CN216053133U - 一种铁路机车通信设备记录装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种铁路机车通信设备记录装置，包括主控单元、模数数模转换单元、RS232数据通信单元、NPN电路、存储单元、LED显示单元、USB数据通信单元、时钟单元和电源单元，主控单元内置G.729语音压缩编解码算法。本实用新型的模数数模转换单元采用低功耗、低电压的音频模数数模转换芯片UDA1341与主控单元连接，主控单元采用低功耗、高速的AM335x嵌入式微处理器，并内置高效的G.729语音压缩编解码算法，结合存储单元采用高速的FLASH数据存储芯片，实现对语音数据的压缩写入和读取解压，满足机车综合通信设备CIR的通话语音和工作状态的存储需求，有效的减小了设备体积、节省设备成本。

Description

一种铁路机车通信设备记录装置

技术领域

本实用新型涉及铁路机车通信设备技术领域，具体地说，涉及一种铁路机车通信设备记录装置。

背景技术

随着科技的快速发展，机车上的通信技术和业务的需求也不断增加，机车上的通信设备也得以进一步的发展和完善。以磁带为记录媒体的语音记录设备已逐步被淘汰，以FLASH存储器为记录媒体的数字化语音记录设备得到了广泛的应用，其电子化、无机械磨损、功能全面等特点得到了广大用户的好评，但是语音数据如果直接存储或采用效率偏低的压缩编码后进行存储，将需要较大的存储空间，导致存储设备体积较大、存储空间浪费、设备成本高等问题。

实用新型内容

为了解决上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种铁路机车通信设备记录装置及其数据存储方法，以克服现有技术中的缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种铁路机车通信设备记录装置，所述记录装置包括主控单元、模数数模转换单元、RS232数据通信单元、NPN电路、存储单元、LED显示单元、USB数据通信单元、时钟单元和电源单元；其中，主控单元通过模数数模转换单元与机车综合通信设备CIR连接，主控单元内置G.729语音压缩编解码算法，模数数模转换单元和所述G.729语音压缩编解码算法用于处理机车综合通信设备CIR的语音信号，以实现机车综合通信设备CIR的录音放音功能；主控单元通过RS232数据通信单元与机车综合通信设备CIR连接，RS232数据通信单元用于机车综合通信设备CIR与所述记录装置的数据通信，以实时记录机车综合通信设备CIR的运行状态信息；机车综合通信设备CIR与NPN电路连接，NPN电路与主控单元连接，NPN电路用于接收机车综合通信设备CIR的低电平信号控制主控单元启停G.729语音压缩编解码，以实现控制录音开始和结束功能；存储单元与主控单元连接，存储单元用于存储机车综合通信设备CIR的通话语音数据和运行状态数据；LED显示单元与主控单元连接，LED显示单元用于实时显示所述记录装置的工作状态信息；主控单元通过USB数据通信单元与计算机专用软件或U盘连接，USB数据通信单元用于所述计算机专用软件或U盘与所述记录装置的数据通信；时钟单元与主控单元连接，时钟单元用于记录各种数据的开始时间和结束时间；机车综合通信设备CIR与电源单元连接，电源单元为DC3.3V稳压电源模块，以使机车综合通信设备CIR为电源单元提供直流DC13.8V电源，电源单元为所述记录装置提供直流DC3.3V电源。

通过上述技术方案，模数数模转换单元采用低功耗、低电压的音频模数数模转换芯片UDA1341与主控单元相连接，主控单元采用低功耗、高速的AM335x嵌入式微处理器，并内置高效的G.729语音压缩编解码算法，结合存储单元采用高速的FLASH数据存储芯片，实现快速、高效的语音数据的压缩写入和读取解压等操作，以较少的数据存储空间，满足铁路机车设备语音、数字记录信息的存储需求，有效的减小了设备体积、节省设备成本。

作为对本实用新型所述的铁路机车通信设备记录装置的进一步说明，优选地，主控单元通过IIS接口和L3接口与模数数模转换单元连接，主控单元通过UART接口与RS232数据通信单元连接，主控单元通过GPIO接口与NPN电路连接，主控单元通过SPI接口与存储单元连接，主控单元通过SPI接口与LED显示单元连接，主控单元通过USB接口与USB数据通信单元连接，主控单元通过IIC接口与时钟单元连接。

