农业机械设备远程监控与故障诊断技术的研究应用

随着农业科技进步和智能化技术广泛应用，农业机械设备远程监控故障诊断技术将在未来农业生产中发挥重要作用。提高农业生产效率，降低生产成本，为农业生产提供精准、智能决策支持服务。现今，农业机械设备智能化、自动化成为现代农业发展趋势，农业机械设备远程监控与故障诊断技术研究应用尤为重要。此技术可实现对农业机械设备运行状态实时监测，在设备故障后进行快速、准确诊断，有效提高农业生产效率，降低设备维修成本，为农业生产提供有力保障。

一、农业机械设备远程监控与故障诊断技术的重要性

1、提高农业生产效率

传统农业生产方式依赖人力对设备定期检查维护，效率低下，容易因人为因素导致漏检误判。而远程监控技术能实时监测设备运行状态，通过数据分析和预警机制，及时发现潜在问题，确保设备始终处于最佳工作状态。例如，某农机专业合作社引进远程监控系统，对拖拉机、收割机等核心设备进行实时监测。在某收割作业中，系统监测到某台收割机割刀转速异常下降，及时发出警报。农场管理人员根据系统提供数据，迅速定位故障点及时维修，避免因设备故障导致生产延误。

2、降低维修成本

农业机械设备故障导致维修成本上升，带来额外生产损失。通过远程监控和故障诊断技术，可准确识别故障类型原因，为维修提供精确指导，避免不必要拆卸、零件更换，有效降低维修成本。例如，某农业合作社灌溉泵出现故障，传统方式需要拆卸泵体进行检查。但通过故障诊断技术，技术人员准确定位故障为电机绕组短路，仅更换电机部分，节省维修时间成本。

3、增强农业生产安全性

农业机械设备在运行过程中存在安全隐患，如不及时处理会导致生产事故。远程监控技术能实时监测设备安全状态，如温度、压力、电流等关键参数，及时发现潜在安全风险。例如，在某农场饲料加工车间，远程监控系统监测到粉碎机的电流异常升高，及时报警并停机。经检查发现，粉碎机内部进入硬物导致卡机。由于系统及时响应，避免设备损坏安全事故。

4、推动农业现代化进程

农业机械设备远程监控与故障诊断技术的应用提高设备运行效率，推动农业生产智能化、自动化进程。随着大数据、云计算等技术发展应用，农业生产者可通过数据深入挖掘，精准掌握农作物生长情况、环境因素变化信息，为农业生产提供科学、准确决策依据。

二、农业机械设备远程监控技术的应用

1、拖拉机远程监控

拖拉机远程监控技术是基于互联网、物联网等信息技术手段，对拖拉机进行实时监测和管理。通过安装在拖拉机上的传感器、控制器等数据采集设备，实时采集拖拉机位置、速度、油耗、工作状态等关键参数，通过无线网络将数据发送到远程监控中心进行处理分析。监控中心可以对拖拉机进行远程调度、故障诊断和安全管理，实现拖拉机智能化、远程化管理。

例如，某农机专业合作社拥有数十台拖拉机用于耕种、运输等农业生产活动。为提高农场管理效率，保障拖拉机运行效率，农场管理者引进拖拉机远程监控技术。在每台拖拉机上安装GPS定位系统和多种传感器设备，用于实时监测拖拉机位置、速度、油耗、发动机状态等关键参数。通过无线网络与农场远程监控中心建立连接，实现数据实时传输。查看每台拖拉机位置、运行状态，在耕种季节，管理者根据农田分布耕种计划，结合远程调度功能合理安排拖拉机作业路线，精细化处理生产任务。实时监测拖拉机油耗情况，为后续加油计划提供依据。

在拖拉机运行过程中，远程监控中心实时监测拖拉机各项参数，通过数据分析对比，发现潜在故障异常情况。例如，当某台拖拉机的发动机温度过高时，监控系统自动发出警报，提示管理者进行相应处理。通过故障诊断功能迅速定位故障原因并安排维修工作，避免生产延误损失。拖拉机远程监控技术具有安全防盗功能，通过GPS定位系统，农场管理者实时监测拖拉机位置移动情况。一旦发现拖拉机被盗或偏离预定路线，监控系统自动报警并通知管理者。通过远程锁定功能对被盗拖拉机进行远程控制，增加追回可能性。

拖拉机远程监控系统由数据采集模块、无线通信模块、远程监控平台三部分组成，数据采集模块负责实时采集拖拉机的运行数据，如发动机转速、油温、水温等。无线通信模块负责将采集到的数据通过无线网络传输至远程服务器，远程监控平台负责对接收到的数据进行处理、存储和展示，实现对拖拉机的远程实时监控。在技术指标分析中，主要包含以下几点。

