燃氣茶葉殺青機溫度控制系統研究

朱來發　范偉

[摘 要] 溫度控制系統采用模塊化設計，包含溫度測量傳感器和信號處理模塊，實時監控茶葉殺青溫度，溫度傳感器輸出信號通過后續的信號處理與放大電路轉化為模擬信號傳遞至控制系統。控制系統接收采集的溫度數據，實時數字顯示殺青溫度，并根據使用者輸入茶葉殺青溫度，控制后續的執行，使得茶葉殺青溫度保持在用戶設定值。執行機構根據控制系統決策信號，驅動電磁閥門控制燃氣流量大小，將殺青溫度控制在250℃～280℃，可有效節約燃氣及勞動力成本。此外，系統可根據用戶設定的定時值，控制茶葉殺青加熱時間，具備自動保護功能，人機界面友好。

[關鍵詞] 殺青機；溫度；控制；電磁閥

中圖分類號：S226. 9 S126 文獻標識碼：A 文章編號：2095-5200（2014）05-015-03

[Abstract] In accordance with the demand of tea，the modular design was adopted in system，comprising a temperature measuring sensor and signal processing module to monitor Real-time temperature of tea water-removing. The output signal of temperature sensor was converted into analog signal through subsequent signal processing and amplification circuit，and transmitted to control system. The temperature data was received by control system，then real-time digital display of water-removing temperature could be achieved，and the temperature was maintained in the client settings according to customer keyboard input. In addition，the customers also could set the value of heating time. The system had automatic protection function，and with a friendly interface. The gas flow size could be controlled by a solenoid valves，according to decision Signal of control system，So that the water-removing temperature was controlled at 250 ℃ ～ 280 ℃，the gas and labor costs also could be conserved effectively.

[Key words] water-removing machine；temperature；control；solenoid valves

1 引言

茶葉殺青機的工作原理是通過加熱裝置對滾筒進行加熱，當滾筒外壁溫度達到殺青要求時，鮮葉從進料口被送入轉動的滾筒體內，在不完全的封閉狀態下直接經加熱裝置加熱，使鮮葉溫度迅速升高，并在螺旋導葉板的作用下，鮮葉一邊翻動、一邊向出料口方向移動，在此過程中，鮮葉內的水分不斷被蒸發掉，酶的活性迅速被抑止，使青葉能夠保持色澤翠綠，以達到殺青目的，最后從出料口排出，完成殺青作業。

采用滾筒式殺青機對茶葉進行殺青具有生產效率高、作業連續、操作方便、制茶品質好與臺時產量高等特點，正確操作滾筒式殺青機可使成品茶色澤翠綠、香氣四溢，滋味濃爽，不易產生焦葉現象。現有綠茶殺青的滾筒式連續殺青機自動化程度不高，對人的依賴較強，需要人工準確地把握好殺青的溫度和時間，控制鮮葉的投葉量等具體工序。操作人員經驗以及操作熟練程度等對茶葉殺青效果有較大影響，如操作不當，極易產生焦葉現象，嚴重影響茶葉品質。本研究設計及時準確反饋殺青機滾筒外壁溫度等相關參數，然后有效控制殺青溫度，提高茶葉殺青效果，提高茗優綠茶品質。

2 系統結構設計

茶葉殺青機的溫度控制系統，主要包括單片機控制電路、12864液晶屏顯示電路、濕度和溫度信號采集處理電路、A/D、D/A轉換電路、按鍵陣列電路和電磁閥驅動電路等。

首先通過三個溫度傳感器和一路濕度傳感器對茶葉殺青機圓筒內的信號進行采集，通過與設定的溫度和濕度值進行比較變化的大小，對加熱時間和電磁閥開啟的大小進行控制，以節約燃氣。

三路溫度信號的平均值和一路濕度信號通過采樣處理電路后，經由A/D轉化，將轉化的數值顯示在液晶顯示屏上；按鍵陣列電路通過查看和設定溫度、濕度以及加熱時間的初值；電磁閥驅動電路是根據相關信號的數據對比，利用D/A轉換的信號實現對電磁閥開關的大小進行控制，可分為多個不同的開關大小。

3 系統電路設計

3.1 傳感器選擇

在這個溫控系統中，要求測溫的精度高，同時能夠最大的測溫范圍最大到300℃，綜合考慮這些因素，選擇RTD作為溫度傳感器。熱電阻在環境溫度為15～35℃，相對濕度不大于80%，試驗電壓為10～100V（直流）電極與外套管之間的絕緣電阻>100MΩ絕緣電阻：常溫≥2000MΩ，高溫（500℃）≥300MΩ。

溫度傳感器選擇高精度PT100Φ4型，測量精度高±（0.15+0.002∣t︱） ℃，響應時間和絕緣電阻均能滿足茶葉殺青系統溫度測量的需要。

HTG3515CH濕度傳感器測量范圍為：5%～100%RH 工作溫度：-40～110℃精度：±3%RH工作電壓：5V DC輸出信號：1.23V～3.53V線性電壓輸出外形尺寸：27×12×12（長×寬×高）mil詳細說明：HTG3515采用HUMIREL專利濕敏電容/熱敏電阻設計制造，溫度特性好，工作溫度范圍在-40～110℃，量程：5%～100%RH；精度：±3%RH，高可靠性和長期穩定性，供電電壓在4.75～5.25，標準為5V DC；線性電壓輸出：1.23V～3.53V。

