（濰坊職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261041）

1 茶葉炒制歷程

我國作為茶葉的起源地，最早起源可追溯到先秦時(shí)期，興起于唐朝“茶道”時(shí)代。伴隨著人們生活品質(zhì)的不斷提升下，對(duì)于茶葉種類、制備工藝等也呈現(xiàn)出一定的精細(xì)化，其也是我國茶藝文化的雛形。最早的茶葉制備分為采摘、烘蒸、揉捻、穿藏等工序，茶葉品質(zhì)越高，整個(gè)制備工藝也更為復(fù)雜。傳統(tǒng)茶葉一般是以手工作業(yè)為主，在炒茶、揉捻等工藝方面，將消耗大量的人工，這也導(dǎo)致高品質(zhì)茶葉數(shù)量的稀少。直至清朝末期，在國外工業(yè)產(chǎn)業(yè)的引入下，以機(jī)械自動(dòng)操控的茶葉制備工藝才流傳到我國，在我國技術(shù)人員的不斷優(yōu)化與完善下，才將傳統(tǒng)人工制備工藝完全復(fù)刻到機(jī)械制備體系上。但從實(shí)際應(yīng)用效果來看，機(jī)械生產(chǎn)模式多以程序操控為主，其與人工制備模式相比，存在一定的硬性加工問題，即為在操控過程中，無法像傳統(tǒng)人工可針對(duì)茶葉變化機(jī)理，實(shí)時(shí)改變操作工藝，實(shí)現(xiàn)柔性化加工。但伴隨著人工智能技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，全自動(dòng)炒茶機(jī)通過搭載模糊控制理論、精密算法等，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)自身參數(shù)信息的實(shí)時(shí)更改，制備出品質(zhì)更高的茶葉。

2 炒茶機(jī)設(shè)備工作原理

炒茶機(jī)設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用，是通過一體化操作替代傳統(tǒng)人工操控模式，通過內(nèi)部控制系統(tǒng)與終端操控部件的連接，結(jié)合相關(guān)指令的下達(dá)，可進(jìn)一步分析出當(dāng)前操控模式應(yīng)當(dāng)遵循的參數(shù)設(shè)定。全自動(dòng)炒茶機(jī)的出現(xiàn)，極大減輕茶企人力資源的投入，為企業(yè)創(chuàng)收更多的經(jīng)濟(jì)利潤。

從工作原理來看，全自動(dòng)炒茶機(jī)必須具備上料、稱重、殺青、揉捻、成品產(chǎn)出等一系列工序。炒茶機(jī)所搭載的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)軸、機(jī)身框架、炒鍋、加熱機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)、炒制機(jī)構(gòu)等。設(shè)備在運(yùn)行過程中，通過傳送裝置將茶葉輸送到葉倉內(nèi)，此自動(dòng)化控制過程，避免人工填料所造成的安全問題。茶葉由葉倉輸送到炒鍋內(nèi)，此過程茶油管將依據(jù)目前加工的茶葉量，設(shè)定相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速參數(shù)，確保茶油可均有的傳輸?shù)匠村亙?nèi)。炒茶機(jī)內(nèi)部的傳感器裝置則是針對(duì)茶葉所呈現(xiàn)出重量，確定出當(dāng)前運(yùn)行操控工序內(nèi)重量參數(shù)是否超出現(xiàn)有的基準(zhǔn)值，然后界定出接下來的茶葉添加量。在茶葉揉捻過程，則是針對(duì)茶葉本身所呈現(xiàn)出的濕度屬性、重量屬性、品類等，由系統(tǒng)參數(shù)的反饋，令主系統(tǒng)下達(dá)相對(duì)應(yīng)的指令，確保茶葉炒工藝、壓工藝的實(shí)現(xiàn)，精控茶葉結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。

