綠茶制茶工藝及其物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用分析

張新

摘要：制茶工藝是影響綠茶品質(zhì)的一個(gè)關(guān)鍵因素，綠茶制作工藝的發(fā)展經(jīng)歷了從手工化、機(jī)械化、自動(dòng)化的發(fā)展歷程，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與推廣，綠茶制茶工藝進(jìn)入了信息化、智能化新時(shí)期。論述了綠茶制茶工藝的相關(guān)內(nèi)容，并以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的視角來分析綠茶制茶過程中殺青、揉捻、干燥等環(huán)節(jié)的信息化技術(shù)應(yīng)用，為綠茶制茶工藝的技術(shù)進(jìn)步提供參考。

關(guān)鍵詞：綠茶；制茶工藝；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；信息化與自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：S571.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2018）03-0097-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.03.024

Abstract： Tea processing is one of the key factors affecting the quality of green tea. The development of green tea production process experienced the development process from manual mechanization and automation， with the development of information technology， especially the popularization and application of networking technology， green tea processing technology has entered the information， intelligent new period. The related contents of green tea produing tea process was discussed with the perspective of internet of things technology to analysed of the application of information technology green tea tea process fixing， rolling， drying etc. It could provide a reference for the technological progress of green tea.

Key words： green tea；tea making technology；Internet of things technology；information and automation

茶葉和可可、咖啡組成世界三大著名炊料，深受大眾喜愛。茶葉作為中國部分地區(qū)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，受到高度重視和廣大民眾的青睞，中國茶葉品種繁多，主要可分綠茶、紅茶、烏龍茶、黑茶、白茶、黃茶等六大類，其中綠茶無論其產(chǎn)量還是品質(zhì)都名列前茅，綠茶生產(chǎn)與加工比較典型且成熟，綠茶制茶工藝對(duì)綠茶品質(zhì)的影響至關(guān)重要。茶葉加工過程是理化結(jié)合的一個(gè)綜合性過程，它是利用茶葉中生物酶作用、濕熱化學(xué)反應(yīng)、微生物作用等來促進(jìn)茶葉中多種元素的變化，從而達(dá)到茶葉色、香、味具佳的高品質(zhì)產(chǎn)品。中國是茶葉生產(chǎn)大國，但在茶葉生產(chǎn)和加工工藝上還不是強(qiáng)國，茶葉的制茶工藝在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期以手工作坊式生產(chǎn)為主，隨著茶葉產(chǎn)量的增加和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，制茶工藝也得到了較快的發(fā)展，基本上從手工制茶全面進(jìn)入了機(jī)械化和自動(dòng)化的生產(chǎn)加工階段。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起與應(yīng)用，給茶葉制茶工藝的發(fā)展增加了無限可能，本研究以綠茶作為研究對(duì)象來分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在綠茶制茶工藝中的應(yīng)用，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)茶葉制茶工藝的技術(shù)改造，推動(dòng)制茶工藝向信息化、智能化的方向發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概念與內(nèi)涵

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集計(jì)算機(jī)、通信與網(wǎng)絡(luò)、電子、自動(dòng)控制等多學(xué)科多專業(yè)領(lǐng)域?yàn)橐惑w，是一綜合性很強(qiáng)的新概念、新技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)單的說就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，可以從兩個(gè)方面來理解：一是物聯(lián)網(wǎng)以國際互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和發(fā)展；二是從人與人之間發(fā)展到物品與物品之間，實(shí)現(xiàn)了物品與物品之間的通信與信息交換，也就是物物相聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)通過多樣化的感知設(shè)備（如傳感器、RFID電子標(biāo)簽、定位系統(tǒng)等）， 獲取感知對(duì)象信息，以某種網(wǎng)絡(luò)的通信方式把感知信息實(shí)時(shí)可靠地傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行倪M(jìn)行管理與存貯，最終經(jīng)數(shù)據(jù)分析、挖掘和處理，結(jié)合行業(yè)應(yīng)用對(duì)象，實(shí)現(xiàn)物與物的通信與控制管理。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)體系與應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)一般可以用三層結(jié)構(gòu)化模型來分析與認(rèn)識(shí)。第一層就是感知層。感知層的主要任務(wù)是解決信息的獲取，涉及多種類型的感知設(shè)備，典型的設(shè)備有傳感器、定位終端、RFID標(biāo)簽及各種智能設(shè)備，也包括為了現(xiàn)場(chǎng)信息傳輸匯聚的近距離傳輸網(wǎng)絡(luò)。第二層就是傳輸層也可叫網(wǎng)絡(luò)層。主要是多種形式的信息傳輸高速公路，把由感知層獲得的信息通過傳輸層提供的通信網(wǎng)絡(luò)做到實(shí)時(shí)可靠的傳送。第三層是應(yīng)用層。這一層有時(shí)又可分管理層和行業(yè)應(yīng)用層。把由傳輸層傳送的信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，并進(jìn)行一定的分析處理，這些數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)挖掘、智能處理，最后結(jié)合具體應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)目標(biāo)的管理與控制。

