自动控制技术在农业发展中的应用研究

赵倩 席艳 张月桥 王选

自动控制技术是指通过计算机技术、数字控制技术、传感器技术等，对各种设备进行控制的一种技术，这种方法已在各个领域广泛应用，我国的自动化控制技术也已运用到农业生产中。农业生产是我国经济发展的重要组成部分，而农业生产的效率与质量将直接影响经济的发展水平，所以如何提高农业生产效率已成为相关工作人员必须解决的问题［1］。

一、概况

目前，我国农业生产大多采用传统的生产方式，其主要依靠大量的人力来完成农产品生产中的各个环节。虽然在很大程度上提高了劳动效率，但也会增加劳动者的劳动强度。如果劳动者在长时间高强度劳动下进行劳作时，可能会出现头晕、乏力等情况，甚至还会对工作人员造成身体伤害。在这种情况下，相关工作者可以采用农业自动控制技术来提升劳动效率。目前我国已经有很多关于自动化控制技术的研究成果和实践经验，自动控制技术在农业领域已经得到了广泛应用。

二、农业生产中的主要问题

（一）自动化控制技术与农业生产脱节，缺乏专业技术人才。目前，农业生产自动化控制技术还没有普及到我国大部分地区，并且大部分地区农业发展都处于起步阶段，自动化控制技术在农业生产中的运用还存在许多问题。农业生产中一些设备操作复杂，农民需要经过专业的培训才能掌握自动化控制技术［2］。这就使得我国大部分地区的农业自动控制技术没有得到广泛应用，许多农民在农业生产中依旧采用传统方式进行劳作，降低了农民收入。

（二）自动化控制技术缺少科技创新意识。在传统的农业种植模式中，人工对农作物进行种植、管理、收获等操作时较为耗时费力，且具有很大局限性。在现代化种植模式下，需要自动化控制设备来代替人工进行操作，不仅降低了人工操作效率，同时也提高了农作物的产量。我国虽然在自动控制技术研究上取得了一定成果，但仍存在着许多问题，使得自动控制技术的应用范围并不广泛［3］。

三、农业领域自动化技术的发展现状

近年来，自动化控制技术在农业领域中的应用范围不断扩大，越来越多的农业生产设备被应用到农业生产中。现阶段，农业生产领域主要采用的自动化设备有自动灌溉系统、自动施肥系统等。

自动灌溉系统。在自动化灌溉系统中，自动化控制技术的应用可以实现对水资源的充分利用，进而降低农业生产成本。首先，在农田中设置滴灌装置，实现对农田水资源的收集与利用。其次，通过对环境温度的控制，实现对农作物生长温度的控制。最后，在土壤湿度适宜的情况下实现对农作物生长情况的控制。在应用自动灌溉系统后，自动化控制技术可以在第一时间对农作物生长环境进行分析。自动灌溉系统是一种先进的农业生产设备，自动化控制程度高，可以实现对农作物生长环境及产量实时监测与控制。

自动施肥系统在农业生产中的应用范围较广，其中包括土壤施肥、叶片施肥以及叶面施肥等多种形式。现阶段我国很多地区都采用自动施肥技术对农作物进行追肥。自动施肥技术可以实现对农作物生长环境的实时监测与控制，进而根据监测结果来调整农作物的营养情况及生长状况。在农业生产中应用自动施肥技术能有效减少肥料及农药对土壤环境、作物生长以及作物产量造成的影响，有利于提高农产品品质及产量。

四、自动控制系统设计理论方法与技术应用

在农业领域，通过对农业机械设备的智能控制，可以对其工作状态进行监测，并根据监测结果对其进行智能化调节，提升农业生产效率，同时在一定程度上提高了农业发展水平。在自动控制技术设计理论方法研究中，通常以模糊逻辑法、人工神经网络法等为主。模糊逻辑法是将模糊集合概念进行数字处理，然后与控制领域的数学知识相结合，以形成模糊逻辑判断标准，并由此得出控制算法。人工神经网络法是将神经网络相关知识与控制理论结合起来，以实现对农业自动控制系统设计的智能化处理。

（一）模糊控制

在自动控制系统设计中，模糊逻辑法是最常用的控制方法之一。利用该方法对农业机械设备的工作状态进行实时监测，然后将监测到的结果与设定值相对比，进而得出控制策略。通过对农业机械设备运行状况的监控，能够确保其工作状态处于稳定状态［4］。由于模糊逻辑法在实际应用中具有较强的适应性，因此在农业自动化控制系统设计中应用十分广泛。由于不同的农业机械设备具有不同的工作状态与控制要求，因此应根据实际情况选择适宜的模糊逻辑法。在农业自动化控制系统设计中，为了使农业机械设备能够满足工作要求，需要根据不同农业机械设备的运行状态制定相应的模糊逻辑判断标准，并由此确定系统中输入输出变量的量化范围。

