電氣自動化技術在現代農業中的應用研究

高紅紅 張真真 韓懷寶

1、濟南工程職業技術學院 2、濟南歷城控股集團有限公司

前言

農業是國之根本，農業的發展影響著國民經濟發展水平，傳統的人工生產模式嚴重落后于時代發展，很多地區的農機設備落后，科技水平低，科學技術在農業生產過程中成果轉化率較低?，F代農業應運而生，融合了現代智能技術，推動社會文明建設，而電氣自動化技術以其綜合性強智能化水平高等優勢，可以為現代農業發展提供助力，使傳統農業的生產模式轉型升級，提高農業的現代化水平，為建設富強的現代農業化強國奠定基礎。

1 電氣自動化技術概述

電氣自動化控制系統是一門綜合性強的技術，它由先進的工具和技術集成，涉及計算機技術、物聯網技術、通信技術和人工智能技術等多領域多方面的綜合技術，能夠實現無人化自動化工作[1]。20世紀60年代，工業生產過程、航空航天技術以及社會經濟系統等領域的進步使自動控制理論不斷發展，自動化技術水平大大提高。電氣自動化技術因其涉及范圍廣、綜合性強、智能化水平高等優勢，不斷應用于工業生產、機械制造等領域中。隨著智能化水平的提高，電氣自動化技術應用的領域越來越廣闊，拓展了智能化生活的新視野。

2 現代農業概述

現代農業概念可指智慧農業，是與工業4.0對稱的農業現代化?，F代農業不是指農業產業化和農業工業化，而是以智慧經濟為主導、大健康產業為核心的自動化、個性化、藝術化、生態化、規?；⒕珳驶闹腔坜r業。現階段，自動控制技術、物聯網技術、大數據分析技術廣泛應用在各類農業生產、管理事務中，可以幫助農業生產人員優化調整生產模式，智能、有效地管控農業機械設備，最大限度地改善農業生產條件[2]。目前，我國農業發展比較滯后，現代化設備的使用率較低，農業發展水平存在區域差異，亟須升級改造。

3 電氣自動化技術在現代農業中的應用

將電氣自動化技術應用在農業可以促進農業模式的發展改革升級，推動農業往智能化方向轉型?，F代農業在機械自動化、智能化信息采集管理、科學采培等方面提高了資源和人力的利用率，解放了生產力，提高了農業的生產效率。以下將從電氣自動化技術在農業灌溉、溫室大棚和農產品撿裝進行闡述。

3.1 電氣自動化應用于農業灌溉

在智能化農場中，灌溉技術在農業中需要引入自動化檢測裝置與設備，自動灌溉系統可以實時監測整個農產品的狀況，并且自動監測灌溉。自動灌溉系統由監測中心、閥門控制系統、土壤監測系統和水泵控制系統等組成。監測中心與各監測系統可以通過GPRS/4G網絡實現，各個子系統之間通過閥控、傳感器和農作物控制器進行監測和管理。濕度傳感器可用于土地濕度測量，如圖1濕度傳感器電路。

圖1 濕度傳感器電路

自動灌溉系統監測中心由軟、硬件構成，硬件部分包含服務器交換機等部分，軟件主要涉及灌溉系統平臺。通信網絡可選擇GPRS；閥門控制系統的主要作用是對農作物區域灌溉片區水流截斷和水流分輸。系統采用無線組網實現數據的遠程傳輸。監控中心給指定電磁閥下達灌溉指令，開啟或停止電磁閥灌水實現自動灌溉。也可根據濕度傳感器獲得的土壤水分含量，通過設定土壤濕度閾值聯結閥門控制器實現自動灌溉；土壤監測系統針對土壤水分進行采集與處理，由閥門控制器、土壤溫濕度傳感器等組成對土壤區域實現集中控制和管理的功能；水泵控制系統對水泵機組運行狀態機及其用電量、管道流量等參數進行監測，通過網絡上傳到控制中心，實現集中控制管理的功能，灌溉系統結構如圖2所示。

圖2 灌溉系統結構

3.2 電氣自動化技術在溫室大棚中的應用

溫室大棚作為新型蔬菜瓜果培育基地，打破了蔬菜以及水果的空間和時間的限制，為提高農業產品的多樣性，溫室大棚在現代農業中占有越來越大的比重。電氣自動化技術可在農作物栽培、嫁接、病害系統管理中起到重要作用。將大數據和專家系統引入溫室大棚中。溫室大棚對環境的溫濕度要求較高，因此監控平臺需實時監測溫室大棚內的溫濕度數據以及氧氣、二氧化碳濃度，光照、強度等參數。溫室大棚監控系統通過物聯網設備，監測大棚內動態信息采集及實時管理。同時通過云平臺建立專家系統，對農作物栽培病蟲害管理進行指導監測系統構成如圖3、表1所示。

