电气自动化技术在现代农业中的应用研究

高红红 张真真 韩怀宝

1、济南工程职业技术学院 2、济南历城控股集团有限公司

前言

农业是国之根本，农业的发展影响着国民经济发展水平，传统的人工生产模式严重落后于时代发展，很多地区的农机设备落后，科技水平低，科学技术在农业生产过程中成果转化率较低。现代农业应运而生，融合了现代智能技术，推动社会文明建设，而电气自动化技术以其综合性强智能化水平高等优势，可以为现代农业发展提供助力，使传统农业的生产模式转型升级，提高农业的现代化水平，为建设富强的现代农业化强国奠定基础。

1 电气自动化技术概述

电气自动化控制系统是一门综合性强的技术，它由先进的工具和技术集成，涉及计算机技术、物联网技术、通信技术和人工智能技术等多领域多方面的综合技术，能够实现无人化自动化工作[1]。20世纪60年代，工业生产过程、航空航天技术以及社会经济系统等领域的进步使自动控制理论不断发展，自动化技术水平大大提高。电气自动化技术因其涉及范围广、综合性强、智能化水平高等优势，不断应用于工业生产、机械制造等领域中。随着智能化水平的提高，电气自动化技术应用的领域越来越广阔，拓展了智能化生活的新视野。

2 现代农业概述

现代农业概念可指智慧农业，是与工业4.0对称的农业现代化。现代农业不是指农业产业化和农业工业化，而是以智慧经济为主导、大健康产业为核心的自动化、个性化、艺术化、生态化、规模化、精准化的智慧农业。现阶段，自动控制技术、物联网技术、大数据分析技术广泛应用在各类农业生产、管理事务中，可以帮助农业生产人员优化调整生产模式，智能、有效地管控农业机械设备，最大限度地改善农业生产条件[2]。目前，我国农业发展比较滞后，现代化设备的使用率较低，农业发展水平存在区域差异，亟须升级改造。

3 电气自动化技术在现代农业中的应用

将电气自动化技术应用在农业可以促进农业模式的发展改革升级，推动农业往智能化方向转型。现代农业在机械自动化、智能化信息采集管理、科学采培等方面提高了资源和人力的利用率，解放了生产力，提高了农业的生产效率。以下将从电气自动化技术在农业灌溉、温室大棚和农产品捡装进行阐述。

3.1 电气自动化应用于农业灌溉

在智能化农场中，灌溉技术在农业中需要引入自动化检测装置与设备，自动灌溉系统可以实时监测整个农产品的状况，并且自动监测灌溉。自动灌溉系统由监测中心、阀门控制系统、土壤监测系统和水泵控制系统等组成。监测中心与各监测系统可以通过GPRS/4G网络实现，各个子系统之间通过阀控、传感器和农作物控制器进行监测和管理。湿度传感器可用于土地湿度测量，如图1湿度传感器电路。

图1 湿度传感器电路

自动灌溉系统监测中心由软、硬件构成，硬件部分包含服务器交换机等部分，软件主要涉及灌溉系统平台。通信网络可选择GPRS；阀门控制系统的主要作用是对农作物区域灌溉片区水流截断和水流分输。系统采用无线组网实现数据的远程传输。监控中心给指定电磁阀下达灌溉指令，开启或停止电磁阀灌水实现自动灌溉。也可根据湿度传感器获得的土壤水分含量，通过设定土壤湿度阈值联结阀门控制器实现自动灌溉；土壤监测系统针对土壤水分进行采集与处理，由阀门控制器、土壤温湿度传感器等组成对土壤区域实现集中控制和管理的功能；水泵控制系统对水泵机组运行状态机及其用电量、管道流量等参数进行监测，通过网络上传到控制中心，实现集中控制管理的功能，灌溉系统结构如图2所示。

图2 灌溉系统结构

3.2 电气自动化技术在温室大棚中的应用

温室大棚作为新型蔬菜瓜果培育基地，打破了蔬菜以及水果的空间和时间的限制，为提高农业产品的多样性，温室大棚在现代农业中占有越来越大的比重。电气自动化技术可在农作物栽培、嫁接、病害系统管理中起到重要作用。将大数据和专家系统引入温室大棚中。温室大棚对环境的温湿度要求较高，因此监控平台需实时监测温室大棚内的温湿度数据以及氧气、二氧化碳浓度，光照、强度等参数。温室大棚监控系统通过物联网设备，监测大棚内动态信息采集及实时管理。同时通过云平台建立专家系统，对农作物栽培病虫害管理进行指导监测系统构成如图3、表1所示。