作为对本实用新型所述的铁路机车通信设备记录装置的进一步说明，优选地，在录音时，由机车综合通信设备CIR输出的模拟音频信号，经过模数数模转换单元转换为16bit线性PCM数字语音信号，再经过主控单元内的G.729语音压缩编解码算法得到压缩后的数字语音数据，存放在存储单元中；在放音时，由主控单元读取存储单元中的压缩后的数字语音数据，经过主控单元内的G.729语音压缩编解码算法进行解码得到16bit线性PCM数字语音信号，再经过模数数模转换单元转换为清晰的模拟音频信号发送至机车综合通信设备CIR。

作为对本实用新型所述的铁路机车通信设备记录装置的进一步说明，优选地，USB数据通信单元与所述计算机专用软件连接以读取记录数据，USB数据通信单元与所述U盘连接以转存记录数据。

通过上述技术方案，支持U盘读取记录数据，用户可通过计算机专用软件选择直接与记录装置连接读取记录数据,或者读取U盘转存的记录数据，而后对记录数据进行存储、播放录音、分析CIR设备运行状态等操作，实现对CIR设备高效、准确的日常维护和故障检修工作的支持。

作为对本实用新型所述的铁路机车通信设备记录装置的进一步说明，优选地，时钟单元采用年误差小于1分钟的高精度DS3231时钟芯片，时钟单元通过GPS卫星定位信息中的时间同步或机车综合通信设备CIR的时间同步来校正时间。

通过上述技术方案，实现各种数据开始和结束时间的准确记录。

作为对本实用新型所述的铁路机车通信设备记录装置的进一步说明，优选地，存储单元采用数据读写速度快、容量大的非易失性存储器NandFLASH存储器。

通过上述技术方案，实现大量的设备记录数据的存储功能。

为了实现本实用新型的另一目的，本实用新型还提供了一种利用所述的铁路机车通信设备记录装置的数据存储方法，所述数据存储方法包括以下步骤：当为声控模式时，所述记录装置接收到模拟语音信号，模数数模转换单元将模拟语音信号转化为数字语音信号，发送至主控单元，主控单元启动G.729语音压缩编解码算法对数字语音信号进行语音压缩编码，并将压缩后的数字语音数据储存于存储单元中；当为电控模式时，需要录音时，机车综合通信设备CIR提供一个低电平信号，并通过NPN电路发送至主控单元，主控单元通过对电平信号检测，来控制主控单元在低电平有效期间进行压缩语音编码工作,并将编码后的数字语音数据存于存储单元中。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型的模数数模转换单元采用低功耗、低电压的音频模数数模转换芯片UDA1341与主控单元相连接，主控单元采用低功耗、高速的AM335x嵌入式微处理器，并内置高效的G.729语音压缩编解码算法，结合存储单元采用高速的FLASH数据存储芯片，实现快速、高效的语音数据的压缩写入和读取解压等操作，以较少的数据存储空间，满足铁路机车设备语音、数字记录信息的存储需求，有效的减小了设备体积、节省设备成本。

附图说明

图1是本实用新型的铁路机车通信设备记录装置的结构示意图。

图2是本实用新型的主控单元的结构示意图。

具体实施方式

为了能够进一步了解本实用新型的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，并非限定本实用新型。

如图1所示，一种铁路机车通信设备记录装置，所述记录装置包括主控单元1、模数数模转换单元2、RS232数据通信单元3、NPN电路4、存储单元5、LED显示单元6、USB数据通信单元7、时钟单元8和电源单元9。主控单元1通过模数数模转换单元2与机车综合通信设备CIR10连接，主控单元1内置G.729语音编解码算法，模数数模转换单元2和所述G.729语音编解码算法用于处理机车综合通信设备CIR10的语音信号，以实现机车综合通信设备CIR10的录音放音功能。主控单元1通过RS232数据通信单元3与机车综合通信设备CIR10连接，RS232数据通信单元3用于机车综合通信设备CIR10与所述记录装置的数据通信，以实时记录机车综合通信设备CIR10的运行状态信息。机车综合通信设备CIR10与NPN电路4连接，NPN电路4与主控单元1连接，NPN电路4用于接收机车综合通信设备CIR10的低电平信号控制主控单元1启停G.729语音编解码，以实现控制录音开始和结束功能。存储单元5与主控单元1连接，存储单元5用于存储机车综合通信设备CIR10的通话语音数据和运行状态数据。LED显示单元6与主控单元1连接，LED显示单元6用于实时显示所述记录装置的工作状态信息。主控单元1通过USB数据通信单元7与计算机专用软件或U盘连接，USB数据通信单元7用于所述计算机专用软件或U盘与所述记录装置的数据通信。时钟单元8与主控单元1连接，时钟单元8用于记录各种数据的开始时间和结束时间。机车综合通信设备CIR10与电源单元9连接，电源单元9采用效率高、纹波小的DC3.3V稳压电源模块，以使机车综合通信设备CIR10为电源单元9提供直流DC13.8V电源，电源单元9为所述记录装置提供稳定、可靠的直流DC3.3V电源。