表1 監控平臺構成與作用

圖3 云服務平臺

自動化技術應用在溫室大棚中按照實時動態數據，進行分析決策、自動灌溉、無人機噴灑農業等，實現精準的大棚動態管理，可以精準地掌握溫室大棚的作物生長狀況，有利于提高生長作物的生長效率和產量，減少人力投入，解放生產力。但是在構建智能化溫室大棚的同時，需要必要的資金投入，導致對于電氣自動化裝置的成本預算需要農民承擔,因此電氣自動化技術的應用受到投入資金的限制。在未來的智慧農業領域中，溫室大棚控制系統要更加成熟，幫助農民進行管理監督,在系統成本上逐步降低到農民可承受范圍。

3.3 電氣自動化技術在農產品撿裝中的應用

在農作物成熟后，農產品的采摘、包裝和運輸工作是一項巨大的工程，往往需要投入大量的人力。自動化技術已經廣泛應用與物流分揀包裝中，現代農業農產品包裝需要納入生產管理工作，所以農產品包裝、質量檢測和分裝運輸等方面都需要實現機械自動化和智能化如圖4所示。

圖4 農作物生產運輸流程

在傳統農業生產過程中，農業機械化水平比較低，對人工的依賴度較高，在農產品的質檢、運輸中需要投入大量的人力。為提高整個流程的精準度，降低對農產品的損壞，計算機虛擬技術可以模擬出和農業生產的每一道工序，通過模擬實驗數據，優質的流程將會被重新應用在真實農業機械制造工作中[3]。

農產品撿裝系統涵蓋農產品的分類、質監、包裝、運輸等；首先機械化裝置根據產品形狀外觀借助人工智能技術對產品分類，通過分類后自動檢測農產品外觀、大小，分批次分類包裝，也可根據產品品質制定不同的包裝盒運輸方案。同時，利用機器人設備，整理農作物產品進行包裝運輸。系統化的農產品分類、質檢、包裝和運輸會突破傳統農業生產管理模式，優化現代農業結構，使農業機械與自動化技術深度融合。

4 電氣自動化技術在農業生產中的發展趨勢

電氣自動化技術廣泛應用在農業領域，是現代農業發展的強大動力，科學技術的進步必將對農業帶來翻天覆地的變化，現代農業的發展潛力巨大，市場更加寬廣，而電氣自動化技術在農業應用中的發展趨勢會：

智能化發展，電氣自動化技術在農業生產運行中的推廣，轉變了傳統農業模式，提高了農村產業的工作效率，解放了農村生產力，為農村建設添磚加瓦。隨著互聯網技術和科技的進步，電氣自動化技術發展會更加先進，將會帶動農業生產往智能化方向發展，更加高效的智能化技術為現代農業提供技術支持。

系統化發展，電氣自動化技術安全可靠，綜合可利用在農業的整個生產過程。農業不僅是產品的輸出者，智能化的現代農場也應該將管理、生產、分揀運輸和銷售系統整合。系統化的一體式管理，使農業與商業集成，打破傳統商業模式，為農業帶來新渠道和新角色。

通用化發展，電氣自動化技術的普及，為農業生產改頭換面，將通用化技術應用在農作物播種管理、收割、分揀運輸等各個環節中。在智能化的大規模的農業體系中，機器人廣泛應用在監控、預測農業生產參數，獲取實時準確的農業生產數據方面實現智能化的農業管理。而農業生產人員不用事必躬親，智能化的管理檢測平臺，遠程記錄、分析農業生產數據，提前做好病蟲害、灌溉、施肥等工作，農業機械設備會代替人工，有序地完成農業生產任務[4-5]，而人工也可參與決策，提高整個農業的精準運行效率。

5 結語

總之，電氣自動化技術可以為現代農業發展提供助力，轉變傳統農業的生產模式，提高農業的現代化水平，現代農業必將以新的姿態刷新人們對農業的認知，科技進步為現代農業提供強勁動力。電氣自動化技術在農業中的應用，加快了為我國建設富強民主的社會主義新農村的步伐。