茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用研究

趙明陽

（保山學(xué)院，云南保山678000）

茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用研究

趙明陽

（保山學(xué)院，云南保山678000）

就計(jì)算機(jī)而言，分門別類，多種多樣。本文所講的微型計(jì)算機(jī)也可簡稱為“微型機(jī)”或“微機(jī)”，因計(jì)算機(jī)擁有人類大腦的某部分功能，也可通俗地稱之為“微電腦”。微型電腦是一種體積較小的計(jì)算機(jī)，且仍由大規(guī)模的集成化電路構(gòu)成，同時(shí)基于微型處理器配置內(nèi)存儲元件、輸入輸出I/O端口和相關(guān)輔助電路等。微型計(jì)算機(jī)很大一部分設(shè)備集中組合于主機(jī)機(jī)箱內(nèi)，另外的外設(shè)設(shè)備也與機(jī)箱臨近并連接。本文則通過分析茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展歷程和以實(shí)例剖析茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用方法及發(fā)展趨勢。

茶葉領(lǐng)域；微型計(jì)算機(jī)；發(fā)展歷程；包裝存儲期

中國傳統(tǒng)茶文化博大精深，現(xiàn)代人越來越關(guān)注喝茶養(yǎng)生的生活方式。從新中國成立與改革開放以來，國民生活水平不斷提高，茶文化及茶葉產(chǎn)品推廣越來越廣泛，各類中國茗茶如普洱茶、信陽毛尖茶等正如“百花齊放”。隨著茶葉領(lǐng)域的不斷擴(kuò)寬，新一代計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入大勢所趨。下文通過預(yù)測茶葉包裝儲存期系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)實(shí)例說明，利用微型計(jì)算機(jī)的高速中央處理器以及第三方技術(shù)服務(wù)支持，以達(dá)到推廣微型計(jì)算機(jī)在茶葉領(lǐng)域中應(yīng)用的目的。

1 茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展歷程

在茶葉領(lǐng)域應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)歷經(jīng)幾十年的發(fā)展日趨成熟穩(wěn)健，且應(yīng)用范圍也越來越廣泛，從而進(jìn)一步推動(dòng)了其自身的發(fā)展，在此過程中大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：模擬信息時(shí)代、半數(shù)字信息時(shí)代和全數(shù)字化信息時(shí)代。

1.1 模擬時(shí)代

在上世紀(jì)九十年代之前，茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用發(fā)展沒多久，相關(guān)技術(shù)不夠成熟，大多采用模擬設(shè)備對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行模擬提取，稱為模擬信息時(shí)代。但是，因信息是通過電纜的形式進(jìn)行傳輸，傳輸距離有限，而且在有線傳輸時(shí)模擬監(jiān)控系統(tǒng)無法聯(lián)網(wǎng)，只能以節(jié)點(diǎn)對節(jié)點(diǎn)的形式連接現(xiàn)場，導(dǎo)致鋪線過程所耗費(fèi)的財(cái)力巨大，因而此種應(yīng)用的拓展性較差。

1.2 半數(shù)字時(shí)代

上世紀(jì)九十年代中期，多媒體技術(shù)逐漸得到了區(qū)域性廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)有了一次質(zhì)的飛躍。在信息采集與處理過程中計(jì)算機(jī)的能力得到了充分的發(fā)揮，計(jì)算機(jī)顯示器的高飛變綠對畫面的高質(zhì)量顯示提供了基礎(chǔ)，也迎來了半數(shù)字信息時(shí)代。由于受到當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的局限性，導(dǎo)致無法組建覆蓋面積較大的監(jiān)控系統(tǒng)，使其應(yīng)用推廣受到了一定的滯后。

1.3 數(shù)字時(shí)代

上世紀(jì)九十年代末，隨著信息處理技術(shù)的不斷革新，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)存儲容量數(shù)據(jù)的處理速度的不斷提升，促進(jìn)了茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用進(jìn)入一個(gè)全新的數(shù)字化信息時(shí)代。全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)主要依托于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)兼具對數(shù)字播出數(shù)據(jù)的壓縮處理存儲等功能，并融入了播出信息的行為分析結(jié)合異常處理，最重要實(shí)現(xiàn)一個(gè)全智能化的傳輸監(jiān)控系統(tǒng)，是監(jiān)控技術(shù)的一次革新。如今發(fā)達(dá)的網(wǎng)路技術(shù)，使跨區(qū)域，跨國際的傳輸監(jiān)控成為了可能，因此其發(fā)展和應(yīng)用的得到了大力的推進(jìn)。

