电气自动化技术在农业机械控制中的应用

马洪德

（广州华立科技职业学院，广东 广州 510000）

电气自动化技术在农业机械控制中的应用已经成为现代农业发展的重要趋势。随着人口的增长和城市化进程的加快，农业生产面临着越来越大的压力，传统的农业机械操作需要大量的人力投入，效率低下且劳动强度大，而电气自动化技术的应用可以有效解决这些问题，更好地服务于农业生产。其中，执行器可以根据传感器的信号自动启动或停止农机设备，实现智能化操作。控制器可以根据预设的程序和算法对农机设备进行集中管理和调度，提高作业效率和资源利用率。电气自动化技术可以通过远程监控和数据分析实现对农业生产过程的实时监测和管理。农民可以利用电子设备对农田的情况进行及时的监控，同时可以根据自身的需求，对种植计划进行灵活的调整。同时，通过对大量数据的分析和挖掘，可以发现潜在的问题和可优化的空间，进一步提高农业生产的效益[1]。

1 电气自动化技术基本概念

电气自动化技术是一门综合性的技术，它主要研究和应用电子、计算机、自动控制、传感检测等技术手段，对各种电气设备和系统进行自动控制、自动调节、自动保护和管理。电气自动化技术的发展和应用，对于提高生产效率、降低生产成本、保障产品质量和安全生产十分有利。电气自动化技术应用在农业机械控制中具有十分重要的现实意义。传统的农业机械操作大多数是人工完成的，效率较低，而通过电气自动化技术，可以实现对农业机械的自动控制和监测，减少人力成本和资源浪费，增加农民的收益。此外，机器设备的自动化运行可以改进传统的作业方式，对农作物的种植起到积极作用，就像灌溉技术，可以提高灌溉的效率和水资源利用率，从而提高农作物的产量和质量。其次，还能实现精准农业管理。精准农业管理是指根据作物的生长情况和需求，精确地控制农业生产过程中的各个环节，以提高农作物的品质和产量[2-3]。同时，还可以利用传感器和监测设备收集农田的环境信息，如土壤养分含量、气象条件等，根据数据分析制定合理的施肥方案、病虫害防治措施等，这样可以最大限度地满足作物的需求，减少农药和化肥的使用量，降低环境污染风险。

2 电气自动化技术在农业机械控制中的应用

2.1 自动灌溉系统

自动灌溉系统通过安装土壤湿度传感器实时监测土壤的水分含量，传感器将土壤湿度信息传输给控制器，控制器根据预设的湿度阈值判断是否需要进行灌溉，当土壤湿度低于设定值时，控制器会发出信号，启动灌溉设备，向农田供水，而当土壤湿度达到设定值时，控制器会自动关闭灌溉设备，停止供水，这样可以避免因过度或不足的灌溉而导致水资源浪费或农作物生长不良的问题。农田自动灌溉系统如图1所示。

图1 农田自动灌溉系统

自动灌溉系统还可以根据气象条件进行调节。通过安装温度和湿度传感器，系统可以实时监测气温和相对湿度等参数。当气温过高或湿度过低时，系统会自动增加灌溉频率和用水量，以防止作物受到热害或干旱的影响，相反，当气温适宜且湿度充足时，系统会自动减少灌溉频率和用水量，以节约水资源。自动灌溉系统还可以通过远程监控来实现智能化的管理，农民可以实现真正意义上的动态监测，在外出期间可以通过手机应用远程开关灌溉设备，调整灌溉时间和用水量等，这样可以提高管理的灵活性和便捷性，降低人力成本和劳动强度。自动灌溉系统的应用可以带来多方面的好处，最明显的一点就是可以提高水资源利用效率。通过精确的灌溉控制，可以避免过度灌溉造成的水资源浪费，同时保证作物的生长需求得到满足，并且可以大幅度地减轻农民的劳动负担，传统的灌溉需要农民定期巡视和手动操作灌溉设备[4]，而自动灌溉系统可以实现无人值守的运行，节省了农民的时间和精力。此外，自动灌溉系统还可以提供更准确的灌溉服务，通过监测土壤湿度和气象条件等信息，系统可以根据作物的需求进行智能决策，如调整灌溉量、灌溉时间等，从而提高农作物的生长质量。

2.2 自动驾驶农机

自动驾驶农机可以通过激光雷达、摄像头和全球定位系统（GPS）等传感器获取农田的地形信息和作物的位置，通过控制器实现农机的自主行驶和作业操作。激光雷达可以生成农田的三维点云地图，摄像头可以识别作物的特征和位置，通过对这些信息的分析和处理，农机可以确定行驶路线和作业区域，避免碰撞和损伤作物。自动驾驶农机通过全球定位系统（GPS）获取农机的实时位置信息，通过与预设的地图数据进行匹配，农机可以实现精确的定位和导航[5-6]，可以根据预设的作业路径自动行驶，完成播种、施肥、收割等任务，还可以综合参照作物的生长情况进行调整，如调整作业深度、施肥量等。精准农业耕种自动驾驶农机如图2所示。

