全自動炒茶機控制系統(tǒng)設計實踐探析

（濰坊職業(yè)學院，山東 濰坊 261041）

1 茶葉炒制歷程

我國作為茶葉的起源地，最早起源可追溯到先秦時期，興起于唐朝“茶道”時代。伴隨著人們生活品質的不斷提升下，對于茶葉種類、制備工藝等也呈現出一定的精細化，其也是我國茶藝文化的雛形。最早的茶葉制備分為采摘、烘蒸、揉捻、穿藏等工序，茶葉品質越高，整個制備工藝也更為復雜。傳統(tǒng)茶葉一般是以手工作業(yè)為主，在炒茶、揉捻等工藝方面，將消耗大量的人工，這也導致高品質茶葉數量的稀少。直至清朝末期，在國外工業(yè)產業(yè)的引入下，以機械自動操控的茶葉制備工藝才流傳到我國，在我國技術人員的不斷優(yōu)化與完善下，才將傳統(tǒng)人工制備工藝完全復刻到機械制備體系上。但從實際應用效果來看，機械生產模式多以程序操控為主，其與人工制備模式相比，存在一定的硬性加工問題，即為在操控過程中，無法像傳統(tǒng)人工可針對茶葉變化機理，實時改變操作工藝，實現柔性化加工。但伴隨著人工智能技術、自動化技術的應用，全自動炒茶機通過搭載模糊控制理論、精密算法等，也可實現對自身參數信息的實時更改，制備出品質更高的茶葉。

2 炒茶機設備工作原理

炒茶機設備的研發(fā)與應用，是通過一體化操作替代傳統(tǒng)人工操控模式，通過內部控制系統(tǒng)與終端操控部件的連接，結合相關指令的下達，可進一步分析出當前操控模式應當遵循的參數設定。全自動炒茶機的出現，極大減輕茶企人力資源的投入，為企業(yè)創(chuàng)收更多的經濟利潤。

從工作原理來看，全自動炒茶機必須具備上料、稱重、殺青、揉捻、成品產出等一系列工序。炒茶機所搭載的機械結構包括傳動軸、機身框架、炒鍋、加熱機構、輸送機構、炒制機構等。設備在運行過程中，通過傳送裝置將茶葉輸送到葉倉內，此自動化控制過程，避免人工填料所造成的安全問題。茶葉由葉倉輸送到炒鍋內，此過程茶油管將依據目前加工的茶葉量，設定相對應的轉速參數，確保茶油可均有的傳輸到炒鍋內。炒茶機內部的傳感器裝置則是針對茶葉所呈現出重量，確定出當前運行操控工序內重量參數是否超出現有的基準值，然后界定出接下來的茶葉添加量。在茶葉揉捻過程，則是針對茶葉本身所呈現出的濕度屬性、重量屬性、品類等，由系統(tǒng)參數的反饋，令主系統(tǒng)下達相對應的指令，確保茶葉炒工藝、壓工藝的實現，精控茶葉結構，以實現自動化加工。

控制器作為全自動炒茶機設備重要的操控部件，其通過內部參數的下達，實現對炒茶工序的精度控制。但此工序在具體實現時，需要搭載電機設備，通過轉速、轉向、時間、頻率等方面的控制，結合信息反饋系統(tǒng)，實現茶葉的自動化炒制與加工。對于電機裝置來講，由于全自動炒茶機屬于多結構系統(tǒng)，每一道操控工序所呈現出操控屬性具有差異性，這就需要不同種類的電機進行控制，然后通過電機之間的協(xié)調操作，實現對系統(tǒng)參數的有效控制。從功能層面來看，可分為主軸電機、升降電機、測控電機、油路控制電機等，在集控系統(tǒng)的操作下，實現對相關參數的整合，以真正強化實際操控質量。例如，升降電機是針對茶葉重量，分析出當前升降模式，確保相關操控功能的實現，可真正提高茶葉制備效率，滿足原料供給的持續(xù)性需求。除此之外，電機與電機之間通過集成系統(tǒng)的控制，可將不同電機的工作狀態(tài)進行整合，然后通過主系統(tǒng)針對目前參數變化狀態(tài)進行整體調控，確保系統(tǒng)運行的完整性。

