綠茶制茶工藝及其物聯網技術應用分析

張新

摘要：制茶工藝是影響綠茶品質的一個關鍵因素，綠茶制作工藝的發展經歷了從手工化、機械化、自動化的發展歷程，隨著信息技術的發展，特別是物聯網技術的應用與推廣，綠茶制茶工藝進入了信息化、智能化新時期。論述了綠茶制茶工藝的相關內容，并以物聯網技術的視角來分析綠茶制茶過程中殺青、揉捻、干燥等環節的信息化技術應用，為綠茶制茶工藝的技術進步提供參考。

關鍵詞：綠茶；制茶工藝；物聯網技術；信息化與自動化

中圖分類號：S571.1 文獻標識碼：A 文章編號：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農業領域的重要支柱產業之一，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，其中綠茶無論其產量還是品質都名列前茅，綠茶生產與加工比較典型且成熟，綠茶制茶工藝對綠茶品質的影響至關重要。茶葉加工過程是理化結合的一個綜合性過程，它是利用茶葉中生物酶作用、濕熱化學反應、微生物作用等來促進茶葉中多種元素的變化，從而達到茶葉色、香、味具佳的高品質產品。中國是茶葉生產大國，但在茶葉生產和加工工藝上還不是強國，茶葉的制茶工藝在一個較長的時期以手工作坊式生產為主，隨著茶葉產量的增加和科學技術的進步，制茶工藝也得到了較快的發展，基本上從手工制茶全面進入了機械化和自動化的生產加工階段。當前，物聯網技術的興起與應用，給茶葉制茶工藝的發展增加了無限可能，本研究以綠茶作為研究對象來分析物聯網技術在綠茶制茶工藝中的應用，利用物聯網技術對茶葉制茶工藝的技術改造，推動制茶工藝向信息化、智能化的方向發展。

1 物聯網技術

1.1 物聯網概念與內涵

物聯網技術集計算機、通信與網絡、電子、自動控制等多學科多專業領域為一體，是一綜合性很強的新概念、新技術。物聯網簡單的說就是物物相連的互聯網，可以從兩個方面來理解：一是物聯網以國際互聯網為基礎，是互聯網的延伸和發展；二是從人與人之間發展到物品與物品之間，實現了物品與物品之間的通信與信息交換，也就是物物相聯。物聯網通過多樣化的感知設備（如傳感器、RFID電子標簽、定位系統等）， 獲取感知對象信息，以某種網絡的通信方式把感知信息實時可靠地傳輸到信息處理中心進行管理與存貯，最終經數據分析、挖掘和處理，結合行業應用對象，實現物與物的通信與控制管理。

1.2 物聯網體系與應用

物聯網應用系統一般可以用三層結構化模型來分析與認識。第一層就是感知層。感知層的主要任務是解決信息的獲取，涉及多種類型的感知設備，典型的設備有傳感器、定位終端、RFID標簽及各種智能設備，也包括為了現場信息傳輸匯聚的近距離傳輸網絡。第二層就是傳輸層也可叫網絡層。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絡做到實時可靠的傳送。第三層是應用層。這一層有時又可分管理層和行業應用層。把由傳輸層傳送的信息存儲到數據庫中，并進行一定的分析處理，這些數據采用數據挖掘、智能處理，最后結合具體應用，實現對相應目標的管理與控制。

目前，物聯網技術的應用已經成熟，特別是無線傳感網技術和RFID技術的應用更是滲透到了各行各業，如智能交通、智能物流、環境監測、智慧家居等。物聯網技術已成為傳統產業轉型升級和信息化改造的技術基礎和原動力。

