CN109814406A

CN109814406A - 一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法及解码器架构

Info

Publication number: CN109814406A
Application number: CN201910068491.6A
Authority: CN
Inventors: 刘伯锋
Original assignee: Chengdu Dairis Intelligent Control Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Dairis Intelligent Control Technology Co Ltd
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2019-05-28
Anticipated expiration: 2039-01-24
Also published as: CN109814406B

Abstract

本发明公开了一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法，包括(1)将固件固化在解码器中；(2)根据固件的规定在上位机创建数据文件等步骤。还公开了轨道模型仿真电控系统的解码器构架，包括处理器、存储结构、双向数据接口、灯光驱动模块、信号输入输出模块、音频模块、电机驱动模块、接口单元等结构。本发明提供一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法及解码器架构，增加了解码器的功能性，降低了轨道模型电控仿真系统的参数的编辑、重建和数据录入难度，极大的提高了数据处理的效率，降低了用户数据录入的难度，并实现了基于有线和无线信道的双向通信方法，还极大的降低了电控仿真系统数据处理的成本，更好的促进了轨道模型的推广与普及。

Description

一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法及解码器架构

技术领域

本发明属于轨道模型仿真电控系统领域，具体是指一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法及解码器架构。

背景技术

在轨道模型领域中，主要制造商掌控了行业内95％以上的用户群体。因为某些原因，主要制造商难以对现有的轨道模型进行改进，进而导致了行业内的技术停滞。上述制造商数的据传输方式为自定义编码载波传输，数据包以数据块形式存放于存储器中，该数据包需要通过专用软件才能进行逻辑关系、数据链接以及运行参数等各项功能的编辑，编译完成后生成数据包，并通过专用硬件烧录器将数据包写入解码器中才能进行使用。该技术的缺陷主要为：

一、传统解码器不具备人机交互能力，数据块无法被人类理解，也无法进行有效编辑。

二、必须使用烧录器才能将数据包写入解码器中。

三、必须使用特定软件才能完成相关数据的编辑，且该软件的使用难度较高，需要用户花费大量的时间进行学习才能完成对软件中逻辑关系的编写、数据文件的链接以及参数的设定等，从而加大了控制系统配置的难度。

四、不同制造商的烧录器、解码器以及上位机中的专用编辑软件独立配套，因各个制造商执行的写入标准不一致，导致其无法通用，不利于行业的正常发展。

五、用户对相关资料参数进行修改后都需要进行软件的编译、数据录入以及反复的测试实验，从而进一步提高了用户的时间成本，而因为写入速度过慢，则进一步加大的时间成本的投入。

综上所述，目前轨道模型电控系统行业存在上述缺陷，使得轨道模型的用户编辑和重建电控仿真系统参数的难度极高。制造商将软件与烧录器匹配，各个制造商的大部分产品无法进行兼容通用，如果需要实现基于控制的高级功能则只能购买同一厂家的整套设备。由于固有的数据传输方式依托于载波传输，用户在烧写数据的时候需要购置烧录器，并且在数据传输速率上也比现如今直接通过上位机传输数据低的多。目前的轨道模型行业中，不同制造商的产品在联合使用时，由于其基本控制都是基于NMRA制定的DCC标准协议故能进行通用，但是由于不同的制造商的产品在执行NMRA的标准时有细微的区别之处，所以导致用户在需要高级控制功能时只能选同一厂家的整套设备，写入速率低下还进一步提高了用户的时间成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题，提供一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法及解码器架构，增加了解码器的功能性，降低了轨道模型电控仿真系统的参数的编辑、重建和数据录入难度，极大的提高了数据处理的效率，降低了用户数据录入的难度，并实现了基于有线和无线信道的双向通信方法，还极大的降低了电控仿真系统数据处理的成本，更好的促进了轨道模型的推广与普及。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法，主要包括以下步骤：

