摘要：針對拖拉機牽引性能測試系統(tǒng)中，被試車與負荷車之間有線連接繁雜、工作可靠性低及機動性差的問題，采用無線通信技術(shù)開發(fā)了兩車多機通信功能，增強了試驗車輛機動性。對自制的數(shù)據(jù)采集器進行了模擬量通道檢測，牽引力通道信號最大誤差為3mV，系統(tǒng)線性度為0.06%。靜態(tài)試驗結(jié)果表明：在良好通信條件下，系統(tǒng)能夠進行準確穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，最大有效傳輸距離為520m。動態(tài)試驗結(jié)果表明：在兩車相距15m范圍內(nèi)，性能測試系統(tǒng)能夠?qū)崟r進行數(shù)據(jù)采集、交換及管理。被試拖拉機在無線通信與有線通信測試條件下，試驗性能參數(shù)最大相對誤差為0.98%，此誤差在傳感器精度范圍內(nèi)。靜動態(tài)對比試驗結(jié)果表明：牽引性能測試系統(tǒng)的振動對無線通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定影響，動態(tài)試驗數(shù)據(jù)接收率為97.36%，能夠滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求。

　　關(guān)鍵詞：無線通信技術(shù);拖拉機;牽引性能測試;通信協(xié)議;負荷車

　　通信工程師論文范文：基于數(shù)字電子技術(shù)下的通信網(wǎng)絡(luò)研究

　　進入21世紀后，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了高速發(fā)展，并逐漸向著數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展，對人民群眾的生活生產(chǎn)帶來了極大的便利。下面文章簡單介紹了數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展情況以及通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，并對基于數(shù)字電子技術(shù)下發(fā)展的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進行分析，希望通過對數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用研究，為該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展提供方案參考。

　　0引言

　　牽引特性試驗是拖拉機的重要性能及其最終評價依據(jù)。牽引性能測試系統(tǒng)能夠?qū)υ囼灎恳�特性進行精確測量[1]，測試系統(tǒng)包括被試車子系統(tǒng)和負荷車子系統(tǒng)。21世紀前，美國內(nèi)布拉斯加拖拉機實驗室、英國農(nóng)業(yè)工程研究所、日本農(nóng)業(yè)機械化研究所、中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院、中國洛陽拖拉機研究所及美國迪爾公司等國內(nèi)外少數(shù)拖拉機試驗站和生產(chǎn)企業(yè)，對牽引性能測試系統(tǒng)進行了研發(fā)，但由于傳感器技術(shù)和測試技術(shù)相對落后，負荷車與被試車之間均采用有線連接[2]。進入21世紀，對牽引性能測試系統(tǒng)的研究主要集中在負荷車功率的提升、吸功裝置與負荷車動力的匹配、先進控制算法在負荷車加載系統(tǒng)中的應(yīng)用、負荷車傳動系統(tǒng)布置及負荷車多功能性的開發(fā)方面[3-4]。

　　廈門市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院研發(fā)的300kN負荷車，在負荷車與被試車之間仍沿用有線連接[5]。中國汽車工程研究院股份有限公司和國家拖拉機質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對負荷車的性能進行了升級，但對負荷車與被試車之間信息傳輸方式的研究未見報道[6-7]。有線傳輸雖然在數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)傳輸可靠性、安全性及成本方面具有一定的優(yōu)勢[8]，但被試車與負荷車之間繁雜的有線連接，降低了測試系統(tǒng)機動性，阻礙了系統(tǒng)功能擴展。布線質(zhì)量也會對系統(tǒng)工作可靠性產(chǎn)生較大影響。無線通信技術(shù)的優(yōu)勢在于系統(tǒng)布線簡單，設(shè)備機動性強，可擴展性好[9-11]，很大程度上可改善拖拉機牽引性能測試系統(tǒng)的現(xiàn)狀。因此，本文將無線通信技術(shù)應(yīng)用到拖拉機牽引性能測試系統(tǒng)中，實現(xiàn)信號采集與數(shù)據(jù)短距離無線傳輸，利用嵌入式技術(shù)開發(fā)試驗監(jiān)測終端，使系統(tǒng)集成簡單，測量精準，對測試條件的變化適應(yīng)性增強。