（二）自适应控制

在农业自动控制系统设计理论方法的应用中，自适应控制技术可以充分发挥自身优势，从而提高自动控制系统的质量。在自适应控制系统中，控制器通常以模糊逻辑法为主。模糊逻辑法具有一定的复杂性，但也具有一定的灵活性与可靠性，因此适用于对农业机械设备进行实时控制。农业机械设备的工作状态是复杂多变的，这就会使其出现多种反馈信号。自适应控制法就能够根据反馈信号变化情况来制定相应的处理策略，使其能够对农业机械设备工作状态进行精确调节，进而降低农业生产风险。

五、农业生产中自动化技术设备应用案例

（一）温室大棚自动化控制系统

目前，应用较多的是智能化温室大棚自动控制系统，该系统主要由传感器、单片机和数据处理平台三部分构成。在传感器中，可以利用温湿度传感器对环境数据进行采集，并将其传送到单片机中。单片机中的温度控制模块、湿度控制模块以及光照控制模块对温度进行实时监测，并将采集到的数据通过相应的通信方式传送至主计算机中。主计算机中的数据处理软件可根据采集到的温度、湿度、光照等数据，对温度和湿度进行自动调控。在该系统中，可根据实际情况设置各个参数的阈值［5］。一旦超出阈值时，系统会自动启动报警装置对相关数据进行处理；若检测到环境中存在有害物质时，会将相应的信息传送至主计算机中，主计算机将信息传送至管理人员进行处理。管理人员可根据相关数据对温室大棚环境进行调控。

（二）精准施肥技术

精准施肥技术主要是指在种植过程中，对种植环境中的营养元素进行合理地配制，在促进农作物生长的同时，将肥料均匀地分配到土壤中。在实际应用中，肥料是保障农作物生长过程中所需养分的重要来源，若没有将肥料配比合理，就会对农作物生长产生不利影响。传统的施肥技术无法精准控制施肥量，经常会出现肥量不足或过量现象［6］。自动化技术的应用可以根据土壤、作物等情况以及天气变化情况实现自动调整施肥量，以保障农作物正常生长。在控制肥料用量的同时，还能确保土壤酸碱度处于合理范围内。在农业种植过程中应用自动控制技术，能有效降低肥料用量，从而提高农作物产量和质量，提升农业生产效率。

（三）灌溉控制技术

灌溉是农业生产过程中必不可少的一项环节，这项工作的开展直接影响着作物的产量与品质，而自动化技术设备在灌溉过程中的应用可以有效提高灌溉效率与质量。如在灌溉过程中，由于水资源浪费现象严重，因此需采用自动化技术设备对水资源进行合理利用。例如，通过自动控制技术设备可根据农作物生长状况对水源进行有效控制，如当土壤湿度过高时，可采取间歇浇水模式进行浇水；当土壤湿度过低时，可采取持续浇水模式。在农业生产中应用自动化技术设备可有效降低水资源浪费现象。如在农业生产过程中使用滴灌系统时，可以使水分沿着作物根系分布的方向进行自动分配与输送。滴灌系统由管道、灌溉喷头以及水泵等构成，灌溉喷头具有一定的流量特性，并且可根据作物生长需求以及土壤水分变化情况对灌溉速度进行调整。当农作物处于生长期时，水分需求大且需水量多。因此可通过自动化技术设备对灌溉过程进行有效控制与调节，使农作物处于最佳生长状态。

六、问题及建议

通过对我国农业自动化控制技术应用现状的分析可以看出，农业自动化控制系统目前还存在一些问题，如结构简单、性能不高；农业自动化控制技术尚未实现统一标准，缺乏相应的技术规范；农业自动化控制系统缺少标准的检验程序以及无法将不同类型的设备进行集成，造成不同类型的设备无法进行有效整合。

针对以上问题，建议可以从以下几个方面解决：一要充分发挥自动控制技术在农业领域中的作用；二要以我国农业发展现状为基础建立相应的标准体系；三要完善现有农业自动化控制系统结构，提高农业自动化控制系统的性能；四要提高数据处理能力及数据分析能力；五要加快推进自动控制技术的标准化进程。

目前，随着科学技术的不断进步，农业领域在自动化控制技术的应用方面取得了巨大成果，实现了农业生产的机械化、自动化、智能化。但在农业发展过程中，自动控制技术也存在一定的局限性，例如自动化水平不高、农业生产设备结构不合理等问题。针对这些问题，本文提出了以下解决措施：（1）农业领域相关人员应加强对自动控制技术的研究，对农业生产中存在的问题进行深入分析，通过结合自动化控制技术中的关键环节与设备，设计出更为合理的自动化控制设备；（2）通过不断完善和改进农业自动控制系统，使其更加智能化、自动化、人性化；（3）注重农业自动控制技术与其他先进技术进行融合发展。例如将计算机、通信等技术应用到自动控制中，以此提升农业生产效率与质量；（4）提升农业领域人员的综合素养及工作人员的专业能力；（5）不断推进自动控制技术在农业发展中的应用和推广，实现自动化与智能化管理。