①转速

发动机转速是反映拖拉机工作状态的重要指标，安装发动机上转速传感器实时采集发动机转速数据。正常情况下，拖拉机发动机转速应在规定范围内波动，如1500-2500rpm。当发动机转速超出正常范围时，系统警报提示操作人员检查发动机状态。

②油温

油温是拖拉机发动机润滑油温度，通过发动机油底壳上的温度传感器实时采集油温数据。正常情况下，拖拉机发动机油温应在80℃-120℃之间。

③水温

通过安装在发动机水箱上的温度传感器实时采集水温数据。正常情况下，拖拉机发动机水温应在80℃-100℃之间。

④无线通信距离

本系统采用无线通信技术实现数据采集模块与远程服务器之间数据传输，无线通信距离受多种因素影响，如地形、建筑物遮挡等。在开阔地带，无线通信距离可达数公里。在城市或复杂地形环境下，无线通信距离会缩短至数百米。为确保数据传输稳定性，系统在设计时考虑多种因素，并采用扩频、跳频等抗干扰技术。

⑤数据传输速率

采用高速无线通信模块，数据传输速率可达Mbps级别，高速的数据传输速率确保实时性要求较高的应用场景下数据及时传输处理。

2、温室环境远程监控

温室环境远程监控技术基于物联网、传感器技术、云计算等信息技术手段，对温室内环境进行实时监测管理。通过安装在温室内各种传感器设备，实时采集温室内温度、湿度、光照、CO2浓度等关键环境参数，通过无线网络将数据发送到远程监控中心进行处理分析。对温室环境进行远程调节、故障诊断，实现温室环境的智能化、远程化管理。例如，某蔬菜种植基地采用现代化温室进行种植，为提高种植效率、产品质量，基地管理者引进温室环境远程监控技术。通过无线网络与基地远程监控中心建立连接，实现数据实时传输。实时查看温室内的环境参数，根据作物生长需求进行远程调节。例如，当温室内温度过高时，监控系统会自动打开通风设备或启动降温系统，当光照不足时自动补光。管理者通过手机或电脑随时随地进行远程监测调节，确保温室环境稳定优化。

监测各项环境参数变化情况，通过数据分析对比，及时发现潜在故障异常情况。例如，当某个传感器出现故障时，监控系统自动发出警报并提示管理者进行相应处理。通过故障诊断功能，管理者迅速定位故障原因并安排维修工作，确保温室环境的稳定安全。明确作物生长环境需求和规律，优化种植计划环境调节策略。确定不同季节、不同作物生长阶段温度和湿度范围，提高作物产量品质。在技术指标分析中，主要包含以下几点。

①温度监测范围

常规监测范围-10℃至+50℃，精度为±0.5℃，分辨率为0.1。

②湿度监测范围

常规监测范围为0%RH至100%RH，精度为±3%RH，分辨率为0.1%RH。

③光照强度监测范围

常规监测范围为0Lux-200，000Lux，精度为±5%，分辨率为1Lux。

④土壤湿度监测范围

常规监测范围为0%-100%（体积含水量），精度为±2%，分辨率为0.1%。

⑤CO2浓度监测范围

常规监测范围为0ppm-5000ppm，精度为±50ppm或±5%（取较大值），分辨率为1ppm。

⑥数据传输频率

实时数据传输频率为每5s-1min一次，数据存储频率每一小时至每天一次平均值。

⑦远程通信协议

无线通信协议为Wi-Fi、LoRa、NB-IoT、4G/5G等，有线通信协议为Ethernet、RS485等。

3、灌溉系统远程监控

在农田中安装土壤湿度传感器、降雨量传感器和气象站等设备，用于实时监测土壤湿度、降雨量、温度等关键参数。通过无线网络与农场的远程监控中心建立连接，实现数据实时传输。查看农田土壤湿度、降雨量等数据，根据作物生长需求和土壤湿度情况进行远程评估调度。例如，在干旱季节，当土壤湿度低于一定阈值时，监控系统自动启动灌溉系统进行补水。在雨季，降雨量充足时，可手动或自动关闭灌溉系统以节约水资源。实时监测各项参数变化情况，通过数据分析对比，及时发现潜在故障异常情况。例如，当土壤湿度传感器出现故障，监控系统自动发出警报并提示管理者进行相应处理。通过故障诊断功能，管理者迅速定位故障原因并安排维修工作，确保灌溉系统正常运行。明确作物的水分需求和土壤湿度变化规律，优化灌溉计划。

三、农业机械设备故障诊断技术

1、玉米免耕播种机故障诊断技术

现代玉米免耕播种机装备多种传感器，实时监测机器各种工作参数，如：播种深度、播种速度、种子流量等。传感器将参数转化为电信号，通过数据传输系统发送至中央控制单元进行分析处理。一旦参数偏离预设范围，中央控制立即发出警报，提示操作人员进行检查调整。例如，通过GPS定位技术，实时追踪播种机的位置，无线网络将作业数据传输至远程服务器。农业管理人员通过智能手机访问相应平台，随时查看播种机作业状态、作业亩数以及作业质量等信息。