图2 精准农业耕种自动驾驶农机

自动驾驶农机的应用，显著提高了农业生产效率。传统的农机操作需要农民手动驾驶，而自动驾驶农机可以实现无人驾驶，并且还可以提高作业的准确性和一致性。在自动驾驶农机的过程中，可以有效避免人为误差对作业质量的影响。自动驾驶农机还可以提供更高的安全性，通过对位置的实时监测，避免碰撞，这便在很大程度上保护了农民的财产不会受到损失，也能够在最大范围内保护农田生态环境[7]。

2.3 智能施肥系统

智能施肥系统通过安装土壤养分传感器实时监测土壤中的氮、磷、钾等关键养分的含量，传感器将土壤养分信息传输给控制器，控制器根据预设的施肥标准和作物的需求，计算出合适的施肥量和时间。智能施肥系统还可以通过安装摄像头等传感器监测作物的生长情况[8]，摄像头可以实时拍摄作物的照片或视频，并通过图像处理技术分析作物的生长状态和需求，根据分析结果，控制系统可以调整施肥方案，如增加或减少施肥量、改变施肥时间等。农田智能施肥系统如图3所示。

图3 农田智能施肥系统

智能施肥系统的应用可以带来多方面的好处，最显著的一点是可以提高肥料利用效率，通过精确的施肥控制，可以避免过度施肥造成的资源浪费以及农作物的营养过剩，同时保证作物的生长需求也恰到好处地得到满足。其次，它可以减轻农民的劳动负担。传统的施肥需要农民定期巡视和操作施肥设备，而智能施肥系统可以说是完全不需要人力资本的，节省时间的效果不言而喻。

3 电气自动化技术在农业机械控制中的挑战与解决方案

3.1 传感器和控制系统的成本问题

传感器是电气自动化技术中不可或缺的组成部分，用于实时监测和采集农田的各种参数，然而，目前市场上的传感器价格较高，限制了其在农业机械控制中的广泛应用。造成传感器价格高的原因是传感器的研发和生产成本较高，市场需求相对较小。控制系统是实现农业机械自动化的关键设备，而目前的控制系统成本也较高，主要体现在硬件设备和软件开发上。硬件设备的成本包括控制器、执行器、通信模块等，软件开发的成本则包括系统设计、编程和测试等，若想解决传感器和控制系统成本高的这一问题，关键在于提高生产效率[9]。市场需求不断增加，生产商可以通过批量生产来降低成本，从而降低产品的价格。配合新技术的研发，推动传感器和控制系统的技术创新，寻求成本更低的解决方案。原材料厂商可以研发新型的传感器材料和制造工艺来降低原材料的生产成本，这样便能够大幅降低设备的成本；也可以开发更简单和更高效的控制系统算法，减少软件开发成本。政府可以出台相关政策，鼓励和支持传感器和控制系统的研发和应用，为生产企业提供资金支持、减税优惠等，降低企业的研发成本和市场准入门槛。通过建立传感器和控制系统的合作平台，促进不同企业之间的合作与资源共享。通过合作开发和共享技术成果，降低研发成本，提高产品的竞争力。配合增加市场推广力度，加大对传感器和控制系统的市场推广面积，提高其应用的广泛性和市场需求。市场不断扩大，生产商便可以通过规模效应来降低成本，从而降低产品的价格，达到一个良性的循环。

3.2 数据传输和处理的问题

数据传输的速度和稳定性是一个重要的问题，农业机械通常工作在复杂的农田环境中，存在着信号干扰和传输距离较远的情况，因此，如何确保数据的快速、稳定和可靠传输是一个关键问题。农业机械产生的数据量庞大且多样化，如何有效地存储和管理这些数据也是一个挑战，传统的数据库管理系统可能无法满足农业机械数据传输的实时性和高效性的要求。数据处理过程中也需要具备一定的智能性和实时性。在数据传输和处理的过程中会涉及大量的敏感数据，如农机设备的运行状态、土壤参数等，也要保护这些数据不被非法获取和篡改。对于这些存在的问题，要采取一定的措施进行风险的规避，可以通过使用高速、低功耗的通信技术，如5G 网络或物联网技术来提高数据传输的效率和稳定性，同时交叉使用分布式数据库系统或云存储技术，以实现对大规模农业机械数据的高效存储和管理。还可以在控制系统中应用机器学习和人工智能算法，对农业机械数据进行实时分析和挖掘来提取有价值的信息和知识，在数据的保密性上，通过利用加密技术和访问控制机制，实现农业机械数据的安全传输和存储。

3.3 农民接受度和技术培训的问题

由于传统的农业操作方式已经根深蒂固，农民可能对新的电气自动化技术持怀疑态度或抵触情绪，他们可能担心新技术的可靠性、维护成本以及自身技术水平是否能够适应新的操作方式，这一问题的解决具有十分重要的现实意义，只有农民本身接纳电气自动化技术在农业机械控制中的应用，才能够切实发挥自动化技术所带来的优势。而针对这一困境，可以组织培训班、座谈会，向农民介绍电气自动化技术在农业机械控制中的优势和应用案例，增加他们对新技术的了解和认知。在农田中建立示范点，展示电气自动化技术在农业机械控制中的实际效果，让农民亲身体验并感受到新技术带来的效益，提升农民对电气自动化技术的接受度。

