智能控制仪表系统在农业电气自动化中的应用

2020-03-04朱赞

农业技术与装备 2020年1期

朱赞

（荆楚理工学院，湖北荆门 437000）

随着智能化水平的越来越高，现代农业智能控制仪表系统加入了大量的拓展功能，比如：大田四情监测系统、水肥一体机联动系统、视频监控联动系统、共享农机管理系统、智慧农业即时交流系统等。但是目前在我国农业生产活动中，智能控制仪表系统还只是初步进行应用，智能化的功能较为简单，而且以监测功能为主，系统的综合性能较差。

1 智能控制仪表系统在农业电气自动化中的应用价值

首先，在农业机械化和智能农业飞速发展的背景下，中国传统依靠廉价劳动力的农业生产模式丧失了竞争优势。引入智能控制仪表系统可以有效整合农业生产要素，制造耦合效应，衔接农业产业链，加快循环农业建设的步伐。其次，使用智能控制仪表系统能够改善我国农业过去资源严重浪费，农业污染过高的问题，通过水肥控制和环境监测提高农作物的生产质量，促进农业向高水平发展，生产具有较高效益的作物。再次，推动智慧农业的发展，实现农业产业的根本性变革，以数据和信息来整合资源。改善农业基础数据薄弱，农业信息化水平，生产缺乏数据意识，信息和数据标准化程度不足的问题。

2 传统智能化控制仪表系统的功能、选择和设计概述

2.1 智能化控制仪表系统功能概述

智能控制仪表系统的核心组成是计算机和传感器技术，计算机对各个仪表的检测和收集工作进行分析，进而下达指令。智能控制仪表的自动化水平较高，而且结合大数据、物联网等最新技术向着高智能的方向发展。传统智能控制仪表系统具有自测功能，能够自发对运行过程进行调整，更好地进行维修。自动化功能是其核心功能，不需要人工操作就可以自动完成检测，系统的优劣取决于自动化的水平。数据处理功能不但能依照系统指令完成不同农业生产环境数据的收集、测量及处理工作，还能对数据进行进一步处理。人机交互功能，能够服从操作人员的语音、鼠标和触屏等指令进行操作。

2.2 智能化控制仪表系统的选择

目前国内最常用的仪表有TFW-Ⅷ型智能环境检测仪表等，可以基本满足农业检测的需求。但是要推动农业智能化和机械化的发展，实现精细化管理，就要进一步优化系统。在选择仪表设备时，要提高其精度和稳定性，确保系统的数据加工处理性能。尽可能降低能耗，使用低功率设备，确保仪器本身的抗干扰能力，做好仪表和其他设备的联动工作，构建一个完整的智能化系统。尤其是在今后的智能控制仪表系统必须要具备综合功能，同时要结合物联网等最新技术，对农业环境实现精密控制。

2.3 智能化控制仪表系统的设计和应用方向

智能化控制仪表系统结构的设计应该本着操作方面、使用便捷、性能可靠、便于维护和模块化等特点，而且要具有广泛的适用性，不仅在能够在农田使用，在林业、牧业、蔬菜、果园、烟草、药材、茶叶甚至城市绿化等领域也要广泛使用。在设计中还应该注意农业生产环境的特点，比如在食用菌温室大棚中采用的控制系统，就要分析菌类生长的要求，在此基础上调整环境因子的控制策略。

3 一款智能控制仪表系统的设计和应用方案

3.1 智能控制仪表系统在未来农业中应用趋势

在农业1.0时代，农业生产依赖体力劳动，农业生产数据依靠经验记忆，比如凭经验控制施肥量等。在农业2.0时代，机械化农业生产代替人力，但是机械生产容易造成伤苗等现象，比如，田间除草机械会损伤稻苗。在农业3.0时代，信息化农业推动了农业生产的自动化和智能化，比如智能田间作业设备。在农业4.0时代，物联网、大数据、区块链等技术融合到农业当中，以智能化控制系统实现全方位监测。因此在农业4.0时代，智能控制仪表系统的设计要打破传统简单仪表系统思维，进行全方位的智能设计，提升仪表系统的综合应用能力和智慧应用能力。

3.2 一款智能控制仪表系统的设计方案

下面笔者是设计的一款综合智能仪表系统，系统结构如图1所示：

系统采用精确的农业传感器对农田等作业区实行全方位检测，采用大数据技术，融合PHP开源算法，全面监测气象状况、土壤墒情、光照情况、湿度温度等状况，系统中心自动接收。系统还对病虫害进行监测，利用光、电、物理和化学等原理构建出一套多元化预警系统，系统具有拍照和录像等可视功能，能够采集环境信息，自动进行数据分析，还具有分类统计，实时报传，远程监测和自动指导等功能。配置智能孢子检测系统，对病菌孢子连续监测，能够自动识别孢子，并且有计数、存储和捕捉等功能，实现病害综合管理。为了确保仪表实现高清检测，系统还采用物联网传感器布局，对农业生产的全程进行监控。农业生产和管理人员不需要到现场就可以监控作物的生长状态。同时，上级检疫部门还可以利用系统对相关数据和图像进行处理，既能够获得生物信息，还能够掌握农业生产真实准确的数据。气象监测方面，能够预报极端天气，让农业生产提前做好准备，同时对风力、风向、降雨、冰雹、温度、湿度等因素进行全面监测，提升了对天灾风险的应对能力。采用太阳总辐射、百叶箱和小型气象监测等设备对苗情、灾情进行监测。联动控制系统包括灌溉、风机、卷帘、增温和水阀等设备，以实现综合控制的功能。视频监控系统是智能仪表的主要设备，和传统仪表不同的是，系统采用视频画面可视化的方式进行监控，根据目前技术发展的趋势，使用无线信号进行传输。税费一体机联动系统，包括土壤水分传感器、光照温度传感器、空气温湿度传感器，系统配置自动化喷淋设备，当仪表检测到缺水时，系统自动进行喷水。系统平台可以腾讯或者阿里的云服务平台，将仪表设备连接到手机端、PC端和大屏设备端，既可以在现场监测，也可以通过网络传输数据。对于大棚等生产场所，可以在棚顶配置温度传感器、二氧化碳传感器、光合作用辐射传感器、光照传感器和联动卷帘等设备，在土壤内配置pH等传感器。系统和过去的自动化仪表检测设备相比，最大的特点在于可以实现远程智能控制，通过综合系统配置功能软件，实现远程操作。监控大屏不仅可以实现鼠标操作，还配置触屏功能，对各项数据进行分析，形成曲线图等统计报表，供农业管理人员分析与决策。仪表还具有辅助功能，能够对整个生产过程实施细致管理，在清茬、整地、播种、浇水、除草、施肥、喷药、采收等多个环节实施标准化管理，确保农产品的质量安全。同时，仪表还可以配备多种在线网络服务系统，比如农机共享、疑难解答、在线服务等板块，配合仪表进行智能化操作。