传感技术在农业机械中的应用_薛鹏伟.pdf

4 2023 年 12 期摘 要：农业生产自动化是农业发展的重要目标，实现农业生产自动化离不开农业机械的使用。近年来，我国的农业机械技术实现了大的突破，越来越多的现代化技术被用于农业机械的设计和制造中，使农业机械的自动化水平获得了很大的提升。传感技术是农业机械自动化控制系统中的关键技术，利用传感技术，不仅可以提高农业机械的作业效率和作业精准度，还能实现农业机械的自动化作业，推动我国农业的快速发展。本文分析了传感器的特点和传感器技术对农业机械发展的重要作用，同时剖析了传感技术在农业机械中的主要应用方向。关键词：传感技术；农业机械；自动控制系统；应用；探讨传感技术在农业机械中的应用中国电子科技集团公司第十二研究所 薛鹏伟农业机械在农业生产中的应用，推动了我国农业产业的发展。农业机械提高了种植户个人的种植面积，提升了种植的效率，是我国现代化农业发展必不可少的工具。传感技术对农业机械的发展起着重要的作用，随着传感技术的进一步发展和在农业机械控制系统中的进一步应用，我国的农业机械自动控制技术定能取得更大的成就，为农业的现代化发展提供助力。1传感技术的发展及其对农业机械发展的影响1.1传感技术的发展历史传感技术在工业中的应用发展，经历了三个阶段：最早用于工业的是结构型的传感器，该类型的传感器主要是利用结构参量的变化，达到感应信号变化和转换信号的目的，其中最具代表性的是电阻应变传感器。传感器发展的第二个阶段是固体传感器在工业生产中的应用，该类型的传感器包含了半导体、磁性材料以及电介质等固体元件，主要工作原理是利用材料的一些特性，实现感应和转换信号的功能。第三个阶段是智能型传感器，该传感技术从2009年开始，就被广泛应用于工业生产中，也是目前这个阶段使用面最广的一种传感技术。该传感技术在传统传感技术的基础上，结合了现代互联网技术，体现出网络化、智能化和规模化的特点。今天，传感技术已被广泛应用于各大行业，在人类的生活中随处可见。1.2传感器技术对农业机械发展的影响我国的农业机械的发展也经历不同的发展时期，从中华人民共和国成立初期的小型化、性能单一、自动化程度不高的农业机械，发展到今天集大型化、联合化、集成化及自动化为一体的现代化农业机械，为我国的农业发展奠定了坚实的基础。在农业机械发展的过程中，传感技术发挥了重要的作用。传感技术具有反应灵敏、信息转化和处理及时的特点，能够提升农业机械作业的效率，并确保作业过程的精准性。而互联网技术和传感技术在农业机械中的联合使用，则为农业机械的自动化控制系统提供了良好的技术支持。传感技术和互联网技术联合在一起，可以实现快速获取信息、整理信息和分析信息，根据信息实现自动化控制的功能。目前，先进的传感技术已被广泛应用于农用的收割机、播种机、灌溉机等方面，促进了我国现代化农业的良性发展。2传感技术在农业机械自动化应用中的发展方向在我国现代农业发展日益加快的今天，农业机械需要不断改进设计和制造的技术，提高自动化的程度，才能满足我国现代化农业发展的需求。传感技术是农业机械自动化中的关键技术，关乎农业机械自动化的发展程度。当前，我国的农业机械自动化与发达国家的差距，主要体现在传感技术的差距方面。先进的传感技术，不仅可以实现准确辨识农业生产中不同标的物的功能，还能实现对农业机械整体运行状况的监测和控制，使农业机械在作业过程中，能够更敏捷、更迅速，提高农业种植的效率。而利用传感技术对车辆运行状况进行监测，则可以帮助技术人员做好农业机械的维护保养工作，提高农业机械的运行效率，延长农业机械的使用寿命，从而降低农业生产的成本1。2.1利用传感技术实现农业机械视觉导航功能利用传感器实现农业机械的视觉导航功能，是我国目前农业机械研发的重点。