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成熟，特別是無線傳感網(wǎng)技術(shù)和RFID技術(shù)的應(yīng)用更是滲透到了各行各業(yè)，如智能交通、智能物流、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智慧家居等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和信息化改造的技術(shù)基礎(chǔ)和原動(dòng)力。

2 綠茶制茶工藝

2.1 制茶工藝發(fā)展歷程

中國茶葉生產(chǎn)歷史悠久，制茶工藝發(fā)展也綿延流長(zhǎng)。由于茶葉種植與加工地域大多處于山區(qū)半山區(qū)地帶，加上茶葉自身的特點(diǎn)，茶葉制茶工藝在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期主要以手工操作加工生產(chǎn)為主，在手工操作的過程中，制茶工匠師傅們積累了大量的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)茶葉加工生產(chǎn)過程的環(huán)節(jié)和順序做出了很好的總結(jié)，這給制茶工藝機(jī)械化甚至信息化、智能化打下了良好基礎(chǔ)，當(dāng)前茶葉加工主要還是以機(jī)械化加工生產(chǎn)為主，從20世紀(jì)90年代，在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，中國開展了茶葉加工自動(dòng)化生產(chǎn)線的研究工作，取得了一定的成績(jī)，但由于受到技術(shù)的限制，在信息化與智能化方面仍有一定的局限性。

2.2 制茶工藝分析

制茶工藝因茶葉種類不同有一定的差別，但總的方法是基本相同的，以綠茶制茶工藝為例，綠茶是一種非發(fā)酵類茶，相比其他的制作工藝簡(jiǎn)單。綠茶的制茶加工一般分成四大類：炒青、烘青、曬青和蒸青，它們的加工方法雖有不同，但其基本工序都是圍繞在攤青、殺青、揉捻、干燥4個(gè)過程展開的。這4道工藝如何直接關(guān)系到最終的茶葉品質(zhì)。攤青是制茶工藝第一步，也是殺青的基礎(chǔ)，主要解決新鮮茶葉在一定工況下，均勻地讓其水分適當(dāng)揮發(fā)，讓嫩葉細(xì)胞張力減小、柔軟并具有一定的韌性，另外，也使葉細(xì)胞慢慢濃縮，增強(qiáng)了酶的活性，這些內(nèi)含物的變化有利于提高綠茶品質(zhì)的化學(xué)轉(zhuǎn)化。目前攤青的方式主要有自然攤青、架子式攤青、半機(jī)械式攤青和自動(dòng)化攤青等。

殺青是綠茶工藝流程中最核心和關(guān)鍵的，在綠茶的品質(zhì)形成中起決定性作用。殺青的主要目的是通過合適的高溫讓茶葉本身的水分散發(fā)掉，從生化的角度就是要鈍化茶葉酶的活性，防止茶葉繼續(xù)被氧化的可能，并使其葉中的內(nèi)含物發(fā)生一定的化學(xué)變化，從而形成綠茶的品質(zhì)特征。外觀特征表現(xiàn)上，葉子沒有變紅但已變軟，為下一道揉捻做好準(zhǔn)備。殺青的主要方式有鍋式殺青、滾筒式殺青、熱風(fēng)式殺青、汽熱式殺青、槽式殺青等。

揉捻是綠茶塑造外形的一道重要工序，它分二類：冷揉與熱揉，殺青葉經(jīng)過攤涼后揉捻就稱作冷揉，反之不經(jīng)攤涼而趁熱進(jìn)行的揉捻就是熱揉。一般來說，嫩葉宜冷揉老葉宜熱揉。揉捻過程中，在外力的作用下，使葉片揉破變輕、卷轉(zhuǎn)成條、體積縮小，且便于沖泡。同時(shí)，茶汁擠溢附著在葉表面，對(duì)提高茶滋味濃度起到重要作用。

