浅析自动控制技术在农业机械中的应用

申艺方 ，聂超超 ，赵会娟

（济源职业技术学院，河南 济源 459000）

随着社会的进步和科技的发展，农业生产模式逐步创新优化，自动化控制技术融入农业机械设计研发，推动了农业智能化、自动化发展，提高了农业生产力。农业机械自动控制技术具有稳定性强、配置简单、应用灵活等多重优势，能够实现动态管理及自主诊断，有助于提高农业生产效率，极大地提升了农业生产水平[1]。因此，为推进农业现代化发展，需要在农业机械领域科学应用与全面推广自动控制技术。

1 自动控制技术应用于我国农业机械的现状

在国家经济发展、科技进步的影响下，农业生产技术逐步更新优化，然而从总体来看，我国农业领域应用自动化控制技术的时间并不长，目前尚未实现全面普及农业机械化。部分经济条件较差的地区，不仅农业生产机械化程度不高，农业机械与自动控制技术融合率也较低。与此同时，自动化控制技术的创新速度较慢。技术更新是推动农业机械化水平提升的重要动力，然而我国农业机械在自动化控制方面仍然以传统控制技术应用为主，即便农业生产正在向机械化、自动化控制的方向发展，但由于技术相对陈旧，农业生产效率未能得到大幅提升，限制了农业现代化发展步伐。部分经济发达地区为实现高效生产，会引进具有自动化控制功能的机械设备，但会增加农业生产成本[2]。因此，自动化控制技术更新及其在农业机械领域中的有效应用，已成为农业高质量发展的关键。

2 自动控制技术在农业机械中的应用分析

2.1 自动节水灌溉控制技术的应用

自动节水灌溉系统是基于传感器、控制器与执行器等多种装置研发而成的智能化灌溉设备，通过动态监测农业生产过程中的土壤条件、天气变化以及作物长势，实施科学灌溉，从而实现节约水量、提高农作物长势的目的。传感器可实时获取土壤含水量、温度、湿度等相关参数，并将这些参数传至控制器；控制器则可根据获取的数据分析植物的需水量，决定灌溉与否，以及控制灌溉时长和水量。数据通信系统主要用于远程控制，可为控制器与传感器、执行器、上位机间的通信提供支持[3]。

自动节水灌溉系统转变了传统以人力为主的灌溉方式，可实现农田灌溉自动化，能够自主完成农田缺水情况的实时监测，动态监控农作物生长态势，以数字化形式分析农作物生长指标，进而实现精准灌溉。自动化节水灌溉系统支持根据农作物生长状态并结合农业生产指标选用最为适合的灌溉方式，并可自动设置合理的灌溉时长，自主调控灌水量及灌水频次，降低人工灌溉压力、节约人力资源，对农产品增产增收具有重要的促进作用。

2.2 自动施肥控制技术的应用

农业生产现代化以自动化控制、智能化管理作为主要目标，除了自动化灌溉之外，自动化施肥也是重要的发展方向。施肥自动控制技术的应用，能够实现精准施肥，确保肥料施加的及时性与合理性，减少肥料资源浪费，降低农业生产成本。

在自动控制技术支持下，施肥可与灌溉结合开展，利用水压控制肥料输出，在灌溉的同时完成肥料施加。在农业生产中，应合理对接自动化节水灌溉系统与自动施肥系统，在传感器装置支持下，自动获取农作物生长阶段、营养供应状况、营养成分需求情况，进而根据植物所处生长阶段针对性施加对应的营养元素。在灌溉前，可将所需数量的肥料溶于水，然后将肥料溶液通过灌溉管道输送至植物，实现肥料施加自动化、准确化，在低成本、高效率施肥的基础上，提升农业生产产量，从而驱动农业产业自动化、规范化发展[4]。

