張學(xué)斌， 黃 燦， 丁湘陵， 夏春華，袁 煒， 姚 怡

0 引言

金銀花抗菌作用的有效成分為綠原酸和異綠原酸等，其含量的高低在很大程度上受加工方式優(yōu)劣的影響[1，2].目前，常見的金銀花烘干加工法有兩種：低溫烘干法和機器殺青烘干法，低溫烘干法是將金銀花最高烘干溫度控制在60℃以內(nèi)，需要18-24h才能完成干燥[3]，該法保持了金銀花的色澤和原有的香氣，不破壞原有的化學(xué)成分，但耗時太長，不能滿足大規(guī)模、大批量的烘干要求；機器殺青烘干法是在極短的時間內(nèi)殺青滅活，用高溫幾分鐘時間就把金銀花干燥好[4]，該方法雖適合大規(guī)模生產(chǎn)要求，但瞬間的高溫會破壞金銀花中的有效藥性成分，會使金銀花的藥效大打折扣，因此，一種既能使金銀花藥效成分不被破壞，又能滿足大規(guī)模烘干要求的高效烘干方法必定會具有相當(dāng)高的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用前景.本設(shè)計根據(jù)現(xiàn)代金銀花烘干加工在效率和品質(zhì)保持方面的要求，采用分段控時控溫的方法，提出了一種由單片機STC89C52程序控制，通過DS18B20溫度采集模塊實時采集加溫區(qū)的溫度，嚴格控制各個加熱階段的加熱溫度和持續(xù)時間，給出了烘干控制器的設(shè)計方案和測試結(jié)果.

1.1 金銀花品質(zhì)保持烘干加工步驟

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

為了保證金銀花在烘干加工過程中藥效品質(zhì)得到保持，即保護其綠原酸和異綠原酸等藥效成分不被破壞，經(jīng)大量的實驗研究表明，金銀花烘干的最佳分段控時控溫加工步驟為[5，6]：

①預(yù)熱.首先，打開進風(fēng)口，關(guān)閉開窗，烘干爐加熱，當(dāng)溫度上升到40℃時.打開天窗及排氣扇排出潮氣.時間一般為30 min，濕度較大時可適當(dāng)延長排氣時間.

②除濕.預(yù)熱完成后將金銀花裝入烘干爐內(nèi)，打開進風(fēng)口，打開天窗及排氣扇，迅速加溫到70℃進行高溫除濕，讓濕氣盡快散發(fā).若溫度達不到可調(diào)小進氣口和天窗開合度，溫度過高時加大進氣口和天窗的開合度.除濕時間視金銀花采摘時天氣而定，

晴天一般為60 min，下雨天一般為90 min.

③烘干.除濕完成后將溫度降到55℃，打開進氣口，打開排氣扇，打開天窗二分之一，烘干時間約為120 min.

④出花.逐漸將溫度降到30-35℃之間，打開進氣口，打開排氣扇，打開天窗三分之一，時間一般為30 min.出花后不能立即包裝儲藏，應(yīng)在陰涼處攤放一段時間，待回軟后再進行包裝儲藏.

1.2 系統(tǒng)框圖及工作原理

系統(tǒng)框圖如圖1所示，主要由微處理器、鍵盤模塊、實時溫度采集模塊、電源模塊、存儲單元、報警電路、液晶顯示模塊和操作控制模塊等組成.

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

微處理器在金銀花在烘干加工過程中起到關(guān)鍵作用，通過程序控制金銀花加工的全過程.溫度采集模塊主要完成烘干爐內(nèi)溫度的采集，并通過單總線接口送到微處理器中，在微處理器中經(jīng)過處理后在液晶顯示模塊中顯示出來.電源模塊為微處理器及相關(guān)設(shè)備提供5 V直流穩(wěn)壓電源.金銀花在加工的四個階段中，每個階段的適宜溫度值和持續(xù)時間可通過鍵盤模塊修改，修改后的溫度值和時間值保存在存儲單元中.當(dāng)系統(tǒng)由于故障導(dǎo)致爐內(nèi)溫度達80℃時，微處理器將會啟動報警電路進行蜂鳴報警，防止火災(zāi)發(fā)生.操作控制模塊由微處理器的I/O口分別控制繼電器實現(xiàn)加熱、開進風(fēng)口、開天窗及排風(fēng)扇、關(guān)進風(fēng)口、關(guān)天窗及排風(fēng)扇和翻花等機械操作.