除了上述所说的问题之外，技术培训是另一个关键问题。农民需要具备一定的电气自动化技术知识和操作技能，才能有效地使用和维护农业机械设备。通过开展针对农民的电气自动化技术培训班和课程，教授他们相关的理论知识和实际操作技巧。在实践课上派遣专业技术人员到农田现场，为农民提供实时的指导和培训，帮助他们解决实际问题并提高技术水平。利用互联网络的便利，建立在线学习平台或网站，提供电气自动化技术的在线学习资源和教程，方便农民随时随地学习和提升自己的技能。此外，政府和相关机构也可以出台支持政策，鼓励农民接受电气自动化技术的应用。例如，提供财政补贴、技术支持、税收优惠等，降低农民采用新技术的成本和风险。

4 电气自动化技术在农业机械控制中的未来发展趋势

目前，农业机械控制自动化技术在我国现代农业领域的重要性不断提升，但是受一些因素的影响，电气自动化技术在农业机械控制的应用上依然面临一些潜在的风险和限制，要结合我国农业发展的现状以及地形条件等进一步对电气自动化技术在农业机械控制中的应用进行研究和改进。电气自动化技术应用于农业机械控制是未来我国农业发展的趋势，只要合理利用相关手段对目前电气自动化技术在农业机械控制应用中的问题进行解决，将会在极大程度上推动我国现代农业水平的提升。下文将对电气自动化技术在农业机械控制中的未来发展趋势进行简要分析。

4.1 人工智能化和互联互通化

随着人工智能、大数据和云计算等技术的不断发展，农业机械将变得更加人工智能化和互联互通化。人工智能化是指农业机械具备自主感知、决策和执行能力，土壤湿度、作物的生长情况等都是会随时发生变化的，所以在农作物生长期间，不能采取一成不变的种植方式。而人工智能化发展将是未来电气自动化技术应用于农业机械控制的一大趋势，对不同阶段农作物生长所需要的水分、养分等进行智能化的调整，实现精准种植。同时，农业机械还可以通过图像识别技术判断作物的生长状态和病虫害情况，并采取相应的措施进行防治。互联互通化是指农业机械与农民之间的互联互通。通过互联网技术，农业机械可以被远程监控和控制。此外，农业机械还可以与其他设备和服务进行互联，形成一个完整的农业生态系统。例如，农业机械可以与气象站、农产品交易平台等进行数据交互，实现更高效的农业生产和管理[10]。

4.2 多功能化和模块化

人们的生活水平不断提高，对农业生产多样化的需求也越来越高，农业机械设备需要具备更多的功能和更灵活的配置以适应不同的作业需求。多功能化是指农业机械设备能够完成多种不同的作业任务，如耕种、播种、施肥、喷药等。电气自动化技术投入应用，农业机械设备可以实现智能化的控制和操作，提高作业效率。多功能农业机械设备在作物不同的生长阶段能够自动调整施肥量和喷药浓度，从而实现精确的农业管理。将农业机械设备划分为多个独立的模块，每个模块负责不同的功能，通过模块化设计，农业机械设备可以根据实际需要进行组合和配置，满足不同农户的需求。模块化的农业机械设备体现在农户的土地面积和作物种类选择上，可以选择相应的播种单元和灌溉单元，实现个性化的农业管理。电气自动化技术的应用还可以提高农业机械设备的智能化水平，实现自动化的操作和监测，减少人工干预和管理成本。

4.3 无人化和自主化

电子科技社会已经到来，科技水平也越来越发达，农业机械设备将能够实现更高程度的自主决策和操作，减少对人工的依赖。农业机械设备能够在没有人为干预的情况下完成作业任务，通过搭载传感器、摄像头和激光雷达等设备，农业机械设备可以实时感知周围环境并做出相应的反应，根据作物的位置和生长情况自动调整行驶速度和作业深度，从而实现高效的农田管理。通过机器学习算法和大数据分析，农业机械设备可以从历史数据中学习并优化自身的性能，精准把握不同作物的生长要求来进行针对化的方案处理，提高农作物成活率的同时，还能够大幅度提高农作物的质量。因此，未来的研究和发展应该注重技术创新和应用实践的结合，以推动无人化和自主化在农业机械控制中的进一步发展。

5 结语

电气自动化技术在农业机械控制中的应用目前已经取得了显著的成果，为农业生产带来了许多好处，大幅度提升了农作物的产出质量，也在一定程度上为农民带来了切实可观的收益。当然，现如今，电气自动化技术在农业机械控制中虽然得到了一定程度的应用，但同时也面临着一些挑战和限制，在实际的应用过程中，要具体问题具体分析，谨慎实践，从而使得电气自动化技术更好地应用于农业机械控制之中，更好地辅助于农业生产活动，有效解决目前我国农业种植中劳动力短缺这一问题，同时极大地提高作业效率，提升农作物的产量和质量，提高农业种植给我国带来的实际经济效益，实现乡村振兴，助推农业农村现代化。