自动化控制技术在农业机械中的实践初探

张海霞

（武汉船舶职业技术学院，湖北 武汉 430050）

近年来，我国农业现代化进程日益加快，对农业机械的应用越来越广泛，有利于提升作物产量及质量、节省人力成本和资源投入。科学技术的持续创新进步，促使农业机械逐渐呈现自动化和智能化的特征，农户可以按照预先设定的程序和参数，进行无人化生产和远程管理，极大地提高了农业生产能力和效率。

1 自动化控制技术概述

1.1 内涵

自动化控制技术是指计算机技术与电力机械相结合，促使机械实现自动控制，达到农业生产无人化管理的目标。通常情况下，自动化控制技术以计算机编程设定的指令或者程序等作为基础，利用一系列单片机控制部件和各种程序控制元器件进行自动化运行[1]。在实际运用过程中，自动化控制技术不仅仅是单独的技术，往往还涉及计算机技术、微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术等，有效提升了机械的智能化水平。在当前自动化技术持续创新的背景下，将其运用在现代农业领域，具有较为广阔的前景。

1.2 优势

自动化控制技术在农业机械中的应用，具有诸多优势。

1）有利于实现实时监控。自动化控制技术能够促使系统之间的信息传递速度加快，提升效率。比如对农业生产采取实时监控，能够及时掌握作物生产活动情况，监测作物生长发育现状，为田间管理提供支持，促使农业产量和质量得到大幅提升。

2）有利于开展自我故障诊断。随着我国社会经济的快速发展，传统手工劳动方式逐渐被淘汰，农业机械被广泛应用在各类农作物的生产环节，而在自然环境、操作方式以及使用时间等方面的影响下，农业机械不可避免地会出现故障问题，不仅会影响农业生产进度，还会酿成严重的事故后果。而利用自动化控制技术则能够实现自我故障诊断，及时发现和预警故障信息，如利用传感器对元器件的运行状态进行实时采集，当发现异常数据后发出警报，并采取自我控制和诊断，帮助操作人员明确故障点，有效进行维修，确保农业机械能够高效运行。

3）降低农业生产成本。对农业机械应用自动化控制技术可提升其使用率，减少传统人工作业量，节省人工成本。并且，农业机械注重运用计算机和传感技术，可根据预设参数进行标准化作业，极大地提升农业生产效率，缩短生产周期，可大幅降低成本支出，增加农业收益空间[2]。

2 自动化控制技术在农业机械中的应用

2.1 耕作机械应用自动化控制技术

目前，对于自动化控制技术在农业机械中的应用实践，主要表现在耕作机械方面。在农业生产种植活动中，土壤质量对农产品的产量会产生较大的影响，为改善土壤条件，往往需要利用耕作机械进行翻耕。利用传统耕作机械时，很容易对土壤耕作深度以及水分等因素缺乏合理考虑，导致耕作质量不理想，影响农作物产量和质量。而在现代农业发展进程中，通过在耕作机械中引入自动化控制技术，则能够有效提升农机使用效果。比如，在耕作机械中建立导航系统，提前设定耕作路线、深度等参数，有利于实现标准化作业，改善以往农户通过手动控制耕作操作的现状。并且，应用自动控制驾驶技术，有利于实现无人化作业，节省劳动力投入，还能够避免在耕作期间因深翻土壤而产生大量灰尘影响安全驾驶的情况。针对耕作机械运用自控控制技术建立导航驾驶系统的原理，即融合环境感知技术、视觉导航技术、GPS 卫星定位技术、电磁导航技术等，按照驾驶员的习惯以及耕作线路等要求，对耕作机械实施远程监控，及时优化耕作质量[3]。

另外，为进一步降低耕作机械的操作难度，可应用自动控制技术构建智能化操作系统，如在机械驾驶室内安装计算机控制台、CIP 直观控制面板、触屏监视器等，与驾驶座椅进行连接，将所有操作全部集成到一个简单的控制器中，便于开展耕作作业。同时，运用自动控制技术能够建立传感器控制系统，根据作业对象的不同实现差异化耕作，针对土壤结构进行监测，有利于提升农作物生产量。例如，在现有耕作机械中可增加气流传感器，对土壤环境实施在线监测，在传感器获取土壤透气性数据后，立即传输到移动终端设备，与预设的土壤标准进行对比，如监测数据偏离标准数值，系统可下达工艺调整的指令，合理控制耕作深度，有效改善土壤透气性[4]。

2.2 喷雾机械应用自动化控制技术

在农业生产中，为保障作物健康生长，需采取有效的植保措施，而通过喷洒药剂进行病虫害防治是一项重要内容。随着当前农业种植面积的不断扩大，病虫害防治任务日益加重，如采用以往的人工喷洒施药方式，则会耗费大量的人力和物力，而且防治效率较低。结合现代农业的发展趋势，逐渐重视对喷雾农业机械的应用，结合作物生长情况适时开展药剂喷洒作业，有助于加强病虫害防治效果。但现有的喷雾机械难以满足精准化作业控制，无法满足当前的病虫害防治和植保要求。因此，可在喷雾机械中应用自动化控制技术，将喷洒作业精度提高到厘米级，避免发生过度喷洒的现象。比如，可在喷洒作业中设置视觉感应系统，当喷洒除草剂时，利用视觉感应系统将喷洒区域的图像有效传输到控制系统中，再利用计算机视觉算法对区域中的杂草进行识别，计算相对和绝对位置，将采集图像信息传递到控制系统内，可按照喷雾器的自身角度、喷洒速度以及杂草位置等，快速开启杂草附近的喷嘴，有效喷洒除草剂，达到清除杂草的目的。通过应用自动控制技术，有利于节省人工除草的成本，并能够提高除草效率，确保农作物健康、顺利地生长发育[5]。