表1 监控平台构成与作用

图3 云服务平台

自动化技术应用在温室大棚中按照实时动态数据，进行分析决策、自动灌溉、无人机喷洒农业等，实现精准的大棚动态管理，可以精准地掌握温室大棚的作物生长状况，有利于提高生长作物的生长效率和产量，减少人力投入，解放生产力。但是在构建智能化温室大棚的同时，需要必要的资金投入，导致对于电气自动化装置的成本预算需要农民承担,因此电气自动化技术的应用受到投入资金的限制。在未来的智慧农业领域中，温室大棚控制系统要更加成熟，帮助农民进行管理监督,在系统成本上逐步降低到农民可承受范围。

3.3 电气自动化技术在农产品捡装中的应用

在农作物成熟后，农产品的采摘、包装和运输工作是一项巨大的工程，往往需要投入大量的人力。自动化技术已经广泛应用与物流分拣包装中，现代农业农产品包装需要纳入生产管理工作，所以农产品包装、质量检测和分装运输等方面都需要实现机械自动化和智能化如图4所示。

图4 农作物生产运输流程

在传统农业生产过程中，农业机械化水平比较低，对人工的依赖度较高，在农产品的质检、运输中需要投入大量的人力。为提高整个流程的精准度，降低对农产品的损坏，计算机虚拟技术可以模拟出和农业生产的每一道工序，通过模拟实验数据，优质的流程将会被重新应用在真实农业机械制造工作中[3]。

农产品捡装系统涵盖农产品的分类、质监、包装、运输等；首先机械化装置根据产品形状外观借助人工智能技术对产品分类，通过分类后自动检测农产品外观、大小，分批次分类包装，也可根据产品品质制定不同的包装盒运输方案。同时，利用机器人设备，整理农作物产品进行包装运输。系统化的农产品分类、质检、包装和运输会突破传统农业生产管理模式，优化现代农业结构，使农业机械与自动化技术深度融合。

4 电气自动化技术在农业生产中的发展趋势

电气自动化技术广泛应用在农业领域，是现代农业发展的强大动力，科学技术的进步必将对农业带来翻天覆地的变化，现代农业的发展潜力巨大，市场更加宽广，而电气自动化技术在农业应用中的发展趋势会：

智能化发展，电气自动化技术在农业生产运行中的推广，转变了传统农业模式，提高了农村产业的工作效率，解放了农村生产力，为农村建设添砖加瓦。随着互联网技术和科技的进步，电气自动化技术发展会更加先进，将会带动农业生产往智能化方向发展，更加高效的智能化技术为现代农业提供技术支持。

系统化发展，电气自动化技术安全可靠，综合可利用在农业的整个生产过程。农业不仅是产品的输出者，智能化的现代农场也应该将管理、生产、分拣运输和销售系统整合。系统化的一体式管理，使农业与商业集成，打破传统商业模式，为农业带来新渠道和新角色。

通用化发展，电气自动化技术的普及，为农业生产改头换面，将通用化技术应用在农作物播种管理、收割、分拣运输等各个环节中。在智能化的大规模的农业体系中，机器人广泛应用在监控、预测农业生产参数，获取实时准确的农业生产数据方面实现智能化的农业管理。而农业生产人员不用事必躬亲，智能化的管理检测平台，远程记录、分析农业生产数据，提前做好病虫害、灌溉、施肥等工作，农业机械设备会代替人工，有序地完成农业生产任务[4-5]，而人工也可参与决策，提高整个农业的精准运行效率。

5 结语

总之，电气自动化技术可以为现代农业发展提供助力，转变传统农业的生产模式，提高农业的现代化水平，现代农业必将以新的姿态刷新人们对农业的认知，科技进步为现代农业提供强劲动力。电气自动化技术在农业中的应用，加快了为我国建设富强民主的社会主义新农村的步伐。