自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢(shì)

□ 張 勃

（西安外事學(xué)院，陜西 西安 710077）

一、農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化積極作用

（一）節(jié)省勞動(dòng)力

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的播種、施肥、豐收等各項(xiàng)農(nóng)業(yè)工作都是依靠勞動(dòng)人民的雙手，這種低效率的生產(chǎn)方式要耗費(fèi)大量的勞動(dòng)力與時(shí)間，付出的艱辛與農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)回報(bào)不成正比。而在如今科技快速發(fā)展的時(shí)代，農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動(dòng)化水平逐漸上升，很大程度上節(jié)省了勞動(dòng)力。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)化機(jī)械的使用，使得農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率大幅度提升，也保證了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。是機(jī)械設(shè)備改變了傳統(tǒng)的勞動(dòng)方式，減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)壓力，勞動(dòng)人民也可以擴(kuò)大農(nóng)產(chǎn)品種植規(guī)模，推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展［1］。

（二）符合農(nóng)業(yè)發(fā)展需求

我國(guó)城市化的發(fā)展方式使得很多農(nóng)村人口涌入城市，爭(zhēng)取城市戶(hù)口，農(nóng)村人口大量減少，留下的大多是老年人和小孩，他們由于體力和年齡的限制，無(wú)法承擔(dān)如此強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，因此農(nóng)村的土地資源普遍閑置、荒廢，導(dǎo)致了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。而農(nóng)業(yè)機(jī)械的科技發(fā)展，符合當(dāng)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的生產(chǎn)方式，不再需要人力進(jìn)行辛苦勞作，人們只要會(huì)操作農(nóng)業(yè)機(jī)械，就可以利用自動(dòng)化的機(jī)械代替人力實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的耕種、施肥、秋收等全部過(guò)程，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展［2］。

（三）構(gòu)建新型農(nóng)業(yè)模式

隨著市場(chǎng)的多樣化發(fā)展，農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也應(yīng)市場(chǎng)變化發(fā)生轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)了職業(yè)化的農(nóng)民，傳統(tǒng)的農(nóng)村的生存理念和農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式不再適應(yīng)新時(shí)代下的農(nóng)業(yè)發(fā)展，因此，以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)模式的構(gòu)建是必然趨勢(shì)，在彌補(bǔ)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利因素、促進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的同時(shí)，有助于縮小城鄉(xiāng)差距，加快農(nóng)村地區(qū)的發(fā)展步伐，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

二、農(nóng)機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）元器件高精度反饋

農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)作時(shí)的控制精度依靠農(nóng)機(jī)各部分零件的精準(zhǔn)反饋，所以采用自動(dòng)控制技術(shù)的農(nóng)機(jī)元器件的反饋精度是影響農(nóng)機(jī)運(yùn)作時(shí)綜合精確度的主要因素。例如，農(nóng)機(jī)執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)時(shí)，所處位置的信息反饋，傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)設(shè)備中傳感器提供的位置數(shù)據(jù)只能精確到5厘米，如今，一般農(nóng)機(jī)配置的都是光電編碼器，其提供的位置數(shù)據(jù)精確度達(dá)到0.2厘米。通過(guò)數(shù)據(jù)比較可以發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)化的控制方式大幅度提升了農(nóng)機(jī)工作時(shí)的精確度。另外，以往的農(nóng)業(yè)機(jī)械部件中的傳感器的實(shí)際功耗較大，甚至超過(guò)規(guī)定功耗，因此農(nóng)機(jī)使用壽命縮短；而光電編碼器功耗較低，與其他組件之間不存在摩擦損耗，因此光電編碼器在如今的農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中得到廣泛使用。