(1)将固件固化在解码器中；

(2)根据固件的规定在上位机创建数据文件；

(3)根据数据文件的属性以固件的逻辑关系为依据创建文本格式的用户配置文件；

(4)使用上位机将数据文件与用户配置文件传输至解码器中并使得固件根据用户配置文件与数据文件建立关联。

步骤(1)中的固件包括音频处理模块、指令解析模块、可移动存储模块、电机驱动模块、特定灯效模块、信号输入输出处理模块以及用户配置文件解析模块。

进一步的，所述音频处理模块的第一种逻辑结构为：

(一)解码器预加载用户配置文件并关联链接数据文件中的音效文件；

(二)用户开始信号进入解码器并触发开始指令；

(三)解码器调用已链接的音效文件；

(四)判断链接的音效文件是否需要循环调用，若需要循环调用则进入步骤(五)，否则进入步骤(七)；

(五)判断音效文件所需循环调用的次数，若循环次数为有限次则在循环完成后进入步骤(七)，若循环次数为无限次则进入步骤(六)；

(六)判断是否有用户控制信号进入，若无用户控制信号进入则保持循环调用音效文件，若有用户控制信号进入则进入步骤(七)；

(七)判断是否需要进行新的音效文件调用，若需要则返回步骤(三)，若不需要则停止；

所述音频处理模块的第二种逻辑结构为：解码器预加载用户配置文件并关联链接数据文件中的音效文件，然后根据用户开始信号触发解码器，解码器依次调用预设的N个已链接的音效文件，且N大于0，N的具体数值在用户配置文件中设定；

所述音频处理模块的第三种逻辑结构为：解码器预加载用户配置文件并关联链接数据文件中的音效文件，然后根据用户开始信号触发解码器并依次链接并调用预设的M个已链接的音效文件，并在调用完毕后返回开头再次依次调用预设的M个已链接的音效文件，且M大于0，M的具体数值可通过用户根据需要自行在用户配置文件中设置；

所述音频处理模块的具体逻辑结构为上述三种音频处理模块的逻辑结构中的任意一种或任意两种的组合或三种的组合；

电机驱动逻辑框架的具体逻辑结构为：

(一)解码器预加载用户配置文件中的电机参数；

(二)用户的操作信号或传感器信号作为开始信号进入解码器并触发开始指令；

(三)解码器根据用户的操作信号或传感器信号并以电机参数为依据对电机发送驱动信号以驱动电机；

(四)在电机运行时解码器实时接收电机的反馈参数并通过该参数实时调控电机的转速以保持转速的恒定；

特定灯效逻辑框架的具体逻辑结构为：

(一)解码器预加载用户配置文件中特定的灯光配置参数；

(二)用户操作信号或传感器信号作为开始信号进入解码器并触发开始指令；

(三)解码器根据用户的操作信号或传感器信号并以灯光配置参数为依据向外发送灯光控制指令；

(四)解码器根据用户操作信号或者传感器信号判断是否需要改变灯光控制指令，若不需改变则返回步骤(三)，若需要改变则进入步骤(五)；

(五)解码器根据用户的操作信号或传感器信号并以灯光配置参数为依据向外发送新的灯光控制指令，并返回步骤(四)；

所述可移动存储模块的作用是使上位机能够对解码器的存储器或通过存储插口与解码器相连接的存储器直接进行读写操作；

所述用户配置文件解析模块用于解析用户配置文件中的字段信息，并根据字段信息使得解码器内部的各个模块分别和相应的数据文件链接，并在链接后预加载用户配置文件中的各项参数；

所述信号输入输出处理模块通过解码器能实现数字信号输入与输出、模拟信号输入与输出以及实时双向数据通信的功能。

步骤(2)中所述的数据文件包括音效文件和设备文件。

步骤(3)中所述的用户配置文件包含数据文件位置、数据文件的逻辑对应关系以及配置参数。

步骤(4)中所述的传输方式为上位机使用有线或无线直接连接的方式将数据文件与用户配置文件录入解码器的存储器中。

一种轨道模型电控仿真系统的解码器构架，包括处理器，与处理器相连接的存储结构，与处理器相连接的用于双向传输数据的双向数据接口，分别与处理器相连接的用于控制特殊灯效的灯光驱动模块、用于处理音频文件的音频模块和用于驱动电机的电机驱动模块，同时与灯光驱动模块、音频模块、电机驱动模块以及处理器相连接的用于进行数据交换的接口单元，设置在接口单元与处理器之间的用于处理信号的信号输入输出模块，与接口单元相连接的用于提取解析信号的指令解析模块，以及与处理器相连接的用于监测和反馈电机运行情况的BEMF模块或外置的转速传感器。

