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徐悅

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要：近年來，隨著餐飲業(yè)的快速發(fā)展，油煙肆意排放造成的環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，油煙的有效監(jiān)測和防治迫在眉睫。在這方面，本文設(shè)計了一個基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的油煙監(jiān)控系統(tǒng)。考慮到餐飲業(yè)的需要，主控制器選擇了STM32單片機，并結(jié)合軟件和硬件進(jìn)行監(jiān)控。油煙傳感器 TGS2602、溫濕度傳感器DTH11在其中起著信息采集的作用，主要收集環(huán)境中油煙含量、溫濕度等信息的數(shù)據(jù)，然后通過NB-物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)信息實時上傳到數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)在線分析，有效防治。油煙系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)為用戶提供了油煙綜合排放監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、交互和利用，有利于提高企業(yè)或?qū)嶓w店油煙凈化的綜合防治能力，不斷促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展。

1.研究背景

    如今，肺癌和各種呼吸道疾病的發(fā)病率日益增加，其中一個更常見的原因是廚房碳顆粒和揮發(fā)性亞硝胺等致癌物質(zhì)進(jìn)入人肺，廚房油煙揮發(fā)是環(huán)境殺手，清潔困難，在加快全球變暖方面發(fā)揮了重要作用。在這方面，作者通過文獻(xiàn)分析研究了前輩的外表研究工作。
    何舒等開發(fā)的油煙在線監(jiān)測系統(tǒng)，在油煙排放過程中可以收集到更多的數(shù)據(jù)和信息。設(shè)計油煙監(jiān)測系統(tǒng)面臨巨大挑戰(zhàn)，提高模擬分析的計算能力，對不同條件的影響進(jìn)行深入研究，有效促進(jìn)餐飲業(yè)油煙在線監(jiān)測系統(tǒng)功能的完善。徐孟漢基于物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)設(shè)計了實時監(jiān)控在線油煙防治系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集探頭通過溫濕度傳感器和油煙傳感器及時傳輸數(shù)據(jù)信息，具有廣闊的市場發(fā)展前景。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無線傳輸、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領(lǐng)域的整合，馮天成對油煙檢測系統(tǒng)進(jìn)行了新的深化研究。吳秉熙分析了近年來油煙問題造成的環(huán)境污染和對人體的危害，并根據(jù)其特點提出了相應(yīng)的措施。陳宜秋從監(jiān)測、預(yù)警、指揮、、管理五個角度分析了油煙監(jiān)測在環(huán)境監(jiān)督中的作用，對環(huán)境保護(hù)、人民情況和進(jìn)行了有力的分析和論證，大大提高了工作效率。
    結(jié)合以往工作特點，開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的油煙檢測系統(tǒng)，借助傳感器和單片機進(jìn)行環(huán)境油煙檢測，并通過 Web 終端進(jìn)行實時監(jiān)控和預(yù)警，方便用戶及時發(fā)現(xiàn)和處理油煙報警信息。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，該系統(tǒng)也是市場上非常有競爭力的產(chǎn)品，算法優(yōu)良，可視化輸出友好，受到測試人員的高度贊揚。該產(chǎn)品具有優(yōu)良的監(jiān)控、有效的防治、使用簡單等特點，具有廣闊的市場前景。油煙揮發(fā)性圖如圖所示 1 如圖所示，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域如圖 2 所示。+Acrelxuyue

圖1 油煙揮發(fā)情景

圖2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域

2.架構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)檢測模塊主要由 AD 轉(zhuǎn)換器、油煙傳感器 TGS2602、溫濕度傳感器 DHT11 組成，將采集的油煙值、溫度、濕度信息通過 CAN 總線傳輸?shù)?STM32 單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。其中 AD轉(zhuǎn)換器模塊可以將采集的氣體模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。通過調(diào)用 STM32 微處理器，利用 NB-IoT 對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，傳送到服務(wù)器內(nèi)，同時在系統(tǒng)中實現(xiàn)定位功能。油煙檢測系統(tǒng)會為網(wǎng)站和交互接口提前留出位置，這也為監(jiān)管部門和商家的使用提供了便利，可以在服務(wù)器或網(wǎng)站上進(jìn)行信息訪問操作，在線上就能夠清楚了解現(xiàn)場的油煙含量。