　　1無線通信方案設(shè)計

　　拖拉機牽引性能測試系統(tǒng)中負荷車與被試車最大間距為15m，系統(tǒng)采樣頻率為10Hz。試驗環(huán)境為空曠試驗場，無線節(jié)點覆蓋整個測試系統(tǒng)，包括監(jiān)視器、加載控制器及數(shù)據(jù)采集器，因此，該系統(tǒng)屬于短距離低頻率兩車多機通信。被試車為低速牽引類工程車輛，負荷車由某型號拖拉機改裝而成。基于ModBus網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，上位機、數(shù)據(jù)采集器、監(jiān)視器及加載控制器間采用主機廣播半雙工通信方式進行無線數(shù)據(jù)傳輸，可以支持247個遠程從機，且具有良好的擴展性[12-14]。該無線網(wǎng)絡(luò)通信距離短，數(shù)據(jù)傳輸速率較低，因此，發(fā)射模塊采用高斯頻移鍵控(Gaussfrequencyshiftkeying，GFSK)調(diào)制方式，具有良好的抗噪抗衰性。主、從機電源為車載電源和逆變電源，能量充足，因此，發(fā)射模塊的發(fā)射功率能夠確保信號準確傳輸。

　　1.1被試車子系統(tǒng)

　　拖拉機試驗牽引特性指被試車在一定路面條件下穩(wěn)定工作時，滑轉(zhuǎn)率、車速、牽引功率、油耗量和牽引效率隨牽引力的變化規(guī)律。因此，被試車子系統(tǒng)主要對被試車進行參數(shù)測量，包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機油耗、理論車速、實際車速及牽引力。數(shù)據(jù)采集器將各傳感器信號采集并發(fā)送至上位機，監(jiān)視器Ⅰ接收上位機指令，顯示試驗狀態(tài)、測試擋位及操作命令，便于被試車駕駛員做出相應(yīng)的操作。

　　數(shù)據(jù)采集器作為主要無線節(jié)點，有1個模擬信號通道和5個數(shù)字信號通道。牽引力通道內(nèi)置信號調(diào)理放大電路，通過12位模數(shù)(analog�瞭o�瞕igital，AD)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，測量誤差小于0.1%，采樣頻率不小于30kHz。車速通道外接全球定位系統(tǒng)(globalpositionsystem，GPS)車速傳感器，測速周期小于0.5s，誤差小于0.1%，每脈沖4mm標定，連續(xù)測量距離不小于67km。發(fā)動機轉(zhuǎn)速通道外接晶體管�簿�體邏輯(transistor�瞭ransistorlogic，TTL)電平，測速周期小于0.5s，誤差小于0.1%。左�灿因�(qū)動輪轉(zhuǎn)數(shù)通道與油耗通道均外接TTL電平，具備加減計數(shù)和防抖動功能，連續(xù)正向計數(shù)不小于1.6×107個脈沖，不會發(fā)生溢出。

　　1.2負荷車子系統(tǒng)

　　負荷車子系統(tǒng)提供被試車需要的牽引載荷，通過動力輸出軸加裝電渦流緩速器實現(xiàn)可控加載。負荷車加裝設(shè)備有逆變器、直流穩(wěn)壓電源、電渦流緩速器及其控制裝置等。上位機是整個測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、顯示、記錄中心，負責將數(shù)據(jù)和操作命令發(fā)送至監(jiān)視器和加載控制器，并接收數(shù)據(jù)采集器發(fā)送的實時測量數(shù)據(jù)。直流穩(wěn)壓電源由變壓器、濾波器、整流電路和穩(wěn)壓電路組成，接收加載控制器的控制信號，調(diào)節(jié)電渦流緩速器的輸入電壓，改變電渦流緩速器的加載轉(zhuǎn)矩。逆變器為直流穩(wěn)壓電源、上位機及顯示器等設(shè)備供電。監(jiān)視器Ⅱ通過無線通信模塊接收上位機數(shù)據(jù)，便于駕駛員對負荷車做出相應(yīng)的操作。