主控单元1采用具有高速数据处理能力的AM335x嵌入式微处理器，在该硬件平台上实现Linux操作系统，运行主频最高可达1GHz，支持CAN总线控制器、IIC控制器、SPI控制器、512M Byte DDR3大容量内存、USB高速数据通信接口和多个UART串口等功能，非常适合低功耗、高速数据处理和高速数据通信等应用场景。主控单元1根据规定的协议接口与各个组成单元进行通信，分析与处理通信链路上传输的数据信息，控制各个组成单元按功能要求进行工作。如图2所示，主控单元1通过IIS接口与模数数模转换单元2连接，实现主控单元1与模数数模转换单元2的音频数据通信；主控单元1通过L3接口与模数数模转换单元2连接，实现主控单元1与模数数模转换单元2的控制寄存器进行数据通信，主控单元1对模数数模转换单元2的参数设置和放音信号幅度的增益控制；主控单元1通过UART接口与RS232数据通信单元3连接，实现主控单元1与RS232数据通信单元3的高速串行数据通信，基于RS232数据通信单元3对通信数据的电平转换，进而实现所述记录装置与机车综合通信设备CIR10稳定、可靠的高速串行数据通信；主控单元1通过GPIO接口与NPN电路4连接，实现机车综合通信设备CIR10通过低电平信号控制NPN电路4，进而控制主控单元1启停G.729语音压缩编解码，以实现控制录音开始和结束功能；主控单元1通过SPI接口与存储单元5连接，实现主控单元1与存储单元5的数据通信，实现机车综合通信设备CIR10高速、大量的语音数据和运行状态数据的存入与读取工作；主控单元1通过SPI接口与LED显示单元6连接，实现主控单元1与LED显示单元6的通信，以实时显示记录装置各种工作状态信息；主控单元1通过USB接口与USB数据通信单元7连接，实现主控单元1与计算机专用软件的数据通信，实现主控单元1与U盘的高速数据通信，实现记录装置中大量记录数据转存至计算机功能；主控单元1通过IIC接口与时钟单元8连接，实现主控单元1与时钟单元8的数据通信，实现时钟读取、时间校正等功能。

G.729标准是一种由国际电信联盟(ITU-T)制定的速率为8kbit/s的共轭结构代数码本激励线性预测(CS-ACELP)语音压缩编码标准。铁路机车通信设备记录装置采用G.729语音压缩编解码算法，实现较高的语音压缩编码率、较低的算法延时和更清晰的解码合成语音，MOS值高于4.0，非常适合铁路机车通信实时通话语音存储需求。

模数数模转换单元采用低功耗、低电压的音频模数数模转换芯片UDA1341，在录音时，由机车综合通信设备CIR10输出的模拟音频信号，经过模数数模转换单元2转换为16bit线性PCM数字语音信号，再经过主控单元1内的G.729语音编解码算法得到压缩后的数字语音数据，存放在存储单元5中；在放音时，由主控单元1读取存储单元5中的压缩后的数字语音数据，经过主控单元1内的G.729语音编解码算法进行解码得到16bit线性PCM数字语音信号，再经过模数数模转换单元2转换为清晰的模拟音频信号发送至机车综合通信设备CIR10。

RS232数据通信单元3的数据通信包括机车综合通信设备CIR10实时将运行状态信息发送至记录装置，并进行存储；机车综合通信设备CIR10的操作单元MMI对记录装置进行录音查询、录音播放请求、运行状态历史信息查询、时钟查询、校正时钟、查询和设置录音工作模式、查询记录装置软件版本号等操作；记录装置定时请求机车综合通信设备CIR10发送CIR设备时间和GPS卫星定位信息，而后对本机时间进行自动校正等操作。