2 茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用實(shí)例——預(yù)測茶葉包裝儲存期

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本方案所設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含了6個(gè)功能組塊：溫度采集模塊、儲存期采集模塊、微處理器模塊、LCD顯示模塊、報(bào)警模塊和無線通信模塊。每一個(gè)模塊都貢獻(xiàn)了自己的作用，組合起來就是一個(gè)比較完整的預(yù)測系統(tǒng)了。每個(gè)模塊的選用是：溫度傳感器采用了DS18B20器件，其輸出信號為數(shù)字信號，可以直接與微處理器連接，非常方便；儲存期采集模塊采用了MS1100-P111儲存期傳感器，其輸出量既可以輸出模擬量，也可以輸出數(shù)字量，如果選擇輸出量為模擬量就需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入，若是直接選擇數(shù)字信號輸出，那么就需要編寫相關(guān)的傳感器驅(qū)動(dòng)程序；微處理器模塊采用的是意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F103ZE-EK開發(fā)板，它是以STM32F103ZET6為核心的；LCD顯示模塊選用STM32F103ZE-EK開發(fā)板自帶的LCD顯示屏；報(bào)警模塊相對來說比較簡單，采用了一個(gè)LED和一個(gè)蜂鳴器，與開發(fā)板是通過GPIO相連接的；無線傳輸模塊采用的是ATK-SIM900A開發(fā)板，它與STM32F103ZET6之間是通過SPI接口進(jìn)行通信的。電源部分也就是開發(fā)板自帶的供電設(shè)備。調(diào)試部分分別提供了如串口、JTAG口、USB口、網(wǎng)口等四種接口可以對預(yù)測系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

茶葉包裝儲存期預(yù)測系統(tǒng)的軟件部分包括了部分硬件模塊的計(jì)算機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)程序、部分GPIO口的驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)以及基于Qtopia的預(yù)測系統(tǒng)的用戶界面程序設(shè)計(jì)，界面程序設(shè)計(jì)主要包括開機(jī)界面程序設(shè)計(jì)，顯示主界面設(shè)計(jì)以及設(shè)置界面的設(shè)計(jì)。

2.2 確定檢測途徑

茶葉包裝環(huán)境中擁有很多的危害人體健康的有害儲存期以及一些過期物，而茶葉包裝儲存期檢測主要是針對茶葉包裝甲醛儲存期的檢測。茶葉包裝儲存期檢測的方法有許多種，本文只是介紹其中主要的三種方法，在這三種檢測途徑中選擇一種最好的解決方法作為本課題的使用方法。三種檢測途徑分別如下：

第一，儲存期耗氧量法。這種方法是十分可靠地，也就是利用了茶葉包裝的一些有機(jī)物氧化的特點(diǎn)來進(jìn)行測量的，具體的檢測方法就是采集一定量的儲存期，然后對其進(jìn)行氧化測試，看這些儲存期的耗氧量有多少，最后通過得到的數(shù)據(jù)來推測茶葉包裝有害儲存期的濃度。

第二，化學(xué)分析方法。這種方法是比較繁雜的，就是使用了不同的儲存期可以用化學(xué)反應(yīng)來區(qū)分的特點(diǎn)。在茶葉包裝采集一定量的儲存期，對這些儲存期做化學(xué)實(shí)驗(yàn)，將會(huì)得到各種有害儲存期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)我們就可以分析每種儲存期在茶葉包裝的濃度。

第三，傳感器檢測法。這種檢測方法是最方便的，也是十分有效的。就是選擇市面上已經(jīng)有的各種儲存期傳感器，對儲存期可以直接感應(yīng)測量，將得到的數(shù)據(jù)傳送到處理器中處理，轉(zhuǎn)換成濃度方式顯示。儲存期傳感器的類型有四種：電阻型、電感型、電化學(xué)型和電容型這四種。對以上三種檢測方法的對比分析，本課題選用了傳感器的檢測方法，這種方法簡單易用，同時(shí)其檢測的數(shù)據(jù)也是十分有效的，相對于其它兩種方法，方便了許多，也給廣大的用戶提供了可行性的檢測方法。