　　2多機無線通信硬件設(shè)計

　　上位機為筆記本電腦，由兩個無線通信模塊組成網(wǎng)關(guān)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，上位機與網(wǎng)關(guān)通過串口連接。監(jiān)視器及加載控制器采用工業(yè)級顯示器，配置WindowsCE操作系統(tǒng)，通過RS232串口與無線通信模塊連接。數(shù)據(jù)采集器通過串口與外置無線通信模塊連接。發(fā)動機油耗儀在小流量的情況下會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，造成計數(shù)不準或計數(shù)器溢出，因此，設(shè)計了加/減計數(shù)器，可實現(xiàn)準確計數(shù)，提高了測量精度。采用嵌入式技術(shù)對監(jiān)視器及加載控制器外圍電路進行了設(shè)計，保證其穩(wěn)定工作。為檢驗數(shù)據(jù)采集器各采集通道數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定性、準確性及采集精度，對各通道進行了計量。

　　以牽引力采集通道為計量通道，對模擬量轉(zhuǎn)換精度進行了檢驗。選取0～5V為測量量程，在量程內(nèi)設(shè)定20個測量點，數(shù)據(jù)采集器將預(yù)設(shè)電壓值無線發(fā)送至上位機，上位機將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)視器Ⅱ。牽引力采集通道計量結(jié)果如表2所示。由表2可知：牽引力采集通道檢測最大誤差為3mV，系統(tǒng)線性度最大誤差與量程的比值為0.06%。

　　3無線通信協(xié)議制定及軟件開發(fā)

　　基于RS232串行通信方式，制定了上位機與監(jiān)視器Ⅰ、監(jiān)視器Ⅱ和監(jiān)視器Ⅲ之間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。上、下位機采用主從結(jié)構(gòu)和點對點通信模式，上位機采用查詢方式、下位機采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。①上位機發(fā)送交握信號(0xAA)，等待應(yīng)答碼。②下位機收到交握信號后，若信號正確，則發(fā)送0xAA作為應(yīng)答，并等待接收數(shù)據(jù)包;否則，發(fā)送0xEE作為應(yīng)答，等待接收下一循環(huán)交握信號。③上位機收到應(yīng)答碼后，若交握成功，則發(fā)送38字節(jié)的數(shù)據(jù)包，等待接收應(yīng)答碼;若交握失敗，則重新聯(lián)絡(luò)，當連續(xù)10次交握失敗，輸出提示信息，通信結(jié)束。④下位機收到數(shù)據(jù)包后，如果數(shù)據(jù)校驗正確，則返回應(yīng)答碼0xBB;若數(shù)據(jù)校驗有誤，則返回應(yīng)答碼0xEE，通信結(jié)束。⑤上位機收到應(yīng)答碼后進行判斷，若數(shù)據(jù)傳送成功，則本次通信結(jié)束;若通信不正確，則重新交握。基于定制的無線通信協(xié)議，以VS2005軟件為開發(fā)工具，在VB.NET編程環(huán)境下利用SerialPort控件實現(xiàn)了多機無線通信功能。開發(fā)了測試系統(tǒng)上位機數(shù)據(jù)采集軟件，對試驗進程進行實時監(jiān)測。

　　5結(jié)論

　　將拖拉機測試技術(shù)與無線通信技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)了拖拉機牽引性能測試系統(tǒng)上位機測試軟件、下位機數(shù)據(jù)采集器及監(jiān)視器無線通信功能。采用無線技術(shù)進行兩車多機通信，改善了系統(tǒng)物理連接，增強了試驗車輛機動性。靜態(tài)試驗與動態(tài)試驗結(jié)果驗證了無線通信性能良好，在設(shè)定條件下，數(shù)據(jù)最大有效接收距離可達520m，動態(tài)試驗數(shù)據(jù)接收率為97.36%。由于無線通信網(wǎng)絡(luò)具有良好的穩(wěn)定性和擴展性，因此，為進一步研究虛擬儀表技術(shù)在拖拉機牽引特性測試系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

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