2.3 自动化温室控制技术的应用

自动化温室控制技术与农业机械融合，能够解决天气因素对农作物生长产生的影响。在温室自动控制系统的支持下，应用通风降温系统、太阳能储能系统、燃油热风加热系统等，有效调控温室大棚的温度、湿度、光照等相关指标。温室自动控制系统可结合农作物的生长需求，自动开合卷膜、棚窗或风机湿帘，或是控制生物背光装置，对温室大棚内部环境进行调控，营造出利于农作物生长的环境[5]，还可以自动完成几十项环境要素数据的收集与存储，并具备多条继电器输出路径，能够同时控制多台设备，数据信息存储容量也较大，其液晶显示器以图形、文字展示环境要素信息。此外，通过安装CO2传感器监测大棚内CO2的浓度，经过系统分析，发出参数控制指令，通过开启通风窗、空气循环装置科学调控温室大棚内的相关参数。

2.4 视觉识别技术的应用

视觉识别是利用摄像头采集目标图像数据，再借助计算机对目标图像数据进行计算，提取目标图像的特征，并与数据库中的数据对比进而识别出目标的技术方法[6]。由于农业生产对象是多种类型的农作物，农作物类型不同，其对光照的需求存在差异。通过自动控制系统与视觉识别系统结合运用，对温室大棚中所栽培农作物的品种进行自动识别，根据不同类型作物的生长周期，结合农作物外观变化情况，自动化调控大棚内的自动遮光系统。此外，在遮光设备的基础上，可改变光照强度，以便需光度不同的农作物均可得到适量、适宜的光照强度。在农业机械上应用视觉识别技术，能够减少人工观察农作物长势及生长周期分析所需的人员数量，从而降低人工成本。

视觉识别技术应用于农业生产的价值较高，但需要投入较高成本，目前主要应用于附加值较高的蔬菜作物栽培。未来，在农业机械自动化持续发展的过程中，此技术的应用将会进一步深入，可通过技术更新、设备改造，有效提升农业生产综合实力。

2.5 自动采摘技术的应用

自动采摘技术是指利用自动采摘机器人等设备替代人工采摘成熟农作物，并在采摘完成后通过运输通道进行收获物的传送与分装[7]。此技术的应用需要以计算机系统为基础，在计算机上设置好采摘方式及路径后，由计算机传送相应指令操控自动采摘机器人做出相应动作。自动采摘机器人需要根据事前设定的路径行进，并接收传感器所反馈的信息，对农作物生长情况和其他影响因素展开综合分析，确认农作物达到采摘条件后，进而做出采摘农作物的决策。此类农业机械具备较高的自动化水平，例如，自动采摘机器人具备由机械臂、机械手共同构成的采摘结构，机械臂上还装有图像传感器，图像传感器拍摄的农作物图像经过人工智能技术分析，从而识别出农作物的成熟度，对于已经成熟的农产品，计算机将下达采摘指令给机械手臂，由其执行采摘动作。机械手上装有柔性夹爪，可自动调控农作物采摘力度，防止夹取时因力度过大导致农作物损坏。

此外，自动采摘农业机械还能够自动完成采摘后的操作，将夹取的成熟农产品依次放入箱子中，并自动进行箱体码垛。在农业机械自动采摘技术支持下，农业生产更加高效化，有利于驱动农业现代化快速发展。

2.6 自动化地理信息技术的应用

地理信息技术是由地理信息系统、遥感系统与全球定位系统构建而成的技术集合，将其与自动控制技术相融合，可促进农业机械自动化。在农业机械中，可利用地理信息系统实时监测土壤、土地、农作物生长周期等信息，综合评估农业生产效率，进而自动完成信息管理调控等任务。例如，在农作物病虫害防控过程中，可应用地理信息系统确定受灾范围、分析严重程度，并进一步给出病虫害预防、控制策略，从而降低农业生产中病虫害防治成本，降低病虫害防控的人力资源以及物力资源的浪费率。同时，可利用全球定位系统采集农田数据，精准定位病虫害发生区[8]。之后，可利用遥感设备搭载航空摄像装置获取农田影像，了解农作物生长态势及病虫害影响程度，并可通过无人机喷洒农药，以提高病虫害防控效率及质量，节约农业生产的时间及人力成本。

