傳感技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用探究

張成龍 陳繼飛 張浩楠 王志虹 焦建偉

(1.西南林業(yè)大學(xué)機(jī)械與交通學(xué)院,云南 昆明 650224;2山西農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所,山西 忻州 034000)

引言

如今，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展主要是朝著機(jī)電一體化的目標(biāo)前進(jìn)，這也代表著我國(guó)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)正在不斷發(fā)展，為了能夠進(jìn)一步提高機(jī)電一體化的農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展水平，就需要科學(xué)合理地利用先進(jìn)的傳感技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)中的種植效率。同時(shí)提高農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中對(duì)于重要信息的獲取效率，從而為農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作奠定理論基礎(chǔ)，提升整體的農(nóng)業(yè)發(fā)展水平。

1 傳感器技術(shù)

1.1 傳感器發(fā)展

如今，我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平有了突飛猛進(jìn)的提升，創(chuàng)造出了更加先進(jìn)的傳感技術(shù)，這對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)具有重要的影響意義。目前在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備制造、通信電子、海洋探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)能夠準(zhǔn)確高效地及時(shí)獲取相應(yīng)的重要信息，從而為自然現(xiàn)象的探索和外界信息的獲取提供極大的便利。

傳感器能夠發(fā)揮出不同類型的功能，對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有莫大的好處，并且傳感器還具備智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的特征，能夠?qū)崿F(xiàn)我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改革和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)更大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器也在不斷升級(jí)，目前，各行業(yè)已經(jīng)普遍使用了第三代傳感器。第三代傳感器能夠利用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)，達(dá)到一定的人工智能特性。這對(duì)于農(nóng)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)具有重要的推動(dòng)作用，很多國(guó)家對(duì)于傳感器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)此，很多科研人員對(duì)傳感器技術(shù)展開了深入研究，推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的不斷完善。

1.2 傳感器技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的影響

在我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展中，為了能夠高效提升對(duì)數(shù)據(jù)信息的處理效率，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的完善，并且隨著我國(guó)科技水平的不斷提升，為農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供了重要的支持。其中，對(duì)于傳感技術(shù)的使用，能夠有效提升農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)信息數(shù)據(jù)的處理效率，并且保障所收集信息的精準(zhǔn)性和真實(shí)性。另外，對(duì)于傳感器的使用不僅能夠打破地域空間的限制，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)獲取的高效性，還能夠?qū)λ占男畔⑦M(jìn)行快速的篩選和識(shí)別，為農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作提供理論支持，以保障后續(xù)環(huán)節(jié)的正常開展。同時(shí)，傳感器的應(yīng)用能夠高效提升農(nóng)業(yè)的種植效率，將傳感器運(yùn)用于農(nóng)用拖拉機(jī)、灌溉機(jī)、收割機(jī)，可以使農(nóng)業(yè)機(jī)械在環(huán)境不穩(wěn)定的地區(qū)，也能發(fā)揮出正常的功能。

2 傳感器技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著科技水平的不斷提升，我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展日益壯大，農(nóng)業(yè)為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展要求，對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和制造環(huán)節(jié)進(jìn)行了相應(yīng)的完善，并且對(duì)于自動(dòng)化程度也提出了更高的要求。我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展水平與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍具有一定的差距，還有很多技術(shù)處理方面存在的問(wèn)題沒(méi)有解決。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，目前我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械的整體自動(dòng)化水平與發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在一定的差距，其核心原因就是傳感器技術(shù)的應(yīng)用效果不佳，無(wú)法準(zhǔn)確辨識(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)標(biāo)的物，進(jìn)而影響了農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的整體水平。要想使農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)揮最大效果，就需要借助傳感器，對(duì)車輛狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，為了能夠使農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在使用過(guò)程中更加敏捷、快速，需要借助相應(yīng)的信息處理系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)向操作進(jìn)行控制。

2.1 借助傳感器實(shí)現(xiàn)視覺(jué)導(dǎo)航

對(duì)于傳感器的應(yīng)用，主要還需要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的視覺(jué)導(dǎo)航作用，其中需要通過(guò)攝像頭來(lái)收集相應(yīng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械操作過(guò)程的圖像信息，并借助信息處理系統(tǒng)，對(duì)整體的工作狀態(tài)和控制操作，進(jìn)行全面地分析，能夠極大程度上幫助機(jī)械設(shè)備功能得到優(yōu)化，從而推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的發(fā)展目標(biāo)。在國(guó)外，對(duì)于機(jī)器人的制作過(guò)程中，就利用了視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)，該技術(shù)也是通過(guò)攝像頭控制機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化的工作，對(duì)于機(jī)器人的生產(chǎn)能夠有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。對(duì)此，我國(guó)也對(duì)于視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的研究，并且結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的使用要求，研發(fā)了360°全面掃描功能，能夠?qū)r(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)信息的處理提供很大幫助。有利于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)更高效的自動(dòng)化作用，不僅能夠減輕工作人員的工作壓力，還能夠極大程度上提高農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制效果。