2 綠茶制茶工藝

2.1 制茶工藝發展歷程

中國茶葉生產歷史悠久，制茶工藝發展也綿延流長。由于茶葉種植與加工地域大多處于山區半山區地帶，加上茶葉自身的特點，茶葉制茶工藝在相當長的時期主要以手工操作加工生產為主，在手工操作的過程中，制茶工匠師傅們積累了大量的實際操作經驗，對茶葉加工生產過程的環節和順序做出了很好的總結，這給制茶工藝機械化甚至信息化、智能化打下了良好基礎，當前茶葉加工主要還是以機械化加工生產為主，從20世紀90年代，在引進國外先進技術的基礎上，中國開展了茶葉加工自動化生產線的研究工作，取得了一定的成績，但由于受到技術的限制，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，綠茶是一種非發酵類茶，相比其他的制作工藝簡單。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個過程展開的。這4道工藝如何直接關系到最終的茶葉品質。攤青是制茶工藝第一步，也是殺青的基礎，主要解決新鮮茶葉在一定工況下，均勻地讓其水分適當揮發，讓嫩葉細胞張力減小、柔軟并具有一定的韌性，另外，也使葉細胞慢慢濃縮，增強了酶的活性，這些內含物的變化有利于提高綠茶品質的化學轉化。目前攤青的方式主要有自然攤青、架子式攤青、半機械式攤青和自動化攤青等。

殺青是綠茶工藝流程中最核心和關鍵的，在綠茶的品質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掉，從生化的角度就是要鈍化茶葉酶的活性，防止茶葉繼續被氧化的可能，并使其葉中的內含物發生一定的化學變化，從而形成綠茶的品質特征。外觀特征表現上，葉子沒有變紅但已變軟，為下一道揉捻做好準備。殺青的主要方式有鍋式殺青、滾筒式殺青、熱風式殺青、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，殺青葉經過攤涼后揉捻就稱作冷揉，反之不經攤涼而趁熱進行的揉捻就是熱揉。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、卷轉成條、體積縮小，且便于沖泡。同時，茶汁擠溢附著在葉表面，對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，它起到對茶葉整形做形，固定茶葉品質，發展茶香的作用，一般先經過烘干，然后再進行炒干，目前主要分為烘干、炒干和曬干3種形式。

3 綠茶制茶物聯網技術應用

3.1 無線傳感網技術

無線傳感網是物聯網技術的核心技術之一，它被廣泛應用于現場實時監測與控制。一般情況下，無線傳感網由以下部分組成：終端（包括感知、控制二類）節點、路由節點、協調器和上位機。若干個終端節點、路由節點和協調器利用ZIGBEE協議構成一個自組織網絡，協調器與上位機進行通信實現數據與控制信息交互。終端節點由傳感器（或控制器）、無線通信、MCU和電源等模塊組成，完成對外界對象進行實時物理量采集（或控制執行機構），并通過路由節點的轉發最終匯聚到協調器，其他節點如路由節點和協調器，其基本原理與終端節點類同，路由節點無感知模塊，主要完成數據和路由轉發，協調器是整個網絡的中心，具有更強的處理能力，對整個網絡進行控制與管理，如建立網絡等，并與上位機通信。

3.2 制茶自動化系統的總體架構

綠茶制茶自動化系統屬于典型的物聯網3層體系結構應用，感知層設在制茶生產車間，傳輸層采用WIFI無線寬帶網，應用層設在信息處理與管理中心。制茶生產車間組成一個無線傳感網，在制茶流水線中的攤青、殺青、揉捻、干燥4道主要加工環節，需要大量的實時數據進行采集，如溫度、濕度、時間、重量和圖像等，這些信息需要實時準確地上傳到信息處理中心的數據庫，經專家系統的評估與判斷后，實時反饋控制信息給前置在多種制茶加工機器中的控點節點，并控制執行器來調整加工機器的工況。傳輸層要完成生產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時準確傳輸。生產車間構成的無線傳感網具有一定的相對獨立性，若干個車間通過無線寬帶網絡組建成一個較大規模的制茶自動化系統。另外，為了保障茶葉的食品安全需建立視頻安全監控系統，它與加工過程視頻監控有機結合。整個自動化系統的核心是信息處理與管理中心。它是整個系統的大腦，要對大量信息存貯與處理，這些數據由茶葉加工專家系統來評估與判斷，產生控制數據來完成對加工機械的精準控制，做到茶葉生產的智能化管理。當然，系統具有大量管理功能，如遠程查詢和控制、報表生成與打印、大數據分析與挖掘等，總體架構如圖1所示。

