趙明陽(yáng)

（保山學(xué)院，云南保山678000）

茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用研究

趙明陽(yáng)

（保山學(xué)院，云南保山678000）

就計(jì)算機(jī)而言，分門(mén)別類(lèi)，多種多樣。本文所講的微型計(jì)算機(jī)也可簡(jiǎn)稱(chēng)為“微型機(jī)”或“微機(jī)”，因計(jì)算機(jī)擁有人類(lèi)大腦的某部分功能，也可通俗地稱(chēng)之為“微電腦”。微型電腦是一種體積較小的計(jì)算機(jī)，且仍由大規(guī)模的集成化電路構(gòu)成，同時(shí)基于微型處理器配置內(nèi)存儲(chǔ)元件、輸入輸出I/O端口和相關(guān)輔助電路等。微型計(jì)算機(jī)很大一部分設(shè)備集中組合于主機(jī)機(jī)箱內(nèi)，另外的外設(shè)設(shè)備也與機(jī)箱臨近并連接。本文則通過(guò)分析茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展歷程和以實(shí)例剖析茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用方法及發(fā)展趨勢(shì)。

茶葉領(lǐng)域；微型計(jì)算機(jī)；發(fā)展歷程；包裝存儲(chǔ)期

中國(guó)傳統(tǒng)茶文化博大精深，現(xiàn)代人越來(lái)越關(guān)注喝茶養(yǎng)生的生活方式。從新中國(guó)成立與改革開(kāi)放以來(lái)，國(guó)民生活水平不斷提高，茶文化及茶葉產(chǎn)品推廣越來(lái)越廣泛，各類(lèi)中國(guó)茗茶如普洱茶、信陽(yáng)毛尖茶等正如“百花齊放”。隨著茶葉領(lǐng)域的不斷擴(kuò)寬，新一代計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入大勢(shì)所趨。下文通過(guò)預(yù)測(cè)茶葉包裝儲(chǔ)存期系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)實(shí)例說(shuō)明，利用微型計(jì)算機(jī)的高速中央處理器以及第三方技術(shù)服務(wù)支持，以達(dá)到推廣微型計(jì)算機(jī)在茶葉領(lǐng)域中應(yīng)用的目的。

1 茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展歷程

在茶葉領(lǐng)域應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)歷經(jīng)幾十年的發(fā)展日趨成熟穩(wěn)健，且應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，從而進(jìn)一步推動(dòng)了其自身的發(fā)展，在此過(guò)程中大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：模擬信息時(shí)代、半數(shù)字信息時(shí)代和全數(shù)字化信息時(shí)代。

1.1 模擬時(shí)代

在上世紀(jì)九十年代之前，茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用發(fā)展沒(méi)多久，相關(guān)技術(shù)不夠成熟，大多采用模擬設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行模擬提取，稱(chēng)為模擬信息時(shí)代。但是，因信息是通過(guò)電纜的形式進(jìn)行傳輸，傳輸距離有限，而且在有線傳輸時(shí)模擬監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法聯(lián)網(wǎng)，只能以節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式連接現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致鋪線過(guò)程所耗費(fèi)的財(cái)力巨大，因而此種應(yīng)用的拓展性較差。

1.2 半數(shù)字時(shí)代

上世紀(jì)九十年代中期，多媒體技術(shù)逐漸得到了區(qū)域性廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)有了一次質(zhì)的飛躍。在信息采集與處理過(guò)程中計(jì)算機(jī)的能力得到了充分的發(fā)揮，計(jì)算機(jī)顯示器的高飛變綠對(duì)畫(huà)面的高質(zhì)量顯示提供了基礎(chǔ)，也迎來(lái)了半數(shù)字信息時(shí)代。由于受到當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的局限性，導(dǎo)致無(wú)法組建覆蓋面積較大的監(jiān)控系統(tǒng)，使其應(yīng)用推廣受到了一定的滯后。

1.3 數(shù)字時(shí)代

上世紀(jì)九十年代末，隨著信息處理技術(shù)的不斷革新，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量數(shù)據(jù)的處理速度的不斷提升，促進(jìn)了茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用進(jìn)入一個(gè)全新的數(shù)字化信息時(shí)代。全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)主要依托于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)兼具對(duì)數(shù)字播出數(shù)據(jù)的壓縮處理存儲(chǔ)等功能，并融入了播出信息的行為分析結(jié)合異常處理，最重要實(shí)現(xiàn)一個(gè)全智能化的傳輸監(jiān)控系統(tǒng)，是監(jiān)控技術(shù)的一次革新。如今發(fā)達(dá)的網(wǎng)路技術(shù)，使跨區(qū)域，跨國(guó)際的傳輸監(jiān)控成為了可能，因此其發(fā)展和應(yīng)用的得到了大力的推進(jìn)。

2 茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用實(shí)例——預(yù)測(cè)茶葉包裝儲(chǔ)存期