作为优选，所述存储结构为存储器或通过存储插口与处理器相连接的存储结构。

进一步的，所述处理器上还连接有保护模块和动力维护模块；所述保护模块为拥有检测故障并激活保护功能的功能电路，所述动力维护模块为能够自动切换供电线路的模块。

作为优选，所述双向数据接口使用有线连接或基于无线传输模块的无线连接与上位机进行直接通信。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过内置固件使得解码器能够被上位机直接读写，简单易用，有极高的兼容性，接入上位机即可进行高速的数据录入以及快速的数据编辑，极大的提高了录入速度与编辑效率，并且不需要专用的硬件烧录设备，降低了经济成本。

(2)本发明通过研究、研发、简化并提炼了复杂的逻辑关系，并以固件形式固化在解码器的存储结构内，无需通过上位机构建或编辑复杂的逻辑关系，并大大降低了轨道模型电控仿真系统参数编辑、重构的难度。

(3)本发明使用了具有人机交互功能的用户配置文件，该用户配置文件能够在上位机上使用人类能够理解的方式直接编辑该配置文件，使得用户不必使用轨道模型专用编辑软件生成数据包文件，解码器通过该用户配置文件能够与数据文件进行关联并完成对数据文件的调用，同时用户还可以按照自己的需求在用户配置文件中自定逻辑关系，从而实现用户需要的特定的功能，极大的提高了用户使用的灵活性与功能性，降低了用户编辑系统参数的难度。

(4)本发明的解码器采用了新的架构，使得固件功能更加全面，并使得用户可以在移动智能设备上随时编辑用户配置文件，进一步提高了编辑用户配置文件的便捷性。

(5)本发明依托于新的解码器架构，可以很方便快捷的完成文件和数据的传输，即可以通过上位机的通用数据接口与解码器的双向数据口相连接，从而实现控制指令和数据的传输，使解码器既可以兼容原来的基于轨道的控制方式，也可以通过双向接口实现其他方式的控制。

(6)本发明极大的丰富了解码器内部模块的功能性，进一步增加了解码器的功能与使用效果，更好的促进了企业与行业的发展，同时更加贴合了用户的需求。

(7)本发明的解码器同时具备数据传输和数据处理功能，即外部的可移动存储设备通过该解码器能被上位机直接读写，或者该解码器自身通过其存储插口能直接读写与之相连接的其他类型的存储介质。