2.2 借助傳感器實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用過(guò)程中，最重要的就是實(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備的自動(dòng)化作用，對(duì)此，必須要在使用過(guò)程中對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的導(dǎo)航，通過(guò)傳感技術(shù)獲取農(nóng)業(yè)設(shè)備的準(zhǔn)確位置，為農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化的應(yīng)用提供保障。為了使農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化應(yīng)用得到準(zhǔn)確落實(shí)，還需要結(jié)合GPS衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化工作效率[1]。

2.3 借助傳感器實(shí)現(xiàn)激光導(dǎo)航技術(shù)

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備利用傳感器進(jìn)行自動(dòng)化應(yīng)用的過(guò)程中，為了能夠提高機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化的精確程度，還可以借助激光導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化作業(yè)提供重要保障。對(duì)此，很多研發(fā)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)都予以高度重視，為了能夠使激光導(dǎo)航技術(shù)在果園農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程中得到準(zhǔn)確落實(shí)，就需要借助傳感器所收集的有價(jià)值的信息，為激光導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)，才能夠有效提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化的應(yīng)用效果[2]。

2.4 多項(xiàng)傳感技術(shù)的共同使用

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，對(duì)于傳感技術(shù)的應(yīng)用相當(dāng)重視，為了能夠滿足生產(chǎn)需求，就必須要利用多項(xiàng)傳感技術(shù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，通過(guò)多項(xiàng)傳感技術(shù)的共同使用，能夠有效提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化水平，并且對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和位置進(jìn)行精確的定位。還可以借助衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)獲取更加精確的信息數(shù)據(jù)，以及通過(guò)激光導(dǎo)航技術(shù)，對(duì)實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行收集，不同傳感技術(shù)的共同作用，能夠有效提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的研發(fā)效果，減少工作誤差。

3 傳感技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

3.1 農(nóng)耕機(jī)底部傳感技術(shù)的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的完善必須依靠傳感技術(shù)的應(yīng)用，才能夠有效提高農(nóng)業(yè)機(jī)械控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，所以想要農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)揮出最大的生產(chǎn)效果，就必須要有效改良傳感器的應(yīng)用技術(shù)，使傳感器的性能正常發(fā)揮出來(lái)，以免影響農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用過(guò)程。在整體農(nóng)業(yè)機(jī)械控制系統(tǒng)的工作過(guò)程中，傳感器能夠有效收集準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)，為后續(xù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)的工作奠定良好的基礎(chǔ)，所以農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)的工作離不開傳感器技術(shù)的支持。其中，在農(nóng)用拖拉機(jī)和犁耕機(jī)利用水平自動(dòng)控制技術(shù)的過(guò)程中，對(duì)震動(dòng)點(diǎn)或者液面進(jìn)行水平控制，以免震動(dòng)點(diǎn)或者液面隨著車體的傾斜而發(fā)生變化，通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)才能夠保持水平位置，所以在農(nóng)業(yè)機(jī)械控制系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于傳感器技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。

如今，我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展方面對(duì)于傳感器技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，而其中涉及到了農(nóng)用拖拉機(jī)、農(nóng)作物收割機(jī)、灌溉機(jī)、農(nóng)耕機(jī)等，通過(guò)傳感器技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的操作性能，同時(shí)也能夠提高信息收集的準(zhǔn)確性和高效性。不過(guò)，其中對(duì)于傳感器技術(shù)的應(yīng)用，必須要注重監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，如果將傳感器中的檢測(cè)技術(shù)替換成傳輸信號(hào)，則會(huì)影響整個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的正常工作。目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械控制系統(tǒng)對(duì)于電子控制技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越成熟，能夠進(jìn)行工作環(huán)境、工作量、四周的濕度指數(shù)等一系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸工作。

在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械控制系統(tǒng)中，對(duì)于環(huán)境惡劣的地區(qū)，難以發(fā)揮出控制系統(tǒng)的控制作用，所以為了能夠使農(nóng)業(yè)機(jī)械在環(huán)境條件差的地區(qū)正常使用，就需要借助傳感器技術(shù)，打破地域的限制，提高信息收集的精確性和可靠性，并且還能一定程度上降低能源的消耗，控制廢氣污染現(xiàn)象的發(fā)生[3]。

