一种基于ZIGBEE通信的轮轨力测量终端的制作方法

本实用新型涉及一种安全可靠的用于轨道车辆的轮轨力测量终端，特别涉及一种基于ZIGBEE通信的轮轨力测量终端。

背景技术：

轮轨力测量是轨道车辆动力学测试的重要组成部分，轮轨力测量反映了轨道车辆的脱轨机理。目前轮轨力测量中的测力轮对是采用集流环作为传输数据的主要方式，它在传输数据过程中会引入噪声，影响测量精度。另外，有线传输还存在布线复杂，不便于检查维修等缺点。

近年来无线测量技术得到了飞速的发展，各种无线传输协议也已经逐渐成熟，足以满足列车安全性、测量精确性和设备便携性等要求，所以，无线测量技术的应用显得尤为迫切。利用无线通信技术可以降低投资成本，数据连通性强，有较强的系统鲁棒性。且无线通信技术可以进行远程控制，以网络方式访问。

因此，本实用新型提供一种基于短距离无线通信和数据安全加密的轮轨力测量终端，采用TCM可信芯片进行数据加密，以及低功耗、自组网和低成本的短距离无线通信技术ZIGBEE对数据进行传输，减小了布线难度，提高了测量精度、安全和抗干扰性能。

技术实现要素：

本实用新型一种基于ZIGBEE通信的轮轨力测量终端的目的是通过对测试应变片传感器的微弱信号进行放大，并保证测量数据的准确性，并经TCM可信芯片进行加密，然后通过ZIGBEE无线网络传输测量结果数据，为轨道车辆的动力学性能提供准确的轮轨力数据，从而保证轨道列车的安全性、稳定性以及舒适性。

本实用新型一种基于ZIGBEE通信的轮轨力测量终端由主控模块、数据采集模块、安全加密模块以及ZIGBEE通信模块组成。主控模块采用 STC8A8K64S4A12芯片，并通过片上资源分别数据采集模块、安全加密模块和ZIGBEE通信模块连接。主控模块通过片上A/D获取放大的轮轨力数据，经过分析和处理，并经TCM可信芯片加密，通过ZIGBEE通信模块实现数据的无线传输。

所述主控模块采用STC8A8K64S4A12芯片，分别通过片上A/D与数据采集模块、I2C与安全加密模块以及USART与ZIGBEE通信模块进行通信，实现相关数据的获取、处理、加密和传输。

所述的数据采集模块由应变片传感器以及两级放大器AD524和AD624组成，实现对轮轨力的数据采集和放大。

所述的安全加密模块由TCM可信芯片J3210构成，实现对所传输数据的加密，确保数据的安全可靠性，通过I2C接口引脚与主控STC8A8K64S4A12的引脚29、30进行连接，I2C的数据线和时钟线进行上拉，节省主控I/O，降低成本。

所述的ZIGBEE通信模块由ZBCOM-300IE构成，实现对数据的无线传输，确保数据的实时性，ZBCOM-300IE的DB9引脚2、3分别和串口驱动芯片MAX3232的引脚14、13连接，串口驱动芯片MAX3232的引脚12、11分别和主控模块芯片STC8A8K64S4A12的引脚27、28连接。

本实用新型一种基于ZIGBEE通信的轮轨力测量终端可广泛应用于轨道车辆轮轨力测量领域，通过对采集的轮轨力数据进行加密处理，提高数据的安全可靠性，并通过短距离无线通信技术ZIGBEE进行传输，提高测量结果的实时性，为轨道车辆运行安全性、稳定性及舒适性提供保障，与现有技术相比较，本实用新型具有实时、安全、可靠、灵活等特点，在轨道车辆轮轨力测量领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1 是本实用新型结构框图。

图2 是本实用新型主控模块电路示意图。

图3 是本实用新型数据采集模块电路示意图。

图4 是本实用新型安全加密模块电路示意图。

图5 是本实用新型ZIGBEE通信模块电路示意图。

具体实施方式

本实用新型一种基于ZIGBEE通信的轮轨力测量终端采用模块化设计，具体包括主控模块、数据采集模块、安全加密模块以及ZIGBEE通信模块组成，如图1所示。本主控模块采用 STC8A8K64S4A12芯片，并通过片上资源分别数据采集模块、安全加密模块和ZIGBEE通信模块连接。主控模块通过片上A/D获取放大的轮轨力数据，经过分析和处理，并经TCM可信芯片加密，通过ZIGBEE通信模块实现数据的无线传输。

如图2所示，主控模块采用STC8A8K64S4A12芯片，其具有超高速8051内核，22个中断源，4级终端优先级。该芯片具有丰富的片上资源，包括64K片内FLASH（支持在线编程），8K片内SRAM，59个I/O接口，5个16为定时器，4个高速串口USART，1路I2C接口，1路SPI，超高速ADC等。主控模块通过ADC接口与数据采集模块连接，通过I2C与安全加密模块连接，并通过USART与ZIGBEE通信模块连接，实现对轮轨力的安全可靠采集、处理、加密和传输。

如图3所示，数据采集模块由应变片传感器以及放大器芯片AD524和AD624组成。应变片传感器的引脚1、2分别与第一级放大器芯片AD524的引脚1、2连接。放大器芯片AD524的引脚10、9一起与第二级放大器芯片AD624的引脚2连接。放大器芯片AD624的引脚10、9一起与主控模块芯片STC8A8K64S4A12的引脚3连接。两级放大可实现2000到100000倍的精确放大。

如图4所示，安全加密模块采用TCM可信芯片J3210，其具有丰富的片上资源，包括32位SPARC CPU，24KB内部指令RAM，9KB内部数据RAM，128KB FLASH存储器，LPC、I2C、SPI、UART等接口，以及1024、2048位RSA密码引擎，192、224、256、384位的ECC密码引擎，中国商用对称密码SMS4引擎等。通过I2C接口引脚与主控STC8A8K64S4A12的引脚29、30进行连接，I2C的数据线和时钟线进行上拉，节省主控I/O，降低成本。

如图5所示，ZIGBEE通信模块采用ZBCOM-300IE，其是一款RS-232/485/422三合一串口转ZIGBEE设备，采用工业级ZIGBEE专用射频处理器，支持串口透传输模式，具备很高的接收灵敏度，通信距离可达2.5Km。ZBCOM-300IE的DB9引脚2、3分别和串口驱动芯片MAX3232的引脚14、13连接，串口驱动芯片MAX3232的引脚12、11分别和主控模块芯片STC8A8K64S4A12的引脚27、28连接。

本实用新型的具体工作流程如下。

上电后，对主控模块、数据采集模块、安全加密模块以及ZIGBEE通信模块等进行初始化，对各个模块进行参数配置，然后开始数据通信。

数据采集模块对测试应变片传感器的微弱信号进行放大后，送入主控模块进行处理，主控模块读取数据后经安全加密模块进行数据加密，将加密打包的数据信息通过ZIGBEE无线网络传输测量结果数据，实现轮轨力的安全可靠采集和传输。

如上述步骤便可实现本实用新型。