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件主要由微處理器、鍵盤模塊、實時溫度采集模塊、電源模塊、存儲單元、報警電路、液晶顯示模塊和操作控制模塊等組成.

微處理器采用STC公司推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗8位CMOS微控制器STC89C52RC.溫度采集模塊采用DALLAS公司生產(chǎn)的單總線器件DS18B20，測量溫度范圍為－55℃到＋125℃.電源模塊采用三端穩(wěn)壓芯片7805穩(wěn)壓得到+5 V直流穩(wěn)壓電源.液晶顯示模塊采用帶簡體中文字庫點陣圖形的液晶顯示器12864，用于人機界面的顯示.

圖2 4×4鍵盤與單片機接口電路

鍵盤采用4×4的矩陣鍵盤，如圖2所示，行線接單片機的P1.0—P1.3口，列線接單片機的P1.4—P1.7口，當(dāng)無按鍵閉合時，P1.0—P1.3與P1.4—P1.7之間開路.當(dāng)有鍵閉合時，與閉合鍵相連的兩條I/O口線之間短路.數(shù)字0—9為參數(shù)值輸入鍵，復(fù)用鍵B為退格刪除鍵，D為確認鍵，A為管理員模式選擇鍵，C為自動模式選擇鍵，*為手動模式選擇鍵等.

圖3 蜂鳴器報警電路

圖4 存儲電路圖

圖5 操作控制模塊的電路圖

報警電路采用蜂鳴器報警，電路如圖3，當(dāng)系統(tǒng)由于故障導(dǎo)致爐內(nèi)溫度達80℃時，微處理器置I/O口P3.7為低電平并持續(xù)30 S，在此期間PNP型三極管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報警聲，持續(xù)30 S后警報自動解除.

存儲芯片采用24C02，它是256×8 bit位的串行I2C總線EEPROM.圖4為存儲芯片與微處理器的接口電路圖，24C02的SCL和SDA分別與微處理器的P3.4和P3.5連接，SCL為串行同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘輸入，SDA用于傳輸串行地址和數(shù)據(jù).本設(shè)計中，24C02用于存儲烘干加工各階段.

操作控制模塊主要包括加熱控制、開天窗、開進風(fēng)口、關(guān)天窗、關(guān)進風(fēng)口和翻花等操作的控制，每一個操作采用繼電器控制，繼電器的驅(qū)動通過微處理的I/O口控制高耐壓、大電流達林頓陣列ULN2003來實現(xiàn)[7]53-84.

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該烘干加工控制器軟件系統(tǒng)主要完成自動模式、手動模式和管理員模式的程序控制.系統(tǒng)主程序流程圖如圖6所示.自動模式是指在烘干加工過程中，按照每階段設(shè)置的加熱溫度和持續(xù)時間自動完成烘干的全過程，比如某階段設(shè)定溫度Th、設(shè)定時間T、DS18B20采集實時溫度與Th比較，自動控制加熱使溫度穩(wěn)定在設(shè)定值，開關(guān)天窗和進風(fēng)口、翻花等操作也通過程序控制自動完成，每階段時間達到設(shè)定值T自動進入下一階段，直至金銀花完全烘干.手動模式是指根據(jù)個性化烘干需求，通過按鍵手動完成加熱、開關(guān)天窗和進風(fēng)口、翻花等操作.管理員模式主要用于對自動模式下的各烘干階段的加熱的溫度和持續(xù)時間進行微調(diào)，具體的方法是開機進入管理員模式，按系統(tǒng)提示微調(diào)烘干的四個階段的溫度和加熱時間值，至于微調(diào)多少，靠的是待加工完后看烘干的效果再行微調(diào)，如此反復(fù)，滿足不同干濕程度和不同花種個性化加工需求.

