自动晒茶平台系统设计与研究①

荣 莉， 刘 琼， 龚冬梅， 许文雷， 付理想

(皖西学院机械与车辆工程学院，安徽 六安 237001)

0 引 言

茶叶在我国具有悠久的饮用历史，在促进人体健康和增加国民收入方面中重要的地位[1]。目前，茶业经济和产业规模正在不断扩大，然而我国茶叶生产机械化水平低，加之近年来的农村劳动力紧缺，茶叶产业的发展受到了严重制约[2]。在现有的制茶工艺中，新摘下来的茶叶需要在阳光下摊晒，以除去茶叶中的水分，减少茶叶细胞中的水分含量，降低其活性并除去细胞膜的半透性，保证后续加工能正常充分地进行。现有的摊晒作业均由人工完成，将采摘下来的茶叶通过盛茶叶的容器移送至晒茶场、倾倒后，由工人使用耙子等简单工具将茶叶摊开进行晾晒。在茶叶晾晒的过程中需要人工将茶叶多次翻转，以便茶叶晾晒能够均匀，这样需要增加用工人数和工人的劳动强度，且工作效率极为低下，需要耗费大量时间、精力才能完成摊晒。

鉴于此，提出一种自动化程度高自动晒茶的设计方案，通过晒茶机构的翻晒实现晒茶的自动化。

1 自动晒茶平台结构设计

1.1 总体机构设计

自动晒茶平台机械结构如图1所示，主要由支撑立架、簸箕支撑架、翻茶机构、升降机构和行走轮组成。簸箕支撑架用来支撑晒茶簸箕;翻茶机构通过翻茶电机驱动翻茶耙转动，由耙齿对茶叶进行翻晒;升降机构采用绳牵引的方式，通过升降电机旋转牵引升降绳拖动滚轮，实现翻茶机构的上下移动；行走轮便于自动晒茶平台的运动。

自动晒茶平台使用过程如下：先将晒茶簸箕放置在簸箕支撑架上，开动升降电机，通过升降绳的作用将连杆向外拉伸，使翻茶机构向上移动，以便横架与耙齿之间有一定的距离，便于茶筛放置于横架上(除去最高层的导向横架，其它层均可以放置茶筛)。随后开动升降电机使翻茶机构降下，翻茶耙的耙齿插入茶叶中。在进行茶叶晾晒的过程中，翻茶电机隔一段时间旋转一次，通过翻茶耙使茶叶翻转，从而实现茶更加均匀的晾晒。

1.2 基于ADAMS的升降机构设计

如图2所示，升降机构包括升降电机、绕绳轮、牵引绳、滚轮和连杆；升降电机驱动饶绳轮正向和反向转动，使牵引绳伸缩，牵引绳的另外一端和滚轮轴连接，连杆两端与滚轮翻茶电机支撑架均通过轴承连接。当升降将牵引绳绕上绕线轮时，牵引绳被缩短，同时牵引绳拖动滚轮和连杆向外侧运动，使翻茶机构上升；同理，升降电机反向旋转，翻茶机构下降。

1.支撑立架、2.簸箕支撑架、3.翻茶机构、4.升降机构、5.行走轮

1.升降电机、2.饶绳轮、3.牵引绳、4.滚轮、5.连杆、

6.翻茶电机支撑架

图2 升降机构结构图

图3 ADAMS仿真结果：翻茶电机支撑架的位移时间曲线

为验证升降机构设计的合理性，现在在ADAMS中建立虚拟样机模型，在模型上添加相应的约束，给定翻茶电机支撑架的初始位置为原点，在升降电机上添旋转驱动，驱动函数为180d*SIN(pi*time)，时间为5s，得出翻茶电机支撑架的时间位移曲线， 如图3所示。由图可知，翻茶电机支撑架的高度随着升降电机的正反旋转而上升和下降，可以满足设计的需求。且采用绳牵引的方式的升降机构，使用一台电机可以控制多层、长距离的翻茶机构的升降，结构简单，控制方便。

图4 自动晒茶平台控制系统硬件系统框图

图5 自动晒茶平台控制系统软件系统框图

2 控制系统设计

2.1 硬件设计

晒茶平台控制系统硬件主要由STC15F408AD微控制器、NRF24L01+无线接收模块、直流减速电机组、电源组成。自动晒茶平台控制系统硬件系统框图如图4所示。

通过控制翻茶机构的翻茶电机转动的速度和方向实现晒茶均匀、全面。通过控制升降机构的升降电机的转动实现翻茶耙在z轴上的升降；每一层晒茶平台的控制结构和方式都是相同的。

2.2 程序设计

自动晒茶平台控制系统软件系统框图如图5所示，智能晒茶平台运行时，先对程序进行检测，程序有误时输出报警，程序无误时检测是否接收到遥感信号，若获取遥控指令为升降指令，则等待超声波传感器判断安全信号；当判断为安全时，表示可进行升降，升降电机工作指示灯亮，升降电机进行升降工作。若获取遥控指令为翻茶指令，则启动翻茶电机驱动翻茶耙进行翻茶运动，当翻茶时间达到设定值后停止翻茶，若未达到设定值则继续进行翻茶运动。

3 结 论

自动晒茶平台综合运用了机械设计、自动控制及传感器技术，实现了晒茶的机械化和自动化，为自动晒茶平台的产品开发提供了参考。设计了自动晒茶平台的控制系统，促进茶叶晾晒由人工晾晒向机械晾晒的过渡，降低了劳动力成本，解决了目前人工晾晒劳动强度大、效率低等问题，应用前景广阔，具有一定的市场竞争力，有利于茶叶产业的发展。