（二）可靠性很高

采用自動(dòng)化控制技術(shù)的農(nóng)機(jī)在運(yùn)作時(shí)，幾乎所有接口信息的輸入或者輸出方式均為采光隔離方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于可以將農(nóng)機(jī)的內(nèi)部電路和外部電路分隔開(kāi)。在自動(dòng)化技術(shù)下，操作控制系統(tǒng)中的每部分組件都帶有高效的屏蔽措施，避免因工作環(huán)境惡劣而造成農(nóng)機(jī)損壞。在控制系統(tǒng)中濾波器和電控元件等農(nóng)機(jī)的組成元器件需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的挑選，高質(zhì)量的開(kāi)關(guān)電源和傳感器是實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)可靠性的前提。另外，采用自動(dòng)化控制技術(shù)的農(nóng)機(jī)，有一項(xiàng)特殊的功能，即可以對(duì)農(nóng)機(jī)自身的運(yùn)作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)控，系統(tǒng)若出現(xiàn)故障或者有損壞的可能性，系統(tǒng)會(huì)給出警示，并能顯示故障的精確位置。

（三）配置簡(jiǎn)便靈活

當(dāng)下，很多廠(chǎng)家生產(chǎn)的農(nóng)機(jī)各部分的配件不再單一，而是多種多樣，且技術(shù)成熟、系統(tǒng)完善，可依據(jù)農(nóng)機(jī)的不同類(lèi)型與農(nóng)業(yè)工作需求選擇合適的控制元件，如系統(tǒng)的電源電壓大小、電流大小、模擬量和開(kāi)關(guān)量、I/O模塊、工作模式等，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)配置的簡(jiǎn)便靈活運(yùn)用。為了簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，在滿(mǎn)足農(nóng)機(jī)工作要求下，將大部分的操控器都設(shè)計(jì)為模塊化的結(jié)構(gòu)。例如，自動(dòng)控制系統(tǒng)的電源模塊、CPU控制模塊、I/O模塊，都采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，如果農(nóng)機(jī)發(fā)生故障，可根據(jù)每個(gè)模塊上提供的故障指示，快速檢查并尋找故障位置，然后單獨(dú)換掉故障的模塊，使控制系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，這種靈活的配置方式減小了農(nóng)機(jī)的維修難度，增加了自動(dòng)化控制農(nóng)機(jī)的工作效率［3］。

三、農(nóng)機(jī)中自動(dòng)控制技術(shù)的分析與應(yīng)用

（一）農(nóng)機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)分析

1.溫度與濕度自動(dòng)化控制技術(shù)

冬季蔬菜的生產(chǎn)主要依靠大棚種植方式，這種種植方式滿(mǎn)足了人們冬季對(duì)蔬菜的需求，但是一項(xiàng)比較耗時(shí)費(fèi)力的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，需要農(nóng)民的盡心監(jiān)督與管理。采用自動(dòng)控制技術(shù)，依靠傳感器組件收集大棚內(nèi)的溫度與濕度信息，傳遞到農(nóng)民的計(jì)算機(jī)上，主計(jì)算機(jī)按照提前設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，從而控制大棚內(nèi)排風(fēng)、加濕、干燥等操作，確保大棚內(nèi)部農(nóng)作物正常生長(zhǎng)所需的環(huán)境條件。

2.自動(dòng)采摘技術(shù)

農(nóng)機(jī)的自動(dòng)化控制技術(shù)逐漸成熟，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同農(nóng)作物及其對(duì)應(yīng)的不同管理方式進(jìn)行自動(dòng)化管理。例如，采摘機(jī)械設(shè)備可根據(jù)農(nóng)民提前設(shè)置的路線(xiàn)，將果實(shí)的實(shí)際情況錄入系統(tǒng)，建立信息庫(kù)，農(nóng)業(yè)工作人員需要確定可以進(jìn)行采摘的農(nóng)作物標(biāo)準(zhǔn)。在自動(dòng)控制農(nóng)機(jī)進(jìn)行采摘的過(guò)程中，按照指定的路線(xiàn)，利用特定類(lèi)型的傳感器收集農(nóng)作物的信息并判斷該農(nóng)作物是否滿(mǎn)足采摘條件，若滿(mǎn)足，則進(jìn)行采摘［4］。

