自动化前沿论文

自动控制技术在农业机械领域中的

应用与展望

华南农业大学车辆1班张铭羽

［摘要］随着自动控制和电子计算机等技术的快速发展与普及，自动控制技术在农业上的应用也越来越广泛。当前我国在温室大棚、无土栽培、节水灌溉方面运用了自动控制技术,效益显著。未来我国农业不仅朝着自动化，而且将在运用计算机技术基础上朝智能化发展。

［关键词］自动控制；农业自动化;农业机械;智能化;

一、什么是自动控制技术

自动控制技术是20世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高技术之一。今天，技术、生产、军事、管理、生活等各个领域，都离不开自动控制技术。就定义而言，自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。

随着电子计算机技术和其他高技术的发展，自动控制技术的水平越来越高，应用越来越广泛，作用越来越重要。尤其是在生产过程的自动化、工厂自动化、机器人技术、综合管理工程、航天工程、军事技术等领域，自动控制技术起到了关键作用。

二、自动控制技术在农业机械上的应用现状

由于人口增长、资源短缺和环境变化，经济发达国家和一些发展中国家，都在研究21世纪农业可持续发展的问题。将各种现代化高新技术应用于农业生产，在有限的自然条件下，通过人工建造的设施控制环境，提高农业自动化水平。自动化控制技术，在农业现代化进程中不可替代的地位和作用越来越被人们所认识。农业自动化能够提高农产品生产率、降低生产成本和提高产品的质量。在自动控制技术的帮助下，农业将一步步向高度自动化、智能化方向发展！

近年来，国外农业自动化飞速发展，农业机械设计正向高速、宽幅、大功率和舒适的方向发展。自动化控制技术在农业机械上的应用已相当普及，一些著名厂商已把自动控制、信息处理、全球定位系统、激光和遥感等现代尖端技术与装备应用于农业机械。如一种农用激光平地机就是利用激光调平传感微机处理技术，经一次地面平整作业即可成形，且能达到“寸水不露泥”的精度。美国约翰·迪尔公司所生产的水稻联合收割机，就安装有一套精密的作业系统。该系统能提供产量或收获量、湿度及待收获作物总质量等信息,能精确测量粮食升运器顶部的谷物流量及实时的产量数据，能分别对分离、滚筒转速、割台升降、割台倾斜和停车制动安全等装置进行实时快捷地监测与控制。该机还装备了全球卫星定位系统和示差定位信号装置,可快速确定出机器所处位置。

反观国内，由于历史、观念和技术等方面原因，我国传统农业机械与发达国家相比有很大差距，已远远不能适应农业的科技进步。近些年来，自动化研究逐渐被人们所认识，自动控制在农业上的应用越来越受到重视。如把计算机、微处理和传感技术与检测、信息处理技术结合起来，应用于传统农业机械，极大地促进了产品性能的提高。我国农业部门，总结了一些地区的农业自动化先进经验（如台湾地区的农业生产自动化、渔业生产自动化、畜牧业生产自动化及农产品贸易自动化）开发与应用情况，同时也汲取了国外的先进经验、技术。如日本的4 行半喂人联合收割机是计算机控制的自动化装置在半喂人联合收割机中的应用，英国通过对施肥机散播肥料的动力测量来控制肥料的精确使用量。这些技术和方法是我国农业机械的自动化装置得到了补充和新的发展，从而形成了一系列适合我国农业特点的自动化控制技术。

三、自动控制技术在国内农业中的具体应用

（一）无土栽培

1.无土栽培是指不用天然土壤，而用营养液来栽培作物的方法，当前主要用于蔬菜、花卉和树木育苗等。无土栽培与常规栽培的区别，就是不用土壤，直接用营养液来栽培植物。为了固定植物，增加空气含量，大多数采用砾、沙、泥炭、蛭石、珍珠岩、岩棉及锯木屑等作为固定基质。无土栽培可有效控制植物病虫害的发生，而不使用农药，真正实现了无公害栽培生产。同时，运用电子技术设计的自动供养、供水导流滴灌系统，可根据不同植物对营养物质和水量的需求设定

供给时间，并设有缺液自动报警装置，省去了人工施肥、浇水等繁重的体力劳动，净化了大棚内环境。

2.无土栽培所需装置主要包括栽培容器、贮液容器、营养液输排管道和循环系统。栽培容器主要指栽培花卉的容器，常见有塑料钵、瓷钵、玻璃瓶、金属钵和瓦钵等，以容器壁不渗水为好。贮液容器包括营养液的配制和贮存用具，常用塑料桶、木桶、搪瓷桶和混凝土池，容器的大小要根据栽培规模而定。营养液输排管道一般采用塑料管和镀锌水管，循环系统主要由水泵控制，将配制好的营养液从贮液容器抽入，经过营养液输排管道，进入栽培容器。