控制器作為全自動(dòng)炒茶機(jī)設(shè)備重要的操控部件，其通過內(nèi)部參數(shù)的下達(dá)，實(shí)現(xiàn)對(duì)炒茶工序的精度控制。但此工序在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要搭載電機(jī)設(shè)備，通過轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、時(shí)間、頻率等方面的控制，結(jié)合信息反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)茶葉的自動(dòng)化炒制與加工。對(duì)于電機(jī)裝置來講，由于全自動(dòng)炒茶機(jī)屬于多結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，每一道操控工序所呈現(xiàn)出操控屬性具有差異性，這就需要不同種類的電機(jī)進(jìn)行控制，然后通過電機(jī)之間的協(xié)調(diào)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的有效控制。從功能層面來看，可分為主軸電機(jī)、升降電機(jī)、測(cè)控電機(jī)、油路控制電機(jī)等，在集控系統(tǒng)的操作下，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)參數(shù)的整合，以真正強(qiáng)化實(shí)際操控質(zhì)量。例如，升降電機(jī)是針對(duì)茶葉重量，分析出當(dāng)前升降模式，確保相關(guān)操控功能的實(shí)現(xiàn)，可真正提高茶葉制備效率，滿足原料供給的持續(xù)性需求。除此之外，電機(jī)與電機(jī)之間通過集成系統(tǒng)的控制，可將不同電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行整合，然后通過主系統(tǒng)針對(duì)目前參數(shù)變化狀態(tài)進(jìn)行整體調(diào)控，確保系統(tǒng)運(yùn)行的完整性。

3 全自動(dòng)炒茶機(jī)功能框架分析

全自動(dòng)炒茶機(jī)主體功能框架，在供電終端系統(tǒng)的支撐下，為炒茶機(jī)設(shè)備提供持續(xù)性的電力輸入，保證設(shè)備各類功能運(yùn)行完整性。微控制單元是設(shè)備內(nèi)部的中樞集成系統(tǒng)，通過指令的精準(zhǔn)下達(dá)，保證各類終端指令操作可精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備組件，令設(shè)備完成茶葉制備工藝。其中電機(jī)防護(hù)裝置，則是針對(duì)設(shè)備內(nèi)部多類型的電機(jī)設(shè)備進(jìn)行防護(hù)，避免設(shè)備在運(yùn)行過程中，因?yàn)殡姍C(jī)操作問題而產(chǎn)生設(shè)備整體的故障。電力監(jiān)測(cè)裝置則是針對(duì)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的電流值、電壓值等進(jìn)行全過程監(jiān)控，保證相關(guān)流向值在系統(tǒng)可允許的工作范疇之內(nèi)，只有這樣才可進(jìn)一步強(qiáng)化系統(tǒng)本體的運(yùn)行質(zhì)量，從而對(duì)相應(yīng)的電路系統(tǒng)起到基礎(chǔ)防護(hù)作用。電壓穩(wěn)定裝置是基于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的參數(shù)體系，其在實(shí)際運(yùn)行過程中，則可通過對(duì)反饋信息進(jìn)行采集，然后分析出不同操控模式下，電路所達(dá)到的運(yùn)行狀態(tài)是否能夠契合到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行所標(biāo)定的程序之中，進(jìn)而強(qiáng)化系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量。溫度、濕度控制單元與監(jiān)測(cè)單元、茶油控制單元等，則是在微控制單元的數(shù)據(jù)反饋下，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的有效控制，此過程中呈現(xiàn)出的屬性，可以真實(shí)反映出系統(tǒng)運(yùn)行過程中茶葉物質(zhì)的各類含量，進(jìn)而通過程序來控制系統(tǒng)本體，實(shí)現(xiàn)工藝程序下的協(xié)調(diào)操控，提高茶葉制備的科學(xué)性。鍵位裝置、顯示裝置則是針針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行模式進(jìn)行控制與操控顯示，為工作人員提供數(shù)據(jù)支撐，滿足系統(tǒng)的常規(guī)化運(yùn)行。

4 全自動(dòng)炒茶機(jī)硬件設(shè)計(jì)

4.1 電源框架

電源是保障全自動(dòng)炒茶機(jī)裝置運(yùn)行的基礎(chǔ)，電力供應(yīng)穩(wěn)定性直接決定著內(nèi)部系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，在對(duì)此類模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須從多個(gè)方面分析出電力模塊供應(yīng)呈現(xiàn)出特性，以各個(gè)電力組件的用電負(fù)荷、頻率等，正確分析出電力負(fù)荷的極限范圍，進(jìn)一步保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

