浅析机电一体化在农业机械中的应用

浅析机电一体化在农业机械中的应用

王其迎

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摘要：随着我国科技的不断进步，机电一体化成为农业机械发展的重要趋势，也是促进现代农业发展的必然途径，利用这些先进技术集成的农业机械，不仅可以降低农民的劳动强度，而且能够提高农业生产的效率以及产出效益。机电一体化作为一种集成的现代技术，通过将微电子技术、计算机技术、信息技术等集于一体，实现了多项技术成果的综合，将其应用于农业机械之中，极大地解决了农业机械功能单一、易出现故障、自动化水平不足等问题，使农业机械运行时的准确性、灵敏性、高效性得到提升。

关键词：机电一体化；农业机械；应用

引言

机电一体化技术是机械工程、电子工程和计算机科学的融合，通过传感器、执行器、控制系统和智能算法的应用，将机械设备赋予了智能化和自动化的能力。机电一体化技术的应用已经在众多领域取得了显著成果。机电一体化技术是一种综合性的工程设计技术与方法，通过将机械、电子和计算机技术有机融合，以创造全新的工程解决方案。机电一体化技术具有综合性、自动化、智能化和多功能性等特点。

1机电一体化技术

1.1概述

随着半导体技术的发展,1960—1970年间逐渐形成了机电一体化技术(Mechatronics),该技术是机械工程、电子信息工程、软件工程和控制工程等多学科交叉融合而成的一门新技术。这项技术的核心意义在于将电子信息技术与机械产品设计融为一体,以提升机械设计产品的自动化水平和工作效能,从而提高机械设备的实际运行性能。

1.2技术特点

通过在传统机械产品上增加电子控制和执行元器件,实现对机械产品功能的灵活控制,使得原本单一功能的机械设计产品具备更广泛的用途。在一个完整的机械技术产品中,机械结构仍然是其核心部件,机电一体化技术主要用于对原有机械结构的进一步精确控制和操作优化。为实现农业机械装备与机电一体化技术的有机结合,需对传统农业机械结构进行改进,提高精准农业机械与微电子技术、控制系统等电子信息技术的适配性。

2机电一体化技术在农业机械中的应用优势

2.1减少农业机械故障

无论发展何种产业，在实际生产中必须将安全放在首位，农业也是如此。目前，我国农业机械化水平还没有达到完全自动化的程度，很多地区仍是以半自动化农业生产为主，在实际农业生产中，如果农业机械发生故障，不仅影响农业生产，而且对农业机械的作业人员也会产生安全威胁。将机电一体化技术应用于农业机械领域，可以有效增强农业机械的可靠性和安全性，对农业机械发挥监测和防护作用。当农业机械在生产运行时出现机械系统、电力系统等问题时，该技术便会通过监测发现农业机械的异常运行状态，并向操作人员发送报警信息，使操作人员能够第一时间解决各类问题，从而减少农机故障，确保人员安全。由此可见，将机电一体化技术应用于农业机械之中可以对机械故障提示信息进行采集和自动化分析，通过预警提示操作人员对即将发生的故障问题进行处理，从而有效减少农业机械故障。

2.2监测农业机械作业实况

当前农业机械的功能逐渐增加，同时机械设备的结构也更加复杂，使用的机械零件越来越精细，并且零件数量也比较多，每个零件均有各自的作用，如果某个零件出现损坏、脱落的情况，将会导致整个机械设备无法正常运转，不仅会降低生产效率，而且容易导致安全事故发生。将机电一体化技术应用于农业机械中，能够借助机电系统对农业机械的运转进行实时监测，一旦监测到故障便会向操作人员发送警报，使操作人员以最快的速度解决故障，避免农机设备“负伤运行”。机电一体化技术通过准确监测农业机械作业实况，提升生产质效和安全性。