附图说明

图1为本发明的解码器架构框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)将固件固化在解码器中；

固件包括音频处理模块、指令解析模块、可移动存储模块、电机驱动模块、特定灯效模块、信号输入输出处理模块以及用户配置文件解析模块。

其中所述音频处理模块的第一种逻辑结构为：

(二)用户开始信号进入解码器并触发开始指令；

(三)解码器调用已链接的音效文件；

电机驱动模块的具体逻辑结构为：

(一)解码器预加载用户配置文件中的电机参数；

特定灯效模块的具体逻辑结构为：

(一)解码器预加载用户配置文件中特定的灯光配置参数；

所述信号输入输出处理模块通过解码器能实现数字信号输入与输出、模拟信号输入与输出以及实时双向数据通信的功能

(2)根据固件的规定在上位机创建数据文件；

所述的数据文件包括音效文件和设备文件等。

其中，音效文件是基于计算机文件系统的标准化音频文件，例如wav文件、WMA文件、MP3文件等。

设备文件是用于描述设备的工况、配置以及与外部设备的关联信息的文件。

用户配置文件包含数据文件位置、数据文件的逻辑对应关系以及配置参数。

通过该用户配置文件可以达到自定义的效果，即可以根据用户的需求单独或者多次对相同或不同的模块进行组合调用。

传输方式为上位机使用有线或无线直接连接的方式将数据文件与用户配置文件录入解码器的存储器中。

在需要对固件进行调整、升级或者降级时，用户在制造商处获取固件文件，并将固件文件传输至解码器中，解码器在开机后将会自动对固件进行更新。

固件文件是用于升级或降级或根据需求替换解码器内固件的资料文件或数据文件，用户可以通过下载的方式得到，依托于该固件文件，可以对已经固化在解码器中的固件进行升级、降级或者调整，从而进一步提高了产品的功能性。

实施例2

如图1所示，一种轨道模型电控仿真系统的解码器构架，包括处理器，与处理器相连接的存储结构，与处理器相连接的双向数据接口，分别与处理器相连接的灯光驱动模块、音频模块和电机驱动模块，同时与灯光驱动模块、音频模块、电机驱动模块以及处理器相连接的接口单元，设置在接口单元与处理器之间的信号输入输出模块，与接口单元相连接的指令解析模块，以及与处理器相连接的BEMF模块或外置的转速传感器。

接口单元为符合NMRA制定的DCC标准的接口，包括mtc21接口、plux22接口、plux16接口以及plux8接口等。

在轨道模型行业内对不同比例的模型有严格的尺寸要求，基于NMRA制定的DCC标准对不同比例模型的解码器也有着不同的尺寸标准，在ho比例下，现有制造商的处理器主要采用的是基于51架构或者avr架构的处理器，本申请的处理器则采用基于ARM、AVR、DSP、FPGA或X86中的任意一种架构的处理器，基于51和avr架构的处理器目前最大的主频只能分别达到40Mhz和16Mhz，而ARM架构的处理器可以很轻易的达到80Mhz以上的运行主频，故ARM架构的处理器的运算性能远远优于前面两种架构的处理器；avr和51架构的处理器都是采用的流水线操作指令，ARM架构的处理器则是采用更优的三级流水线结构来增加处理器指令流的速度，而DSP和FPGA以及X86架构的处理器更是优于ARM架构的处理器。因此，本申请采用的处理器具有更强的逻辑和数据处理能力，进而可以很好的提高解码器的性能。

双向数据接口能够实现数据双向传输和调试功能，通过设置双向数据接口增加了解码器的功能性，使得解码器具有实时数据双向传输和不基于NMRA制定的DCC通讯协议的自定义控制方式。与现有技术中的单向或特定模式传输数据的方式相比，本申请设置双向数据接口不必在特定模式下即可实现实时数据的双向通信。

指令解析模块极大的提高了数据提取的精准性和安全性，进一步提高了指令解析的可靠性和系统的保护能力。

在轨道模型行业内对不同比例的模型有严格的尺寸要求，基于NMRA制定的DCC标准对不同比例模型的解码器也有着不同的尺寸标准，在ho比例下，音频模块又包括音频处理单元和音频放大模块，现有的产品只能读取经过软件编译后的数据块，而无法利用处理器的资源来兼顾解析音频文件及执行其他操作，而本申请由于处理架构的改变，能够通过音频模块解析例如wav、mp3、WMA以及flac格式的音频文件，而在输出时可以通过dac、滤波、分频和多声道独立输出的方式进一步提高音效质量的仿真效果，与传统音频输出方式相比，极大的提高了音效的真实性，进而提高了产品的仿真度。前述的音频文件是标准上位机文件格式，原有的产品不能直接解析音频文件，只能通过地址读取数据块从而进行处理，而音频文件则是包含数据头、数据体和数据尾的完整文件结构，所以传统解码器是无法解析该音频文件；而音频文件是基于计算机系统或智能设备系统标准的文件格式，并存放在存储器中的计算机文件系统中，具有很强的兼容性和通用性。

在轨道模型行业内对不同比例的模型有严格的尺寸要求，基于NMRA制定的DCC标准对不同比例模型的解码器也有着不同的尺寸标准，在ho比例下，现有的灯光驱动模块均使用pwm形式，而本申请的灯光驱动模块则采用可调恒流源的方式进行驱动，因为恒流源拥有使用电流稳定的特点，所以很好的延长了设备的使用寿命。