干燥是綠茶制茶的最后一道工序，它起到對(duì)茶葉整形做形，固定茶葉品質(zhì)，發(fā)展茶香的作用，一般先經(jīng)過烘干，然后再進(jìn)行炒干，目前主要分為烘干、炒干和曬干3種形式。

3 綠茶制茶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

3.1 無線傳感網(wǎng)技術(shù)

無線傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心技術(shù)之一，它被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。一般情況下，無線傳感網(wǎng)由以下部分組成：終端（包括感知、控制二類）節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器和上位機(jī)。若干個(gè)終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器利用ZIGBEE協(xié)議構(gòu)成一個(gè)自組織網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器與上位機(jī)進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與控制信息交互。終端節(jié)點(diǎn)由傳感器（或控制器）、無線通信、MCU和電源等模塊組成，完成對(duì)外界對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)物理量采集（或控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)），并通過路由節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)最終匯聚到協(xié)調(diào)器，其他節(jié)點(diǎn)如路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器，其基本原理與終端節(jié)點(diǎn)類同，路由節(jié)點(diǎn)無感知模塊，主要完成數(shù)據(jù)和路由轉(zhuǎn)發(fā)，協(xié)調(diào)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心，具有更強(qiáng)的處理能力，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制與管理，如建立網(wǎng)絡(luò)等，并與上位機(jī)通信。

3.2 制茶自動(dòng)化系統(tǒng)的總體架構(gòu)

綠茶制茶自動(dòng)化系統(tǒng)屬于典型的物聯(lián)網(wǎng)3層體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用，感知層設(shè)在制茶生產(chǎn)車間，傳輸層采用WIFI無線寬帶網(wǎng)，應(yīng)用層設(shè)在信息處理與管理中心。制茶生產(chǎn)車間組成一個(gè)無線傳感網(wǎng)，在制茶流水線中的攤青、殺青、揉捻、干燥4道主要加工環(huán)節(jié)，需要大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如溫度、濕度、時(shí)間、重量和圖像等，這些信息需要實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地上傳到信息處理中心的數(shù)據(jù)庫，經(jīng)專家系統(tǒng)的評(píng)估與判斷后，實(shí)時(shí)反饋控制信息給前置在多種制茶加工機(jī)器中的控點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，并控制執(zhí)行器來調(diào)整加工機(jī)器的工況。傳輸層要完成生產(chǎn)車間采集的信息和信息處理與管理中心的控制管理信息的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確傳輸。生產(chǎn)車間構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)具有一定的相對(duì)獨(dú)立性，若干個(gè)車間通過無線寬帶網(wǎng)絡(luò)組建成一個(gè)較大規(guī)模的制茶自動(dòng)化系統(tǒng)。另外，為了保障茶葉的食品安全需建立視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)，它與加工過程視頻監(jiān)控有機(jī)結(jié)合。整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心是信息處理與管理中心。它是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，要對(duì)大量信息存貯與處理，這些數(shù)據(jù)由茶葉加工專家系統(tǒng)來評(píng)估與判斷，產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)來完成對(duì)加工機(jī)械的精準(zhǔn)控制，做到茶葉生產(chǎn)的智能化管理。當(dāng)然，系統(tǒng)具有大量管理功能，如遠(yuǎn)程查詢和控制、報(bào)表生成與打印、大數(shù)據(jù)分析與挖掘等，總體架構(gòu)如圖1所示。

3.3 數(shù)據(jù)采集與視頻監(jiān)控

綠茶制茶自動(dòng)化生產(chǎn)線運(yùn)行的前提是對(duì)各臺(tái)茶葉加工機(jī)械多類參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋控制，因此，如何解決好現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集是關(guān)鍵問題。綠茶制茶工序主要包括攤青、殺青、揉捻、干燥，但實(shí)際加工設(shè)備相對(duì)比較多，一般情況會(huì)多達(dá)十臺(tái)以上，每臺(tái)加工設(shè)備需要監(jiān)測(cè)的參數(shù)一般會(huì)多于4種以上，可設(shè)置1個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)，采用多合一變送器來支持多臺(tái)傳感器，每臺(tái)加工設(shè)備還有若干個(gè)控制節(jié)點(diǎn)（以3個(gè)為例）來調(diào)節(jié)加工狀態(tài)， 因此，一條生產(chǎn)線至少會(huì)布設(shè)40個(gè)終端節(jié)點(diǎn)加1個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，由這41個(gè)節(jié)點(diǎn)組成自組織無線傳感網(wǎng)，所有的數(shù)據(jù)由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過RS232接口與上位機(jī)通信，上位機(jī)經(jīng)無線寬帶WIFI網(wǎng)絡(luò)上傳到信息處理與控制管理中心，實(shí)現(xiàn)茶葉加工機(jī)械的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和反饋控制。

