本發(fā)明屬于茶葉加工，尤其涉及一種利川紅智能萎凋機(jī)及其數(shù)字化萎凋方法。

背景技術(shù)：

1、利川紅，分布于湖北省恩施州利川市，利川紅屬于全發(fā)酵茶，因其獨(dú)特的發(fā)酵工序讓茶葉在水熱作用下進(jìn)行非酶性的自動(dòng)氧化，呈現(xiàn)外形條索緊結(jié)勻直，色澤烏潤(rùn)，毫尖金黃，內(nèi)質(zhì)湯色葉底紅亮，香氣馥郁，滋味甜醇的特點(diǎn)，具有抗癌、抗菌、抗氧化等功能，因此近年來(lái)銷量越來(lái)越好。

2、萎凋是利川紅加工的第一道工序，是通過(guò)將采摘的鮮葉進(jìn)行攤放，讓茶葉散失青氣，降低其含水率，細(xì)胞液濃縮，蛋白質(zhì)的理化特性改變，使酶由結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)，氧化酶、水解酶等酶活性增強(qiáng)，大分子物質(zhì)開(kāi)始水解生成簡(jiǎn)單物質(zhì)的過(guò)程，為茶葉滋味物質(zhì)、芳香物質(zhì)、呈色物質(zhì)的形成奠定基礎(chǔ)。目前市場(chǎng)上的萎凋設(shè)備有槽體式和多層循環(huán)輸送式萎凋機(jī)，由于槽體式萎凋設(shè)備在茶葉在萎凋過(guò)程中容易造成鮮葉萎凋程度沿槽長(zhǎng)度、寬度、厚度方向上的不均勻，芽葉多部位間的不均勻，并且需要人工翻頁(yè)。多層循環(huán)輸送式萎凋機(jī)設(shè)備空間大，茶葉萎凋工序溫濕度不易控制，茶葉在不斷循環(huán)輸送的過(guò)程容易造成萎凋過(guò)程損傷，并且設(shè)備體積大，不適合小批量生產(chǎn)。除此之外，生產(chǎn)上萎凋程度的判斷主要還是依靠人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，具有一定的主觀性，而含水率作為評(píng)價(jià)萎凋程度的重要指標(biāo)，研究表明，萎凋結(jié)束含水率在58％左右時(shí)加工的利川紅的質(zhì)量更好。伴隨人口老齡化加劇，農(nóng)村勞動(dòng)力的不斷減少，人口資源難題凸顯，針對(duì)目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)萎凋工序，勞動(dòng)強(qiáng)度大，萎凋均勻性低，翻葉困難等問(wèn)題，急需研制一種智能萎凋槽及萎凋方法，解決我國(guó)利川紅茶加工的難題，同時(shí)提高我國(guó)茶葉的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種利川紅智能萎凋機(jī)及數(shù)字化萎凋方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種利川紅智能萎凋機(jī)，包括萎凋槽體、熱泵單元、熱風(fēng)單元、振動(dòng)翻葉機(jī)構(gòu)、可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)、含水率在線檢測(cè)裝置、主控系統(tǒng)。

4、萎凋槽體包括機(jī)箱、風(fēng)道、不銹鋼網(wǎng)、萎凋作業(yè)區(qū)域、黃色燈管。所述機(jī)架從上至下分三層，上層為萎凋作業(yè)區(qū)域，中層的上半部分為振動(dòng)翻葉機(jī)構(gòu)、下半部分為可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)，下層的頂部設(shè)有黃色燈管形成的陣列。機(jī)箱內(nèi)，萎凋作業(yè)區(qū)域包括輸送槽，萎凋作業(yè)區(qū)域的四個(gè)側(cè)壁上設(shè)有黃光燈管形成的陣列、底端為固定連接在機(jī)箱上的不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)上固定安裝兩個(gè)溫濕度傳感器，不銹鋼網(wǎng)的上方空間為輸送槽，在上層的中間位置設(shè)有熱風(fēng)主管道、熱風(fēng)分管道，上層頂端的四個(gè)轉(zhuǎn)角處即機(jī)箱內(nèi)頂端的四個(gè)轉(zhuǎn)角處各設(shè)有一個(gè)攝像機(jī)。下層中，黃色燈管的兩端通過(guò)支架固定在機(jī)箱上，黃色燈管呈線性等距分布。機(jī)箱頂面為固定蓋和移動(dòng)蓋。其中，不銹鋼網(wǎng)用于攤放茶葉，不銹鋼網(wǎng)上方側(cè)壁上安裝的黃色燈管和下層中安裝的黃色燈管提供黃光輻照；熱風(fēng)單元和熱泵單元分別從茶葉的上部和下部進(jìn)行萎凋。

5、黃光萎凋有利于茶葉中氨基酸含量的提高和醛類物質(zhì)的形成，顯著提升茶葉香氣；不銹鋼網(wǎng)上的溫濕度傳感器用于測(cè)量上層萎凋作業(yè)區(qū)域的溫度與濕度，合適的溫度與濕度能夠有利于茶葉內(nèi)含物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，從而提升茶葉品質(zhì)。