USB数据通信单元7采用高速USB串行数据通信芯片，支持USB2.0标准，通信速率可高达480MB/S。USB数据通信单元7与所述计算机专用软件连接以读取记录数据进行查询和播放录音，USB数据通信单元7与所述U盘连接以转存记录数据。即将U盘插入记录装置的USB接口，记录装置检测到U盘插入，主控单元1读取存储单元5中存储的数据，并将数据写入U盘。用户将U盘插入计算机USB接口，通过计算机专用软件读取U盘中的数据，并将其中的语音数据转化为WAV格式音频文件,将工作状态等数字数据转化为TXT格式文件，存储于计算机硬盘中。语音、数字文件的名称都以记录时间命名。计算机专用软件可对存储的CIR设备通话语音、运行状态等数据进行有效的管理。转存记录数据的另一种方式是采用计算机的USB接口与记录装置的USB接口相连接，通过计算机专用软件发送记录数据转存命令，读取记录装置中储存的所有记录数据，实现记录数据的转存。

时钟单元8采用年误差小于1分钟的高精度DS3231时钟芯片，时钟单元8通过GPS卫星定位信息中的时间同步或机车综合通信设备CIR10的时间同步来校正时间。时钟校正可通过三种方式实现，一是通过机车综合通信设备CIR10的操作单元MMI手动查询记录装置时间，并进行修正；二是通过计算机专用软件手动查询记录装置时间，并进行修正；三是记录装置每隔一段时间主动请求机车综合通信设备CIR10发送CIR设备时间和当前GPS数据信息，接收到CIR设备的应答后，如果有GPS信息，则以GPS信息中的时间信息为准进行校正，如果没有GPS信息，则以CIR设备时间为准，进行校正。精确的记录装置时钟，为各种信息的记录提供准确的记录时间，有利于对记录数据的有效分析与故障判断，有效的提高了铁路运输的安全性。时钟单元8的电源采用电源单元提供的DC3.3V电源，当记录装置电源关闭时，由CR1620纽扣电池为其供应DC3V电源，CR1620纽扣电池具有无汞环保、性能稳定、使用寿命长等优点。

存储单元5采用数据读写速度快、容量大的非易失性存储器NandFLASH存储器，实现CIR语音、数据等信息的快速存入和读取，符合CIR设备通话语音及工作状态记录需求。记录装置要求语音记录累计时间长度应≥70小时，数据记录累计条数≥10000条。

G.729压缩编码算法可实现语音压缩率为8Kbit/s(即1000B/s)。

记录时间＝70小时*3600秒/小时＝252000秒。

话音记录空间＝记录时间*语音压缩率＝252000秒*1000字节/秒＝240.3MB。

数据记录空间＝10000*512字节＝4.9MB。

Flash芯片存储容量应≥240.3MB+4.9MB＝245.2MB；一般FLASH芯片都是以2的N次幂形式存在，所以采用256MB的FLASH芯片即可。本方案中Flash芯片存储容量为512MB，足以满足CIR设备记录数据存储需求。

LED显示单元6采用优质、高清晰、色彩丰富的彩色液晶显示屏，实现实时显示记录装置电源、运行、话音记录中、数据记录中、放音中、通信中、钮扣电池电量、本机时间等工作状态信息。

另外，基于上述的铁路机车通信设备记录装置，提供一种数据存储方法，对机车综合通信设备CIR10的语音数据进行录音存储，以实现录音放音功能。记录装置具有两种录音工作方式，一种为声控方式，另一种为电控方式。用户可通过CIR的操作单元MMI或计算机专用软件对录音工作方式进行设置。因此，所述数据存储方法包括以下步骤：当为声控模式时，所述记录装置接收到模拟语音信号，模数数模转换单元2将模拟语音信号转化为数字语音信号，发送至主控单元1，主控单元1启动G.729语音编解码算法对数字语音信号进行语音压缩编码，并将压缩后的数字语音数据储存于存储单元5中；当为电控模式时，需要录音时，机车综合通信设备CIR10提供一个低电平信号，并通过NPN电路4发送至主控单元1，主控单元1通过对电平信号检测，来控制主控单元1在低电平有效期间进行压缩语音编码工作,并将编码后的数字语音数据存于存储单元5中。

用户可通过机车综合通信设备CIR10的操作单元MMI，根据记录时间查找某段录音，并请求播放录音。记录装置收到放音请求后，由主控单元1读取存储单元5中相应的语音数据，并运行G.729语音编解码算法进行压缩语音解码，然后将解码后的数据发送至模数数模转换单元2，转化为模拟语音信号发送至机车综合通信设备CIR10的操作单元MMI进行播放。

用户可通过计算机专用软件，根据记录时间查找某段录音。记录装置收到请求后，由主控单元1读取相应的语音数据，而后将语音数据送至计算机，计算机专用软件将语音数据格式转化为WAV格式，并进行语音播放。

