燃气茶叶杀青机温度控制系统研究

朱来发　范伟

[摘 要] 温度控制系统采用模块化设计，包含温度测量传感器和信号处理模块，实时监控茶叶杀青温度，温度传感器输出信号通过后续的信号处理与放大电路转化为模拟信号传递至控制系统。控制系统接收采集的温度数据，实时数字显示杀青温度，并根据使用者输入茶叶杀青温度，控制后续的执行，使得茶叶杀青温度保持在用户设定值。执行机构根据控制系统决策信号，驱动电磁阀门控制燃气流量大小，将杀青温度控制在250℃～280℃，可有效节约燃气及劳动力成本。此外，系统可根据用户设定的定时值，控制茶叶杀青加热时间，具备自动保护功能，人机界面友好。

[关键词] 杀青机；温度；控制；电磁阀

中图分类号：S226. 9 S126 文献标识码：A 文章编号：2095-5200（2014）05-015-03

[Abstract] In accordance with the demand of tea，the modular design was adopted in system，comprising a temperature measuring sensor and signal processing module to monitor Real-time temperature of tea water-removing. The output signal of temperature sensor was converted into analog signal through subsequent signal processing and amplification circuit，and transmitted to control system. The temperature data was received by control system，then real-time digital display of water-removing temperature could be achieved，and the temperature was maintained in the client settings according to customer keyboard input. In addition，the customers also could set the value of heating time. The system had automatic protection function，and with a friendly interface. The gas flow size could be controlled by a solenoid valves，according to decision Signal of control system，So that the water-removing temperature was controlled at 250 ℃ ～ 280 ℃，the gas and labor costs also could be conserved effectively.

[Key words] water-removing machine；temperature；control；solenoid valves

1 引言

茶叶杀青机的工作原理是通过加热装置对滚筒进行加热，当滚筒外壁温度达到杀青要求时，鲜叶从进料口被送入转动的滚筒体内，在不完全的封闭状态下直接经加热装置加热，使鲜叶温度迅速升高，并在螺旋导叶板的作用下，鲜叶一边翻动、一边向出料口方向移动，在此过程中，鲜叶内的水分不断被蒸发掉，酶的活性迅速被抑止，使青叶能够保持色泽翠绿，以达到杀青目的，最后从出料口排出，完成杀青作业。

采用滚筒式杀青机对茶叶进行杀青具有生产效率高、作业连续、操作方便、制茶品质好与台时产量高等特点，正确操作滚筒式杀青机可使成品茶色泽翠绿、香气四溢，滋味浓爽，不易产生焦叶现象。现有绿茶杀青的滚筒式连续杀青机自动化程度不高，对人的依赖较强，需要人工准确地把握好杀青的温度和时间，控制鲜叶的投叶量等具体工序。操作人员经验以及操作熟练程度等对茶叶杀青效果有较大影响，如操作不当，极易产生焦叶现象，严重影响茶叶品质。本研究设计及时准确反馈杀青机滚筒外壁温度等相关参数，然后有效控制杀青温度，提高茶叶杀青效果，提高茗优绿茶品质。

2 系统结构设计

茶叶杀青机的温度控制系统，主要包括单片机控制电路、12864液晶屏显示电路、湿度和温度信号采集处理电路、A/D、D/A转换电路、按键阵列电路和电磁阀驱动电路等。

首先通过三个温度传感器和一路湿度传感器对茶叶杀青机圆筒内的信号进行采集，通过与设定的温度和湿度值进行比较变化的大小，对加热时间和电磁阀开启的大小进行控制，以节约燃气。

三路温度信号的平均值和一路湿度信号通过采样处理电路后，经由A/D转化，将转化的数值显示在液晶显示屏上；按键阵列电路通过查看和设定温度、湿度以及加热时间的初值；电磁阀驱动电路是根据相关信号的数据对比，利用D/A转换的信号实现对电磁阀开关的大小进行控制，可分为多个不同的开关大小。

3 系统电路设计

3.1 传感器选择

在这个温控系统中，要求测温的精度高，同时能够最大的测温范围最大到300℃，综合考虑这些因素，选择RTD作为温度传感器。热电阻在环境温度为15～35℃，相对湿度不大于80%，试验电压为10～100V（直流）电极与外套管之间的绝缘电阻>100MΩ绝缘电阻：常温≥2000MΩ，高温（500℃）≥300MΩ。

温度传感器选择高精度PT100Φ4型，测量精度高±（0.15+0.002∣t︱） ℃，响应时间和绝缘电阻均能满足茶叶杀青系统温度测量的需要。

HTG3515CH湿度传感器测量范围为：5%～100%RH 工作温度：-40～110℃精度：±3%RH工作电压：5V DC输出信号：1.23V～3.53V线性电压输出外形尺寸：27×12×12（长×宽×高）mil详细说明：HTG3515采用HUMIREL专利湿敏电容/热敏电阻设计制造，温度特性好，工作温度范围在-40～110℃，量程：5%～100%RH；精度：±3%RH，高可靠性和长期稳定性，供电电压在4.75～5.25，标准为5V DC；线性电压输出：1.23V～3.53V。