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計圖如圖 3 所示。

圖3 架構(gòu)圖

3.軟件設(shè)計

3.1?系統(tǒng)首頁

    在油煙監(jiān)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)的主頁是整個系統(tǒng)運行的關(guān)鍵。監(jiān)管部門和商家只有登錄后才能進(jìn)入主頁。在主頁上，用戶可以了解相關(guān)的檢測信息，也可以通過主頁進(jìn)入其他界面和菜單，以滿足用戶有效的監(jiān)控要求。系統(tǒng)主頁是整個系統(tǒng)運行的指令點，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運行。用戶可以通過點擊系統(tǒng)主頁進(jìn)入下一級子菜單，選擇自己需要的功能進(jìn)行操作。

3.2?油煙濃度監(jiān)測查詢

    在油煙監(jiān)測系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)界面顯示的菜單功能進(jìn)行選擇，從而進(jìn)入查詢模式。系統(tǒng)顯示的菜單信息為用戶提供了導(dǎo)航功能。基于此，用戶可以了解廚房內(nèi)的油煙含量，并根據(jù)個人需求進(jìn)行實時監(jiān)控。這個系統(tǒng)為用戶提供了很好的體驗，也為系統(tǒng)運行提供了很好的保證。在操作系統(tǒng)中，會對油煙監(jiān)控查詢進(jìn)行詳細(xì)的信息指導(dǎo)，用戶可以根據(jù)說明進(jìn)一步操作。該系統(tǒng)可以更好地為用戶提供基本服務(wù)，方便用戶及時找到自己需要的功能，更方便快捷。

3.3?油煙實時監(jiān)控曲線數(shù)據(jù)

    實時監(jiān)控曲線數(shù)據(jù)窗口將當(dāng)下檢測的具體狀況進(jìn)行呈現(xiàn)，界面設(shè)置簡明扼要，使用戶能夠直觀清楚地了解當(dāng)下檢測狀況，用戶能夠以實際情況出發(fā)，通過選擇功能選項，完成相應(yīng)操作步驟，獲取自身感興趣的功能信息。另外，在實際操作時系統(tǒng)會提供一定的指導(dǎo)，輔助用戶完成使用。油煙實時監(jiān)控數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

圖4 數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)

    用戶利用窗口，能夠直接且具體地對油煙檢測情況進(jìn)行觀察，明確現(xiàn)階段曲線數(shù)據(jù)狀態(tài)，并且可以根據(jù)自身情況出發(fā)，自行調(diào)整窗口中的功能設(shè)置。+Acrelxuyue

3.4?歷史油煙濃度查詢

    選用相應(yīng)的操作，用戶可以根據(jù)自己的需要，在歷史油煙濃度查詢界面上設(shè)置歷史油煙濃度查詢界面的功能，為后期操作提供便利，防止后期操作混亂。在設(shè)置界面時，用戶可以根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)的功能按鈕，完成相應(yīng)的功能操作。從自身情況來看，用戶可以利用歷史油煙濃度查詢界面，查看符合自身需求的數(shù)據(jù)。此外，用戶還可以根據(jù)自己的需求完成相應(yīng)的功能選擇。該功能以折線統(tǒng)計圖的形式生動地展示了油煙數(shù)據(jù)的變化，具有良好的可視化輸出效果。用戶也可以根據(jù)自己的需求改變數(shù)據(jù)顯示的便利性，非常方便。

3.5?油煙檢測運行數(shù)據(jù)