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本方案所設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含了6個(gè)功能組塊：溫度采集模塊、儲(chǔ)存期采集模塊、微處理器模塊、LCD顯示模塊、報(bào)警模塊和無(wú)線通信模塊。每一個(gè)模塊都貢獻(xiàn)了自己的作用，組合起來(lái)就是一個(gè)比較完整的預(yù)測(cè)系統(tǒng)了。每個(gè)模塊的選用是：溫度傳感器采用了DS18B20器件，其輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，可以直接與微處理器連接，非常方便；儲(chǔ)存期采集模塊采用了MS1100-P111儲(chǔ)存期傳感器，其輸出量既可以輸出模擬量，也可以輸出數(shù)字量，如果選擇輸出量為模擬量就需要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入，若是直接選擇數(shù)字信號(hào)輸出，那么就需要編寫(xiě)相關(guān)的傳感器驅(qū)動(dòng)程序；微處理器模塊采用的是意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F103ZE-EK開(kāi)發(fā)板，它是以STM32F103ZET6為核心的；LCD顯示模塊選用STM32F103ZE-EK開(kāi)發(fā)板自帶的LCD顯示屏；報(bào)警模塊相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，采用了一個(gè)LED和一個(gè)蜂鳴器，與開(kāi)發(fā)板是通過(guò)GPIO相連接的；無(wú)線傳輸模塊采用的是ATK-SIM900A開(kāi)發(fā)板，它與STM32F103ZET6之間是通過(guò)SPI接口進(jìn)行通信的。電源部分也就是開(kāi)發(fā)板自帶的供電設(shè)備。調(diào)試部分分別提供了如串口、JTAG口、USB口、網(wǎng)口等四種接口可以對(duì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

茶葉包裝儲(chǔ)存期預(yù)測(cè)系統(tǒng)的軟件部分包括了部分硬件模塊的計(jì)算機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)程序、部分GPIO口的驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)以及基于Qtopia的預(yù)測(cè)系統(tǒng)的用戶(hù)界面程序設(shè)計(jì)，界面程序設(shè)計(jì)主要包括開(kāi)機(jī)界面程序設(shè)計(jì)，顯示主界面設(shè)計(jì)以及設(shè)置界面的設(shè)計(jì)。

2.2 確定檢測(cè)途徑

茶葉包裝環(huán)境中擁有很多的危害人體健康的有害儲(chǔ)存期以及一些過(guò)期物，而茶葉包裝儲(chǔ)存期檢測(cè)主要是針對(duì)茶葉包裝甲醛儲(chǔ)存期的檢測(cè)。茶葉包裝儲(chǔ)存期檢測(cè)的方法有許多種，本文只是介紹其中主要的三種方法，在這三種檢測(cè)途徑中選擇一種最好的解決方法作為本課題的使用方法。三種檢測(cè)途徑分別如下：

第一，儲(chǔ)存期耗氧量法。這種方法是十分可靠地，也就是利用了茶葉包裝的一些有機(jī)物氧化的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，具體的檢測(cè)方法就是采集一定量的儲(chǔ)存期，然后對(duì)其進(jìn)行氧化測(cè)試，看這些儲(chǔ)存期的耗氧量有多少，最后通過(guò)得到的數(shù)據(jù)來(lái)推測(cè)茶葉包裝有害儲(chǔ)存期的濃度。

第二，化學(xué)分析方法。這種方法是比較繁雜的，就是使用了不同的儲(chǔ)存期可以用化學(xué)反應(yīng)來(lái)區(qū)分的特點(diǎn)。在茶葉包裝采集一定量的儲(chǔ)存期，對(duì)這些儲(chǔ)存期做化學(xué)實(shí)驗(yàn)，將會(huì)得到各種有害儲(chǔ)存期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)我們就可以分析每種儲(chǔ)存期在茶葉包裝的濃度。

第三，傳感器檢測(cè)法。這種檢測(cè)方法是最方便的，也是十分有效的。就是選擇市面上已經(jīng)有的各種儲(chǔ)存期傳感器，對(duì)儲(chǔ)存期可以直接感應(yīng)測(cè)量，將得到的數(shù)據(jù)傳送到處理器中處理，轉(zhuǎn)換成濃度方式顯示。儲(chǔ)存期傳感器的類(lèi)型有四種：電阻型、電感型、電化學(xué)型和電容型這四種。對(duì)以上三種檢測(cè)方法的對(duì)比分析，本課題選用了傳感器的檢測(cè)方法，這種方法簡(jiǎn)單易用，同時(shí)其檢測(cè)的數(shù)據(jù)也是十分有效的，相對(duì)于其它兩種方法，方便了許多，也給廣大的用戶(hù)提供了可行性的檢測(cè)方法。