3 农业机械中应用自动控制技术的保障策略

3.1 加强政策扶持

为推动自动控制技术有效应用于农业机械，政府部门需要提供政策引导，并给予相应的扶持。政府部门需要给予农业机械生产企业一定的资金及政策支持，科研部门需要为其提供先进的科研技术指导，驱动农业机械自动化控制技术研发创新活动开展，从而逐步降低智能化农业机械的生产成本，为自动控制类农业机械应用普及提供基础条件。各级地方政府需要落实好农业机械产业补贴政策，充分发挥自身引导扶持作用，对引进自动化控制农业机械的农户给予相应的补贴，以此激发农户应用智能化农业机械的积极性，从而实现农业机械自动控制技术的深入应用。

3.2 强化农业机械自动控制技术应用指导

为实现农业机械自动控制技术的规范化、科学化应用目标，提高农作物产量及质量，要重点强化农业操作技术人员的技术水平。各地区农业管理部门要对农业机械自动控制技术操控人员的培训服务给予高度关注，定期组织现场培训活动，采取集中化、主题化培训方式，强化农业生产操作技术人员的农业机械自动化控制能力[9]。同时，政府部门需要在宏观政策调控的同时，协调好农业机械生产单位，规范专业操作技术人员的工作行为，梳理自动化农业机械设备的操作流程，以便降低自动控制类农业机械设备的故障发生率，进而推动农业产业智能化、自动化与长效化发展。

3.3 加大农业机械自动化研发力度

由于当前我国农业机械化发展尚不成熟，需要进一步加大农业智能化、自动化技术的研究深度。例如，需要深入研究农业机械驾驶室方向动力控制技术，从而降低农业机械方向控制难度，提升农业生产的便利性。与此同时，外在环境因素对农业机械运行的影响较大，因而需要对农业机械控制系统进行升级优化，并加大传感器研究力度，研发出性能优越、运行可靠、数据传送快捷的先进传感器，以此实现农业生产活动监测高效化、精准化，得出准确的农作物生长态势分析结论。

3.4 选用适合的农业机械自动化模式

农业机械自动化在我国的发展时间还不长，自动化控制技术的应用成效并未完全展现。因此，在农业机械自动化控制实施过程中，需要加大应用效果分析研究力度。要遵循安全性、高效性、经济性三个原则，保障农业机械自动化控制技术科学应用，定期组织农业机械自动控制技术应用成效评估分析活动，根据不同农业区域选择适合的农业机械自动化模式，进而实现农业生产高效、安全的目标[10]。通过分析当前农业市场发展情况发现，农村劳动力向城市转移已成趋势，因而运用具备自动控制功能的农业机械替代人工是农业的发展方向，选择契合不同地区发展实际的农业机械自动化模式，则能驱动农业机械自动化应用转型，推动农业机械现代化发展。

4 结语

农业机械与自动控制技术结合，可实时控制农业机械，并能提升信号传送及时性，增强农业机械应用的安全性、可操作性。此外，还可以在农业机械中应用光电隔离技术、滤波器等技术，提升农业机械运行的可靠性；基于传感装置自动监测农业机械运行状况，及时发现与处理农业机械故障问题。

自动控制技术在不断发展，自动节水灌溉控制技术、自动施肥控制技术、自动化温室控制技术、视觉识别技术、自动采摘技术、自动化地理信息技术以及未来更先进的技术，均可与农业机械结合，通过有效控制水分、肥料、温湿度等因素以及对农作物实施自动操作，在农作物生长管理、农产品收获、病虫害防治等方面发挥作用，进而实现农业生产提质增效，并有效降低农业生产成本。