双向数据接口直接通过数据线或无线传输模块与上位机直接连接，通过双向数据接口便可以完成数据的传输，其对数据的传输、存储的兼容性更强。无需通过专用烧录器对数据进行烧录，不仅降低了数据录入时所需的设备成本，还能很好的提高了数据的录入速度。

信号输入输出模块的作用是对输入或输出的信号进行放大、滤波等处理。

由于固有的数据烧录方式依托于载波传输，所以在对于数据的录入难以兼容现如今的主流上位机的直接接口，导致用户在录入数据的时候需要购置烧录器，在操作难度上也比本申请的通过上位机直接传输数据复杂的多。

传感器能够采集轨道模型的各项运行数据，如电压、电流、加速度以及车速等，并通过接口单元对处理器进行参数的反馈，处理器将会根据参数完成对相关设备的控制。另外，传感器也可以通过双向数据接口完成参数的传输，利用双向数据接口对处理器进行信号反馈的方式扩大了数据采集接口，从而使得处理器能够接收到更多的信号，进而进一步提高了处理器控制的精准性。而相对的，在现有技术中，传感器仅能通过接口单元完成参数信息的反馈，其传输通道单一，极大的限制了信号的传输量，进而导致了现有技术中处理器控制的仿真度较差的问题。

执行模块可以通过接口单元或双向数据接口直接与处理器相连接，且能根据逻辑结构或处理器自行判断处理并发出的指令控制执行器响应动作的模块，如头灯、尾灯、车厢灯、发烟器等。解码器能够及时的根据传感器反馈的信号而下达相应的指令，比如在轨道模型车进站时头灯与尾灯改变发光的强度或者闪烁频率，又如在外界光线变暗时自动开启车厢灯，再如在模仿提速时发烟器根据发动机转速排烟。

按照NMRA组织的标准，在不同比例的轨道模型中对解码器尺寸有严格规定，所以对于某些小比例的轨道模型，其解码器中电路板的电机控制功能仅能通过设置BEMF模块来完成对电机运行的检测与反馈。而本申请通过改进处理器，提供了一个双向接口，不仅能够通过设置BEMF模块来完成对电机运行的检测与反馈，还能通过用户外置转速传感器与双向数据接口或接口单元连接，以此获得更加可靠的电机运行参数，使速度控制效果更加稳定。

所述存储结构为存储器或通过存储插口与处理器相连接的存储结构；所述存储结构为sd卡、tf卡、CF卡等。

存储结构选择集成的nand flash或nor flash或者通过设置与处理器相连接的存储插口来接入存储结构来进行存储，具体的存储结构可以根据用户的实际需求进行选择，进一步提高了产品的适应性。

该存储器还可以为通过专用芯片与处理器转接的存储装置，如微型硬盘。

所述处理器上还连接有保护模块和动力维护模块；所述保护模块为拥有检测故障并激活保护功能的功能电路，所述动力维护模块为能够自动切换供电线路的模块。

传统的轨道模型车的供电是通过铺设的轨道或者是仿真接触网，在车轮与轨道之间，受电弓与接触网之间的接触不良时则会因为断电导致解码器重启，进而使得车辆失去控制且丧失动力，在解码器重启完成后才能恢复对车辆的控制，如此将会极大的降低轨道模型车的仿真效果，而解码器频繁的重启则更容易导致解码器损坏。采用动力维护模块则能够在车轮与轨道之间的接触不良的时候自动切换供电线路，将轨道供电模式切换为其他供电模式，如大电容供电、电池供电等模式；而在轨道供电恢复时再次切换回轨道供电模式，如此便能很好的保证解码器不会因断电而重启，从而确保了解码器的运行稳定性，进一步提高了轨道模型车的仿真效果。