    以系統(tǒng)指示為依據(jù)進(jìn)行操作，進(jìn)入油煙檢測運行數(shù)據(jù)界面，首先熟知管理模式設(shè)置的具體流程，并以此為基礎(chǔ)，仔細(xì)清醒地完成油煙檢測運行數(shù)據(jù)相關(guān)操作，防止故障的產(chǎn)生，充分保障系統(tǒng)運行過程正常進(jìn)行，輔助用戶完成工作運作。

3.6?餐飲企業(yè)油煙級別設(shè)置

    用戶進(jìn)入油煙級別設(shè)置界面，并以實際情況出發(fā)，明確具體需求，進(jìn)而設(shè)置油煙級別，在設(shè)置過程中應(yīng)當(dāng)保持清醒的認(rèn)知，防止對后期操作產(chǎn)生負(fù)面影響，使系統(tǒng)運行錯誤。

3.7?油煙超標(biāo)報警通知

    根據(jù)系統(tǒng)提供的指示，用戶來到油煙超標(biāo)報警通知界面。以實際情況為出發(fā)點，完成一系列系統(tǒng)操作，仔細(xì)完成超標(biāo)報警通知相關(guān)功能選擇工作，報警周期與報警條件應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身運行，防止后期進(jìn)行操作時，對事物帶來不利影響。此 Web 界面可視化輸出友好，可以直觀觀察到油煙數(shù)據(jù)的超標(biāo)與否問題，對于用戶而言也是一個非常好的體驗，受到測試者的。物聯(lián)網(wǎng)報警網(wǎng)絡(luò)如圖 5 所示。

3.8?防控一體化

    用戶通過上位機界面可以清楚看到檢測到的油煙數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)有效的污染防控，設(shè)計了基于大數(shù)據(jù)的油煙監(jiān)測模型，硬件采集端將采集的數(shù)據(jù)根據(jù) NB-IoT 協(xié)議實時傳輸?shù)皆贫似脚_，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)歸一化處理等數(shù)據(jù)整合操作，導(dǎo)入模型進(jìn)行計算。根據(jù)預(yù)測結(jié)果，控制機器減小排放量，或進(jìn)行綠色化學(xué)處理，對污染加以有效防控。防控體系圖如圖 6 所示。

3.9?監(jiān)控點列表

    用戶通過智能油煙檢測系統(tǒng)進(jìn)行油煙監(jiān)控時，以自身實際情況為出發(fā)點。為滿足所有用戶的需求，用戶可自行進(jìn)行功能選擇，首先，進(jìn)入監(jiān)控點列表，完成符合自身需求的功能設(shè)置。利用系統(tǒng)設(shè)置，能夠?qū)崟r修正改進(jìn)系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)。

圖5 物聯(lián)網(wǎng)報警網(wǎng)絡(luò)

圖6 防控體系

3.10?未來產(chǎn)品升級

    文章設(shè)計的這款基于物聯(lián)網(wǎng)的智控油煙檢測系統(tǒng)具有較高的便利性和實用性，可以結(jié)合二維碼、激光掃描器、無線通信等技術(shù)，進(jìn)行更科學(xué)的監(jiān)測分析，未來還將結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)進(jìn)行更有效的監(jiān)控，市場前景廣闊。未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)拓展情況如圖 7 所示。+Acrelxuyue

圖7 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)拓展

4.安科瑞餐飲油煙監(jiān)測云平臺解決方案

    AcrelCloud-3500餐飲油煙監(jiān)測平臺可對餐飲點位進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，在發(fā)生油煙濃度預(yù)警時，信息可多種途徑及時通知相關(guān)單位處理，確保油煙等污染物的正常排放，讓超標(biāo)濃度無處可藏，防患于未然。針對各餐飲點位安科瑞通過加裝多種產(chǎn)品可以進(jìn)行檢測，主要有ACY100型號餐飲油煙監(jiān)測設(shè)備，外加裝電流互感器及溫濕度探頭+Acrelxuyue