6、含水率在線檢測(cè)裝置包括重量傳感器、快速水分檢測(cè)儀、攝像機(jī)。所述重量傳感器安裝在整個(gè)萎凋槽體的機(jī)箱的下方；4個(gè)攝像機(jī)分別安裝在萎凋槽體機(jī)箱內(nèi)頂端的四個(gè)轉(zhuǎn)角處，通過(guò)支架固定在機(jī)架上，呈對(duì)角線分布；快速水分檢測(cè)儀用于獲取茶葉的初始含水率；重量傳感器用于獲取茶葉萎凋過(guò)程中茶葉的實(shí)時(shí)重量，根據(jù)茶葉實(shí)時(shí)重量以及初始含水率獲取萎凋過(guò)程中茶葉實(shí)時(shí)的總體平均含水率。

7、主控系統(tǒng)包括控制箱，用于萎凋過(guò)程的數(shù)字控制，判斷萎凋過(guò)程中茶葉的實(shí)時(shí)總體平均含水率是否達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)含水率；控制箱內(nèi)置主控板，主控板包括含水率監(jiān)測(cè)單元，含水率監(jiān)測(cè)單元用于判斷不同攝像機(jī)拍攝的照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率差異程度，以及，判斷照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率與基于重量傳感器測(cè)定重量計(jì)算得到的所述總體平均含水率的差異程度。

8、優(yōu)選地，如圖12，熱泵單元包括蒸發(fā)器、氣液分離機(jī)、壓縮機(jī)、冷凝器、循環(huán)風(fēng)機(jī)ⅰ、排濕風(fēng)機(jī)ⅰ。熱泵單元位于萎凋槽體的左側(cè)，在熱泵單元和萎凋槽體之間的下部形成有連通兩者的風(fēng)道，在風(fēng)道的萎凋槽體一側(cè)安裝循環(huán)風(fēng)機(jī)ⅱ，排濕風(fēng)機(jī)ⅱ安裝在萎凋槽體正前方右上角。熱泵單元從周圍環(huán)境中吸取熱量，輸出熱風(fēng)，熱風(fēng)進(jìn)入風(fēng)道，通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)ⅱ將風(fēng)道中的熱風(fēng)送入機(jī)箱的下層，然后熱風(fēng)上升穿過(guò)不銹鋼網(wǎng)對(duì)其內(nèi)茶葉的下部進(jìn)行萎凋。熱泵單元將從周圍環(huán)境中吸取的熱量用于不銹鋼網(wǎng)上茶葉的凋萎，可以節(jié)省能源，同時(shí)降低co2等污染物的排放量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果。

9、優(yōu)選地，熱風(fēng)單元包括熱風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)主管道、熱風(fēng)分管道。熱風(fēng)機(jī)安裝在機(jī)箱和熱泵單元之間的支架上，熱風(fēng)機(jī)的出口與熱風(fēng)主管道的進(jìn)口相連接，所述熱風(fēng)主管道上等距連接有熱風(fēng)分管道，所述熱風(fēng)分管道上均勻開(kāi)設(shè)直徑1cm的小孔，所述熱風(fēng)主管道安裝在不銹鋼網(wǎng)上方，通過(guò)支架固定在機(jī)箱上。熱風(fēng)單元用于輸送熱風(fēng)，從不銹鋼網(wǎng)上茶葉的上方對(duì)茶葉進(jìn)行萎凋。

10、現(xiàn)有的萎凋槽體都是下方通風(fēng)加熱，容易造成萎凋過(guò)程上部茶葉與下部茶葉不均的現(xiàn)象，本發(fā)明采用熱風(fēng)單元和熱泵單元分別從茶葉的上部和下部進(jìn)行萎凋，能夠顯著提升茶葉萎凋質(zhì)量，促進(jìn)茶葉內(nèi)部物質(zhì)轉(zhuǎn)化更加均勻。

11、優(yōu)選地，振動(dòng)翻葉機(jī)構(gòu)包括激振電機(jī)、振動(dòng)彈簧，四個(gè)振動(dòng)彈簧分別位于不銹鋼網(wǎng)四個(gè)轉(zhuǎn)角的下方，激振電機(jī)位于每?jī)蓚€(gè)彈簧之間的中間位置；振動(dòng)翻葉機(jī)構(gòu)使不銹鋼網(wǎng)中茶葉分散更均勻，從而萎凋更均勻。