（二）自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)機(jī)中的應(yīng)用

1.在拖拉機(jī)中的應(yīng)用

拖拉機(jī)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物大量運(yùn)輸，在其后方可牽引多種農(nóng)田機(jī)械進(jìn)行移動(dòng)作業(yè)，以完成田地的各項(xiàng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)。目前，自動(dòng)化控制技術(shù)主要應(yīng)用在拖拉機(jī)的力度調(diào)節(jié)和位置調(diào)節(jié)中，經(jīng)過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)的不斷研發(fā)與應(yīng)用，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)普遍使用機(jī)械油壓式聯(lián)結(jié)模式的新型拖拉機(jī)，在未來(lái)的發(fā)展中，人們會(huì)研發(fā)出效率更高的電子油壓式聯(lián)結(jié)拖拉機(jī)。

2.在施肥播種機(jī)中的應(yīng)用

播種是農(nóng)作物種子得以生長(zhǎng)的基礎(chǔ)過(guò)程，施肥是促進(jìn)農(nóng)作物健康生長(zhǎng)的重要方面，因此，播種施肥農(nóng)業(yè)機(jī)械中自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，能夠加強(qiáng)農(nóng)業(yè)種植效率，減少勞動(dòng)力付出與勞作時(shí)間，很大程度上加快農(nóng)作物的生產(chǎn)效率。目前，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，農(nóng)業(yè)人員確定種子和肥料的實(shí)施密度，控制機(jī)械前進(jìn)的速度，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化播種與施肥，且精確度能夠得到保障，自動(dòng)化的機(jī)械式種植方式能夠確定種子與肥料的合理比例，有利于促進(jìn)農(nóng)作物的科學(xué)生長(zhǎng)。

3.在谷物干燥機(jī)中的應(yīng)用

通常，稻谷和小麥需要進(jìn)行干燥處理，以保證長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，以往需要人工參與，輔助谷物干燥機(jī)進(jìn)行干燥工作。而自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠提升干燥機(jī)的工作效率，更能有效控制谷物的科學(xué)干燥過(guò)程，隨時(shí)根據(jù)谷物含水量的變化，控制農(nóng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)節(jié)干燥溫度。不僅確保了谷物的合理干燥，也有助于減少電能損耗［5］。

4.噴灌和微灌機(jī)械中的應(yīng)用

灌溉是保證農(nóng)作物茁壯成長(zhǎng)的核心步驟，為農(nóng)作物較高的成活率和產(chǎn)量提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)和生長(zhǎng)環(huán)境。采用自動(dòng)控制技術(shù)的噴灌微灌農(nóng)業(yè)機(jī)械，以遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)為輔助，獲取土壤的實(shí)時(shí)狀態(tài)，灌溉合理水量，在滿(mǎn)足農(nóng)作物健康生長(zhǎng)所需的條件下，也有利于水資源的合理使用，避免浪費(fèi)，有利于建設(shè)高效、精細(xì)化的農(nóng)業(yè)。當(dāng)前使用較多的自動(dòng)化灌溉機(jī)械有補(bǔ)償壓力式滴灌頭、流量均衡滴灌以及可自由旋轉(zhuǎn)的微灌噴頭等。

四、結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與制造中，可有效提升農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率與農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，從而推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。農(nóng)業(yè)機(jī)械中自動(dòng)控制技術(shù)的不斷研發(fā)與應(yīng)用，可從本質(zhì)上提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作效率，大力促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)事業(yè)的快速發(fā)展，彌補(bǔ)了如今農(nóng)村勞動(dòng)力短缺和農(nóng)業(yè)資源利用不合理的問(wèn)題，為我國(guó)綜合國(guó)力的提升貢獻(xiàn)力量。