    餐飲油煙監(jiān)測平臺GIS地圖收集餐飲油煙處理設(shè)備運行狀態(tài)和油煙排放濃度數(shù)據(jù)，自動對超標(biāo)排放和異常企業(yè)發(fā)出警告。監(jiān)管部門可以快速處理，督促餐飲企業(yè)對設(shè)備進(jìn)行整改，并定期進(jìn)行清潔和維護(hù)，從而達(dá)到減少環(huán)境排放、不打擾居民的目的。
    在現(xiàn)場安裝油煙在線監(jiān)測儀，實時監(jiān)測油煙、顆粒物和非總烴在排煙煙道中的濃度，監(jiān)測油煙凈化器和風(fēng)扇的運行電流和開關(guān)狀態(tài)。一旦排放超過標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)將發(fā)出報警信息。

    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

5.平臺主要功能

系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下：

5.1首頁

①接入企業(yè)

顯示接入的企業(yè)數(shù)，監(jiān)測點位數(shù)；

②AQI天氣

實時AQI天氣狀況；

③告警率、超標(biāo)率、在線率

顯示告警企業(yè)數(shù)量，告警率，包括超標(biāo)、在線率統(tǒng)計；

④地圖點位統(tǒng)計

按接入企業(yè)GIS，在地圖展示。

5.2大屏展示

    該頁面通過分倉形式將云平臺系統(tǒng)的所有基本信息全部展示在大屏上，主要包含了項目總覽，企業(yè)隱患排名，報警信息列表，監(jiān)測點位以及報警統(tǒng)計，監(jiān)測點位地理位置，工單任務(wù)統(tǒng)計等。

5.3實時監(jiān)控

    系統(tǒng)可進(jìn)行監(jiān)測點的篩選，點擊每個監(jiān)測點信息，可以看到實時數(shù)據(jù)和24小時數(shù)據(jù)變化曲線。并且可以看到監(jiān)測節(jié)點的歷史告警信息。

    實時監(jiān)測數(shù)據(jù)包括油煙凈化器和風(fēng)機的運行電流，油煙濃度、顆粒物濃度和NMHC濃度等信息。

    實時狀態(tài)列表

    系統(tǒng)對當(dāng)前點位進(jìn)行數(shù)據(jù)列表統(tǒng)計，對采集的實時數(shù)據(jù)匯總，分析其運行狀態(tài)，預(yù)警范圍等。

    運行工況

    實時監(jiān)測數(shù)據(jù)包括油煙凈化器和風(fēng)機的運行電流，根據(jù)電流數(shù)值來判斷當(dāng)前進(jìn)化器的運行狀態(tài)，包括失聯(lián)、停機、運行等狀態(tài)，結(jié)合運行數(shù)據(jù)曲線，更加方便直觀。

5.4隱患管理

1）后臺根據(jù)測點設(shè)置的濃度閾值以及在隱患巡查中產(chǎn)生對應(yīng)的報警信息，并在首頁進(jìn)行鈴鐺和語音提示；

2）企業(yè)用戶對隱患進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)工單派發(fā)對象，工單截至期限，以及工單任務(wù)描述；

3）運維人員確認(rèn)工單內(nèi)容并對隱患進(jìn)行處理，填寫處理結(jié)果詳情，上傳現(xiàn)場圖片等附件或進(jìn)行二級派發(fā)；

4）相關(guān)企業(yè)用戶可在“隱患記錄"頁面來確認(rèn)對應(yīng)隱患信息的處理進(jìn)度，包括是否處理、是否派發(fā)；

5.5統(tǒng)計分析

    超標(biāo)分析

    對相關(guān)的采集數(shù)據(jù)油煙、顆粒物、NMHC數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，對超標(biāo)的種類、企業(yè)進(jìn)行餅狀圖的展示，同時對報警企業(yè)進(jìn)行排名，根據(jù)排名情況對相關(guān)企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)的分析評價。

    歷史數(shù)據(jù)

    支持對數(shù)據(jù)進(jìn)行年、月、日篩選查詢，自定義日期篩選數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)支持Excel表格導(dǎo)出，便于后期數(shù)據(jù)的校驗和排查。