12、優(yōu)選地，可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)包括軸套ⅰ、直角升降器、傳動(dòng)軸、減速電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸承ⅰ、滑塊、導(dǎo)軌、支座、軸套ⅱ、轉(zhuǎn)動(dòng)軸承ⅱ?？烧{(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)位于振動(dòng)翻葉機(jī)構(gòu)下方，可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)的左側(cè)為兩個(gè)直角升降器、右側(cè)為兩個(gè)支座，兩個(gè)直角升降器、兩個(gè)支座分別對(duì)應(yīng)處于一個(gè)振動(dòng)彈簧的下方；直角升降器的底端安裝在機(jī)箱中層的框架一側(cè)底端的轉(zhuǎn)角上，頂端為連接軸套ⅰ的升降端，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承ⅰ一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與軸套ⅰ相連、另一端與滑塊連接，滑塊與導(dǎo)軌連接，導(dǎo)軌安裝在振動(dòng)彈簧的下方；支座的底端安裝在機(jī)箱中層的框架另一側(cè)底端的轉(zhuǎn)角上，支座的頂端安裝軸套ⅱ，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承ⅱ一端通過(guò)連接軸與軸套ⅱ相連、另一端安裝在振動(dòng)彈簧的下方；減速電機(jī)安裝在兩個(gè)直角升降器之間的中間，通過(guò)傳動(dòng)軸與直角升降器相連。不同茶葉的流動(dòng)特性不同，上葉輸送機(jī)構(gòu)將茶葉輸送至不銹鋼網(wǎng)上，然后關(guān)閉移動(dòng)蓋，通過(guò)可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)將不銹鋼網(wǎng)傾斜5°、同時(shí)啟動(dòng)振動(dòng)翻葉機(jī)構(gòu)激振不銹鋼網(wǎng)，使茶葉均勻平鋪在不銹鋼網(wǎng)上。

13、優(yōu)選地，主控系統(tǒng)包括控制箱，用于萎凋過(guò)程的數(shù)字控制，判斷萎凋過(guò)程中茶葉的實(shí)時(shí)總體平均含水率是否達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)含水率?？刂葡浔砻姘惭b觸摸屏，其內(nèi)設(shè)置主控板，觸摸屏上輸入目標(biāo)含水率、溫度上限值和工藝程序，主控板包括供電模塊、通訊模塊、wifi通訊模塊、單片機(jī)主控模塊、io控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，單片機(jī)主控模塊包括含水率監(jiān)測(cè)單元，含水率監(jiān)測(cè)單元包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊。

14、所述供電模塊的輸出端與通訊模塊、wifi通訊模塊、單片機(jī)主控模塊、io控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的輸入端電性連接，用于對(duì)通訊模塊、單片機(jī)主控模塊、io控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行供電；供電模塊還作為外部設(shè)備的電源，所述外部設(shè)備包括電磁繼電器、觸摸屏、快速水分檢測(cè)儀、重量傳感器、溫濕度傳感器、警報(bào)燈。

15、所述通訊模塊與重量傳感器、溫濕度傳感器、快速水分檢測(cè)儀、單片機(jī)主控模塊數(shù)據(jù)連接，用于與重量傳感器、溫濕度傳感器、快速水分檢測(cè)儀、單片機(jī)主控模塊進(jìn)行通訊；

16、所述wifi通訊模塊與單片機(jī)主控模塊連接，用于實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的無(wú)線通訊。

17、所述io控制模塊的輸出端與電磁繼電器的輸入端連接，其中，第一電磁繼電器的輸出端與警報(bào)器連接，第二電磁繼電器的輸出端與熱風(fēng)機(jī)連接，第三電磁繼電器的輸出端與熱泵單元連接，第四電磁繼電器的輸出端與振動(dòng)翻葉機(jī)構(gòu)連接，第五電磁繼電器的輸出端與可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)連接，第六電磁繼電器的輸出端與循環(huán)風(fēng)機(jī)連接，第七電磁繼電器的輸出端與排濕風(fēng)機(jī)連接，用于控制熱風(fēng)機(jī)、循環(huán)風(fēng)機(jī)、排濕風(fēng)機(jī)、熱泵單元、警報(bào)器、振動(dòng)翻葉機(jī)構(gòu)、可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)的啟停。

18、所述通訊模塊具有rs485-1、rs232-1、uart接口，rs485-1、rs232-1、uart接口為外部設(shè)備提供數(shù)據(jù)交換通道，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，其中，rs485-1接口負(fù)責(zé)與稱重傳感器、溫濕度傳感器通訊，rs232-1接口負(fù)責(zé)接收快速水分檢測(cè)儀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，uart接口包括uart-1、uart-2、uart-3、uart-4，所述uart-1用于將電平轉(zhuǎn)換后的rs485-1信號(hào)傳送進(jìn)所述單片機(jī)主控模塊中，所述uart-2用于將電平轉(zhuǎn)換后的rs232-1信號(hào)傳送進(jìn)所述單片機(jī)主控模塊中，所述uart-4、uart-3由單片機(jī)主控模塊上直接引出，分別用于與wifi通訊模塊通訊及觸摸屏通訊。

19、優(yōu)選地，所述單片機(jī)主控模塊，為整個(gè)主控系統(tǒng)的核心，用于負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸以及萎凋流程的控制。