傳感器數(shù)據(jù)采集原理與方法大致相同，下面以滾筒式殺青機(jī)為例。滾筒殺青機(jī)采用天燃?xì)饧訜幔哂袦囟纫卓?、操作方便、連續(xù)作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。滾筒殺青機(jī)所要采集參數(shù)主要有溫度、濕度、時(shí)間、重量、轉(zhuǎn)速和滾筒傾斜角等參數(shù)，相應(yīng)的控制對(duì)象基本一致。傳感器模塊負(fù)責(zé)最原始數(shù)據(jù)的采集，如紅外測(cè)溫傳感器測(cè)量筒各段表面溫度，它由傳感器探頭、多合一變送器組成。多個(gè)傳感器的弱電信號(hào)經(jīng)多合一變送器轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)以備節(jié)點(diǎn)控制模塊采集，數(shù)據(jù)處理模塊將感知端子返回的電信號(hào)經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成為節(jié)點(diǎn)控制模塊能夠處理的形式?？刂乒?jié)點(diǎn)接收信息處理與管理中心發(fā)送的控制參數(shù)，控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)滾筒殺青機(jī)工況，如轉(zhuǎn)速等。另外，利用數(shù)字式攝像頭組成一個(gè)視頻監(jiān)視子網(wǎng)絡(luò)，直接接入WIFI網(wǎng)絡(luò)，視頻圖象實(shí)時(shí)上傳到信息處與管理中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線和生產(chǎn)車間的安全監(jiān)控。

3.4 信息處理與管理

制茶自動(dòng)化生產(chǎn)線的核心是信息處理與管理中心的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。所有由生產(chǎn)車間獲得的信息都經(jīng)寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅诵畔⑻幚砼c管理中心（簡(jiǎn)稱信息中心）的數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)。信息中心的主要功能模塊為制茶專家系統(tǒng)模塊、信息收發(fā)與存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)分析、處理與查詢模塊、報(bào)表生成與打印模塊、遠(yuǎn)程查詢與管理模塊和視頻監(jiān)控管理模塊等。軟件模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中的關(guān)鍵模塊為制茶專家系統(tǒng)模塊。大量的控制信息經(jīng)專家系統(tǒng)對(duì)獲取的參數(shù)進(jìn)行評(píng)估與判斷后實(shí)時(shí)產(chǎn)生，控制信息經(jīng)寬帶網(wǎng)直接發(fā)送到無線傳感網(wǎng)上的控制節(jié)點(diǎn)，完成對(duì)制茶機(jī)械設(shè)備的精準(zhǔn)控制。專家系統(tǒng)的知識(shí)庫至關(guān)重要，制茶工藝有其特殊性，制茶經(jīng)驗(yàn)特別重要，長(zhǎng)期以來的手工化操作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而制茶過程的不少參數(shù)控制是需要長(zhǎng)期跟蹤和分析，才能為專家系統(tǒng)的有效性提供了保證。信息中心可以采用多種方案設(shè)計(jì)，以關(guān)系數(shù)據(jù)庫如MSSQL2005作為數(shù)據(jù)庫管理平臺(tái)，C#語言作為開發(fā)語言，結(jié)合多種其他應(yīng)用技術(shù)來實(shí)現(xiàn)信息處理與管理中心的基本功能。

4 小結(jié)

綠茶是中國的主要茶種，其制茶工藝具有一定的代表性，制茶工藝在一定程度上制約著茶葉的品質(zhì)，制茶工藝的發(fā)展經(jīng)歷了從手工到信息化、智能化的發(fā)展過程，手工制茶歷史悠久，適合量少的優(yōu)等茶葉生產(chǎn)，機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)更適合現(xiàn)在大批量的優(yōu)質(zhì)茶葉加工。隨著技術(shù)的進(jìn)步，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)制茶工藝朝精準(zhǔn)控制、信息化管理方向發(fā)展，茶葉生產(chǎn)現(xiàn)代化必將為中國茶葉更好地走向世界服務(wù)。

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