    設(shè)備維護(hù)

    設(shè)備需要定期清洗、維護(hù)和更換濾芯。

5.6統(tǒng)計分析

    用戶分析報告

    用戶分析報告模塊，將企業(yè)目前的告警進(jìn)行匯總，支持模板的Word導(dǎo)出，具體的模板內(nèi)容可根據(jù)客戶需求實現(xiàn)定制化設(shè)計。

    在線時長分析

    企業(yè)在線時長報告模塊，將企業(yè)目前監(jiān)測儀的在線時長，失聯(lián)時長，風(fēng)機、凈化器的在線、離線時間進(jìn)行匯總，以折線圖、雷達(dá)圖的形式展示。

5.7設(shè)備清洗維護(hù)

    設(shè)置企業(yè)檢測儀定期的清洗、更換計劃，包括維護(hù)監(jiān)測點位的安裝時間，上一次清洗時間，以及下一次的維護(hù)周期，對應(yīng)的負(fù)責(zé)人等信息，清洗前/后照片對比。

5.8視頻功能

支持餐飲點位“一點一視頻"的接入模式，在餐飲污染排放點位安裝攝像頭。

支持：

①視頻實時預(yù)覽監(jiān)測

②歷史視頻回放功能

6.系統(tǒng)硬件配置

類型	設(shè)備型號	圖片	功能
Acrelcloud-3500警飲油煙監(jiān)測云平臺	Acrelcloud-3500		餐飲油煙監(jiān)測云平臺采集餐飲油煙處理設(shè)備運行狀態(tài)和油煙排放的濃度數(shù)據(jù)，自動對超標(biāo)排放及異常企業(yè)進(jìn)行提示預(yù)警，監(jiān)管部門可迅速進(jìn)處理，督促餐飲企業(yè)整改設(shè)備，并定期清洗、維護(hù)，實現(xiàn)減排環(huán)保，不擾民等目的。平臺部署于阿里云服務(wù)器接收、統(tǒng)計、存儲、展示數(shù)據(jù)，向管理人員提供WEB移動端APP訪問，管理者可使用網(wǎng)頁、手機APP等形式應(yīng)用平臺功能。
油煙監(jiān)控儀主機	ACY100-FM		分體式油煙監(jiān)控主機，支持4路交流電流測量、4路模擬量輸入、4路開關(guān)量輸入、2路開關(guān)量輸出、4路RS485、2路DC9V電源輸出；支持1年的監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲；支持RS485通訊；支持IP65
	ACY100-FM4
	ACY100-FM7
油煙監(jiān)控儀探頭	ACY100-FP		分體式油煙監(jiān)控儀探頭，測量油煙、顆粒物、非總烴
油煙監(jiān)控儀耗材	ACY100-FTH		溫濕度測量模塊，測量煙氣溫濕度
油煙監(jiān)控儀耗材	ACY100-FF		過濾煙氣的組件，在探頭前端過濾煙氣中大的漂浮物

7.結(jié)束語

    近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，油煙肆意排放造成的環(huán)境問題越來越嚴(yán)重。現(xiàn)階段，中國主要餐飲服務(wù)業(yè)的企業(yè)大多選擇人口集中、經(jīng)濟發(fā)展的地區(qū)，一些小型餐飲店會選擇在社區(qū)開業(yè)，這進(jìn)一步加劇了油煙污染對人們生活的影響。如何有效地預(yù)防和控制油煙污染已成為當(dāng)今熱門話題。本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的油煙監(jiān)測系統(tǒng)通過單片機控制傳感器收集油煙數(shù)據(jù)，然后通過NB-物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)信息實時上傳到數(shù)據(jù)庫。

參考文獻(xiàn)

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05.

[4]安科瑞油煙監(jiān)測平臺宣傳冊2020.01.

作者簡介徐悅，女，江蘇安科瑞電器制造有限公司。