自动控制技术在农业机械中的应用

孟庆亮 陈亦军 范巍挺

摘 要： 在推动农业现代化建设的背景下，将自动化技术引入农业生产是发展的重点。引入自动化技术不仅能够使农业机械在生产中发挥最大作用，也能有效提升现代化农业的生产力、减少劳动力的需求。主要探析了自动控制技术在农业生产中的具体应用。

关键词： 现代化农业;自动控制技术;农业机械

中图分类号： F323.3         文献标识码： A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.10.062

1 自动控制技术的基本含义

由控制器、被控制对象、执行操作的设备和传感器等部分构成的技术被称为自动控制技术。包括开环控制、闭环控制和补偿控制在内的多种控制技术是目前比较常见的自动控制技术种类。其中结构设置比较简单，自动化水平低的是开环控制，这种方式操作时受外界环境影响比较大，同时缺少反馈功能;闭环一般采用专门的措施控制输出，在输入端也有控制技术应用从而形成闭环;如果想减少外界因素的影响，可利用补偿控制采取提前设置控制方式的手段加以实现。

2 我国农业自动化控制现状

我国是农业大国，但由于目前工业化程度不够，所以大部分农民进行农业生产时主要还是以人力的方式进行，由于机械化水平不足，所以农民在进行生产时只是部分应用精细化的机械操作。但农民已经认识到，全面自动化不仅能够提高农业生产效率，还能减轻劳动力负担。随着发达国家农业自动化技术趋于饱和，农业自动化也逐渐向亚洲国家转移。

2.1 农业机械部分自动化控制技术

农业机械部分自动化指的是一部分机械具有自动化装置，例如液压三点悬挂的拖拉机就属于这一范畴。传统拖拉机运转中会因为自身的抖动造成机器的零部件发生摩擦产生热量，甚至引发火灾。而新型拖拉机则有自动装置的辅助，可以对机体的温度进行感应，从而控制拖拉机的工作，这样就能减少发生故障的几率，不仅能够提高使用效率，还能延长拖拉机的使用寿命。

半自动灌溉操作是由工作人员控制自动化技术进行，首先对农耕地进行划分，一个设备负责三片区域，确定灌溉的范围，从而节约成本;自动化灌溉技术也能减少农民和操作人员的工作量，节约水资源，发挥水资源的最大利用价值。

2.2 在精细化农业中应用自动化控制技术

自动控制技术是通过采用精细化管理模式来实现在精细化农业中应用的。这种模式下可以实现农业生产和管理优化，提升农业生产的品质。目前的精细化农业自动化控制技术主要应用于温室，技术人员利用泵站和渠系对农产品的生长情况进行监控分析，并负责设备的管理维护。目前自动控制技术在精细化农业中的应用还处于起步阶段，后期优化需要不断降低操作人员的任务量。

技术人员通过互联网和计算机对监控测量得到的數据进行整理后输入到自动控制系统，来进行自动化管理，从而开展精细化作业。这种方式需要技术人员在初期定时去现场监督，避免设备卡顿影响测量结果。

3 自动控制技术应用于农业机械的优势

3.1 精度高

自动化控制技术的精确性很大程度上由元器件的精度和准度决定，因此元器件的精度和准度直接关系到农业机械操作的精度。例如在位置信息的反馈中，传统的传感器不仅在响应方面落后，精度也很低;而目前使用的光电编码器可以将精度缩小为传统精度的1/25，可以说是巨大的进步和超越，农业机械自动化精度的提高可以明显增大农业机械的应用范围。此外，传统机械传感器的实际使用功率远远超出核定标准，而且由于损耗严重，需要常常更换零部件;而光电编码器由于避免了部位之间的直接接触，所以由于磨损带来的损耗和浪费也就普遍低于传统方式。这也是为什么光电编码器目前能够在农业机械自动化领域得到广泛应用的原因。

3.2 稳定与可靠

自动化控制技术可以保持机械工作的稳定性，确保运行效率和经济收益。同时光电隔离是机械控制中信号输入输出的主要实现方式，这使得电气系统也能做到机械内外电路的有效隔离，各模块之间的屏蔽措施使外部环境对机械化产生的干扰减少，从而使机械设备在不利条件下也能保证正常运行，使系统更加稳定可靠。