2.3改善精准农机作业方式

机电一体化技术的应用能够有效降低农业机械作业的复杂程度。相较于传统农业机械,其机械结构运行和传动较为复杂,对驾驶员技术要求较高。为了更好地满足驾驶员的作业需求,精准农业机械通过机电一体化技术优势,利用传感器和处理器的信息处理能力,自动运行设定的作业步骤,还可根据实际作业条件与设定模型相比对,简化驾驶人员的处理时间,极大减轻了驾驶人员的劳动强度,降低农业机械操作难度,改善驾驶人员工作环境。

3机电一体化在农业机械中的综合应用

3.1播种和种植

播种和种植是农业机械机电一体化技术的关键应用领域。传统的手工播种和种植方式效率低下，耗时费力，而机电一体化技术的应用给传统的播种和种植方式带来了变革。首先，自动化播种机械的引入，极大地提高了播种的精确性和一致性，利用先进的传感器和控制系统确保种子按照准确的间距和深度种下，促进作物的均衡生长，有助于减少种子的浪费，提高产量。其次，农业机械机电一体化技术的应用使种植过程更加智能，使用现代农业机械的电子界面监测、调整播种参数，以适应不同的土壤类型和气象条件。最后，自动化播种机械还可以连接北斗卫星导航系统和地理信息系统，实现精确的地块管理，这有助于农民制定更加合理的农业计划，优化资源利用，降低成本，提高生产效率。

3.2施肥和灌溉

施肥和灌溉也是农业生产中至关重要的环节，农业机械机电一体化技术的应用让施肥和灌溉变得更精确和智能。首先，自动化施肥系统利用传感器、检测装置和控制系统，实现对每块土地的个性化肥料投放。通过分析土壤质地、养分含量和作物需求等因素，自动化施肥系统能够自动调整肥料的类型、数量和分布，确保作物获得最佳的养分供应，这不仅提高了作物的产量，还降低了肥料的应用成本，减少了对环境的污染。其次，智能灌溉系统通过监测土壤湿度、气象条件和作物需求等情况，实现精确的灌溉管理。智能灌溉系统通过自动调整灌溉量和时间，满足作物的实际需求，避免过度灌溉和水资源的浪费。最后，农民可以远程监控灌溉过程，根据需要进行调整，有助于提高水资源利用效率。

3.3病虫害检测

病虫害检测是计算机视觉技术在谷物联合收获机中的另一个关键应用领域。该领域的主要目标是让机器能够检测和识别农田中的病虫害情况，以便及早采取措施来保护作物。主要工作流程:图像采集—图像预处理—特征提取—机器学习和模式识别—病虫害检测和分类。病虫害识别模型的代码通常是基于深度学习算法，其中卷积神经网络(CNN)是一种常用的架构。基于Python和TensorFlow库来创建基于CNN的病虫害识别模型的示例代码，使用了一个虚拟的病虫害图像数据集，可以根据实际数据集来修改和训练模型，将‘path_to_train_dataset’替换为实际数据集的文件夹路径。

3.4农机无损检测

近年来，随着农业机械化的不断发展，微电子技术、计算机控制技术、传感技术等机电一体化技术得以在农业机械中应用，这些技术形成了计算机视觉技术，可以有效地处理农机设备图像，从而实现对农机的无损检测。同时，由上述内容可知，联合应用GPS技术、超声波技术以及传感技术等，可以实现集群化、高精度的导航作业。计算机视觉技术作为一种机电一体化技术，能够实现对农机的无损检测，从而进一步提升农机的品质。

结语

在现代农业中，农业机械机电一体化技术的应用能引领农业的未来，不仅能提高生产效率，降低劳动成本，还能改善产品质量，保护环境。从播种、种植到施肥、灌溉，再到病虫害防治和收割、加工，农业机械机电一体化技术应用广泛，为现代农业带来了前所未有的机遇。为了充分发挥农业机械机电一体化技术的作用，需要不断改进技术，提高其智能化水平，并做好农民培训，促进现代农业的可持续发展。

参考文献

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