3.3 數據采集與視頻監控

綠茶制茶自動化生產線運行的前提是對各臺茶葉加工機械多類參數的實時監測和反饋控制，因此，如何解決好現場數據的采集是關鍵問題。綠茶制茶工序主要包括攤青、殺青、揉捻、干燥，但實際加工設備相對比較多，一般情況會多達十臺以上，每臺加工設備需要監測的參數一般會多于4種以上，可設置1個傳感節點，采用多合一變送器來支持多臺傳感器，每臺加工設備還有若干個控制節點（以3個為例）來調節加工狀態， 因此，一條生產線至少會布設40個終端節點加1個協調器節點，由這41個節點組成自組織無線傳感網，所有的數據由協調器節點通過RS232接口與上位機通信，上位機經無線寬帶WIFI網絡上傳到信息處理與控制管理中心，實現茶葉加工機械的現場數據采集和反饋控制。

傳感器數據采集原理與方法大致相同，下面以滾筒式殺青機為例。滾筒殺青機采用天燃氣加熱，具有溫度易控、操作方便、連續作業等優點。滾筒殺青機所要采集參數主要有溫度、濕度、時間、重量、轉速和滾筒傾斜角等參數，相應的控制對象基本一致。傳感器模塊負責最原始數據的采集，如紅外測溫傳感器測量筒各段表面溫度，它由傳感器探頭、多合一變送器組成。多個傳感器的弱電信號經多合一變送器轉變成標準的電壓信號以備節點控制模塊采集，數據處理模塊將感知端子返回的電信號經過處理轉換成為節點控制模塊能夠處理的形式?？刂乒濣c接收信息處理與管理中心發送的控制參數，控制各執行機構來調節滾筒殺青機工況，如轉速等。另外，利用數字式攝像頭組成一個視頻監視子網絡，直接接入WIFI網絡，視頻圖象實時上傳到信息處與管理中心，實現對生產線和生產車間的安全監控。

3.4 信息處理與管理

制茶自動化生產線的核心是信息處理與管理中心的設計與應用。所有由生產車間獲得的信息都經寬帶網絡傳輸到了信息處理與管理中心（簡稱信息中心）的數據庫中存儲。信息中心的主要功能模塊為制茶專家系統模塊、信息收發與存儲模塊、數據分析、處理與查詢模塊、報表生成與打印模塊、遠程查詢與管理模塊和視頻監控管理模塊等。軟件模塊結構如圖2所示。其中的關鍵模塊為制茶專家系統模塊。大量的控制信息經專家系統對獲取的參數進行評估與判斷后實時產生，控制信息經寬帶網直接發送到無線傳感網上的控制節點，完成對制茶機械設備的精準控制。專家系統的知識庫至關重要，制茶工藝有其特殊性，制茶經驗特別重要，長期以來的手工化操作積累了豐富的經驗數據，而制茶過程的不少參數控制是需要長期跟蹤和分析，才能為專家系統的有效性提供了保證。信息中心可以采用多種方案設計，以關系數據庫如MSSQL2005作為數據庫管理平臺，C#語言作為開發語言，結合多種其他應用技術來實現信息處理與管理中心的基本功能。

4 小結

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，制茶工藝的發展經歷了從手工到信息化、智能化的發展過程，手工制茶歷史悠久，適合量少的優等茶葉生產，機械化和自動化生產更適合現在大批量的優質茶葉加工。隨著技術的進步，特別是物聯網技術的發展與應用，進一步推動制茶工藝朝精準控制、信息化管理方向發展，茶葉生產現代化必將為中國茶葉更好地走向世界服務。

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