虽然杀青机滚筒里面的温度很高，但是滚筒的鼓风口的温度是相对比较低。HS1100性能是比较理想，但是其工作温度是-40～100℃，温度越高越会影响其稳定性，所以湿度传感器是选择HTG3515CH。

3.2 电路设计

茶叶杀青机的温度控制系统，实施方式包含了单片机的控制作用以及液晶屏显示作用，利用单片机的P0端口作为12864液晶屏的显示部分，P1端口作为四路数据信号（三路温度和一路湿度传感器信号）的输入端，采用串行的A/D转换芯片，P2端口和P3端口的部分作为液晶屏的控制端口和A/D、D/A的控制信号输入端，P2端口的部分端口作为按键阵列的信号输入端，利用三个按键之间的不同功能以及关系作为两个端口的输入信号，实现了对端口的合理利用。系统电路图如图3所示。

4 系统程序设计

茶叶杀青温度控制设置270℃，测量10min，实验结果如表1及图5所示，可以看到温度控制基本稳定，温度波动误差控制在0.56%，满足茶叶杀青需要。

5 结论

茶叶杀青机温度控制系统，运用单片机控制技术和通信技术等，设计出的采用多种控制芯片和液晶屏器件的自动化控制系统。其主要优点在于：

（1）实现了系统的温度和湿度的综合控制，利用单片机高度的数据处理能力以及对信号数据分析的能力，以多个数据的综合分析来达到控制的精度。

（2）实现了电路设计的模块化原则，将单片机控制电路和液晶屏显示器件进行分离，可以实现数据的较长距离的传输，可以实现维护方便。

（3）将湿度传感器也加入到温控系统中，使用了串行的A/D和D/A芯片，可实现对多路温度、湿度信号的采集和处理，从而可以判断杀青的程度。

（4）采用多组按键组成的按键电路，可以实现对设定温度、湿度以及加热时间数值的更改，也可以实时观察数据信号，以免出现故障及时处理。

参 考 文 献

[1] 胡鸿滨.温度继电器温度特性的检测[J].机电元件，2003，9：46-48.

[2] 彭秀英，陈亚，罗艳蕾. 基于PLC控制的电加热滚筒杀青机温度控制系统[J].农机化研究，2011，4：186-189.

[3] 倪德江，封晓峰，陈玉琼，等. 进风式滚筒连续杀青机的研制[J].中国茶叶，2007，29（3）：304.

[4] 毛谦敏.单片机原理及应用系统设计[M].北京，国防工业出版社.2008：11-30.

[5] 江世明.基于Proteus的单片机应用技术[M]. 电子工业出版社.2009：181-195.

[6] Süleyman Yald?z，Faruk ?nsa?a.A dynamometer design for measurement the cutting forces on turning[J].Measurement.2006，1：80-89.

HTG3515CH湿度传感器测量范围为：5%～100%RH 工作温度：-40～110℃精度：±3%RH工作电压：5V DC输出信号：1.23V～3.53V线性电压输出外形尺寸：27×12×12（长×宽×高）mil详细说明：HTG3515采用HUMIREL专利湿敏电容/热敏电阻设计制造，温度特性好，工作温度范围在-40～110℃，量程：5%～100%RH；精度：±3%RH，高可靠性和长期稳定性，供电电压在4.75～5.25，标准为5V DC；线性电压输出：1.23V～3.53V。

虽然杀青机滚筒里面的温度很高，但是滚筒的鼓风口的温度是相对比较低。HS1100性能是比较理想，但是其工作温度是-40～100℃，温度越高越会影响其稳定性，所以湿度传感器是选择HTG3515CH。

3.2 电路设计

茶叶杀青机的温度控制系统，实施方式包含了单片机的控制作用以及液晶屏显示作用，利用单片机的P0端口作为12864液晶屏的显示部分，P1端口作为四路数据信号（三路温度和一路湿度传感器信号）的输入端，采用串行的A/D转换芯片，P2端口和P3端口的部分作为液晶屏的控制端口和A/D、D/A的控制信号输入端，P2端口的部分端口作为按键阵列的信号输入端，利用三个按键之间的不同功能以及关系作为两个端口的输入信号，实现了对端口的合理利用。系统电路图如图3所示。

