無線通信在拖拉機(jī)牽引性能測(cè)試中應(yīng)用

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【摘要】本文將針對(duì)拖拉機(jī)牽引性能測(cè)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(cè)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(cè)試過程中的牽引性能測(cè)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(cè)試；無線通信技術(shù)；應(yīng)用

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(cè)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(cè)試時(shí)被試車和負(fù)荷車之間的最大有效距離為15m，采用頻率設(shè)定為10Hz，測(cè)試時(shí)選取專業(yè)的空曠試驗(yàn)場(chǎng)，在這種試驗(yàn)場(chǎng)場(chǎng)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(cè)試時(shí)多數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸?shù)男枨?。另外，為了滿足無線網(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(cè)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(cè)。因此，在測(cè)試的過程中，場(chǎng)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(cè)試車輛提供所需的牽引負(fù)荷。在測(cè)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(cè)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(cè)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(jiǎn)便一些。里面包含兩個(gè)無線通信模塊，能夠在測(cè)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(cè)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(cè)通道用作計(jì)量通道，以驗(yàn)證模擬量轉(zhuǎn)換的精確性。以0~5V為量程，在量程內(nèi)均勻設(shè)置20個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。在檢測(cè)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(cè)定，牽引率采集通道檢驗(yàn)過程中最大的誤差為3mV，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(chǎng)是拖拉機(jī)牽引性能的試驗(yàn)場(chǎng)。相關(guān)參數(shù)設(shè)置為：無線通信模塊工作頻率433MHz，接收靈敏度設(shè)置為-124dBm，發(fā)生功率設(shè)置為28dBm，其他參數(shù)設(shè)置為：16信道，9600bit/d串口波特率和空中波特率。測(cè)試時(shí)由不同的測(cè)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1.5m。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1s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(cè)試。結(jié)果表明，該無線通信系統(tǒng)的最大有效接收距離為520m，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(cè)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(cè)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15m，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(cè)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(cè)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(cè)試系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

作者:李成林 單位:濰坊佳朋科技有限公司