2.3 選擇傳感器

我們確定了以?xún)?chǔ)存期傳感器檢測(cè)法作為主要途徑。本課題中主要以檢測(cè)甲醛為目標(biāo)，所以選用相關(guān)實(shí)用合理的甲醛儲(chǔ)存期傳感器。甲醛儲(chǔ)存期傳感器擁有許多的品種，有電化學(xué)型、電阻型、電容型以及電感型這四種類(lèi)型。本文中儲(chǔ)存期傳感器采用的是電化學(xué)式傳感器。其檢測(cè)原理是：在茶葉包裝環(huán)境下，當(dāng)儲(chǔ)存期接觸傳感器后，會(huì)與傳感器里面的溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電壓信號(hào)，將電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后就可以得到茶葉包裝相應(yīng)的儲(chǔ)存期濃度。這種類(lèi)型的傳感器測(cè)量操作十分簡(jiǎn)單，而且體積小巧，精度也不錯(cuò)，方便組合安裝，因此，在茶葉包裝的儲(chǔ)存期檢測(cè)應(yīng)用中相當(dāng)普遍。本課題選用MS1100-P111傳感器模塊。MS1100-P111傳感器模塊是一個(gè)集成的采集模塊，采集的信號(hào)可以直接得到輸出，這個(gè)模塊使用了MS1100探頭作為傳感器的核心探頭；它具有極其優(yōu)良的穩(wěn)定性和十分良好的靈敏度，可測(cè)量精度精確到了0.1ppm，相對(duì)于普通應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這個(gè)精度已經(jīng)夠用戶(hù)使用了，如果是在一些要求精度相當(dāng)高的情況下，就需要采用更高精度的儲(chǔ)存期傳感器了；此傳感器不但價(jià)格便宜，而且整體體積是非常小巧的，非常有利于減小整個(gè)系統(tǒng)的整體占用體積；最后這個(gè)傳感器還是十分利于用戶(hù)預(yù)測(cè)茶葉包裝的環(huán)境質(zhì)量的。

2.4 效果預(yù)測(cè)

應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的茶葉包裝儲(chǔ)存期預(yù)測(cè)系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)性?xún)r(jià)比最高的一款儀器設(shè)備，具有非常強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力；使用時(shí)可以明顯知道，該預(yù)測(cè)系統(tǒng)預(yù)測(cè)茶葉儲(chǔ)存濃度的速度是非常快的，它所使用的儲(chǔ)存環(huán)境傳感器反應(yīng)十分靈敏，而且可以長(zhǎng)時(shí)間使用；該預(yù)測(cè)系統(tǒng)在顯示方面，使用的是點(diǎn)陣顯示技術(shù)，支持兩種語(yǔ)言操作界面，中文和英文；該預(yù)測(cè)系統(tǒng)還具有報(bào)警的功能，采用的是聲光報(bào)警技術(shù)，由于茶葉儲(chǔ)存的特性，報(bào)警的閥值可以根據(jù)需要自主設(shè)置；還有就是該預(yù)測(cè)系統(tǒng)還可以存儲(chǔ)預(yù)測(cè)到的數(shù)據(jù)，還能保持最大的預(yù)測(cè)效果值。此種類(lèi)型的預(yù)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)許多種物質(zhì)產(chǎn)生的茶葉儲(chǔ)存以及氨污染物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)，在眾多場(chǎng)所都可以實(shí)時(shí)使用，其特點(diǎn)有：使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)方法，茶葉儲(chǔ)存使用酚試劑法，而氨則使用納氏試劑法；該儀器的預(yù)測(cè)速度說(shuō)不上快，但是也不是那么慢，預(yù)測(cè)過(guò)程需要10-15min；該預(yù)測(cè)系統(tǒng)配備了大屏幕液晶來(lái)顯示測(cè)試結(jié)果，儀器內(nèi)部是使用單片機(jī)智能控制操作的，具有比較良好的人機(jī)交互界面，同時(shí)該預(yù)測(cè)系統(tǒng)還具有非常優(yōu)秀的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理功能，而且得到的測(cè)試數(shù)據(jù)還可以實(shí)時(shí)保存和記錄。

3 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)技術(shù)歷經(jīng)數(shù)十年的科研發(fā)展，不斷為其他領(lǐng)域帶來(lái)技術(shù)革新。高新技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和高度集成化產(chǎn)品研發(fā)不斷擴(kuò)寬發(fā)展途徑，也為茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)與保障。本文首先分析了我國(guó)茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的三個(gè)發(fā)展歷程，即模擬信息時(shí)代、半數(shù)字信息時(shí)代和全數(shù)字化信息時(shí)代。我們正處于全數(shù)字化信息時(shí)代，通過(guò)預(yù)測(cè)茶葉包裝儲(chǔ)存期系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)實(shí)例說(shuō)明，利用微型計(jì)算機(jī)的高速中央處理器以及第三方技術(shù)服務(wù)支持，保證縮短系統(tǒng)研發(fā)與設(shè)計(jì)周期，并能顯著提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的便捷性，以此使得微型計(jì)算機(jī)在茶葉領(lǐng)域中的應(yīng)用得以廣泛推廣。

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趙明陽(yáng)（1982-），男，回族，云南保山人，碩士研究生，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)。