2.3 選擇傳感器

我們確定了以儲存期傳感器檢測法作為主要途徑。本課題中主要以檢測甲醛為目標(biāo)，所以選用相關(guān)實(shí)用合理的甲醛儲存期傳感器。甲醛儲存期傳感器擁有許多的品種，有電化學(xué)型、電阻型、電容型以及電感型這四種類型。本文中儲存期傳感器采用的是電化學(xué)式傳感器。其檢測原理是：在茶葉包裝環(huán)境下，當(dāng)儲存期接觸傳感器后，會(huì)與傳感器里面的溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電壓信號，將電壓信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后就可以得到茶葉包裝相應(yīng)的儲存期濃度。這種類型的傳感器測量操作十分簡單，而且體積小巧，精度也不錯(cuò)，方便組合安裝，因此，在茶葉包裝的儲存期檢測應(yīng)用中相當(dāng)普遍。本課題選用MS1100-P111傳感器模塊。MS1100-P111傳感器模塊是一個(gè)集成的采集模塊，采集的信號可以直接得到輸出，這個(gè)模塊使用了MS1100探頭作為傳感器的核心探頭；它具有極其優(yōu)良的穩(wěn)定性和十分良好的靈敏度，可測量精度精確到了0.1ppm，相對于普通應(yīng)用來說，這個(gè)精度已經(jīng)夠用戶使用了，如果是在一些要求精度相當(dāng)高的情況下，就需要采用更高精度的儲存期傳感器了；此傳感器不但價(jià)格便宜，而且整體體積是非常小巧的，非常有利于減小整個(gè)系統(tǒng)的整體占用體積；最后這個(gè)傳感器還是十分利于用戶預(yù)測茶葉包裝的環(huán)境質(zhì)量的。

2.4 效果預(yù)測

應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的茶葉包裝儲存期預(yù)測系統(tǒng)是國內(nèi)性價(jià)比最高的一款儀器設(shè)備，具有非常強(qiáng)大的競爭力；使用時(shí)可以明顯知道，該預(yù)測系統(tǒng)預(yù)測茶葉儲存濃度的速度是非?？斓?，它所使用的儲存環(huán)境傳感器反應(yīng)十分靈敏，而且可以長時(shí)間使用；該預(yù)測系統(tǒng)在顯示方面，使用的是點(diǎn)陣顯示技術(shù)，支持兩種語言操作界面，中文和英文；該預(yù)測系統(tǒng)還具有報(bào)警的功能，采用的是聲光報(bào)警技術(shù)，由于茶葉儲存的特性，報(bào)警的閥值可以根據(jù)需要自主設(shè)置；還有就是該預(yù)測系統(tǒng)還可以存儲預(yù)測到的數(shù)據(jù)，還能保持最大的預(yù)測效果值。此種類型的預(yù)測系統(tǒng)可以對許多種物質(zhì)產(chǎn)生的茶葉儲存以及氨污染物進(jìn)行現(xiàn)場預(yù)測，在眾多場所都可以實(shí)時(shí)使用，其特點(diǎn)有：使用國家標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測方法，茶葉儲存使用酚試劑法，而氨則使用納氏試劑法；該儀器的預(yù)測速度說不上快，但是也不是那么慢，預(yù)測過程需要10-15min；該預(yù)測系統(tǒng)配備了大屏幕液晶來顯示測試結(jié)果，儀器內(nèi)部是使用單片機(jī)智能控制操作的，具有比較良好的人機(jī)交互界面，同時(shí)該預(yù)測系統(tǒng)還具有非常優(yōu)秀的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理功能，而且得到的測試數(shù)據(jù)還可以實(shí)時(shí)保存和記錄。

3 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)技術(shù)歷經(jīng)數(shù)十年的科研發(fā)展，不斷為其他領(lǐng)域帶來技術(shù)革新。高新技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和高度集成化產(chǎn)品研發(fā)不斷擴(kuò)寬發(fā)展途徑，也為茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)與保障。本文首先分析了我國茶葉領(lǐng)域微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的三個(gè)發(fā)展歷程，即模擬信息時(shí)代、半數(shù)字信息時(shí)代和全數(shù)字化信息時(shí)代。我們正處于全數(shù)字化信息時(shí)代，通過預(yù)測茶葉包裝儲存期系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)實(shí)例說明，利用微型計(jì)算機(jī)的高速中央處理器以及第三方技術(shù)服務(wù)支持，保證縮短系統(tǒng)研發(fā)與設(shè)計(jì)周期，并能顯著提高系統(tǒng)開發(fā)的便捷性，以此使得微型計(jì)算機(jī)在茶葉領(lǐng)域中的應(yīng)用得以廣泛推廣。

[1]王立聰.微電腦電磁茶爐可用于煮咖啡泡功夫茶[J].現(xiàn)代家電, 2012(12):54-54.

[2]黃宜豪.茶葉烘干溫度微機(jī)控制系統(tǒng)的研究[J].中國茶葉,2014(6): 34-35.

[3]計(jì)時(shí)鳴,王烈鑫,熊四昌.微機(jī)控制的智能化茶葉分揀系統(tǒng)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2014(10):21-22.

[4]茹立軍,馬兆麟,毛國祥.微電腦控制龍井茶炒制機(jī)的試制研究[J].杭州農(nóng)業(yè)科技,2011(5):22-24.

[5]陳偉民,向秋新,徐建軍.封閉式茶葉微機(jī)連續(xù)拼配系統(tǒng)[J].杭州農(nóng)業(yè)科技,2010(12):14-16.

趙明陽（1982-），男，回族，云南保山人，碩士研究生，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)。