20、優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，與單片機(jī)主控模塊連接，用于存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，通過(guò)iic-1接口與單片機(jī)主控模塊連接，單片機(jī)主控模塊接收各種數(shù)據(jù)后將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中，包括初始含水率、實(shí)時(shí)重量、目標(biāo)含水率數(shù)據(jù)，單片機(jī)主控模塊依據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔，在萎凋過(guò)程中向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊傳輸當(dāng)前時(shí)間及當(dāng)前時(shí)間時(shí)刻的當(dāng)前重量、當(dāng)前含水率、當(dāng)前溫濕度、攝像機(jī)拍攝照片經(jīng)預(yù)處理獲得的特征參數(shù)數(shù)據(jù)。在觸摸屏上顯示初始含水率、初始重量、目標(biāo)含水率，并且可以在上位機(jī)輸出萎凋過(guò)程的各種數(shù)據(jù)。

21、優(yōu)選地，含水率監(jiān)測(cè)單元的工作過(guò)程為：萎凋過(guò)程中，每隔20分鐘攝像機(jī)拍攝萎凋框內(nèi)茶葉，并將拍攝的茶葉照片傳輸至數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對(duì)茶葉照片進(jìn)行預(yù)處理，得到彩色圖像和灰度圖像，然后對(duì)彩色圖像和灰度圖像進(jìn)行特征提取，獲得茶葉的形態(tài)特征參數(shù)、顏色特征參數(shù)、紋理特征參數(shù)；數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊被載入茶葉含水率監(jiān)測(cè)模型，茶葉含水率監(jiān)測(cè)模型根據(jù)實(shí)時(shí)的茶葉形態(tài)特征參數(shù)、顏色特征參數(shù)、紋理特征參數(shù)輸出茶葉的實(shí)時(shí)含水率，從而判斷不同攝像機(jī)拍攝的照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率差異程度，以及，判斷照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率與基于重量傳感器測(cè)定重量計(jì)算得到的茶葉總體平均含水率的差異程度。根據(jù)公式：閾值＝|照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率-總體平均含水率|/總體平均含水率×％，如果此時(shí)，基于四個(gè)攝像機(jī)所拍攝的照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率、總體平均含水率計(jì)算得到的閾值都≤5％，表明不銹鋼網(wǎng)上茶葉萎凋均勻，則萎凋過(guò)程繼續(xù)；如果基于某一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)所拍攝的照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率、總體平均含水率計(jì)算得到的閾值＞5％，表明不銹鋼網(wǎng)上茶葉萎凋不均勻，則啟動(dòng)可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)使不銹鋼網(wǎng)傾斜5°，再啟動(dòng)激振電機(jī)激振不銹鋼網(wǎng)，使得其上茶葉翻動(dòng)混勻；如果總體平均含水率達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)含水率，則關(guān)閉熱泵單元、熱風(fēng)單元和黃光燈管，停止送風(fēng)加熱、黃光照射，接著，打開(kāi)移動(dòng)蓋，再啟動(dòng)可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)，使萎凋框的右側(cè)較左側(cè)低，同時(shí)，激振電機(jī)啟動(dòng)，激振不銹鋼網(wǎng)，促使茶葉從萎凋作業(yè)區(qū)域右側(cè)的出口流出；當(dāng)不銹鋼網(wǎng)上的茶葉全部從出口卸落，則重新開(kāi)始新一批茶葉的萎凋。

22、優(yōu)選地，攝像機(jī)拍攝的不銹鋼網(wǎng)上的茶葉照片經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理獲得茶葉形態(tài)特征參數(shù)、顏色特征參數(shù)、紋理特征參數(shù)包括矩形度、緊湊度、綠色、飽和度、對(duì)比度、相關(guān)性和反差分矩陣，將該7種數(shù)據(jù)輸入到ga-bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，輸出茶葉含水率，基于該輸出的茶葉含水率判斷茶葉萎凋程度，從而保證每個(gè)萎凋過(guò)程對(duì)茶葉萎凋均可以得到萎凋程度相近的茶葉，使茶葉萎凋過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化，避免了因人工對(duì)茶葉萎凋程度的主觀判斷的偏差，導(dǎo)致每批茶葉的萎凋程度不同。

23、所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理茶葉照片的具體過(guò)程為：(1)將茶葉照片處理為彩色圖像和灰度圖像；(2)對(duì)彩色圖像和灰度圖像進(jìn)行特征提取，獲得茶葉的形態(tài)特征參數(shù)、顏色特征參數(shù)、紋理特征參數(shù)，其中，所述形態(tài)特征參數(shù)包括茶葉的長(zhǎng)軸、短軸、矩形度、圓形度、緊湊度、對(duì)角線長(zhǎng)度和細(xì)長(zhǎng)度，所述顏色特征參數(shù)為茶葉的顏色特征參數(shù)，包括紅色、綠色、藍(lán)色、色調(diào)、飽和度、明度的一階矩，所述紋理特征參數(shù)包括茶葉的對(duì)比度、角二階矩、相關(guān)性、熵和反差分矩陣；

24、(3)使用數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊內(nèi)置的隨機(jī)森林模型對(duì)形態(tài)特征參數(shù)、顏色特征參數(shù)、紋理特征參數(shù)進(jìn)行重要性排序，篩選出萎凋過(guò)程的重要性特征參數(shù)分別為矩形度、緊湊度、綠色、飽和度、對(duì)比度、相關(guān)性和反差分矩陣。