首先，在電機(jī)保護(hù)方面。缺相是影響電機(jī)裝置正常運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)，一旦電機(jī)呈現(xiàn)出缺相運(yùn)行，將造成內(nèi)部磁場(chǎng)的不均衡運(yùn)轉(zhuǎn)，加大轉(zhuǎn)子裝置的點(diǎn)流量，產(chǎn)生發(fā)熱問題，降低電機(jī)的額定負(fù)載能力，甚至可能因?yàn)檎饎?dòng)頻率過大造成電機(jī)設(shè)備組件破損的問題。為有效規(guī)避驅(qū)動(dòng)電機(jī)在運(yùn)行過程產(chǎn)生缺相問題，本文采用NE 型號(hào)的缺相保護(hù)裝置，通過供給端電流負(fù)載值的增大，進(jìn)一步提高系統(tǒng)自動(dòng)控制的負(fù)載效果，提高系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。

其次，在電機(jī)控制方面?？紤]到全自動(dòng)炒茶機(jī)的智能化控制模式，需選用交流電機(jī)實(shí)時(shí)控制內(nèi)部工作組件的運(yùn)行及停止。只有這樣，才可有效確保系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，相關(guān)指令的下達(dá)可精準(zhǔn)作用到終端部件中，實(shí)現(xiàn)精度化、實(shí)時(shí)化操控。為此，在具體設(shè)計(jì)過程中，選用繼電器裝置、反向器電路裝置作為內(nèi)部系統(tǒng)功能化實(shí)現(xiàn)的重要載體，確保不同操控視域下，系統(tǒng)本身所呈現(xiàn)出的屬性，可正確對(duì)應(yīng)到內(nèi)部程序中，滿足內(nèi)部邏輯性運(yùn)轉(zhuǎn)訴求。

最后，在電流、電壓值監(jiān)測(cè)方面。全自動(dòng)炒茶機(jī)在具體運(yùn)行過程中，受到不同操控模式的影響，內(nèi)部電流值、電壓值呈現(xiàn)出實(shí)時(shí)變動(dòng)的模式，這就需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的各類數(shù)值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過基準(zhǔn)值與監(jiān)測(cè)值之間的比對(duì)，界定出當(dāng)前運(yùn)行工序下存在的異常問題。電壓監(jiān)控電路是采用單片機(jī)裝置對(duì)供電終端的輸送電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，但在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，應(yīng)將處于監(jiān)測(cè)的電路系統(tǒng)與控制電路系統(tǒng)進(jìn)行分化隔離處置，以避免因?yàn)榫€性光耦問題所造成的監(jiān)測(cè)電壓值跳變現(xiàn)象。在對(duì)漏電監(jiān)控電路進(jìn)行設(shè)置時(shí)，考慮到系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中可能產(chǎn)生的漏電現(xiàn)象，則應(yīng)針對(duì)設(shè)備運(yùn)行模式中容易產(chǎn)生漏電的組件設(shè)計(jì)保護(hù)電路。

4.2 控制面板框架

微控制單元（MCU）作為數(shù)據(jù)集控中心，其通過相關(guān)控制功能的實(shí)現(xiàn)，確保各類炒茶工藝可以按照指令進(jìn)行逐步操控。在對(duì)此類系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到在當(dāng)前操控模式下呈現(xiàn)出各類屬性，進(jìn)一步界定出軟件程序的操控質(zhì)量，各類成本訴求等，達(dá)到節(jié)約成本的效用。本文采用控制單元為具有八位控制功能的是128L型號(hào)處理器，此類元件具有低能耗、傳輸效率快、讀寫速率高的優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)各類數(shù)據(jù)指令進(jìn)行定位分析，保證系統(tǒng)運(yùn)行的精準(zhǔn)性。

