由于恶劣的作业条件以及设计普遍较差的农业机械车体结构,驾驶员在田间作业时容易过早疲劳,从而导致作业质量下降,甚至发生意外事故。而遥操作技术与农业生产的结合,可以有效降低操作员的劳动强度以及改善其工作条件。且随着计算机网络的高速发展,基于网络的遥操作突破了距离的限制,受到了国内外学者的重视。本文设计了一套基于无线网络的拖拉机遥操作系统。首先提出了拖拉机遥操作系统总体方案,并搭建了无线通信环节。然后针对茂源MY250型拖拉机进行了执行机构改造,确定了遥操作系统硬件部分,并进行了软件设计。最后对遥操作系统进行了通信性能测试、执行功能测试与驾驶试验。本文的主要内容与工作有:1.确定总体方案。根据遥操作系统应达到的要求,确定了总体方案,即将遥操作系统分为遥操作端与拖拉机端两个部分,拖拉机端的视频数据经无线通信环节传输至遥操作端并显示于用户界面上,遥操作端的操作员根据实时视频下达指令,并经无线通信环节将指令传达至拖拉机端。2.搭建无线通信环节。遥操作端与拖拉机端之间通过无线通信环节进行数据通信,介绍了远程控制网络结构、无线通信方式、通信协议、VPN(Virtual Private Network,虚拟专用网络)以及智能路由器系统,确定了 4G+VPN的通信方式,并简单阐述了 VPN的搭建以及加密通道配置。3.执行机构改造。以现有茂源MY250型拖拉机为平台,确定了改造基本原则,并根据拖拉机车身结构以及各功能的关键参数,改造了转向、离合、刹车、油门、熄火执行机构以及启动控制,主要执行器包括步进电机、电动推杆、点火继电器等。4.遥操作系统硬件部分。为控制遥操作端的执行机构并检测其运动状态、实时采集田间作业环境图像信息,确定了角度、位移传感器型号并进行了输入-输出关系标定,确定了前置摄像机、顶置摄像机、NVR(Network video recorder,网络硬盘录像机)、路由器、4G无线网卡型号,基于Protel 99 SE设计了驱动板,确定了车载控制ECU(主控制板与PWM板)。5.遥操作系统软件设计。主要包括串口通信协议扩展、主程序设计、PWM程序设计以及用户界面设计与开发。扩展了 MODBUS RTU通信协议,详细介绍了该系统串口通信协议的地址码、功能码、数据区以及校验码;利用Source Insight与C语言设计了主程序,并选择Linux操作系统作为编译器,利用PuTTY远程登陆工具以及comdebug串口调试器对设计好的主程序进行了调试;利用Atmel Studio 6.1与C语言设计了 PWM板程序;基于MFC模块与C++设计了遥操作用户界面,并通过调用SDK的相关函数实现了远程访问NVR来获取视频数据与发送指令数据等功能。6.性能测试与试验。通信测试、执行功能测试与驾驶试验表明:遥操作端与拖拉机端可成功通信,平均指令通信时延为0.074 ms,视频时延最大不超过373 ms;拖拉机各执行机构控制误差最大不超过2.21%,执行时间较短;行驶速度为2.08 km/h时,3组驾驶试验拖拉机直线行驶最大误差绝对值不超过201.1 mm,平均绝对误差最大为78.9 mm,RMS误差最大不超过91.5 mm,能够较好地完成直角转弯;所设计的拖拉机遥操作系统能够基本满足遥操作拖拉机的需求。