3 全自動炒茶機功能框架分析

全自動炒茶機主體功能框架，在供電終端系統(tǒng)的支撐下，為炒茶機設備提供持續(xù)性的電力輸入，保證設備各類功能運行完整性。微控制單元是設備內部的中樞集成系統(tǒng)，通過指令的精準下達，保證各類終端指令操作可精準驅動設備組件，令設備完成茶葉制備工藝。其中電機防護裝置，則是針對設備內部多類型的電機設備進行防護，避免設備在運行過程中，因為電機操作問題而產生設備整體的故障。電力監(jiān)測裝置則是針對系統(tǒng)在運行過程中產生的電流值、電壓值等進行全過程監(jiān)控，保證相關流向值在系統(tǒng)可允許的工作范疇之內，只有這樣才可進一步強化系統(tǒng)本體的運行質量，從而對相應的電路系統(tǒng)起到基礎防護作用。電壓穩(wěn)定裝置是基于系統(tǒng)穩(wěn)定運行的參數體系，其在實際運行過程中，則可通過對反饋信息進行采集，然后分析出不同操控模式下，電路所達到的運行狀態(tài)是否能夠契合到整個系統(tǒng)運行所標定的程序之中，進而強化系統(tǒng)的實際運行質量。溫度、濕度控制單元與監(jiān)測單元、茶油控制單元等，則是在微控制單元的數據反饋下，實現對數據信息的有效控制，此過程中呈現出的屬性，可以真實反映出系統(tǒng)運行過程中茶葉物質的各類含量，進而通過程序來控制系統(tǒng)本體，實現工藝程序下的協(xié)調操控，提高茶葉制備的科學性。鍵位裝置、顯示裝置則是針針對系統(tǒng)運行模式進行控制與操控顯示，為工作人員提供數據支撐，滿足系統(tǒng)的常規(guī)化運行。

4 全自動炒茶機硬件設計

4.1 電源框架

電源是保障全自動炒茶機裝置運行的基礎，電力供應穩(wěn)定性直接決定著內部系統(tǒng)的運行質量，在對此類模塊進行設計時，必須從多個方面分析出電力模塊供應呈現出特性，以各個電力組件的用電負荷、頻率等，正確分析出電力負荷的極限范圍，進一步保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

首先，在電機保護方面。缺相是影響電機裝置正常運行的關鍵點，一旦電機呈現出缺相運行，將造成內部磁場的不均衡運轉，加大轉子裝置的點流量，產生發(fā)熱問題，降低電機的額定負載能力，甚至可能因為震動頻率過大造成電機設備組件破損的問題。為有效規(guī)避驅動電機在運行過程產生缺相問題，本文采用NE 型號的缺相保護裝置，通過供給端電流負載值的增大，進一步提高系統(tǒng)自動控制的負載效果，提高系統(tǒng)運行質量。

其次，在電機控制方面。考慮到全自動炒茶機的智能化控制模式，需選用交流電機實時控制內部工作組件的運行及停止。只有這樣，才可有效確保系統(tǒng)在運行過程中，相關指令的下達可精準作用到終端部件中，實現精度化、實時化操控。為此，在具體設計過程中，選用繼電器裝置、反向器電路裝置作為內部系統(tǒng)功能化實現的重要載體，確保不同操控視域下，系統(tǒng)本身所呈現出的屬性，可正確對應到內部程序中，滿足內部邏輯性運轉訴求。

最后，在電流、電壓值監(jiān)測方面。全自動炒茶機在具體運行過程中，受到不同操控模式的影響，內部電流值、電壓值呈現出實時變動的模式，這就需要對系統(tǒng)運行中的各類數值進行監(jiān)測，通過基準值與監(jiān)測值之間的比對，界定出當前運行工序下存在的異常問題。電壓監(jiān)控電路是采用單片機裝置對供電終端的輸送電壓進行監(jiān)測與控制，但在實際監(jiān)測中，應將處于監(jiān)測的電路系統(tǒng)與控制電路系統(tǒng)進行分化隔離處置，以避免因為線性光耦問題所造成的監(jiān)測電壓值跳變現象。在對漏電監(jiān)控電路進行設置時，考慮到系統(tǒng)在實際運行過程中可能產生的漏電現象，則應針對設備運行模式中容易產生漏電的組件設計保護電路。