25、優(yōu)選地，所述茶葉含水率監(jiān)測(cè)模型為遺傳算法優(yōu)化的反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(ga-bp模型)，其構(gòu)建的具體過(guò)程為：(1)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊調(diào)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中歷史數(shù)據(jù)，所述歷史數(shù)據(jù)為已有的凋萎過(guò)程茶葉照片及茶葉照片對(duì)應(yīng)的茶葉含水率，然后，處理所述已有的凋萎過(guò)程茶葉照片獲得矩形度、緊湊度、綠色、飽和度、對(duì)比度、相關(guān)性和反差分矩陣，接著，將所獲得的矩形度、緊湊度、綠色、飽和度、對(duì)比度、相關(guān)性和反差分矩陣及其對(duì)應(yīng)的茶葉含水率進(jìn)行歸一化處理，最后，將歸一化處理后的數(shù)據(jù)按照4:1的比例劃分為訓(xùn)練集和驗(yàn)證集；(2)單片機(jī)主控模塊將上述的訓(xùn)練集和驗(yàn)證集通過(guò)wifi通訊模塊傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，作為ga-bp模型的輸入數(shù)據(jù)；(3)在上位機(jī)中，使用遺傳算法對(duì)7-10-1結(jié)構(gòu)的單隱層bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和偏置進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中，遺傳算法的迭代次數(shù)為200、種群規(guī)模為20、選擇函數(shù)為normgeomselect、突變函數(shù)為nonunifmutation、交叉概率為0.5、變異概率為0.05，bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以如下參數(shù)構(gòu)建模型：隱含層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)為10個(gè)、隱含層激活函數(shù)為tansig、輸出層激活函數(shù)為tansig、訓(xùn)練函數(shù)為trainlm，學(xué)習(xí)率為0.01、迭代次數(shù)為1000；(4)采用訓(xùn)練集和驗(yàn)證集對(duì)優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和驗(yàn)證，根據(jù)各指標(biāo)調(diào)整模型的超參數(shù)，得到ga-bp模型；其中，歸一化后的矩形度、緊湊度、綠色、飽和度、對(duì)比度、相關(guān)性和反差分矩陣作為輸入數(shù)據(jù)，歸一化后的茶葉含水率作為輸出數(shù)據(jù)，采用決定系數(shù)、均方誤差、平均絕對(duì)誤差等指標(biāo)對(duì)模型的性能進(jìn)行評(píng)估，各指標(biāo)的計(jì)算公式為：

26、

27、(5)上位機(jī)將得到的ga-bp模型傳輸至單片機(jī)主控模塊，并被載入其中數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊作為茶葉含水率監(jiān)測(cè)模型。

28、優(yōu)選地，智能萎凋機(jī)的運(yùn)行過(guò)程為：打開(kāi)移動(dòng)蓋，新鮮茶葉通過(guò)上葉輸送機(jī)構(gòu)輸送至萎凋作業(yè)區(qū)域，隨后，可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)將不銹鋼網(wǎng)傾斜5°使得茶葉在不銹鋼網(wǎng)內(nèi)滑動(dòng)，同時(shí)振動(dòng)翻葉機(jī)構(gòu)的激振電機(jī)開(kāi)始振動(dòng)，使得茶葉被均勻平鋪在不銹鋼網(wǎng)上；待茶葉均勻平鋪在不銹鋼網(wǎng)上后，激振電機(jī)停止振動(dòng)，隨后可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)將不銹鋼網(wǎng)恢復(fù)至水平位置；接著，移動(dòng)蓋關(guān)閉，快速水分檢測(cè)儀獲取茶葉的初始含水率，重量傳感器獲取茶葉的初始重量，萎凋過(guò)程開(kāi)始，啟動(dòng)黃光燈管、熱泵單元、熱風(fēng)單元、含水率在線檢測(cè)裝置，熱泵單元輸出的熱風(fēng)經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)從不銹鋼網(wǎng)的下方、熱風(fēng)單元輸出的熱風(fēng)從不銹鋼網(wǎng)的上方分別對(duì)茶葉的下部和上部進(jìn)行萎凋，機(jī)箱上層的黃光燈管和下層的黃光燈管分別從不銹鋼網(wǎng)的上方和下方對(duì)茶葉的上部和下部進(jìn)行萎凋，同步地，重量傳感器獲取茶葉的實(shí)時(shí)重量，攝像機(jī)每隔分鐘獲取一次不銹鋼網(wǎng)內(nèi)茶葉照片，所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；在萎凋過(guò)程中，基于實(shí)時(shí)茶葉照片，茶葉含水率監(jiān)測(cè)模型輸出照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率，基于實(shí)時(shí)茶葉重量，含水率監(jiān)測(cè)單元計(jì)算得出茶葉實(shí)時(shí)的總體平均含水率，通過(guò)比較照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率和總體平均含水率，從而判斷不同攝像機(jī)拍攝的照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率差異程度，以及，判斷照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率與基于重量傳感器測(cè)定重量計(jì)算得到的茶葉總體平均含水率的差異程度控制；若茶葉含水率不均勻，則先啟動(dòng)可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)使不銹鋼網(wǎng)傾斜，再啟動(dòng)激振電機(jī)激振不銹鋼網(wǎng)，使得不銹鋼網(wǎng)上茶葉翻動(dòng)混勻，混勻后關(guān)閉激振電機(jī)、再啟動(dòng)可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)使不銹鋼網(wǎng)回復(fù)水平位置；待萎凋作業(yè)區(qū)域內(nèi)茶葉總體平均含水率達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)含水率時(shí)，關(guān)閉黃光燈管、熱泵單元、熱風(fēng)單元、含水率在線檢測(cè)裝置，接著啟動(dòng)可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)將不銹鋼網(wǎng)傾斜，隨后打開(kāi)激振電機(jī)，振動(dòng)不銹鋼網(wǎng)，促使茶葉從左向右流動(dòng)，從不銹鋼網(wǎng)右側(cè)的出口流出；當(dāng)不銹鋼網(wǎng)上的茶葉全部從出口卸落，則重新開(kāi)始新一批茶葉的萎凋。

