全自动炒茶机控制系统设计实践探析

2021-06-01

福建茶叶 2021年2期

（潍坊职业学院，山东潍坊 261041）

1 茶叶炒制历程

我国作为茶叶的起源地，最早起源可追溯到先秦时期，兴起于唐朝“茶道”时代。伴随着人们生活品质的不断提升下，对于茶叶种类、制备工艺等也呈现出一定的精细化，其也是我国茶艺文化的雏形。最早的茶叶制备分为采摘、烘蒸、揉捻、穿藏等工序，茶叶品质越高，整个制备工艺也更为复杂。传统茶叶一般是以手工作业为主，在炒茶、揉捻等工艺方面，将消耗大量的人工，这也导致高品质茶叶数量的稀少。直至清朝末期，在国外工业产业的引入下，以机械自动操控的茶叶制备工艺才流传到我国，在我国技术人员的不断优化与完善下，才将传统人工制备工艺完全复刻到机械制备体系上。但从实际应用效果来看，机械生产模式多以程序操控为主，其与人工制备模式相比，存在一定的硬性加工问题，即为在操控过程中，无法像传统人工可针对茶叶变化机理，实时改变操作工艺，实现柔性化加工。但伴随着人工智能技术、自动化技术的应用，全自动炒茶机通过搭载模糊控制理论、精密算法等，也可实现对自身参数信息的实时更改，制备出品质更高的茶叶。

2 炒茶机设备工作原理

炒茶机设备的研发与应用，是通过一体化操作替代传统人工操控模式，通过内部控制系统与终端操控部件的连接，结合相关指令的下达，可进一步分析出当前操控模式应当遵循的参数设定。全自动炒茶机的出现，极大减轻茶企人力资源的投入，为企业创收更多的经济利润。

从工作原理来看，全自动炒茶机必须具备上料、称重、杀青、揉捻、成品产出等一系列工序。炒茶机所搭载的机械结构包括传动轴、机身框架、炒锅、加热机构、输送机构、炒制机构等。设备在运行过程中，通过传送装置将茶叶输送到叶仓内，此自动化控制过程，避免人工填料所造成的安全问题。茶叶由叶仓输送到炒锅内，此过程茶油管将依据目前加工的茶叶量，设定相对应的转速参数，确保茶油可均有的传输到炒锅内。炒茶机内部的传感器装置则是针对茶叶所呈现出重量，确定出当前运行操控工序内重量参数是否超出现有的基准值，然后界定出接下来的茶叶添加量。在茶叶揉捻过程，则是针对茶叶本身所呈现出的湿度属性、重量属性、品类等，由系统参数的反馈，令主系统下达相对应的指令，确保茶叶炒工艺、压工艺的实现，精控茶叶结构，以实现自动化加工。

控制器作为全自动炒茶机设备重要的操控部件，其通过内部参数的下达，实现对炒茶工序的精度控制。但此工序在具体实现时，需要搭载电机设备，通过转速、转向、时间、频率等方面的控制，结合信息反馈系统，实现茶叶的自动化炒制与加工。对于电机装置来讲，由于全自动炒茶机属于多结构系统，每一道操控工序所呈现出操控属性具有差异性，这就需要不同种类的电机进行控制，然后通过电机之间的协调操作，实现对系统参数的有效控制。从功能层面来看，可分为主轴电机、升降电机、测控电机、油路控制电机等，在集控系统的操作下，实现对相关参数的整合，以真正强化实际操控质量。例如，升降电机是针对茶叶重量，分析出当前升降模式，确保相关操控功能的实现，可真正提高茶叶制备效率，满足原料供给的持续性需求。除此之外，电机与电机之间通过集成系统的控制，可将不同电机的工作状态进行整合，然后通过主系统针对目前参数变化状态进行整体调控，确保系统运行的完整性。

3 全自动炒茶机功能框架分析

全自动炒茶机主体功能框架，在供电终端系统的支撑下，为炒茶机设备提供持续性的电力输入，保证设备各类功能运行完整性。微控制单元是设备内部的中枢集成系统，通过指令的精准下达，保证各类终端指令操作可精准驱动设备组件，令设备完成茶叶制备工艺。其中电机防护装置，则是针对设备内部多类型的电机设备进行防护，避免设备在运行过程中，因为电机操作问题而产生设备整体的故障。电力监测装置则是针对系统在运行过程中产生的电流值、电压值等进行全过程监控，保证相关流向值在系统可允许的工作范畴之内，只有这样才可进一步强化系统本体的运行质量，从而对相应的电路系统起到基础防护作用。电压稳定装置是基于系统稳定运行的参数体系，其在实际运行过程中，则可通过对反馈信息进行采集，然后分析出不同操控模式下，电路所达到的运行状态是否能够契合到整个系统运行所标定的程序之中，进而强化系统的实际运行质量。温度、湿度控制单元与监测单元、茶油控制单元等，则是在微控制单元的数据反馈下，实现对数据信息的有效控制，此过程中呈现出的属性，可以真实反映出系统运行过程中茶叶物质的各类含量，进而通过程序来控制系统本体，实现工艺程序下的协调操控，提高茶叶制备的科学性。键位装置、显示装置则是针针对系统运行模式进行控制与操控显示，为工作人员提供数据支撑，满足系统的常规化运行。

