無線通信技術(shù)在拖拉機(jī)牽引性能測試中的應(yīng)用

【摘要】 本文將針對(duì)拖拉機(jī)牽引性能測試過程中，在被試車和負(fù)荷車之間，如果以有線方式連接極易出現(xiàn)諸多不便。設(shè)計(jì)無線通信技術(shù)用于車輛牽引性能測試，通過靜態(tài)和動(dòng)態(tài)對(duì)比試驗(yàn)可以看出，雖然在測試過程中的牽引性能測試系統(tǒng)振動(dòng)會(huì)對(duì)無線通信系統(tǒng)穩(wěn)定性造成影響，但仍然能夠滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性需求。無線通信技術(shù)無論是在發(fā)展速度還是應(yīng)用領(lǐng)域，都已經(jīng)超過了傳統(tǒng)的固定通信技術(shù)，被廣泛用于各行各業(yè)。

【關(guān)鍵詞】 拖拉機(jī);牽引性能測試;無線通信技術(shù);應(yīng)用

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.05.014

The Application of Wireless Communication Technology in Tractor Traction Performance Test

LI Cheng-lin

（Weifang Jiapeng Technology Co.，Ltd.，Weifang 261206，China）

Abstract： This article will aim at the process of tractor traction performance test，if the test vehicle and the load vehicle are connected in a wired manner，it is very easy to cause many inconveniences. Design of wireless communication technology for vehicle traction performance test. Through static and dynamic comparison tests，it can be seen that although the vibration of the traction performance test system during the test will affect the stability of the wireless communication system，it can still meet the system stability requirements. The wireless communication technology has surpassed the traditional fixed communication technology in both the development speed and the application field，and has been widely used in all walks of life.

Key words： tractor;traction performance test;wireless communication technology;application

拖拉機(jī)作為一種常用的農(nóng)業(yè)機(jī)械，在其鑒定和質(zhì)檢的過程中，牽引試驗(yàn)是評(píng)價(jià)拖拉機(jī)性能的重要指標(biāo)之一。拖拉機(jī)牽引性能試驗(yàn)時(shí)，需要同時(shí)在兩臺(tái)拖拉機(jī)（牽引車與負(fù)荷車）上同時(shí)開展，各類傳感器也需要同時(shí)安裝在這兩臺(tái)車輛的不同部位，通過信號(hào)線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器上，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理終端。數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理終端之間通過RS-232或者USB接口進(jìn)行有線連接，各類線纜多達(dá)十余條。這些線纜不僅需要花費(fèi)大量時(shí)間去連接，在開展試驗(yàn)的過程中，也極易由于拉伸過度出現(xiàn)故障。另外，試驗(yàn)人員處于拖拉機(jī)駕駛室內(nèi)狹小的空間里，對(duì)于數(shù)據(jù)處理器終端操作有著諸多不便之處。基于這些問題，本文將就無線通信技術(shù)在拖拉機(jī)牽引性能測試時(shí)的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述。

1 無線通信方案設(shè)計(jì)

通常情況下，拖拉機(jī)牽引性能測試時(shí)被試車和負(fù)荷車之間的最大有效距離為15 m，采用頻率設(shè)定為10 Hz，測試時(shí)選取專業(yè)的空曠試驗(yàn)場，在這種試驗(yàn)場場地內(nèi)分布有大量的無線節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)安裝有監(jiān)視器、加載控制器以及數(shù)據(jù)采集器等。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)采用主機(jī)廣播，半雙工通信來作為無線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸形式，這種通信方式有著良好的擴(kuò)展性，可滿足測試時(shí)多數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸?shù)男枨蟆Ａ硗猓瑸榱藵M足無線網(wǎng)絡(luò)信息傳輸速率低、通信距離近的要求，在發(fā)射模塊選擇時(shí)采用了高斯頻調(diào)制方式，利用車載電源和逆變電源作為主機(jī)和從機(jī)的電源，有效解決了電源穩(wěn)定和充足的問題。

1.1 測試車輛子系統(tǒng)

拖拉機(jī)牽引性能試驗(yàn)是指對(duì)拖拉機(jī)在特定路面上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，滑轉(zhuǎn)率、車速、牽引性能、油耗、牽引效率等多個(gè)指標(biāo)在隨著遷移率發(fā)生改變而出現(xiàn)的規(guī)律進(jìn)行檢測。因此，在測試的過程中，場地內(nèi)分布的數(shù)據(jù)采集器會(huì)將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)上，上位機(jī)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后將相關(guān)指令傳送到監(jiān)視器上，監(jiān)視器顯示出當(dāng)前的試驗(yàn)狀態(tài)、檔位以及操作指令，指導(dǎo)被試車的駕駛員根據(jù)指令要求完成操作。

1.2 負(fù)荷車子系統(tǒng)

負(fù)荷車子系統(tǒng)為測試車輛提供所需的牽引負(fù)荷。在測試過程中，負(fù)荷車通過動(dòng)力輸出軸安裝電渦流緩速器，以達(dá)到負(fù)載可控的目的。在設(shè)計(jì)無線通信系統(tǒng)時(shí)，整個(gè)測試系統(tǒng)以上位機(jī)作為數(shù)據(jù)處理、顯示和記錄的中心，將數(shù)據(jù)采集器發(fā)送的實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和復(fù)雜處理，發(fā)送操作命令到監(jiān)視器和加載控制器。電源采用直流穩(wěn)壓電源，監(jiān)視器II會(huì)通過無線通信模塊來接受上位機(jī)發(fā)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，以便于駕駛員能夠及時(shí)完成相關(guān)指令。

2 多機(jī)無線通信硬件設(shè)計(jì)