溫度控制器則是對(duì)炒茶機(jī)設(shè)備運(yùn)行中的溫度參數(shù)進(jìn)行采集，依據(jù)不同茶葉品種分析出當(dāng)前操控模式下，茶葉溫度控制量是否滿足茶葉本身的加工需求，進(jìn)一步強(qiáng)化茶葉物質(zhì)殺青工藝、揉捻工藝的銜接性。溫控裝置的實(shí)現(xiàn)，是利用傳感器裝置對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各類運(yùn)行模式進(jìn)行分析，待監(jiān)測(cè)溫度值達(dá)到相關(guān)操作基準(zhǔn)時(shí)，將由系統(tǒng)所呈現(xiàn)出的操控參數(shù)界定出與實(shí)際運(yùn)行模式相關(guān)聯(lián)的各類操控指令，進(jìn)一步規(guī)避因?yàn)閮?nèi)部溫度過高、過低所造成的茶葉加工質(zhì)量下降的問題。本文采用的傳感器裝置是PT000型號(hào)，此類傳感器是通過阻值變化實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的感應(yīng)。然后轉(zhuǎn)換為MCU 可讀取的數(shù)字信號(hào)，這樣在實(shí)際操控過程中，便可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)精度化操控，保證全自動(dòng)炒茶設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。濕度傳感器的應(yīng)用則是針對(duì)茶葉在制備過程中濕度狀態(tài)進(jìn)行分析，然后微控制單元通過對(duì)數(shù)據(jù)信息采集與分析，進(jìn)一步下達(dá)操控指令，保證茶葉炒制的持續(xù)性。例如，在生鍋過程中，應(yīng)確保茶葉含水量在75%～80%之間，在青鍋過程中，則需要茶葉含水量維系在55%～60%之間，進(jìn)而保證茶葉在加工狀態(tài)下的品質(zhì)。

5 全自動(dòng)炒茶機(jī)軟件設(shè)計(jì)

全自動(dòng)炒茶機(jī)軟件程序是保證系統(tǒng)各類功能實(shí)現(xiàn)的承載體，運(yùn)行程序如下，通電啟動(dòng)→系統(tǒng)初始化→設(shè)置參數(shù)→模式選擇→工作階段→讀取數(shù)據(jù)→采樣處理→溫度控制→濕度控制→傳感器采集→數(shù)據(jù)顯示。

通電啟動(dòng)→系統(tǒng)初始化→設(shè)置參數(shù)→模式選擇→學(xué)習(xí)階段→采樣→溫度控制→濕度控制→傳感器采集→鍵位處理→數(shù)據(jù)顯示→數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，各類模塊操作必須遵循特定的工序，保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可以按照程序指令，對(duì)終端部件進(jìn)行操作。針對(duì)不同茶葉炒制工藝呈現(xiàn)出的工序特點(diǎn)來看，為進(jìn)一步縮減系統(tǒng)運(yùn)行過程中因?yàn)楣ば蛉笔斐傻臅r(shí)間損耗問題，則需在終端顯示界面中全過程顯示出與設(shè)備運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的各類屬性信息。例如，狀態(tài)參數(shù)、溫度參數(shù)、濕度參數(shù)、茶種類、電路運(yùn)行的電壓、電流值，確保在持續(xù)性工作過程中，可通過顯示界面通過表格、二維圖等模式，顯示出系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

軟件系統(tǒng)在炒茶機(jī)設(shè)備運(yùn)行中的信息進(jìn)行采集時(shí)，程序?qū)崿F(xiàn)如下：

通過軟件實(shí)時(shí)掌握到系統(tǒng)所傳達(dá)的信息，可以確保各類炒茶功能的實(shí)現(xiàn)立足于系統(tǒng)基準(zhǔn)運(yùn)行體系之上，進(jìn)一步強(qiáng)化各類炒茶工藝的精準(zhǔn)性，提高茶葉制備品質(zhì)。

綜上所述，全自動(dòng)炒茶機(jī)設(shè)備的應(yīng)用，在一定程度上，加快我國茶葉市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，通過供需之間的有效對(duì)接，穩(wěn)固茶葉經(jīng)濟(jì)鏈。為此，技術(shù)人員必須加大技術(shù)研發(fā)力度，提高全自動(dòng)炒茶機(jī)設(shè)備的應(yīng)用性能，提高制備品質(zhì)。