自動化控制技術在農業機械中的實踐初探

張海霞

（武漢船舶職業技術學院，湖北 武漢 430050）

近年來，我國農業現代化進程日益加快，對農業機械的應用越來越廣泛，有利于提升作物產量及質量、節省人力成本和資源投入。科學技術的持續創新進步，促使農業機械逐漸呈現自動化和智能化的特征，農戶可以按照預先設定的程序和參數，進行無人化生產和遠程管理，極大地提高了農業生產能力和效率。

1 自動化控制技術概述

1.1 內涵

自動化控制技術是指計算機技術與電力機械相結合，促使機械實現自動控制，達到農業生產無人化管理的目標。通常情況下，自動化控制技術以計算機編程設定的指令或者程序等作為基礎，利用一系列單片機控制部件和各種程序控制元器件進行自動化運行[1]。在實際運用過程中，自動化控制技術不僅僅是單獨的技術，往往還涉及計算機技術、微處理技術、傳感與檢測技術、信息處理技術等，有效提升了機械的智能化水平。在當前自動化技術持續創新的背景下，將其運用在現代農業領域，具有較為廣闊的前景。

1.2 優勢

自動化控制技術在農業機械中的應用，具有諸多優勢。

1）有利于實現實時監控。自動化控制技術能夠促使系統之間的信息傳遞速度加快，提升效率。比如對農業生產采取實時監控，能夠及時掌握作物生產活動情況，監測作物生長發育現狀，為田間管理提供支持，促使農業產量和質量得到大幅提升。

2）有利于開展自我故障診斷。隨著我國社會經濟的快速發展，傳統手工勞動方式逐漸被淘汰，農業機械被廣泛應用在各類農作物的生產環節，而在自然環境、操作方式以及使用時間等方面的影響下，農業機械不可避免地會出現故障問題，不僅會影響農業生產進度，還會釀成嚴重的事故后果。而利用自動化控制技術則能夠實現自我故障診斷，及時發現和預警故障信息，如利用傳感器對元器件的運行狀態進行實時采集，當發現異常數據后發出警報，并采取自我控制和診斷，幫助操作人員明確故障點，有效進行維修，確保農業機械能夠高效運行。

3）降低農業生產成本。對農業機械應用自動化控制技術可提升其使用率，減少傳統人工作業量，節省人工成本。并且，農業機械注重運用計算機和傳感技術，可根據預設參數進行標準化作業，極大地提升農業生產效率，縮短生產周期，可大幅降低成本支出，增加農業收益空間[2]。

2 自動化控制技術在農業機械中的應用

2.1 耕作機械應用自動化控制技術

目前，對于自動化控制技術在農業機械中的應用實踐，主要表現在耕作機械方面。在農業生產種植活動中，土壤質量對農產品的產量會產生較大的影響，為改善土壤條件，往往需要利用耕作機械進行翻耕。利用傳統耕作機械時，很容易對土壤耕作深度以及水分等因素缺乏合理考慮，導致耕作質量不理想，影響農作物產量和質量。而在現代農業發展進程中，通過在耕作機械中引入自動化控制技術，則能夠有效提升農機使用效果。比如，在耕作機械中建立導航系統，提前設定耕作路線、深度等參數，有利于實現標準化作業，改善以往農戶通過手動控制耕作操作的現狀。并且，應用自動控制駕駛技術，有利于實現無人化作業，節省勞動力投入，還能夠避免在耕作期間因深翻土壤而產生大量灰塵影響安全駕駛的情況。針對耕作機械運用自控控制技術建立導航駕駛系統的原理，即融合環境感知技術、視覺導航技術、GPS 衛星定位技術、電磁導航技術等，按照駕駛員的習慣以及耕作線路等要求，對耕作機械實施遠程監控，及時優化耕作質量[3]。