29、所述的茶葉實(shí)時(shí)的總體平均含水率的計(jì)算方式為：含水率監(jiān)測(cè)單元依據(jù)存儲(chǔ)的初始重量w1、初始含水率q1及當(dāng)前的實(shí)時(shí)茶葉重量w2，依據(jù)下式，計(jì)算得到當(dāng)前的總體平均含水率q2并將其存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；

30、

31、優(yōu)選地，設(shè)定的目標(biāo)含水率為58％。

32、一種上述的的利川紅智能萎凋機(jī)的數(shù)字化萎凋方法，包括以下步驟：

33、步驟1、啟動(dòng)利川紅智能萎凋機(jī)，打開(kāi)移動(dòng)蓋，茶葉通過(guò)上葉輸送結(jié)構(gòu)輸送至不銹鋼網(wǎng)上，然后，啟動(dòng)可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)，使不銹鋼網(wǎng)傾斜5°后停止，再啟動(dòng)激振電機(jī)激振不銹鋼網(wǎng)，使茶葉在不銹鋼網(wǎng)上滑動(dòng)，至茶葉均勻地平鋪在不銹鋼網(wǎng)上為止；隨后，啟動(dòng)可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)，使不銹鋼網(wǎng)恢復(fù)至水平位置，上料結(jié)束，關(guān)閉移動(dòng)蓋。

34、步驟2、單片機(jī)主控模塊向重量傳感器發(fā)送問(wèn)詢消息，重量傳感器接收問(wèn)詢消息后測(cè)定茶葉的初始重量，接著向單片機(jī)主控模塊發(fā)送茶葉的初始重量，同樣地，快速水分檢測(cè)儀測(cè)定茶葉的初始含水率、溫濕度傳感器測(cè)定萎凋作業(yè)區(qū)域內(nèi)溫濕度后，向單片機(jī)主控模塊發(fā)送茶葉的初始含水率和萎凋作業(yè)區(qū)域內(nèi)溫濕度，所述萎凋作業(yè)區(qū)域是不銹鋼網(wǎng)上方10cm左右處溫濕度，具體為：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊通過(guò)通訊模塊的rs232-1接口獲取快速水分檢測(cè)儀采集的茶葉的初始含水率q1，通過(guò)rs485-1接口獲取重量傳感器采集的茶葉的初始重量w1、溫濕度傳感器采集的溫濕度數(shù)據(jù)，然后，單片機(jī)主控模塊通過(guò)uart-4、uart-3接口將獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送到wifi通訊模塊和觸摸屏，觸摸屏顯示數(shù)據(jù)，wifi通訊模塊將數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，單片機(jī)主控模塊通過(guò)iic-1接口將獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行儲(chǔ)存。

35、步驟3、在觸摸屏上輸入目標(biāo)含水率、溫度上限值、溫度下限值、濕度上限值、濕度下限值和工藝程序，點(diǎn)擊“開(kāi)始萎凋”，萎凋過(guò)程開(kāi)始，啟動(dòng)黃光燈管、熱泵單元、熱風(fēng)單元、含水率在線檢測(cè)裝置、排濕風(fēng)機(jī)、循環(huán)風(fēng)機(jī)，熱泵單元輸出的熱風(fēng)經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)從不銹鋼網(wǎng)的下方、熱風(fēng)單元輸出的熱風(fēng)從不銹鋼網(wǎng)的上方分別對(duì)茶葉的下部和上部進(jìn)行萎凋，機(jī)箱上層的黃光燈管和下層的黃光燈管分別從不銹鋼網(wǎng)的上方和下方對(duì)茶葉的上部和下部進(jìn)行萎凋，同步地，重量傳感器獲取茶葉的實(shí)時(shí)重量，攝像機(jī)每隔設(shè)定時(shí)間獲取一次不銹鋼網(wǎng)內(nèi)茶葉照片，所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。