农业机械的视觉导航功作者简介：薛鹏伟，男，1991年出生，北京人，本科，工程师，研究方向：机械工程及自动化。DOI:10.15989/ki.hbnjzzs.2023.12.0012023 年 12 期 5能，需要结合机器视觉与GPS这两种类型的传感器，机器视觉可以收集农业机械作业过程的信息，GPS则可以收集位置信息。将作业信息和位置信息传输到处理系统，系统通过分析数据，识别和分析农业机械的整体工作状态，并根据结果优化和调整农业机械的控制操作，使之达到最佳的工作状态。利用传感技术实现农业机械的视觉导航功能，不仅可以提高农业机械的自动化程度，还能减轻工作人员的劳动，是目前我国农业机械需要重点突破的技术之一。2.2利用传感技术实现农业机械的激光导航激光导航的主要原理是利用测距传感器，同时实现对多个方向和多个点位的距离测量，并利用测量的数据构建二维或是三维的模型，激光导航虽然原理简单，但数据的准确性却非常高。在农业机械的自动化控制中，通过传感技术实现激光导航能够提高机械自动化作业的精准度，将误差控制在合理的范围内，是目前我国农业机械自动化控制发展的主要方向。2.3多项传感技术在农业机械中共同使用多项技术传感技术共同使用，是农业机械自动化控制发展的主要方向，多项传感技术共同使用，可以在实现精准定位和识别标的物的同时，对农业机械的运行状况进行实时的监测。而借助导航技术，则可以更好地收集作业现场的各种信息，提高农业机械自动化控制的准确性，减少农业机械作业过程中的误差。3传感技术在农业机械中的具有应用传感技术在农业机械中，获得了广泛的应用。农业机械的底盘系统、油压系统、定位系统、检测系统以及操作系统等，都用到了传感技术。3.1传感技术在农业机械底盘中的应用压力传感器、温度传感器、湿度传感器、数字传感器以及光电传感器等，都是农业机械中常用到的传感器，在农业机械底盘中，这些传感器发挥了良好的作用。农业机械底盘是农业机械的主要组成部分，农业机械底盘不仅是整个机械的托架，还承担着控制整个机械运行的重任，农业机械中的大部分动力转换系统，都安装在底盘中，所有农业机械功能的实现都需依托于底盘，如机械转弯、停车、倒车等功能。传感器技术存在于底盘各种系统中，如底盘的变速器控制系统和动力转向系统，主要工作原理是利用传感器收集系统工作的参数，并将这些参数转换为各种电信号，传输到中央处理器中2。中央处理器对信号进行整合、分析、对比，将结果传输到执行装置，从而实现对农业机械各项操作的控制。传感器应用于农业机械底盘各系统中，不仅可以实现系统的各种功能，还能提高系统响应的速度，降低发动机的损耗等，是农业机械实现自动化控制的重要技术支撑。3.2压力传感技术在农业机械中的应用压力传感技术是农业机械中常用技术之一，利用该技术生产的传感器称为压力传感器。压力传感器将感受到的压力信号，通过一定的装置，在遵循相应的转换规律的基础上，将压力信号转化为可以输出的电信号。压力传感器主要由两部分组成，一部分是压力敏感元件，主要用于感受压力的变化，另一部分是信号处理单元，主要完成信号的转化和处理。图1是压力传感器的原理图。图1 压力传感器原理图在农业机械中使用压力传感器，既可以实现对制动压力、机油压力等的监测，也可以实现对传动装置、轻载液压等关键系统压力的监测，是农业机械维持正常设备性能必不可少的元件。压力传感器应用于农业机械，可以更好地实现农业机械的各种功能，第一，应用在液肥喷洒机中，通过压力传感器，可以对液体肥料的喷雾压力进行实时监测，并将监测数据传输到液压系统中，实现控制肥料喷雾稳定和均衡的目的。第二，在农业机械的控制系统中，通过压力传感器，收集农耕工具提升和移动的数据，并传输到控制系统中，对农耕工具的提升距离和移动距离进行控制，实现均匀犁地和播种的目的。