雖然殺青機滾筒里面的溫度很高，但是滾筒的鼓風口的溫度是相對比較低。HS1100性能是比較理想，但是其工作溫度是-40～100℃，溫度越高越會影響其穩定性，所以濕度傳感器是選擇HTG3515CH。

3.2 電路設計

茶葉殺青機的溫度控制系統，實施方式包含了單片機的控制作用以及液晶屏顯示作用，利用單片機的P0端口作為12864液晶屏的顯示部分，P1端口作為四路數據信號（三路溫度和一路濕度傳感器信號）的輸入端，采用串行的A/D轉換芯片，P2端口和P3端口的部分作為液晶屏的控制端口和A/D、D/A的控制信號輸入端，P2端口的部分端口作為按鍵陣列的信號輸入端，利用三個按鍵之間的不同功能以及關系作為兩個端口的輸入信號，實現了對端口的合理利用。系統電路圖如圖3所示。

4 系統程序設計

茶葉殺青溫度控制設置270℃，測量10min，實驗結果如表1及圖5所示，可以看到溫度控制基本穩定，溫度波動誤差控制在0.56%，滿足茶葉殺青需要。

5 結論

茶葉殺青機溫度控制系統，運用單片機控制技術和通信技術等，設計出的采用多種控制芯片和液晶屏器件的自動化控制系統。其主要優點在于：

（1）實現了系統的溫度和濕度的綜合控制，利用單片機高度的數據處理能力以及對信號數據分析的能力，以多個數據的綜合分析來達到控制的精度。

（2）實現了電路設計的模塊化原則，將單片機控制電路和液晶屏顯示器件進行分離，可以實現數據的較長距離的傳輸，可以實現維護方便。

（3）將濕度傳感器也加入到溫控系統中，使用了串行的A/D和D/A芯片，可實現對多路溫度、濕度信號的采集和處理，從而可以判斷殺青的程度。

（4）采用多組按鍵組成的按鍵電路，可以實現對設定溫度、濕度以及加熱時間數值的更改，也可以實時觀察數據信號，以免出現故障及時處理。

參 考 文 獻

[1] 胡鴻濱.溫度繼電器溫度特性的檢測[J].機電元件，2003，9：46-48.

[2] 彭秀英，陳亞，羅艷蕾. 基于PLC控制的電加熱滾筒殺青機溫度控制系統[J].農機化研究，2011，4：186-189.

[3] 倪德江，封曉峰，陳玉瓊，等. 進風式滾筒連續殺青機的研制[J].中國茶葉，2007，29（3）：304.

[4] 毛謙敏.單片機原理及應用系統設計[M].北京，國防工業出版社.2008：11-30.

[5] 江世明.基于Proteus的單片機應用技術[M]. 電子工業出版社.2009：181-195.

[6] Süleyman Yald?z，Faruk ?nsa?a.A dynamometer design for measurement the cutting forces on turning[J].Measurement.2006，1：80-89.

HTG3515CH濕度傳感器測量范圍為：5%～100%RH 工作溫度：-40～110℃精度：±3%RH工作電壓：5V DC輸出信號：1.23V～3.53V線性電壓輸出外形尺寸：27×12×12（長×寬×高）mil詳細說明：HTG3515采用HUMIREL專利濕敏電容/熱敏電阻設計制造，溫度特性好，工作溫度范圍在-40～110℃，量程：5%～100%RH；精度：±3%RH，高可靠性和長期穩定性，供電電壓在4.75～5.25，標準為5V DC；線性電壓輸出：1.23V～3.53V。

雖然殺青機滾筒里面的溫度很高，但是滾筒的鼓風口的溫度是相對比較低。HS1100性能是比較理想，但是其工作溫度是-40～100℃，溫度越高越會影響其穩定性，所以濕度傳感器是選擇HTG3515CH。

3.2 電路設計

茶葉殺青機的溫度控制系統，實施方式包含了單片機的控制作用以及液晶屏顯示作用，利用單片機的P0端口作為12864液晶屏的顯示部分，P1端口作為四路數據信號（三路溫度和一路濕度傳感器信號）的輸入端，采用串行的A/D轉換芯片，P2端口和P3端口的部分作為液晶屏的控制端口和A/D、D/A的控制信號輸入端，P2端口的部分端口作為按鍵陣列的信號輸入端，利用三個按鍵之間的不同功能以及關系作為兩個端口的輸入信號，實現了對端口的合理利用。系統電路圖如圖3所示。