（二）微灌自动控制技术

我国从20世纪50年代就开始进行节水灌溉的研究与推广据统计。到1992年, 全国共有节水灌溉工程面积0.133亿㎡ , 其中喷灌面积80万㎡, 农业节水工程取得了巨大的进展。灌溉管理自动化是发展高效农业的重要手段, 高效农业和精细农业要求必须实现水资源的高效利用。采用遥感遥测等新技术监测土壤酸碱性和作物生长情况, 对灌溉用水进行动态监测预报, 实现灌溉用水管理的自动化和动态管理。在微灌技术领域, 我国先后研制和改进了等流量滴灌设备、微喷灌设备、微灌带、孔口滴头、压力补偿式滴头、折射式和旋转式微喷头、过滤器和进排气阀等设备, 总结出了一套基本适合我国国情的微灌设计参数和计算方法, 建立了一批新的试验示范基地。在一些地区实现了自动化灌溉系统, 可以长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。这种系统中应用了灌水器、土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器、电线等。

（三）温室大棚

自动化技术可对温室大棚实现实时采集温室内气温、湿度、光照、土壤温度、CO2

浓度、叶面湿度以及露点温度等环境参数，以直观的图表或曲线方式显示给用户，并根据种植作物的需求提供各种声光报警信息。利用环境数据与作物信息，

用户可进行正确的栽培管理。温度的控制可以通过温度控制柜来完成，用实时采集温、湿度值与设定值进行比较，通过PLC 及集中监控电脑对温室大棚的温湿度进行控制，模拟仿真作物需要的自然环境，以求达到最佳生长条件，收到预期的经济效果。应用自动化技术控制温室大棚，可以实现多种监控内容。①实时历史、曲线报表显示环境变化。②系统监控。③多种形式的报警（适合不同场合需要）。④通过GSM 网络，实现短信监控。⑤远程数据传输、故障诊断。⑥手动打印和自动定时打印。⑦系统设计预留接口。⑧精简数据，长期保存等。这样，可以根据自然环境条件与自动控制的温室大棚全程记录条件、作物生长状况与调节变化进行对比，适当修订控制参数，实现最优化管理。

四、对我国农业自动控制技术的展望

(一)进一步提高农业机械自动控制技术的成熟度

在农业机械自动化装置的研制开发中，应注意提高技术的成熟程度，即自动化技术本身的可开心。考虑机械装置的整机售价应适合我国农民当前的购买力、采用自动化技术的实用性以及农民在操作使用维修保养的方便性。

（二）农业自动化向智能化方向发展

1.进一步发展精准农业

重点发展节水、节肥精准农业技术体系的自动化控制、实施精准灌溉、精准施肥、提高水资源和化肥资源的利用率。精细设施农业主要发展以温室为主的自动控制系统智能化研究，从而降低成本、提高作物产量、提高农产品品质。这有助于我国农业资源的高效利用和农业环境保护，是发展持续农业的重要途径。

2.将计算机视觉技术应用于农业自动化领域

计算机视觉技术是一个相当新且发展十分迅速的研究领域，日本、美国等发达国家已在农业计算机视觉方面进行了广泛而深入的研究，如获取作物生长状态信息、农产品自动收货、农产品品质鉴定等。英国开发研制的采摘蘑菇机器人，在定位蘑菇采摘点和测量时，已经利用了计算机视觉和图像处理技术。计算机视觉技术在我国农业生产和农业现代化方面已开始应用，但在设施农业、虚拟农业中的应用尚处于起步阶段，应进一步加强、加快该领域的研究与应用。

五、结束语

现今我国农业自动化已在无土栽培、温室自动化控制、排灌机械自动化、部分农业机械装置自动化等方面取得了一定的成果，但这并不意味着我国的农业自动化水平已经很高了，跟一些发达国家比，我国的农业自动化水平还是有很大差距的。继续推动和实现农业自动化是农业机械化工程技术工作者所面临的长远课题和挑战，让我们一起努力，迎接更加美好的未来！

参考文献

1 张广华.甜瓜温室大棚栽培新技术.中国农业出版社.

2 王振龙.无土栽培教程.中国农业大学出版社.

3 罗金耀.节水灌溉理论与技术.武汉大学出版社.

4徐云伦,刘秀云.凯斯精准农业系统在2366收割机上的应用与发展.农业机械，2001.

5王耀林,国内外设施农业现状及发展趋势.中国农业科学，2001.