故障诊断专家系统是基于人工智能故障诊断技术，模拟人类专家思维方式，对播种机故障进行智能诊断。该系统内置大量故障案例和诊断规则，当播种机出现故障时，系统根据故障现象，查询历史数据，自动分析故障原因，给出相应维修建议。对播种机关键部件进行定期检查、保养更换，预防故障发生。利用先进油液分析技术，检测润滑油金属颗粒、水分等污染物，判断机器磨损情况和潜在故障风险。

2、深松机故障诊断技术

深松机故障诊断核心在于对机器工作状态实时监测，现代深松机装备多种先进传感器，如振动传感器、压力传感器、位移传感器等。精确捕捉深松机在工作过程中细微变化，如振动频率、土壤阻力、作业深度等。将数据传输至中央处理单元，系统能对深松机工作状态进行评估，发现异常时发出警报。深松机智能化故障诊断系统基于人工智能、机器学习等先进技术构建，能对传感器收集数据进行深度分析。对比历史数据和预设工作参数，系统能自动识别潜在故障隐患。具备自学习能力，根据实际作业环境和机器状况进行优化升级，提高故障诊断准确性。安装远程监控设备，深松机作业状态和数据能实时传输至远程服务器。维修人员通过智能设备对深松机进行故障诊断。对深松机的关键部件进行定期检查、保养更换，有效预防故障发生。结合故障诊断技术对深松机整体状况进行全面评估，制定针对性维护计划。

3、无人机故障诊断技术

现代无人机装备多种机载传感器，如陀螺仪、加速度计、气压计、电流电压传感器等，能实时监测无人机飞行状态及环境参数，确保飞行安全。例如，陀螺仪、加速度计能测量无人机的姿态角和角速度，通过数据传输系统发送至飞控板进行处理。一旦数据偏离正常范围，如姿态角超过±45°或角速度超过200°/s，飞控板立即发出警报并采取相应控制措施，防止无人机失控。

无人机智能故障诊断系统基于机器学习、深度学习等算法构建，该系统能对机载传感器收集的数据进行实时分析，对比预设飞行参数，自动识别潜在故障隐患。例如，当无人机电池电量低于20%时，系统自动提示返航。当电机温度过高时，系统自动降低飞行速度并提升电机散热效率。该系统具备自学习能力，能够根据实际飞行环境和机器状况进行优化升级。利用无线网络将无人机飞行数据实时传输至远程服务器，维修人员通过智能设备访问相应平台，就能对无人机进行远程监控。例如，某农业无人机在飞行过程失去控制，通过远程故障诊断技术，维修人员明确故障原因为飞控板故障。通过远程操控系统对无人机进行紧急降落，更换飞控板，避免更大损失。

以某款植保无人机为例，该无人机在飞行过程中出现抖动、偏移现象。通过机载传感器实时监测到数据显示，无人机的姿态角和角速度均出现异常波动。智能故障诊断系统立即发出警报，提示操作人员检查无人机机械结构、动力系统。经过检查发现机械连接件松动导致，对连接件进行紧固处理。

4、玉米收获机故障诊断技术

现代玉米收获机装备多种智能传感器，如谷物流量传感器、湿度传感器、温度传感器等，实时监测收获过程中关键参数，如玉米流量、籽粒湿度、机器内部温度等。将数据传输至中央控制单元，系统对收获机运行状态进行实时评估。例如，当谷物流量传感器检测到玉米流量异常降低时，系统判断为喂入口堵塞或割台高度不当，提示操作人员进行相应调整。玉米收获机集成故障自诊断系统，该系统对机器各个部件进行实时监测和故障诊断。一旦出现故障，系统能够迅速识别故障原因，提供解决方案。例如，当收获机脱粒滚筒转速异常下降时，故障自诊断系统判断为滚筒轴承损坏或传动带松弛，指导维修人员进行相应检查更换。

安装远程监控设备，收获机作业状态和数据能实时传输至远程服务器。例如，某农户发现其玉米收获机在作业过程中出现异常振动噪音，通过远程故障诊断技术，维修人员发现收获机某个轴承出现故障。制定维修计划更换故障轴承，避免更大损失。

以某款大型玉米收获机为例，该机器在收获过程中出现籽粒破碎率过高问题。智能传感器实时监测数据显示，收获机脱粒滚筒转速和清选风扇风速均处于正常范围，但籽粒破碎率仍然较高。经过进一步分析，维修人员发现脱粒滚筒的间隙设置不当，对滚筒间隙进行调整，使籽粒破碎率降低到正常范围。

（作者单位：130200吉林省长春市农安县农业机械化技术推广站）