）高壓脈沖測試：信號輸入接口接入1500v/1s高壓信號，采樣值為ad最大值。試驗后測試設(shè)備運行正常。事件記錄裝置完成的試驗內(nèi)容：表5環(huán)境適應(yīng)性試驗內(nèi)容環(huán)境適應(yīng)性試驗結(jié)論：通過對試驗數(shù)據(jù)分析，事件記錄裝置在環(huán)境試驗中均工作正常，性能穩(wěn)定。振動試驗條件達(dá)到《iec61373:2010機(jī)車車輛設(shè)備沖擊振動試驗》中的功能隨機(jī)振動試驗條件。沖擊試驗條件達(dá)到《iec61373:2010機(jī)車車輛設(shè)備沖擊振動試驗》中的沖擊試驗條件。事件記錄裝置電磁干擾性試驗內(nèi)容：（1）天線諧波和亂真輸出輻射發(fā)射；（2）電纜注入傳導(dǎo)敏感度；（3）電源線傳導(dǎo)發(fā)射；（4）電場輻射發(fā)射。電磁干擾性試驗結(jié)論：事件記錄裝置的電磁兼容試驗按照gjb151a標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)覆蓋《gb/t24338.4:2009軌道交通電磁兼容第3.2部分機(jī)車車輛設(shè)備》中要求試驗條件要求。在gjb151a的標(biāo)準(zhǔn)條件下，事件記錄裝置工作正常，性能穩(wěn)定。當(dāng)前第1頁12