第三，压力传感器还可以用于监测农业机械运行的安全性，采用压力传感器监测油压和液压系统的运行数据，当数据有异常时，6 2023 年 12 期及时启动报警系统，提高农业机械运行的安全性3。3.3数字传感器在农业机械中应用定位技术是农业机械往自动化方向发展的重要组成部分。目前应用很广的以GPS传感器为主的GPS定位系统，虽然具有良好的定位功能，但却很少单独被用于农业机械中。这跟农业耕种中，环境不稳定，农业机械又容易受到环境的影响，需要定位系统达到更高的精度有关。在实际使用中，如果想通过GPS定位系统，获得更高的定位精度，需要大量的资金投入，对于中小规模农业耕种的中小型农业机械而言，投入大量的资金，提高GPS定位的精准度，成本相对较高，不具备实用的价值。在农业机械的实际研发和制造中，采用了数字传感器和GPS定位系统联合使用的方式，提高了GPS定位的精准度。该系统利用的是数字传感器的补偿功能，数字传感器通过建立模型，在实际处理数据的过程中，通过和模型对比，修正系统生成数字的误差，从而达到提高GPS定位系统精准性的目的。图2 农业机械导航原理图在农业自动化控制系统中，常用GPS定位系统对农业机械的行进路线进行控制。GPS定位系统通过GPS传感器，可以实现绝对定位信息和相对定位信息的收集和分析，增加了农业机械行进过程定位的准确性。而农业机械在作业过程中，常需面对一些小行距的作业环境，在这种环境下，农业机械的定位准确性和方向控制精确性显得尤其重要，利用GPS的定位功能和数值传感器的误差补偿功能，通过建立准确的模型，则可以精准地判断农业机械的位置和即将要行进的方向，定位系统将相关的信息传输到控制系统，控制系统根据信息控制农业机械的行进方向并根据GPS收集的前方的路况信息，设计好机械行进的路径，同时计算出机械行进的距离4。图2是农业机械的导航原理图。3.4传感技术在自动化插秧机中的应用插秧机是农业耕种中应用很广的一种农业机械，随着传感技术和机电一体化技术的发展，自动插秧机获得了广泛的应用。利用自动插秧机进行插秧，需要确保秧苗播种的连续性，因此必须控制好插秧箱内的秧苗数量，对于需要补种的位置，则需通知系统，做好标记。在实际的插秧机械中，通过插秧箱内的开关传感器，可以监测箱内的秧苗数量。秧苗具备一定的重量，在插秧时，系统先设置需要秧苗数量对应的重量值，当箱内的秧苗压住传感器，重量达到了标准，表示秧苗的数量足够，插秧机继续工作。当箱内的秧苗数量缺失或是数量不够，传感器感应到重量不够，则会启动报警系统，发出秧苗不足的信号，同时发出秧苗不足信号的位置，则是需要补种的位置5。在自动插秧机的车轮调节系统中，也设置了相应的传感器，目的是根据传感器检测的田间深度，自动调节车轮的升降，从而确保插秧机种下的秧苗深度能够达到要求。4结语随着科技的进步，农业机械自动化成为农业机械的重点发展方向。传感技术在农业机械自动化的发展中，起到了非常重要的作用，是农业机械自动化发展的核心技术。因此，必须加强传感技术在农业机械中的应用，提升农业机械的自动化程度，提高农业种植的效率和经济效益，才能推动我国农业往现代化的方向快速发展。参考文献：1何璐兵,张勃.农业机械自动化系统中传感技术的应用J.南方农机,2023,54(01):75-77.2张成龙,陈继飞,张浩楠,王志虹,焦建伟.传感技术在农业机械自动控制系统中应用探究J.农业与技术,2021,41(22):41-43.3杜颖.现代技术在农业机械工程中的应用和推广J.当代农机,2021(08):39-40.4师立奇.传感技术在农业机械自动控制系统中的应用J.南方农机,2020,51(22):36-37.5汪海波,汪进.农业机械自动控制系统中传感技术的应用J.广西农业机械化,2019(06):57+65.