另外，為進一步降低耕作機械的操作難度，可應用自動控制技術構建智能化操作系統，如在機械駕駛室內安裝計算機控制臺、CIP 直觀控制面板、觸屏監視器等，與駕駛座椅進行連接，將所有操作全部集成到一個簡單的控制器中，便于開展耕作作業。同時，運用自動控制技術能夠建立傳感器控制系統，根據作業對象的不同實現差異化耕作，針對土壤結構進行監測，有利于提升農作物生產量。例如，在現有耕作機械中可增加氣流傳感器，對土壤環境實施在線監測，在傳感器獲取土壤透氣性數據后，立即傳輸到移動終端設備，與預設的土壤標準進行對比，如監測數據偏離標準數值，系統可下達工藝調整的指令，合理控制耕作深度，有效改善土壤透氣性[4]。

2.2 噴霧機械應用自動化控制技術

在農業生產中，為保障作物健康生長，需采取有效的植保措施，而通過噴灑藥劑進行病蟲害防治是一項重要內容。隨著當前農業種植面積的不斷擴大，病蟲害防治任務日益加重，如采用以往的人工噴灑施藥方式，則會耗費大量的人力和物力，而且防治效率較低。結合現代農業的發展趨勢，逐漸重視對噴霧農業機械的應用，結合作物生長情況適時開展藥劑噴灑作業，有助于加強病蟲害防治效果。但現有的噴霧機械難以滿足精準化作業控制，無法滿足當前的病蟲害防治和植保要求。因此，可在噴霧機械中應用自動化控制技術，將噴灑作業精度提高到厘米級，避免發生過度噴灑的現象。比如，可在噴灑作業中設置視覺感應系統，當噴灑除草劑時，利用視覺感應系統將噴灑區域的圖像有效傳輸到控制系統中，再利用計算機視覺算法對區域中的雜草進行識別，計算相對和絕對位置，將采集圖像信息傳遞到控制系統內，可按照噴霧器的自身角度、噴灑速度以及雜草位置等，快速開啟雜草附近的噴嘴，有效噴灑除草劑，達到清除雜草的目的。通過應用自動控制技術，有利于節省人工除草的成本，并能夠提高除草效率，確保農作物健康、順利地生長發育[5]。

2.3 農業灌溉設備應用自動化控制技術

農業灌溉是目前農業生產過程中的一個重要環節，對于農業機械的使用，注重節約用水和提高水資源利用率。而傳統的灌溉設施和方法，均會導致嚴重的水資源浪費現象和資源利用率不足等問題。通過應用自動化控制技術，能夠聯合計算機、通信技術等構建智能化的灌溉系統，根據農田的監測情況、未來天氣預測等，實施精準灌溉。例如，可應用農田灌溉自動控制系統，其由灌水器、水分傳感器、溫度傳感器、壓力和水位傳感器等構成，按照數據采集結果利用計算機進行分析，明確農田需水量，再對滴灌、噴灌等灌溉設施進行自動控制，在蒸發量較小的時段進行灌水，以此實現動態化和標準化管理，有效提升灌溉效率，避免出現水資源浪費等情況。例如在干旱時期，相關人員根據農田分布土壤含水率檢測傳感器的數據傳輸結果，設定自動灌溉參數，可實現分區灌溉，協調用水量，保障對水資源的高效利用[6]。

2.4 采收機械應用自動化控制技術

在農業生產環節中，收獲是利用農業機械較為頻繁的階段，有助于節省人力成本、提高采收效率。而這一過程中，利用自動化控制技術，如設置智能儀器監測農作物的發育狀態、判斷農作物成熟情況，再利用智能系統精準執行操作命令，可實現田間農作物自動采收。比如，在農田固定位置安裝設備傳感器，收集全面的外部信息，對比儀器的手動控制程序參數，有序執行程序指令，能夠實現農作物的自主采收。在水稻采收活動中，應用履帶自走式全喂入谷物聯合收割機，配備雙攝像頭、AI 處理器、控制器等，在實際開展作業時，有助于感知作物的密度和潮濕程度、谷物品質等情況。再利用AI控制器進行智能化調節，有利于減少人工操作壓力，提升收獲質量，減少作物損失量[7]。同時，在收割機行駛期間，可在駕駛室內的計算機屏幕上動態顯示道路路況、收割機運行狀態、障礙監測等，如遭遇復雜地形，可及時改變收割機位置，實現自動控制，提升采收作業效率和質量。