4.2 控制面板框架

微控制單元（MCU）作為數據集控中心，其通過相關控制功能的實現，確保各類炒茶工藝可以按照指令進行逐步操控。在對此類系統(tǒng)進行設計時，必須考慮到在當前操控模式下呈現出各類屬性，進一步界定出軟件程序的操控質量，各類成本訴求等，達到節(jié)約成本的效用。本文采用控制單元為具有八位控制功能的是128L型號處理器，此類元件具有低能耗、傳輸效率快、讀寫速率高的優(yōu)勢，可以對各類數據指令進行定位分析，保證系統(tǒng)運行的精準性。

溫度控制器則是對炒茶機設備運行中的溫度參數進行采集，依據不同茶葉品種分析出當前操控模式下，茶葉溫度控制量是否滿足茶葉本身的加工需求，進一步強化茶葉物質殺青工藝、揉捻工藝的銜接性。溫控裝置的實現，是利用傳感器裝置對系統(tǒng)內各類運行模式進行分析，待監(jiān)測溫度值達到相關操作基準時，將由系統(tǒng)所呈現出的操控參數界定出與實際運行模式相關聯的各類操控指令，進一步規(guī)避因為內部溫度過高、過低所造成的茶葉加工質量下降的問題。本文采用的傳感器裝置是PT000型號，此類傳感器是通過阻值變化實現對溫度的感應。然后轉換為MCU 可讀取的數字信號，這樣在實際操控過程中，便可進一步實現精度化操控，保證全自動炒茶設備的穩(wěn)定運行。濕度傳感器的應用則是針對茶葉在制備過程中濕度狀態(tài)進行分析，然后微控制單元通過對數據信息采集與分析，進一步下達操控指令，保證茶葉炒制的持續(xù)性。例如，在生鍋過程中，應確保茶葉含水量在75%～80%之間，在青鍋過程中，則需要茶葉含水量維系在55%～60%之間，進而保證茶葉在加工狀態(tài)下的品質。

5 全自動炒茶機軟件設計

全自動炒茶機軟件程序是保證系統(tǒng)各類功能實現的承載體，運行程序如下，通電啟動→系統(tǒng)初始化→設置參數→模式選擇→工作階段→讀取數據→采樣處理→溫度控制→濕度控制→傳感器采集→數據顯示。

通電啟動→系統(tǒng)初始化→設置參數→模式選擇→學習階段→采樣→溫度控制→濕度控制→傳感器采集→鍵位處理→數據顯示→數據存儲。

在實際運行過程中，各類模塊操作必須遵循特定的工序，保證系統(tǒng)在運行過程中可以按照程序指令，對終端部件進行操作。針對不同茶葉炒制工藝呈現出的工序特點來看，為進一步縮減系統(tǒng)運行過程中因為工序缺失所造成的時間損耗問題，則需在終端顯示界面中全過程顯示出與設備運行相關聯的各類屬性信息。例如，狀態(tài)參數、溫度參數、濕度參數、茶種類、電路運行的電壓、電流值，確保在持續(xù)性工作過程中，可通過顯示界面通過表格、二維圖等模式，顯示出系統(tǒng)運行狀態(tài)。

軟件系統(tǒng)在炒茶機設備運行中的信息進行采集時，程序實現如下：

通過軟件實時掌握到系統(tǒng)所傳達的信息，可以確保各類炒茶功能的實現立足于系統(tǒng)基準運行體系之上，進一步強化各類炒茶工藝的精準性，提高茶葉制備品質。

綜上所述，全自動炒茶機設備的應用，在一定程度上，加快我國茶葉市場產業(yè)化的發(fā)展，通過供需之間的有效對接，穩(wěn)固茶葉經濟鏈。為此，技術人員必須加大技術研發(fā)力度，提高全自動炒茶機設備的應用性能，提高制備品質。