36、當(dāng)溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲得的當(dāng)前溫度高于輸入的溫度上限值時(shí)，單片機(jī)主控模塊發(fā)送出開(kāi)啟警報(bào)器信號(hào)、關(guān)閉熱風(fēng)機(jī)信號(hào)、關(guān)閉熱泵單元信號(hào)，開(kāi)啟警報(bào)器，關(guān)閉熱風(fēng)機(jī)、熱泵單元，排濕風(fēng)機(jī)和循環(huán)風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作，以降低萎凋作業(yè)區(qū)域溫度，防止茶葉失水過(guò)快，直至當(dāng)前溫度不高于所述溫度上限值時(shí)，關(guān)閉警報(bào)器，開(kāi)啟熱風(fēng)機(jī)、熱泵單元，同樣，當(dāng)溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲得的當(dāng)前溫度低于輸入的溫度下限值時(shí)，單片機(jī)主控模塊發(fā)送出開(kāi)啟警報(bào)器信號(hào)、增大熱風(fēng)機(jī)功率信號(hào)、增大熱泵單元功率信號(hào)，開(kāi)啟警報(bào)器，提高熱風(fēng)機(jī)和熱泵單元輸送熱風(fēng)的溫度，以升高萎凋作業(yè)區(qū)域溫度，防止因溫度過(guò)低導(dǎo)致茶葉口感澀味、茶葉灰枯，直至當(dāng)前溫度不低于輸入的溫度下限值時(shí)，熱泵單元功率和熱風(fēng)機(jī)的功率回復(fù)到原功率；當(dāng)溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲得的當(dāng)前濕度高于輸入的濕度上限值時(shí)，單片機(jī)主控模塊發(fā)送出增大排濕風(fēng)機(jī)功率信號(hào)，提高排濕風(fēng)機(jī)排濕效率，直至當(dāng)前濕度不高于濕度上限值時(shí)，排濕風(fēng)機(jī)功率回復(fù)到原功率，同樣，當(dāng)溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲得的當(dāng)前濕度低于輸入的濕度下限值時(shí)，單片機(jī)主控模塊發(fā)送出減小排濕風(fēng)機(jī)功率信號(hào)，降低排濕風(fēng)機(jī)排濕效率，直至當(dāng)前濕度不低于濕度下限值時(shí)，排濕風(fēng)機(jī)功率回復(fù)到原功率。

37、步驟4、含水率監(jiān)測(cè)單元依據(jù)存儲(chǔ)的初始重量w1、初始含水率q1、當(dāng)前的實(shí)時(shí)重量w2，依據(jù)下式，計(jì)算得到當(dāng)前的總體平均含水率q2并將其存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。

38、

39、步驟5、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理茶葉照片獲得凋萎過(guò)程的重要性特征參數(shù)，具體過(guò)程為：(1)將茶葉照片處理為彩色圖像和灰度圖像；(2)對(duì)彩色圖像和灰度圖像進(jìn)行特征提取，獲得茶葉的形態(tài)特征參數(shù)、顏色特征參數(shù)、紋理特征參數(shù)，所述形態(tài)特征參數(shù)包括茶葉的長(zhǎng)軸、短軸、矩形度、圓形度、緊湊度、對(duì)角線長(zhǎng)度和細(xì)長(zhǎng)度，所述顏色特征參數(shù)為茶葉顏色特征參數(shù)，包括紅色、綠色、藍(lán)色、色調(diào)、飽和度、明度的一階矩，所述紋理特征參數(shù)包括茶葉的對(duì)比度、角二階矩、相關(guān)性、熵和反差分矩陣；(3)使用數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊內(nèi)置的隨機(jī)森林模型對(duì)形態(tài)特征參數(shù)、顏色特征參數(shù)、紋理特征參數(shù)進(jìn)行重要性排序，篩選出萎凋過(guò)程的重要性特征參數(shù)分別為矩形度、緊湊度、綠色、飽和度、對(duì)比度、相關(guān)性和反差分矩陣。

40、步驟6、單片機(jī)主控模塊將步驟5得到的矩形度、緊湊度、綠色、飽和度、對(duì)比度、相關(guān)性和反差分矩陣存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；同時(shí)，將矩形度、緊湊度、綠色、飽和度、對(duì)比度、相關(guān)性和反差分矩陣作為輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊中茶葉含水率監(jiān)測(cè)模型，茶葉含水率監(jiān)測(cè)模型輸出茶葉含水率q3，并依據(jù)下式將q3與q2進(jìn)行比較：

41、閾值＝|照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率q3-總體平均含水率q2|/總體平均含水率q2×％；

42、如果基于四個(gè)攝像機(jī)所拍攝的照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率q3、總體平均含水率q2計(jì)算得到的閾值都≤5％，表明不銹鋼網(wǎng)上茶葉萎凋均勻，則萎凋過(guò)程繼續(xù)；如果基于某一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)所拍攝的照片所對(duì)應(yīng)區(qū)域的茶葉含水率q3、總體平均含水率q2計(jì)算得到的閾值＞5％，表明不銹鋼網(wǎng)上茶葉萎凋不均勻，則啟動(dòng)可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)使不銹鋼網(wǎng)傾斜5°，再啟動(dòng)激振電機(jī)激振不銹鋼網(wǎng)，使得其上茶葉翻動(dòng)混勻。