2.5 打捆機應用自動化控制技術

在農業生產活動中，為實現資源重復利用，減少浪費情況，人們越來越注重秸稈回收。這一過程中主要應用打捆機設備，改善以往人工收割、拾取等落后操作方式。在具體實踐中，可在打捆機設備中構建智能化控制系統，促使秸稈回收效率提升，盡量減少資源損失量。比如，將自動控制技術加入到打捆機操作系統中，可實現遠程操控，盡可能提升打捆機的作業準確率。該自動控制技術主要引入北斗定位系統、傳感器技術、液壓精密控制技術等，再結合各種分析設備對傳感器設備進行處理，有利于判斷打捆機各個關鍵部件的運行狀態，可按照事前設定的觸發條件，有效控制電磁閥或者電機動作等，實現打捆操作自動化。在現有的自動化打捆機設備中，主要是在壓捆室的兩側各安裝一個強度傳感器，便于對打捆機的運行狀態實施監測。若兩側秸稈密度較大，系統將會發生警報提醒，促使駕駛員向密度較小的一側行駛，確保打捆質量得到提升。通過對壓捆室油缸自動卸出成型草捆進行控制，有利于自動統計打捆數量，節省人力成本，盡可能提升作業效率。

3 自動化控制技術在農業機械中的應用展望

1）農業機械個性化和差異化設計。我國農業資源豐富、農作物種類相對較多，但受自然環境以及地理位置等影響，對農業機械的需求具有差異化和個性化的特征。在今后發展階段中，將會注重利用自動控制技術設計研發適宜當地作業的小型化農機設備，以此滿足復雜地形的農業生產要求[8]。同時，各級政府部門要增加農機技術扶持，通過加大資金投入、科研投入、人才投入等，推廣普及自動控制技術，進一步優化農業機械生產運行效能，滿足作物生產管理需求，提升作物產量和質量。

2）提升農業機械操作智能化水平。目前，我國農業機械發展相比于發達國家仍有較大的差距，主要體現在農業機械智能化操作水平方面，現階段大部分農業機械尚未實現無人化、遠程操控，其系統智能性有待提升。因此，在機械化作業全面普及的未來趨勢下，將更關注農機智能化的發展，深入分析農業自動化控制調節技術，提升農業操作效率、綜合考慮農業自然環境的影響，提升機械運作安全性和可靠性，降低事故發生率[9]。

3）符合新農村生產需求，適應農業作業標準化和現代化規范。在城市化進程不斷推進的過程中，農村剩余勞動力大量涌入城市，未來從事農業生產的勞動力數量還將進一步減少，為保障農村生產力得到提升，則必須強化農機研發成果，提升自動化控制水平，盡可能節省人力資源[10]。所以在未來發展階段，自動控制技術在農業機械中的應用，將重點趨向自動調節控制的集約化智能生產農機設備的研發，這些符合農村社會生產需求。

4 結束語

綜上所述，在我國現代農業發展進程中，機械化已經成為一項重要趨勢，為高效利用農業機械從事生產，應當注重運用自動化控制技術。在具體實踐中，可對耕作機械、噴霧機械、灌溉設備、采收機械以及打捆機等引進自動化控制技術，有效提升農業生產能力。并且，在未來發展階段，農業機械將會朝個性化和差異化設計、提高智能化水平以及適應農村生產需求等方向前進，切實加快我國農業現代化進程，提高作物產量和質量，實現農業經濟高質量發展。