本实用新型基于高速、低功耗、高效的ARM数字处理技术，结合高质量、低时延、高压缩效率的G.729语音压缩编解码算法，构建高效率、低功耗、大容量的铁路机车通信设备记录装置，记录装置主要功能为对CIR设备收发的语音信号进行采样、模数转换、语音压缩编码、存储等工作；与CIR设备进行串行数字通信，实时记录CIR设备运行状态信息；响应CIR设备的操作单元MMI和计算机专用软件对记录装置中存储的记录数据的查询、播放录音和查询、校正记录装置时钟及工作模式等请求；采用高清晰液晶显示屏实时显示记录装置工作状态；自动识别U盘插入，并将记录数据写入U盘等功能，实现对机车综合无线通信设备CIR在铁路运输行车作业等情况下的通话语音以及CIR设备的开机、GSM-R网络注册/注销、功能号注册/注销、信号强度、操作、模式切换、承载业务、检测、报警信息、关机、电源状态等运行状态的实时记录，为CIR设备的日常维护和故障检修工作提供及时、有效的数据支持。

需要声明的是，上述实用新型内容及具体实施方式意在证明本实用新型所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本实用新型保护范围的限定。本领域技术人员在本实用新型的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本实用新型的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种铁路机车通信设备记录装置，其特征在于，所述记录装置包括主控单元(1)、模数数模转换单元(2)、RS232数据通信单元(3)、NPN电路(4)、存储单元(5)、LED显示单元(6)、USB数据通信单元(7)、时钟单元(8)和电源单元(9)；其中，

主控单元(1)通过模数数模转换单元(2)与机车综合通信设备CIR(10)连接，主控单元(1)内置G.729语音编解码算法，模数数模转换单元(2)和所述G.729语音压缩编解码算法用于处理机车综合通信设备CIR(10)的语音信号，以实现机车综合通信设备CIR(10)的录音放音功能；

主控单元(1)通过RS232数据通信单元(3)与机车综合通信设备CIR(10)连接，RS232数据通信单元(3)用于机车综合通信设备CIR(10)与所述记录装置的数据通信，以实时记录机车综合通信设备CIR(10)的运行状态信息；

机车综合通信设备CIR(10)与NPN电路(4)连接，NPN电路(4)与主控单元(1)连接，NPN电路(4)用于接收机车综合通信设备CIR(10)的低电平信号控制主控单元(1)启停G.729语音编解码，以实现控制录音开始和结束功能；

存储单元(5)与主控单元(1)连接，存储单元(5)用于存储机车综合通信设备CIR(10)的通话语音数据和运行状态数据；

LED显示单元(6)与主控单元(1)连接，LED显示单元(6) 用于实时显示所述记录装置的工作状态信息；

主控单元(1)通过USB数据通信单元(7)与计算机专用软件或U盘连接，USB数据通信单元(7)用于所述计算机专用软件或U盘与所述记录装置的数据通信；

时钟单元(8)与主控单元(1)连接，时钟单元(8)用于记录各种数据的开始时间和结束时间；

机车综合通信设备CIR(10)与电源单元(9)连接，电源单元(9)为DC3.3V稳压电源模块，以使机车综合通信设备CIR(10)为电源单元(9)提供直流DC13.8V电源，电源单元(9)为所述记录装置提供直流DC3.3V电源。

2.如权利要求1所述的铁路机车通信设备记录装置，其特征在于，主控单元(1)通过IIS接口和L3接口与模数数模转换单元(2)连接，主控单元(1)通过UART接口与RS232数据通信单元(3)连接，主控单元(1)通过GPIO接口与NPN电路(4)连接，主控单元(1)通过SPI接口与存储单元(5)连接，主控单元(1)通过SPI接口与LED显示单元(6)连接，主控单元(1)通过USB接口与USB数据通信单元(7)连接，主控单元(1)通过IIC接口与时钟单元(8)连接。

3.如权利要求1所述的铁路机车通信设备记录装置，其特征在于，USB数据通信单元(7)与所述计算机专用软件连接以读取记录数据，USB数据通信单元(7)与所述U盘连接以转存记录数据。

4.如权利要求1所述的铁路机车通信设备记录装置，其特征在于，时钟单元(8)采用年误差小于1分钟的高精度DS3231时钟芯片，时钟单元(8)通过GPS卫星定位信息中的时间同步或机车综合通信设备CIR(10)的时间同步来校正时间。

5.如权利要求1所述的铁路机车通信设备记录装置，其特征在于，存储单元(5)采用数据读写速度快、容量大的非易失性存储器NandFLASH存储器。

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