4 系统程序设计

茶叶杀青温度控制设置270℃，测量10min，实验结果如表1及图5所示，可以看到温度控制基本稳定，温度波动误差控制在0.56%，满足茶叶杀青需要。

5 结论

茶叶杀青机温度控制系统，运用单片机控制技术和通信技术等，设计出的采用多种控制芯片和液晶屏器件的自动化控制系统。其主要优点在于：

（1）实现了系统的温度和湿度的综合控制，利用单片机高度的数据处理能力以及对信号数据分析的能力，以多个数据的综合分析来达到控制的精度。

（2）实现了电路设计的模块化原则，将单片机控制电路和液晶屏显示器件进行分离，可以实现数据的较长距离的传输，可以实现维护方便。

（3）将湿度传感器也加入到温控系统中，使用了串行的A/D和D/A芯片，可实现对多路温度、湿度信号的采集和处理，从而可以判断杀青的程度。

（4）采用多组按键组成的按键电路，可以实现对设定温度、湿度以及加热时间数值的更改，也可以实时观察数据信号，以免出现故障及时处理。

参 考 文 献

[1] 胡鸿滨.温度继电器温度特性的检测[J].机电元件，2003，9：46-48.

[2] 彭秀英，陈亚，罗艳蕾. 基于PLC控制的电加热滚筒杀青机温度控制系统[J].农机化研究，2011，4：186-189.

[3] 倪德江，封晓峰，陈玉琼，等. 进风式滚筒连续杀青机的研制[J].中国茶叶，2007，29（3）：304.

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[5] 江世明.基于Proteus的单片机应用技术[M]. 电子工业出版社.2009：181-195.

[6] Süleyman Yald?z，Faruk ?nsa?a.A dynamometer design for measurement the cutting forces on turning[J].Measurement.2006，1：80-89.

HTG3515CH湿度传感器测量范围为：5%～100%RH 工作温度：-40～110℃精度：±3%RH工作电压：5V DC输出信号：1.23V～3.53V线性电压输出外形尺寸：27×12×12（长×宽×高）mil详细说明：HTG3515采用HUMIREL专利湿敏电容/热敏电阻设计制造，温度特性好，工作温度范围在-40～110℃，量程：5%～100%RH；精度：±3%RH，高可靠性和长期稳定性，供电电压在4.75～5.25，标准为5V DC；线性电压输出：1.23V～3.53V。

虽然杀青机滚筒里面的温度很高，但是滚筒的鼓风口的温度是相对比较低。HS1100性能是比较理想，但是其工作温度是-40～100℃，温度越高越会影响其稳定性，所以湿度传感器是选择HTG3515CH。

3.2 电路设计

茶叶杀青机的温度控制系统，实施方式包含了单片机的控制作用以及液晶屏显示作用，利用单片机的P0端口作为12864液晶屏的显示部分，P1端口作为四路数据信号（三路温度和一路湿度传感器信号）的输入端，采用串行的A/D转换芯片，P2端口和P3端口的部分作为液晶屏的控制端口和A/D、D/A的控制信号输入端，P2端口的部分端口作为按键阵列的信号输入端，利用三个按键之间的不同功能以及关系作为两个端口的输入信号，实现了对端口的合理利用。系统电路图如图3所示。

4 系统程序设计

茶叶杀青温度控制设置270℃，测量10min，实验结果如表1及图5所示，可以看到温度控制基本稳定，温度波动误差控制在0.56%，满足茶叶杀青需要。

5 结论

茶叶杀青机温度控制系统，运用单片机控制技术和通信技术等，设计出的采用多种控制芯片和液晶屏器件的自动化控制系统。其主要优点在于：

（1）实现了系统的温度和湿度的综合控制，利用单片机高度的数据处理能力以及对信号数据分析的能力，以多个数据的综合分析来达到控制的精度。

（2）实现了电路设计的模块化原则，将单片机控制电路和液晶屏显示器件进行分离，可以实现数据的较长距离的传输，可以实现维护方便。

（3）将湿度传感器也加入到温控系统中，使用了串行的A/D和D/A芯片，可实现对多路温度、湿度信号的采集和处理，从而可以判断杀青的程度。

（4）采用多组按键组成的按键电路，可以实现对设定温度、湿度以及加热时间数值的更改，也可以实时观察数据信号，以免出现故障及时处理。

参 考 文 献

[1] 胡鸿滨.温度继电器温度特性的检测[J].机电元件，2003，9：46-48.

[2] 彭秀英，陈亚，罗艳蕾. 基于PLC控制的电加热滚筒杀青机温度控制系统[J].农机化研究，2011，4：186-189.

[3] 倪德江，封晓峰，陈玉琼，等. 进风式滚筒连续杀青机的研制[J].中国茶叶，2007，29（3）：304.

[4] 毛谦敏.单片机原理及应用系统设计[M].北京，国防工业出版社.2008：11-30.

[5] 江世明.基于Proteus的单片机应用技术[M]. 电子工业出版社.2009：181-195.

[6] Süleyman Yald?z，Faruk ?nsa?a.A dynamometer design for measurement the cutting forces on turning[J].Measurement.2006，1：80-89.