2.3 农业灌溉设备应用自动化控制技术

农业灌溉是目前农业生产过程中的一个重要环节，对于农业机械的使用，注重节约用水和提高水资源利用率。而传统的灌溉设施和方法，均会导致严重的水资源浪费现象和资源利用率不足等问题。通过应用自动化控制技术，能够联合计算机、通信技术等构建智能化的灌溉系统，根据农田的监测情况、未来天气预测等，实施精准灌溉。例如，可应用农田灌溉自动控制系统，其由灌水器、水分传感器、温度传感器、压力和水位传感器等构成，按照数据采集结果利用计算机进行分析，明确农田需水量，再对滴灌、喷灌等灌溉设施进行自动控制，在蒸发量较小的时段进行灌水，以此实现动态化和标准化管理，有效提升灌溉效率，避免出现水资源浪费等情况。例如在干旱时期，相关人员根据农田分布土壤含水率检测传感器的数据传输结果，设定自动灌溉参数，可实现分区灌溉，协调用水量，保障对水资源的高效利用[6]。

2.4 采收机械应用自动化控制技术

在农业生产环节中，收获是利用农业机械较为频繁的阶段，有助于节省人力成本、提高采收效率。而这一过程中，利用自动化控制技术，如设置智能仪器监测农作物的发育状态、判断农作物成熟情况，再利用智能系统精准执行操作命令，可实现田间农作物自动采收。比如，在农田固定位置安装设备传感器，收集全面的外部信息，对比仪器的手动控制程序参数，有序执行程序指令，能够实现农作物的自主采收。在水稻采收活动中，应用履带自走式全喂入谷物联合收割机，配备双摄像头、AI 处理器、控制器等，在实际开展作业时，有助于感知作物的密度和潮湿程度、谷物品质等情况。再利用AI控制器进行智能化调节，有利于减少人工操作压力，提升收获质量，减少作物损失量[7]。同时，在收割机行驶期间，可在驾驶室内的计算机屏幕上动态显示道路路况、收割机运行状态、障碍监测等，如遭遇复杂地形，可及时改变收割机位置，实现自动控制，提升采收作业效率和质量。

2.5 打捆机应用自动化控制技术

在农业生产活动中，为实现资源重复利用，减少浪费情况，人们越来越注重秸秆回收。这一过程中主要应用打捆机设备，改善以往人工收割、拾取等落后操作方式。在具体实践中，可在打捆机设备中构建智能化控制系统，促使秸秆回收效率提升，尽量减少资源损失量。比如，将自动控制技术加入到打捆机操作系统中，可实现远程操控，尽可能提升打捆机的作业准确率。该自动控制技术主要引入北斗定位系统、传感器技术、液压精密控制技术等，再结合各种分析设备对传感器设备进行处理，有利于判断打捆机各个关键部件的运行状态，可按照事前设定的触发条件，有效控制电磁阀或者电机动作等，实现打捆操作自动化。在现有的自动化打捆机设备中，主要是在压捆室的两侧各安装一个强度传感器，便于对打捆机的运行状态实施监测。若两侧秸秆密度较大，系统将会发生警报提醒，促使驾驶员向密度较小的一侧行驶，确保打捆质量得到提升。通过对压捆室油缸自动卸出成型草捆进行控制，有利于自动统计打捆数量，节省人力成本，尽可能提升作业效率。

3 自动化控制技术在农业机械中的应用展望

1）农业机械个性化和差异化设计。我国农业资源丰富、农作物种类相对较多，但受自然环境以及地理位置等影响，对农业机械的需求具有差异化和个性化的特征。在今后发展阶段中，将会注重利用自动控制技术设计研发适宜当地作业的小型化农机设备，以此满足复杂地形的农业生产要求[8]。同时，各级政府部门要增加农机技术扶持，通过加大资金投入、科研投入、人才投入等，推广普及自动控制技术，进一步优化农业机械生产运行效能，满足作物生产管理需求，提升作物产量和质量。

2）提升农业机械操作智能化水平。目前，我国农业机械发展相比于发达国家仍有较大的差距，主要体现在农业机械智能化操作水平方面，现阶段大部分农业机械尚未实现无人化、远程操控，其系统智能性有待提升。因此，在机械化作业全面普及的未来趋势下，将更关注农机智能化的发展，深入分析农业自动化控制调节技术，提升农业操作效率、综合考虑农业自然环境的影响，提升机械运作安全性和可靠性，降低事故发生率[9]。

3）符合新农村生产需求，适应农业作业标准化和现代化规范。在城市化进程不断推进的过程中，农村剩余劳动力大量涌入城市，未来从事农业生产的劳动力数量还将进一步减少，为保障农村生产力得到提升，则必须强化农机研发成果，提升自动化控制水平，尽可能节省人力资源[10]。所以在未来发展阶段，自动控制技术在农业机械中的应用，将重点趋向自动调节控制的集约化智能生产农机设备的研发，这些符合农村社会生产需求。

4 结束语

综上所述，在我国现代农业发展进程中，机械化已经成为一项重要趋势，为高效利用农业机械从事生产，应当注重运用自动化控制技术。在具体实践中，可对耕作机械、喷雾机械、灌溉设备、采收机械以及打捆机等引进自动化控制技术，有效提升农业生产能力。并且，在未来发展阶段，农业机械将会朝个性化和差异化设计、提高智能化水平以及适应农村生产需求等方向前进，切实加快我国农业现代化进程，提高作物产量和质量，实现农业经济高质量发展。