4 全自动炒茶机硬件设计

4.1 电源框架

电源是保障全自动炒茶机装置运行的基础，电力供应稳定性直接决定着内部系统的运行质量，在对此类模块进行设计时，必须从多个方面分析出电力模块供应呈现出特性，以各个电力组件的用电负荷、频率等，正确分析出电力负荷的极限范围，进一步保证系统运行的稳定性。

首先，在电机保护方面。缺相是影响电机装置正常运行的关键点，一旦电机呈现出缺相运行，将造成内部磁场的不均衡运转，加大转子装置的点流量，产生发热问题，降低电机的额定负载能力，甚至可能因为震动频率过大造成电机设备组件破损的问题。为有效规避驱动电机在运行过程产生缺相问题，本文采用NE 型号的缺相保护装置，通过供给端电流负载值的增大，进一步提高系统自动控制的负载效果，提高系统运行质量。

其次，在电机控制方面。考虑到全自动炒茶机的智能化控制模式，需选用交流电机实时控制内部工作组件的运行及停止。只有这样，才可有效确保系统在运行过程中，相关指令的下达可精准作用到终端部件中，实现精度化、实时化操控。为此，在具体设计过程中，选用继电器装置、反向器电路装置作为内部系统功能化实现的重要载体，确保不同操控视域下，系统本身所呈现出的属性，可正确对应到内部程序中，满足内部逻辑性运转诉求。

最后，在电流、电压值监测方面。全自动炒茶机在具体运行过程中，受到不同操控模式的影响，内部电流值、电压值呈现出实时变动的模式，这就需要对系统运行中的各类数值进行监测，通过基准值与监测值之间的比对，界定出当前运行工序下存在的异常问题。电压监控电路是采用单片机装置对供电终端的输送电压进行监测与控制，但在实际监测中，应将处于监测的电路系统与控制电路系统进行分化隔离处置，以避免因为线性光耦问题所造成的监测电压值跳变现象。在对漏电监控电路进行设置时，考虑到系统在实际运行过程中可能产生的漏电现象，则应针对设备运行模式中容易产生漏电的组件设计保护电路。

4.2 控制面板框架

微控制单元（MCU）作为数据集控中心，其通过相关控制功能的实现，确保各类炒茶工艺可以按照指令进行逐步操控。在对此类系统进行设计时，必须考虑到在当前操控模式下呈现出各类属性，进一步界定出软件程序的操控质量，各类成本诉求等，达到节约成本的效用。本文采用控制单元为具有八位控制功能的是128L型号处理器，此类元件具有低能耗、传输效率快、读写速率高的优势，可以对各类数据指令进行定位分析，保证系统运行的精准性。

温度控制器则是对炒茶机设备运行中的温度参数进行采集，依据不同茶叶品种分析出当前操控模式下，茶叶温度控制量是否满足茶叶本身的加工需求，进一步强化茶叶物质杀青工艺、揉捻工艺的衔接性。温控装置的实现，是利用传感器装置对系统内各类运行模式进行分析，待监测温度值达到相关操作基准时，将由系统所呈现出的操控参数界定出与实际运行模式相关联的各类操控指令，进一步规避因为内部温度过高、过低所造成的茶叶加工质量下降的问题。本文采用的传感器装置是PT000型号，此类传感器是通过阻值变化实现对温度的感应。然后转换为MCU 可读取的数字信号，这样在实际操控过程中，便可进一步实现精度化操控，保证全自动炒茶设备的稳定运行。湿度传感器的应用则是针对茶叶在制备过程中湿度状态进行分析，然后微控制单元通过对数据信息采集与分析，进一步下达操控指令，保证茶叶炒制的持续性。例如，在生锅过程中，应确保茶叶含水量在75%～80%之间，在青锅过程中，则需要茶叶含水量维系在55%～60%之间，进而保证茶叶在加工状态下的品质。

5 全自动炒茶机软件设计

全自动炒茶机软件程序是保证系统各类功能实现的承载体，运行程序如下，通电启动→系统初始化→设置参数→模式选择→工作阶段→读取数据→采样处理→温度控制→湿度控制→传感器采集→数据显示。

通电启动→系统初始化→设置参数→模式选择→学习阶段→采样→温度控制→湿度控制→传感器采集→键位处理→数据显示→数据存储。

在实际运行过程中，各类模块操作必须遵循特定的工序，保证系统在运行过程中可以按照程序指令，对终端部件进行操作。针对不同茶叶炒制工艺呈现出的工序特点来看，为进一步缩减系统运行过程中因为工序缺失所造成的时间损耗问题，则需在终端显示界面中全过程显示出与设备运行相关联的各类属性信息。例如，状态参数、温度参数、湿度参数、茶种类、电路运行的电压、电流值，确保在持续性工作过程中，可通过显示界面通过表格、二维图等模式，显示出系统运行状态。

软件系统在炒茶机设备运行中的信息进行采集时，程序实现如下：