除濕、烘干和出花階段設(shè)置了定時翻花的操作，目的是使加熱更加均勻.在烘干加工的全過程中，如果由于系統(tǒng)故障或短路等造成加溫爐內(nèi)溫度達到80℃時，報警程序啟動蜂鳴器報警，同時強制停止加熱和烘干，直到故障排除才能繼續(xù)加熱烘干.

4 溫度測試與品質(zhì)比較

4.1 溫度測試

該金銀花加工控制器采用分段控時控溫的方法，金銀花品質(zhì)保持受溫度影響較大，因此，有必要對系統(tǒng)溫度的控制進行測試.測試儀器選用FLUKE福祿克F59型紅外測溫儀，該測溫儀測溫范圍為-18～275℃，讀取精度±2%，響應(yīng)時間小于500 ms.測試方法是將系統(tǒng)顯示的溫度與紅外測溫儀的溫度進行比較，即將DS18B20溫度傳感器檢測的溫度與紅外測溫儀檢測的溫度進行比較，得出誤差值.經(jīng)過測試，得到如表1所示的測試數(shù)據(jù).

從表1中可以得到紅外測溫儀所測得的數(shù)據(jù)略高于系統(tǒng)顯示的溫度，原因是加熱爐的余熱所致，因為當(dāng)溫度達到設(shè)定值時，加熱開關(guān)雖斷開，但加熱爐的預(yù)熱會使加熱區(qū)的溫度繼續(xù)上升.總體來說，所測得溫度與紅外測溫儀測出的溫度偏差不大，不會影響到金銀花的品質(zhì)，烘干控制器能正常工作.

4.2 品質(zhì)比較

圖6 系統(tǒng)主程序流程圖

表1 DS18B20傳感器與紅外測溫儀檢測的溫度比較情況 單位：℃

為了驗證分段控時控溫法加工方法的優(yōu)越性，采用傳統(tǒng)加工方法與該方法對金銀花加工的品質(zhì)進行對比.具體方法是將鮮花采回后，揀選同種品質(zhì)、大小均勻的花蕾，分別采用低溫烘干法、機器殺青烘干法和分段控時控溫法進行烘干加工，直至全干，比較三種干燥方法下加熱時長、干花顏色、香味和綠原酸含量情況.綠原酸含量測定采用用高效液相法測定，具體做法是參照文獻[8]，利用50%甲醇將綠原酸對照品制成40μg/mL的對照品溶液，稱取各干燥樣品0.5 g，精密稱定，置具塞錐形瓶中，精密加50 mL 50%甲醇，稱定重量，超聲處理30 min，放冷，再稱定重量，用50%甲醇補足減少的重量，搖勻，濾過，精密量取濾液5 mL，置25 mL棕色量瓶中，加50%甲醇至滿刻度，搖勻，即得待測液.分別精密吸取對照品溶液與待測液各5～10μL，注入液相色譜儀觀察，實驗結(jié)果見表2.

表2 不同烘干加工方法下金銀花品質(zhì)對比表

從表2中可以得出：分段控時控溫法雖然在加熱時間上比機器殺青烘干法高，但烘干得到的金銀花品質(zhì)明顯優(yōu)于機器殺青法；相比于低溫烘干法，分段控時控溫法更快，綠原酸含量更高，只不過顏色上略有差異.綜合以上因素可得，新的烘干控制方法克服了高溫烘干藥效成分得不到保持、低溫烘干耗時久的缺陷，具有實用價值和推廣價值.

5 結(jié)束語

本文介紹的金銀花加熱控制器，完成了金銀花在不同階段烘干溫度和時間的有效控制，最大限度的保持了金銀花的藥效成分不被破壞.由于在除濕階段的高溫、通風(fēng)和不斷翻花，使金銀花水分快速散失，提高了金銀花加工的效率，既彌補了低溫烘干法加工效率低，耗時久的不足，又克服了高溫烘干法破壞藥效成分而使品質(zhì)得不到保持的缺陷.實驗結(jié)果表明，本設(shè)計能滿足現(xiàn)階段金銀花烘干在加工效率和品質(zhì)保持方面的應(yīng)用需求，完成了設(shè)計任務(wù)要求，達到了預(yù)期的目的.

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[7]余錫存，曹國華.單片機原理及接口技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

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