43、如果總體平均含水率q2達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)含水率，則關(guān)閉熱泵單元、熱風(fēng)單元和黃光燈管，停止送風(fēng)加熱、黃光照射，接著，打開(kāi)移動(dòng)蓋，再啟動(dòng)可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)，使萎凋框的右側(cè)較左側(cè)低，同時(shí)，激振電機(jī)啟動(dòng)，激振不銹鋼網(wǎng)，促使茶葉從萎凋作業(yè)區(qū)域右側(cè)的出口流出；當(dāng)不銹鋼網(wǎng)上的茶葉全部從出口卸落，則重新開(kāi)始新一批茶葉的萎凋。

44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點(diǎn)：

45、1、在本發(fā)明中，通過(guò)振動(dòng)翻葉機(jī)構(gòu)的上下振動(dòng)促使不銹鋼網(wǎng)6內(nèi)茶葉上下振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)茶葉在不銹鋼網(wǎng)6內(nèi)均勻分布，平鋪在不銹鋼網(wǎng)6上。

46、2、在本發(fā)明中，通過(guò)對(duì)各個(gè)攝像機(jī)采集的萎凋作業(yè)區(qū)域內(nèi)茶葉照片的顏色紋理信息進(jìn)行比較，判斷茶葉萎凋過(guò)程的均勻性，從而控制振動(dòng)翻料機(jī)構(gòu)工作，從而提升茶葉萎凋過(guò)程的均勻性，提升茶葉品質(zhì)質(zhì)量。

47、3、在本發(fā)明中，通過(guò)振動(dòng)翻葉機(jī)構(gòu)和可調(diào)傾角輸送機(jī)構(gòu)的配合使用，可以實(shí)現(xiàn)茶葉加工的連續(xù)化萎凋作業(yè)，能夠節(jié)省勞動(dòng)力；通過(guò)重量傳感器測(cè)量茶葉重量以及攝像機(jī)采集萎凋框內(nèi)茶葉顏色數(shù)據(jù)、紋理數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)萎凋過(guò)程中茶葉含水率，實(shí)現(xiàn)茶葉智能化萎凋作業(yè)，能夠有效提升工作效率。

48、4、本發(fā)明通過(guò)快速水分檢測(cè)儀與重量傳感器聯(lián)用，自動(dòng)獲取茶鮮葉含水率數(shù)據(jù)、重量數(shù)據(jù)，利用主控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算茶葉的整體含水率，與傳統(tǒng)方法相比含水率數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)，操作簡(jiǎn)單且耗時(shí)較短，能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)萎凋葉含水率，用戶不需頻繁地人工檢測(cè)萎凋程度，工作量也大大減少，有利于提升成茶品質(zhì)的穩(wěn)定性。

49、5、本發(fā)明可依據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)萎凋工序進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作，能夠節(jié)省勞動(dòng)力；同時(shí)，依靠配備的觸摸屏，生產(chǎn)數(shù)據(jù)和控制開(kāi)關(guān)直觀顯示，具備友好的人機(jī)交互界面，便于在生產(chǎn)中應(yīng)用與推廣。

50、6、本發(fā)明通過(guò)配備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，可記錄生產(chǎn)初始數(shù)據(jù)及過(guò)程數(shù)據(jù)，避免意外停機(jī)導(dǎo)致初始數(shù)據(jù)丟失，另外可通過(guò)uart-4端口經(jīng)wifi通訊模塊向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)未來(lái)提高茶葉品質(zhì)提供數(shù)據(jù)支持。

51、7、本發(fā)明通過(guò)配備wifi通訊模塊，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的無(wú)線通訊，數(shù)據(jù)交互及控制命令傳輸，簡(jiǎn)化了在生產(chǎn)環(huán)境的布線流程。

52、8、本發(fā)明為上位機(jī)編寫了控制軟件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互及控制命令傳輸，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前萎凋葉失水速率并實(shí)現(xiàn)萎凋完成時(shí)間預(yù)測(cè)功能。

53、9、本發(fā)明公開(kāi)了基于隨機(jī)森林特征，遺傳算法優(yōu)化反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的茶葉萎凋過(guò)程含水率預(yù)測(cè)方法，通過(guò)圖像采集的方式對(duì)萎凋葉含水率進(jìn)行預(yù)測(cè)，操作簡(jiǎn)單且耗時(shí)較短；能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)萎凋葉含水率。

54、綜上所述，本發(fā)明通過(guò)各機(jī)構(gòu)的配合使用，解決了茶葉萎凋過(guò)程中的均勻性差、自動(dòng)翻葉上下料困難等問(wèn)題，提高了利川紅的品質(zhì)，使加工后的利川紅具有高效率、高標(biāo)準(zhǔn)、高智能化等特點(diǎn)，對(duì)利川紅的發(fā)展具有重要意義。