无线通信技术在拖拉机牵引性能测试中的应用

【摘要】 本文将针对拖拉机牵引性能测试过程中，在被试车和负荷车之间，如果以有线方式连接极易出现诸多不便。设计无线通信技术用于车辆牵引性能测试，通过静态和动态对比试验可以看出，虽然在测试过程中的牵引性能测试系统振动会对无线通信系统稳定性造成影响，但仍然能够满足系统稳定性需求。无线通信技术无论是在发展速度还是应用领域，都已经超过了传统的固定通信技术，被广泛用于各行各业。

【关键词】 拖拉机;牵引性能测试;无线通信技术;应用

【DOI编码】 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

拖拉機作为一种常用的农业机械，在其鉴定和质检的过程中，牵引试验是评价拖拉机性能的重要指标之一。拖拉机牵引性能试验时，需要同时在两台拖拉机（牵引车与负荷车）上同时开展，各类传感器也需要同时安装在这两台车辆的不同部位，通过信号线将数据传输到数据采集器上，再将数据传输到数据处理终端。数据采集器和数据处理终端之间通过RS-232或者USB接口进行有线连接，各类线缆多达十余条。这些线缆不仅需要花费大量时间去连接，在开展试验的过程中，也极易由于拉伸过度出现故障。另外，试验人员处于拖拉机驾驶室内狭小的空间里，对于数据处理器终端操作有着诸多不便之处。基于这些问题，本文将就无线通信技术在拖拉机牵引性能测试时的应用情况进行综述。

1 无线通信方案设计

通常情况下，拖拉机牵引性能测试时被试车和负荷车之间的最大有效距离为15 m，采用频率设定为10 Hz，测试时选取专业的空旷试验场，在这种试验场场地内分布有大量的无线节点，这些节点安装有监视器、加载控制器以及数据采集器等。

本项目设计时采用主机广播，半双工通信来作为无线数据数据传输形式，这种通信方式有着良好的扩展性，可满足测试时多数据同时传输的需求。另外，为了满足无线网络信息传输速率低、通信距离近的要求，在发射模块选择时采用了高斯频调制方式，利用车载电源和逆变电源作为主机和从机的电源，有效解决了电源稳定和充足的问题。

1.1 测试车辆子系统

拖拉机牵引性能试验是指对拖拉机在特定路面上稳定运行时，滑转率、车速、牵引性能、油耗、牵引效率等多个指标在随着迁移率发生改变而出现的规律进行检测。因此，在测试的过程中，场地内分布的数据采集器会将收集到的数据发送到上位机上，上位机对相关数据进行分析后将相关指令传送到监视器上，监视器显示出当前的试验状态、档位以及操作指令，指导被试车的驾驶员根据指令要求完成操作。

1.2 负荷车子系统

负荷车子系统为测试车辆提供所需的牵引负荷。在测试过程中，负荷车通过动力输出轴安装电涡流缓速器，以达到负载可控的目的。在设计无线通信系统时，整个测试系统以上位机作为数据处理、显示和记录的中心，将数据采集器发送的实时测量数据进行接收和复杂处理，发送操作命令到监视器和加载控制器。电源采用直流稳压电源，监视器II会通过无线通信模块来接受上位机发生的相关数据，以便于驾驶员能够及时完成相关指令。

2 多机无线通信硬件设计

上位机如果选择使用笔记本电脑，操作会更简便一些。里面包含两个无线通信模块，能够在测试过程中快速接收和发送数据信息，这两个无线通信模块与网关之间可以通过串口进行连接。在方便管理的情况下，监视器和加载控制器可以使用目前通用的工业级别显示器，利用RS232串口与无线通信模块相关连接，数据采集器可以通过串口和外置的无线通信模式同时进行连接。

设计完成后，对数据采集器工作过程中的各个采集通道，针对数据传输的精确度进行速度和稳定性的检验。在进行牵引性能测试前先对各个通道进行计量，计量时牵引力检测通道用作计量通道，以验证模拟量转换的精确性。以0～5 V为量程，在量程内均匀设置20个检测点。在检测过程中，数据采集器通过无线通信通道将预置电压发送给上位机，上位机将数据整理后发送给监视器II。当下位机接收到上位机发送过来的数据包后，如数据校验无错误，则向上位机返回应答码0xBB;如果数据校验存在错误，则向上位机发生应答码0xEE，通信结束。上位机在接收到应答码后对其进行判断，如数据传输成功，则结束本次通信;如果数据传送存在错误，则重新交握。

通过测定，牵引率采集通道检验过程中最大的误差为3 mV，而系统线性度最大误差与量程的比值是0.06%，表示采集通道数据传输稳定性较好，数据采集准确性较高。

3 无线通信性能试验及分析

3.1 静态试验

无线通信设备静态试验场是拖拉机牵引性能的试验场。相关参数设置为：无线通信模块工作频率433 MHz，接收灵敏度设置为-124 dBm，发生功率设置为28 dBm，其他参数设置为：16信道，9600 bit/d串口波特率和空中波特率。测试时由不同的测试人员手持上位机和下位机，设备距离地面的高度设定为1.5 m。上位机与下位机的距离逐渐扩大，在此期间，下位机每隔1 s接受1次上位机发送过来的数据，如果下位机出现明显错误时则停止测试。结果表明，该无线通信系统的最大有效接收距离为520 m，在此距离内，各下位机能准确、稳定地接收上位机发送的各数据组。

3.2 动态试验

将设计好的无线通信设备嵌入到拖拉机牵引性能测试系统中，相关参数保持不变，根据牵引试验要求开展动态牵引试验，对无线通信与有线通信所得的相关数据进行对比，可以看出，有线通信与无线通信的最大相对误差为0.98%，为发动机油耗仪精度（0.5%）所导致，与本次系统数据通信发生并没有直接关系。由此可见，无线通信在用于拖拉机牵引性能动态试验时功能正常，未出现数据损坏和丢失的情况，测试效率有所提高。

4 结论

在静态试验中，设置上位机与下位机的通信距离为15 m，结果显示，静态试验的数据接受率可以达到100%，而动态试验数据的接受率则稳定在97%以上，由此可见，负荷车和被测车辆的振动虽然在一定程度上影响了无线通信的稳定性，但仍能满足正常的通信要求。拖拉机牵引试验采用的无线通信技术实现了两车多机通信，提高了测试车辆的机动性，而且网络稳定性和可扩展性良好，为虚拟控制技术用于拖拉机性能牵引测试系统奠定了基础。

【参考文献】

[1] 李忠利，闫祥海，周志立.负荷车电涡流缓速器加载控制系统研究[J].西安交通大学学报，2018（3）：126-131.

[2] 彭玉华，孙朝伟.基于无线通信技术的拖拉机综合性能测试仪研发[J].农机质量与监督，2018（5）：20-22.

[3] 王立大.基于網络化虚拟仪器技术的拖拉机综合性能检测系统研究[D].杭州：浙江大学，2004.

[4] 殷建军，潘春华，肖克辉，等.基于无线图像传感器网络的农田远程监测系统[J].农业机械学报，2017（7）：286-293.

[5] 樊可清，蔡雄友，张海东，等.长距离大数据量无线通信模块性能测试[J].电子测量技术，2016（9）：192-196.

【作者简介】

李成林，男，1985年出生，工程师，学士，研究方向为农业机械。