3.3 自我诊断

自动控制技术可以通过多种传感设备对农业机械设备中出现的故障进行自动检测和诊断，当发生故障时立刻以光或者声音的形式释放出信号发出警报，并提供相关参数作为操作人员的参考，方便他们结合故障警报，及时准确地找到故障点和原因，第一时间高效完成故障排查和维护。

3.4 模块化方便管理

虽然目前我国还没有全面普及和实现农业机械自动化控制，但由于研究人员在设计中引进了模块化的思想，为日后使用中维护、保养的问题带来了极大的便利。这样一来，某一部分出现问题时就可以有针对性地进行检查维护而不必对整体进行检查。根据不同部位的需求选择不同的模块设备也使操作更加灵活，让农业的机械操作变得更加简单方便。

3.5 即时控制

电气控制是农业自动化的技术基础，电气控制由于信号传输速度快，所以耗费时间也就更短，程序运行也比较及时快速。自动化控制可以对不同的设备进行合理管理，及时有效地保护农业控制装置，提高系统的工作效率，完成对管控和安全方面的双重要求，从而确保达到预期的生产目标。

4 在农业机械中应用自动控制技术

自动控制技术可以减轻农户的工作量，提高生产效率。目前常见的农业机械自动控制技术包括以下几类。

4.1 温度湿度自动控制技术的应用

反季节蔬菜能为农户带来较高的利润，但反季节蔬菜由于对生长环境的温度和湿度有很高的要求，因此关于它们的管理也就更为复杂。由于农户需要对种植蔬菜的生长情况进行全方位的监督和管理，所以研究人员将温湿度传感器嵌入大棚的研发和安装中，在大棚的几个固定位置设置温湿度传感器，对其中种植的农作物的生长情况进行全天记录，并将数据返回到系统内，计算机根据反馈的参数分析实际情况后再根据预设的标准来控制和调整温湿度，进行排风、干燥、加湿、制冷或制热等操作，从而维持棚内的温湿度在一个适合农作物生长的范围内。

4.2 自动采摘技术的应用

现在的自动控制技术已经被应用的比较成熟广泛，可以同时实现对多种农作物的自动化管理，比如农作物的采摘设备根据预设的路线，将采摘目标的相关情况返回系统，再由计算机对采摘設备下达指令。采摘设备沿规定的路线前进时，会根据多种自动传感器的反馈对蔬菜的生长情况进行分析判断。如果农作物满足采摘条件，再进一步结合其他不确定因素决定是否进行采摘操作。

这类技术由于自动化程度较高，比较适合那些已经完成全面自动化的蔬菜大棚，同时也对工作人员计算机操作水平提出了新要求，需要操作员根据不同的蔬菜种类设置采摘指标。自动化采摘技术的好处是避免了人工采摘工作的繁琐枯燥和人工失误，同时也减少了非自动化统一采摘设备造成的浪费，节省了采摘设备的数量，降低了农户的成本。

4.3 视觉识别技术的应用

由于不同蔬菜对光照的需求不同，种植了多种蔬菜的大棚，农户需要不断根据蔬菜的生长周期来调整光照类型和强度，这对农户来说是比较大的劳动量，并且难度较大，难以实现精确控制。在蔬菜大棚的自动化控制系统内添加视觉识别系统，可以对大棚内不同的蔬菜进行区分，根据不同生长周期对应的不同外观变化，对棚内自动遮光系统的转动进行调整，从而实现对光照强度变化的控制，保证了蔬菜对光照的需求。这一过程也不需要人的参与，有效降低了农户的劳动成本。不过由于视觉识别技术的成本较高，因此更加适合那些具有高附加值的蔬菜，在普通蔬菜大棚内仍未得到普及应用。

5 结语

综上所述，在农村地区推广自动化机械设备能够极大促进农业生产效率，解放劳动力。由于目前农村并未对自动化控制技术进行全面的推广使用，所以可以先在生产中针对某些环节进行模块化的设置，如应用文中提到的自动采摘、视觉识别和温度湿度控制等技术，这样做既是为日后全面推广自动控制技术作铺垫，也能够在一定程度上缓解农村的劳动压力，进而有效推动农业自动化建设。

参考文献：

[1]  刘强.自动控制技术在农业机械中的应用[J].农机使用与维修，2017（3）：1-2.

[2] 彭宏丽.自动控制技术在农业机械中的运用探讨[J].电子质量，2018（4）：6-7+10.

[3] 潘治理.自动控制技术在农业机械中的运用[J].南方农机，2018，49（4）：69.