上位機(jī)如果選擇使用筆記本電腦，操作會(huì)更簡便一些。里面包含兩個(gè)無線通信模塊，能夠在測試過程中快速接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信息，這兩個(gè)無線通信模塊與網(wǎng)關(guān)之間可以通過串口進(jìn)行連接。在方便管理的情況下，監(jiān)視器和加載控制器可以使用目前通用的工業(yè)級(jí)別顯示器，利用RS232串口與無線通信模塊相關(guān)連接，數(shù)據(jù)采集器可以通過串口和外置的無線通信模式同時(shí)進(jìn)行連接。

設(shè)計(jì)完成后，對(duì)數(shù)據(jù)采集器工作過程中的各個(gè)采集通道，針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_度進(jìn)行速度和穩(wěn)定性的檢驗(yàn)。在進(jìn)行牽引性能測試前先對(duì)各個(gè)通道進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量時(shí)牽引力檢測通道用作計(jì)量通道，以驗(yàn)證模擬量轉(zhuǎn)換的精確性。以0～5 V為量程，在量程內(nèi)均勻設(shè)置20個(gè)檢測點(diǎn)。在檢測過程中，數(shù)據(jù)采集器通過無線通信通道將預(yù)置電壓發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將數(shù)據(jù)整理后發(fā)送給監(jiān)視器II。當(dāng)下位機(jī)接收到上位機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包后，如數(shù)據(jù)校驗(yàn)無錯(cuò)誤，則向上位機(jī)返回應(yīng)答碼0xBB;如果數(shù)據(jù)校驗(yàn)存在錯(cuò)誤，則向上位機(jī)發(fā)生應(yīng)答碼0xEE，通信結(jié)束。上位機(jī)在接收到應(yīng)答碼后對(duì)其進(jìn)行判斷，如數(shù)據(jù)傳輸成功，則結(jié)束本次通信;如果數(shù)據(jù)傳送存在錯(cuò)誤，則重新交握。

通過測定，牽引率采集通道檢驗(yàn)過程中最大的誤差為3 mV，而系統(tǒng)線性度最大誤差與量程的比值是0.06%，表示采集通道數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性較好，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性較高。

3 無線通信性能試驗(yàn)及分析

3.1 靜態(tài)試驗(yàn)

無線通信設(shè)備靜態(tài)試驗(yàn)場是拖拉機(jī)牽引性能的試驗(yàn)場。相關(guān)參數(shù)設(shè)置為：無線通信模塊工作頻率433 MHz，接收靈敏度設(shè)置為-124 dBm，發(fā)生功率設(shè)置為28 dBm，其他參數(shù)設(shè)置為：16信道，9600 bit/d串口波特率和空中波特率。測試時(shí)由不同的測試人員手持上位機(jī)和下位機(jī)，設(shè)備距離地面的高度設(shè)定為1.5 m。上位機(jī)與下位機(jī)的距離逐漸擴(kuò)大，在此期間，下位機(jī)每隔1 s接受1次上位機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，如果下位機(jī)出現(xiàn)明顯錯(cuò)誤時(shí)則停止測試。結(jié)果表明，該無線通信系統(tǒng)的最大有效接收距離為520 m，在此距離內(nèi)，各下位機(jī)能準(zhǔn)確、穩(wěn)定地接收上位機(jī)發(fā)送的各數(shù)據(jù)組。

3.2 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

將設(shè)計(jì)好的無線通信設(shè)備嵌入到拖拉機(jī)牽引性能測試系統(tǒng)中，相關(guān)參數(shù)保持不變，根據(jù)牽引試驗(yàn)要求開展動(dòng)態(tài)牽引試驗(yàn)，對(duì)無線通信與有線通信所得的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以看出，有線通信與無線通信的最大相對(duì)誤差為0.98%，為發(fā)動(dòng)機(jī)油耗儀精度（0.5%）所導(dǎo)致，與本次系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信發(fā)生并沒有直接關(guān)系。由此可見，無線通信在用于拖拉機(jī)牽引性能動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)功能正常，未出現(xiàn)數(shù)據(jù)損壞和丟失的情況，測試效率有所提高。

4 結(jié)論

在靜態(tài)試驗(yàn)中，設(shè)置上位機(jī)與下位機(jī)的通信距離為15 m，結(jié)果顯示，靜態(tài)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)接受率可以達(dá)到100%，而動(dòng)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的接受率則穩(wěn)定在97%以上，由此可見，負(fù)荷車和被測車輛的振動(dòng)雖然在一定程度上影響了無線通信的穩(wěn)定性，但仍能滿足正常的通信要求。拖拉機(jī)牽引試驗(yàn)采用的無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了兩車多機(jī)通信，提高了測試車輛的機(jī)動(dòng)性，而且網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性良好，為虛擬控制技術(shù)用于拖拉機(jī)性能牽引測試系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 李忠利，閆祥海，周志立.負(fù)荷車電渦流緩速器加載控制系統(tǒng)研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2018（3）：126-131.

[2] 彭玉華，孫朝偉.基于無線通信技術(shù)的拖拉機(jī)綜合性能測試儀研發(fā)[J].農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督，2018（5）：20-22.

[3] 王立大.基于網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器技術(shù)的拖拉機(jī)綜合性能檢測系統(tǒng)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2004.

[4] 殷建軍，潘春華，肖克輝，等.基于無線圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017（7）：286-293.

[5] 樊可清，蔡雄友，張海東，等.長距離大數(shù)據(jù)量無線通信模塊性能測試[J].電子測量技術(shù)，2016（9）：192-196.

【作者簡介】

李成林，男，1985年出生，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械。