無線通信在拖拉機牽引性能測試中應用
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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諸多不便。設計無線通信技術用于車輛牽引性能測試，通過靜態和動態對比試驗可以看出，雖然在測試過程中的牽引性能測試系統振動會對無線通信系統穩定性造成影響，但仍然能夠滿足系統穩定性需求。無線通信技術無論是在發展速度還是應用領域，都已經超過了傳統的固定通信技術，被廣泛用于各行各業。
拖拉機作為一種常用的農業機械，在其鑒定和質檢的過程中，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，通過信號線將數據傳輸到數據采集器上，再將數據傳輸到數據處理終端。數據采集器和數據處理終端之間通過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故障。另外，試驗人員處于拖拉機駕駛室內狹小的空間里，對于數據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在拖拉機牽引性能測試時的應用情況進行綜述。
1無線通信方案設計
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，采用頻率設定為10Hz，測試時選取專業的空曠試驗場，在這種試驗場場地內分布有大量的無線節點，這些節點安裝有監視器、加載控制器以及數據采集器等。本項目設計時采用主機廣播，半雙工通信來作為無線數據數據傳輸形式，這種通信方式有著良好的擴展性，可滿足測試時多數據同時傳輸的需求。另外，為了滿足無線網絡信息傳輸速率低、通信距離近的要求，在發射模塊選擇時采用了高斯頻調制方式，利用車載電源和逆變電源作為主機和從機的電源，有效解決了電源穩定和充足的問題。
1.1測試車輛子系統
拖拉機牽引性能試驗是指對拖拉機在特定路面上穩定運行時，滑轉率、車速、牽引性能、油耗、牽引效率等多個指標在隨著遷移率發生改變而出現的規律進行檢測。因此，在測試的過程中，場地內分布的數據采集器會將收集到的數據發送到上位機上，上位機對相關數據進行分析后將相關指令傳送到監視器上，監視器顯示出當前的試驗狀態、檔位以及操作指令，指導被試車的駕駛員根據指令要求完成操作。
1.2負荷車子系統
負荷車子系統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。在設計無線通信系統時，整個測試系統以上位機作為數據處理、顯示和記錄的中心，將數據采集器發送的實時測量數據進行接收和復雜處理，發送操作命令到監視器和加載控制器。電源采用直流穩壓電源，監視器II會通過無線通信模塊來接受上位機發生的相關數據，以便于駕駛員能夠及時完成相關指令。
2多機無線通信硬件設計
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送數據信息，這兩個無線通信模塊與網關之間可以通過串口進行連接。在方便管理的情況下，監視器和加載控制器可以使用目前通用的工業級別顯示器，利用RS232串口與無線通信模塊相關連接，數據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。設計完成后，對數據采集器工作過程中的各個采集通道，針對數據傳輸的精確度進行速度和穩定性的檢驗。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，以驗證模擬量轉換的精確性。以0~5V為量程，在量程內均勻設置20個檢測點。在檢測過程中，數據采集器通過無線通信通道將預置電壓發送給上位機，上位機將數據整理后發送給監視器II。當下位機接收到上位機發送過來的數據包后，如數據校驗無錯誤，則向上位機返回應答碼0xBB；如果數據校驗存在錯誤，則向上位機發生應答碼0xEE，通信結束。上位機在接收到應答碼后對其進行判斷，如數據傳輸成功，則結束本次通信；如果數據傳送存在錯誤，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，而系統線性度最大誤差與量程的比值是0.06%，表示采集通道數據傳輸穩定性較好，數據采集準確性較高。
3無線通信性能試驗及分析
3.1靜態試驗
無線通信設備靜態試驗場是拖拉機牽引性能的試驗場。相關參數設置為：無線通信模塊工作頻率433MHz，接收靈敏度設置為-124dBm，發生功率設置為28dBm，其他參數設置為：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，設備距離地面的高度設定為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次上位機發送過來的數據，如果下位機出現明顯錯誤時則停止測試。結果表明，該無線通信系統的最大有效接收距離為520m，在此距離內，各下位機能準確、穩定地接收上位機發送的各數據組。
3.2動態試驗
將設計好的無線通信設備嵌入到拖拉機牽引性能測試系統中，相關參數保持不變，根據牽引試驗要求開展動態牽引試驗，對無線通信與有線通信所得的相關數據進行對比，可以看出，有線通信與無線通信的最大相對誤差為0.98%，為發動機油耗儀精度（0.5%）所導致，與本次系統數據通信發生并沒有直接關系。由此可見，無線通信在用于拖拉機牽引性能動態試驗時功能正常，未出現數據損壞和丟失的情況，測試效率有所提高。
4結論
在靜態試驗中，設置上位機與下位機的通信距離為15m，結果顯示，靜態試驗的數據接受率可以達到100%，而動態試驗數據的接受率則穩定在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實現了兩車多機通信，提高了測試車輛的機動性，而且網絡穩定性和可擴展性良好，為虛擬控制技術用于拖拉機性能牽引測試系統奠定了基礎。
作者:李成林 單位:濰坊佳朋科技有限公司