保护模块是通过故障检测来完成保护的，该功能电路能够检测各项参数，如某部件的功耗是否超过允许值，电机是否堵转等。在检测的参数超过预设值时则将相应的信号反馈给处理器，处理器在接收到信号反馈后自动进行保护停机操作。当断电保护操作后，用户排除故障，上电重启就可以重新运行设备，免去了用户邮寄维修的时间成本以及厂商的维修的时间、人力和物力成本。

所述双向数据接口使用有线连接或基于无线传输模块的无线连接与上位机进行直接通信。上位机可以为计算机、平板电脑、智能手机、操控手柄以及操控平台等，现有技术中对轨道模型车的数据传输是通过双线制的载波方式完成的，而本申请对轨道模型车的数据传输即可以通过传统的轨道进行，也可以通过有线或无线的方式由双向数据接口进行数据的传输。

所述双向数据接口使用有线连接或基于无线传输模块的无线连接与上位机进行直接通信。该上位机可以为计算机、平板电脑、智能手机、向处理器发送指令信息的操控手柄、操控平台等控制设备，现有技术中对轨道模型车的数据传输是通过双线制的载波方式完成的，而本申请对轨道模型车的数据传输即可以通过传统的轨道进行，也可以通过有线或无线的方式由双向数据接口进行数据的传输。

综上所述，便可很好的实现本发明。

Claims

1.一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

(1)将固件固化在解码器中；

(2)根据固件的规定在上位机创建数据文件；

(4)使用上位机将数据文件与用户配置文件传输至解码器中并使固件根据用户配置文件与数据文件建立关联。

2.根据权利要求1所述的一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法，其特征在于：步骤(1)中的固件包括音频处理模块、指令解析模块、可移动存储模块、电机驱动模块、特定灯效模块、信号输入输出处理模块以及用户配置文件解析模块。

3.根据权利要求2所述的一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法，其特征在于：所述音频处理模块的第一种逻辑结构为：

(二)用户开始信号进入解码器并触发开始指令；

(三)解码器调用已链接的音效文件；

所述电机驱动模块的具体逻辑结构为：

(一)解码器预加载用户配置文件中的电机参数；

所述特定灯效模块的具体逻辑结构为：

(一)解码器预加载用户配置文件中特定的灯光配置参数；

4.根据权利要求3所述的一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法，其特征在于：步骤(2)中所述的数据文件包括音效文件和设备文件。

5.根据权利要求4所述的一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法，其特征在于：步骤(3)中所述的用户配置文件包含数据文件位置、数据文件的逻辑对应关系以及配置参数。

6.根据权利要求5所述的一种轨道模型电控仿真系统的数据处理方法，其特征在于：步骤(4)中所述的传输方式为上位机使用有线或无线直接连接的方式将数据文件与用户配置文件录入解码器的存储器中。

7.基于权利要求1-6任意一项所述的一种轨道模型电控仿真系统的解码器构架，其特征在于：包括处理器，与处理器相连接的存储结构，与处理器相连接的用于双向传输数据的双向数据接口，分别与处理器相连接的用于控制特殊灯效的灯光驱动模块、用于处理音频文件的音频模块和用于驱动电机的电机驱动模块，同时与灯光驱动模块、音频模块、电机驱动模块以及处理器相连接的用于进行数据交换的接口单元，设置在接口单元与处理器之间的用于处理信号的信号输入输出模块，与接口单元相连接的用于提取解析信号的指令解析模块，以及与处理器相连接的用于监测和反馈电机运行情况的BEMF模块或外置的转速传感器。

8.根据权利要求7所述的一种轨道模型电控仿真系统的解码器构架，其特征在于：所述存储结构为存储器或通过存储插口与处理器相连接的存储结构。

9.根据权利要求8所述的一种轨道模型电控仿真系统的解码器构架，其特征在于：所述处理器上还连接有保护模块和动力维护模块；所述保护模块为拥有检测故障并激活保护功能的功能电路，所述动力维护模块为能够自动切换供电线路的模块。

10.根据权利要求9所述的一种轨道模型电控仿真系统的解码器构架，其特征在于：所述双向数据接口使用有线连接或基于无线传输模块的无线连接与上位机进行直接通信。