4 系統程序設計

茶葉殺青溫度控制設置270℃，測量10min，實驗結果如表1及圖5所示，可以看到溫度控制基本穩定，溫度波動誤差控制在0.56%，滿足茶葉殺青需要。

5 結論

茶葉殺青機溫度控制系統，運用單片機控制技術和通信技術等，設計出的采用多種控制芯片和液晶屏器件的自動化控制系統。其主要優點在于：

（1）實現了系統的溫度和濕度的綜合控制，利用單片機高度的數據處理能力以及對信號數據分析的能力，以多個數據的綜合分析來達到控制的精度。

（2）實現了電路設計的模塊化原則，將單片機控制電路和液晶屏顯示器件進行分離，可以實現數據的較長距離的傳輸，可以實現維護方便。

（3）將濕度傳感器也加入到溫控系統中，使用了串行的A/D和D/A芯片，可實現對多路溫度、濕度信號的采集和處理，從而可以判斷殺青的程度。

（4）采用多組按鍵組成的按鍵電路，可以實現對設定溫度、濕度以及加熱時間數值的更改，也可以實時觀察數據信號，以免出現故障及時處理。

參 考 文 獻

[1] 胡鴻濱.溫度繼電器溫度特性的檢測[J].機電元件，2003，9：46-48.

[2] 彭秀英，陳亞，羅艷蕾. 基于PLC控制的電加熱滾筒殺青機溫度控制系統[J].農機化研究，2011，4：186-189.

[3] 倪德江，封曉峰，陳玉瓊，等. 進風式滾筒連續殺青機的研制[J].中國茶葉，2007，29（3）：304.

[4] 毛謙敏.單片機原理及應用系統設計[M].北京，國防工業出版社.2008：11-30.

[5] 江世明.基于Proteus的單片機應用技術[M]. 電子工業出版社.2009：181-195.

[6] Süleyman Yald?z，Faruk ?nsa?a.A dynamometer design for measurement the cutting forces on turning[J].Measurement.2006，1：80-89.

HTG3515CH濕度傳感器測量范圍為：5%～100%RH 工作溫度：-40～110℃精度：±3%RH工作電壓：5V DC輸出信號：1.23V～3.53V線性電壓輸出外形尺寸：27×12×12（長×寬×高）mil詳細說明：HTG3515采用HUMIREL專利濕敏電容/熱敏電阻設計制造，溫度特性好，工作溫度范圍在-40～110℃，量程：5%～100%RH；精度：±3%RH，高可靠性和長期穩定性，供電電壓在4.75～5.25，標準為5V DC；線性電壓輸出：1.23V～3.53V。

雖然殺青機滾筒里面的溫度很高，但是滾筒的鼓風口的溫度是相對比較低。HS1100性能是比較理想，但是其工作溫度是-40～100℃，溫度越高越會影響其穩定性，所以濕度傳感器是選擇HTG3515CH。

3.2 電路設計

茶葉殺青機的溫度控制系統，實施方式包含了單片機的控制作用以及液晶屏顯示作用，利用單片機的P0端口作為12864液晶屏的顯示部分，P1端口作為四路數據信號（三路溫度和一路濕度傳感器信號）的輸入端，采用串行的A/D轉換芯片，P2端口和P3端口的部分作為液晶屏的控制端口和A/D、D/A的控制信號輸入端，P2端口的部分端口作為按鍵陣列的信號輸入端，利用三個按鍵之間的不同功能以及關系作為兩個端口的輸入信號，實現了對端口的合理利用。系統電路圖如圖3所示。

4 系統程序設計

茶葉殺青溫度控制設置270℃，測量10min，實驗結果如表1及圖5所示，可以看到溫度控制基本穩定，溫度波動誤差控制在0.56%，滿足茶葉殺青需要。

5 結論

茶葉殺青機溫度控制系統，運用單片機控制技術和通信技術等，設計出的采用多種控制芯片和液晶屏器件的自動化控制系統。其主要優點在于：

（1）實現了系統的溫度和濕度的綜合控制，利用單片機高度的數據處理能力以及對信號數據分析的能力，以多個數據的綜合分析來達到控制的精度。

（2）實現了電路設計的模塊化原則，將單片機控制電路和液晶屏顯示器件進行分離，可以實現數據的較長距離的傳輸，可以實現維護方便。

（3）將濕度傳感器也加入到溫控系統中，使用了串行的A/D和D/A芯片，可實現對多路溫度、濕度信號的采集和處理，從而可以判斷殺青的程度。

（4）采用多組按鍵組成的按鍵電路，可以實現對設定溫度、濕度以及加熱時間數值的更改，也可以實時觀察數據信號，以免出現故障及時處理。

參 考 文 獻

[1] 胡鴻濱.溫度繼電器溫度特性的檢測[J].機電元件，2003，9：46-48.

[2] 彭秀英，陳亞，羅艷蕾. 基于PLC控制的電加熱滾筒殺青機溫度控制系統[J].農機化研究，2011，4：186-189.

[3] 倪德江，封曉峰，陳玉瓊，等. 進風式滾筒連續殺青機的研制[J].中國茶葉，2007，29（3）：304.

[4] 毛謙敏.單片機原理及應用系統設計[M].北京，國防工業出版社.2008：11-30.

[5] 江世明.基于Proteus的單片機應用技術[M]. 電子工業出版社.2009：181-195.

[6] Süleyman Yald?z，Faruk ?nsa?a.A dynamometer design for measurement the cutting forces on turning[J].Measurement.2006，1：80-89.