無線通信在拖拉機牽引性能測試中應(yīng)用

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【摘要】本文將針對拖拉機牽引性能測試過程中，在被試車和負荷車之間，如果以有線方式連接極易出現(xiàn)諸多不便。設(shè)計無線通信技術(shù)用于車輛牽引性能測試，通過靜態(tài)和動態(tài)對比試驗可以看出，雖然在測試過程中的牽引性能測試系統(tǒng)振動會對無線通信系統(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；牽引性能測試；無線通信技術(shù)；應(yīng)用

拖拉機作為一種常用的農(nóng)業(yè)機械，在其鑒定和質(zhì)檢的過程中，牽引試驗是評價拖拉機性能的重要指標之一。拖拉機牽引性能試驗時，需要同時在兩臺拖拉機（牽引車與負荷車）上同時開展，各類傳感器也需要同時安裝在這兩臺車輛的不同部位，通過信號線將數(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接口進行有線連接，各類線纜多達十余條。這些線纜不僅需要花費大量時間去連接，在開展試驗的過程中，也極易由于拉伸過度出現(xiàn)故障。另外，試驗人員處于拖拉機駕駛室內(nèi)狹小的空間里，對于數(shù)據(jù)處理器終端操作有著諸多不便之處?；谶@些問題，本文將就無線通信技術(shù)在拖拉機牽引性能測試時的應(yīng)用情況進行綜述。

1無線通信方案設(shè)計

通常情況下，拖拉機牽引性能測試時被試車和負荷車之間的最大有效距離為15m，采用頻率設(shè)定為10Hz，測試時選取專業(yè)的空曠試驗場，在這種試驗場場地內(nèi)分布有大量的無線節(jié)點，這些節(jié)點安裝有監(jiān)視器、加載控制器以及數(shù)據(jù)采集器等。本項目設(shè)計時采用主機廣播，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展性，可滿足測試時多數(shù)據(jù)同時傳輸?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和從機的電源，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)

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

1.2負荷車子系統(tǒng)

負荷車子系統(tǒng)為測試車輛提供所需的牽引負荷。在測試過程中，負荷車通過動力輸出軸安裝電渦流緩速器，以達到負載可控的目的。在設(shè)計無線通信系統(tǒng)時，整個測試系統(tǒng)以上位機作為數(shù)據(jù)處理、顯示和記錄的中心，將數(shù)據(jù)采集器發(fā)送的實時測量數(shù)據(jù)進行接收和復(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會通過無線通信模塊來接受上位機發(fā)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，以便于駕駛員能夠及時完成相關(guān)指令。

2多機無線通信硬件設(shè)計

上位機如果選擇使用筆記本電腦，操作會更簡便一些。里面包含兩個無線通信模塊，能夠在測試過程中快速接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信息，這兩個無線通信模塊與網(wǎng)關(guān)之間可以通過串口進行連接。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進行連接。設(shè)計完成后，對數(shù)據(jù)采集器工作過程中的各個采集通道，針對數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_度進行速度和穩(wěn)定性的檢驗。在進行牽引性能測試前先對各個通道進行計量，計量時牽引力檢測通道用作計量通道，以驗證模擬量轉(zhuǎn)換的精確性。以0~5V為量程，在量程內(nèi)均勻設(shè)置20個檢測點。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，上位機將數(shù)據(jù)整理后發(fā)送給監(jiān)視器II。當下位機接收到上位機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包后，如數(shù)據(jù)校驗無錯誤，則向上位機返回應(yīng)答碼0xBB；如果數(shù)據(jù)校驗存在錯誤，則向上位機發(fā)生應(yīng)答碼0xEE，通信結(jié)束。上位機在接收到應(yīng)答碼后對其進行判斷，如數(shù)據(jù)傳輸成功，則結(jié)束本次通信；如果數(shù)據(jù)傳送存在錯誤，則重新交握。通過測定，牽引率采集通道檢驗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)采集準確性較高。

3無線通信性能試驗及分析

3.1靜態(tài)試驗

無線通信設(shè)備靜態(tài)試驗場是拖拉機牽引性能的試驗場。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。測試時由不同的測試人員手持上位機和下位機，設(shè)備距離地面的高度設(shè)定為1.5m。上位機與下位機的距離逐漸擴大，在此期間，下位機每隔1s接受1次上位機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，如果下位機出現(xiàn)明顯錯誤時則停止測試。結(jié)果表明，該無線通信系統(tǒng)的最大有效接收距離為520m，在此距離內(nèi)，各下位機能準確、穩(wěn)定地接收上位機發(fā)送的各數(shù)據(jù)組。

3.2動態(tài)試驗

將設(shè)計好的無線通信設(shè)備嵌入到拖拉機牽引性能測試系統(tǒng)中，相關(guān)參數(shù)保持不變，根據(jù)牽引試驗要求開展動態(tài)牽引試驗，對無線通信與有線通信所得的相關(guān)數(shù)據(jù)進行對比，可以看出，有線通信與無線通信的最大相對誤差為0.98%，為發(fā)動機油耗儀精度（0.5%）所導致，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牽引性能動態(tài)試驗時功能正常，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)試驗中，設(shè)置上位機與下位機的通信距離為15m，結(jié)果顯示，靜態(tài)試驗的數(shù)據(jù)接受率可以達到100%，而動態(tài)試驗數(shù)據(jù)的接受率則穩(wěn)定在97%以上，由此可見，負荷車和被測車輛的振動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。拖拉機牽引試驗采用的無線通信技術(shù)實現(xiàn)了兩車多機通信，提高了測試車輛的機動性，而且網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和可擴展性良好，為虛擬控制技術(shù)用于拖拉機性能牽引測試系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

作者:李成林 單位:濰坊佳朋科技有限公司