3.2 GPS定位技術(shù)的應(yīng)用

在農(nóng)耕生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高農(nóng)業(yè)機(jī)械工作狀態(tài)的監(jiān)控效果，需要利用GPS定位技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行準(zhǔn)確的收集和分析，并有效解決補(bǔ)償性信息軟件的繪制。GPS定位技術(shù)的應(yīng)用能夠擺脫由于地區(qū)較小和環(huán)境因素導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)機(jī)械控制系統(tǒng)無(wú)法發(fā)揮出正常效果的現(xiàn)象發(fā)生，并且為提高精確程度，還需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字補(bǔ)償。通過(guò)實(shí)物模型與相關(guān)的數(shù)學(xué)模型制作出精密度更高的數(shù)字模型，能夠有效提高GPS定位技術(shù)的精確程度，滿足技術(shù)的應(yīng)用要求，從而極大程度上提高農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，改善這一情況就需要利用傳感器，在收到模擬傳輸信號(hào)時(shí)轉(zhuǎn)變A/D，從而使微處理器的效果發(fā)揮出來(lái)，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)漂移[4]。

3.3 電子式汽車機(jī)油壓力傳感器技術(shù)的應(yīng)用

在拖拉機(jī)中應(yīng)用最廣泛的就是電子式汽車機(jī)油壓力傳感器技術(shù)，能夠?qū)哂凶詣?dòng)導(dǎo)航技術(shù)的農(nóng)用拖拉機(jī)，提高其生產(chǎn)效率，并且還能有效保證農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備工作過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性，通過(guò)定位傳感器對(duì)頻率信息進(jìn)行分析和處理，其中包含了絕對(duì)定位和相對(duì)定位技術(shù)，能夠有效控制傳感器系統(tǒng)的精準(zhǔn)程度。對(duì)于傳感器技術(shù)和激光技術(shù)，在水田農(nóng)業(yè)機(jī)械工作環(huán)境中的應(yīng)用至關(guān)重要，能夠有效解決農(nóng)作物之間間距較小的問(wèn)題，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械轉(zhuǎn)換角度進(jìn)行一定的控制，并采用激光技術(shù)和聲吶技術(shù)獲取更加正確的道路信息，并利用GPS控制技術(shù)，獲取行駛錄像信息[5]。

3.4 水分檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

對(duì)于農(nóng)業(yè)中的選種工作，需要通過(guò)水分檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)谷物中的水分含量，其中包括電阻式檢測(cè)和電容式檢測(cè)，還需要添加一個(gè)熱敏，使水分檢測(cè)不會(huì)受到谷物密度的限制。水分檢測(cè)技術(shù)的核心依然是以傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)，且水分檢測(cè)技術(shù)的技術(shù)含量相對(duì)較高，這也直接影響水分檢測(cè)技術(shù)的普及程度，目前其主要在部分大規(guī)模農(nóng)場(chǎng)中得到應(yīng)用。

3.5 傳感器自動(dòng)化機(jī)械插秧機(jī)的應(yīng)用

在乘坐式的插秧機(jī)中，想要保證秧苗插種的連續(xù)性，需要控制秧箱上的秧苗數(shù)量，并進(jìn)一步使用自動(dòng)化補(bǔ)苗預(yù)告技術(shù)。在傳感器自動(dòng)化機(jī)械插秧機(jī)中，秧箱板處設(shè)置了一個(gè)微動(dòng)式的開關(guān)傳感器，如果秧苗較重，則可以壓住傳感器，而與警報(bào)燈所連接的線路會(huì)被切斷，感應(yīng)燈則不會(huì)發(fā)亮。若秧苗數(shù)量適當(dāng)減少，傳感器則會(huì)發(fā)揮作用，與感應(yīng)燈連接，從而發(fā)出補(bǔ)苗的信號(hào)。傳感器自動(dòng)化機(jī)械插秧機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也存在諸多的問(wèn)題，漏插的情況也并不少見，而后續(xù)隨著傳感器技術(shù)的不斷升級(jí)和優(yōu)化，漏插等問(wèn)題也勢(shì)必可以得到有效的控制。此外，在傳感器自動(dòng)化機(jī)械插秧機(jī)中還設(shè)置了以傳感器技術(shù)為核心的車輪升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)用車的工作環(huán)境相對(duì)較為復(fù)雜，田間地頭的地面條件相對(duì)較差，路面凹凸不平。為保證農(nóng)業(yè)用車可以在田間正常行駛，同時(shí)滿足插秧的深度需求，就必須配備車輪升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)機(jī)體處于下沉狀況時(shí)，秧船能夠針對(duì)機(jī)體的下沉狀況保持相對(duì)上升，確保秧船與地面之間的平行距離相同，避免出現(xiàn)插秧過(guò)深的狀況。當(dāng)機(jī)體處于上升的狀況時(shí)，秧船則會(huì)持續(xù)下降，從而與上述情況處于相反的狀態(tài)，進(jìn)而避免出現(xiàn)插秧過(guò)淺的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的提升，對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)需要合理利用傳感器技術(shù)，提高當(dāng)前我國(guó)機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，并且能夠在環(huán)境較差的農(nóng)田中進(jìn)行使用，推動(dòng)了我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展。