基于物联网背景下的智能油烟在线监测系统设计与应用

时间：2021-05-07

摘 要：随着人们生活水平的不断提升，餐饮业发展速度非常快，与此同时，餐饮业发展带来的油烟问题也日趋严重。文章以物联网技术为背景，从系统架构设计、系统硬件设计、系统软件设计等方面，对物联网背景下的智能油烟在线监测系统进行了分析。

关键词：物联网；智能油烟；在线监测系统；分析；餐饮油烟监测云平台；安科瑞

 

1. 系统架构设计

物联网背景下，智能油烟在线监测系统的架构包括以下3个版块：前台控制器、通信网关和服务器，具体架构如图1所示。

 

图1 智能油烟在线监测系统构建

前台控制器由厨房端和管道端组成，厨房端包括主控制器和从控制器，每一个控制器都可以操控两个罩台与4个炉头，主从控制器间使用RS485双绞线通信的方法，主控制器与网关使用无线通信的方法。网关连接实际设备与云后台，从而进行信息与指令的沟通，每个系统都含有网关。网关使用Lora无线与前端设备进行通信，其为两个无线线路共同通信。主控制器与管道的无线线路需要与网关内的无线线路相同才可以完成通信。通常状况下，可以先计算主控制器的数量与管道端，再均分至网关的两个信道中。为了防止出现信道堵塞的状况，网关使用4G无线协议通信与云平台通信。

服务器层是存储并处理信息的关键区域，也可以在同一时刻内进行不同餐饮企业监测数据的交互。智能油烟在线监测系统在Tomcat服务器上工作，使用Spring Boot设计的请求驱动型的Web框架，来给予客户实时的系统工作数据与信息，同时客户也可以使用浏览器来对油烟净化系统进行监测与管理。

 

2.系统硬件设计

厨房端与管道端的控制器均是使用网关来达成数据交互，再输送至服务器由后台进行统一的监测与管理。

2.1 厨房端主控电箱

厨房端结构由主控制器、从控制器与在电箱内的显示屏组成，图2为主控电箱的接线。主从控制器系统包括一个主控制器与两个从控制器，由主控制器的485-4接口通过双绞线串接从控制器的485-2接口。嵌入电箱的显示屏是为了便利厨房员工可以实时监控净化设备的工作情况，有需要时也可以调取监控。



图2 主控电箱的接线

厨房端的灶台会收集灶台的开关情况与温度变化，拦截器罩式净化器会收集机器的电功率数据，支烟道阀会收集风阀的电功率数据。主控制器会把轮询的从控制器信输送网关，所含的配置信息是主控制器和网关间的无线通信信息、主控制器地址及其从控制器地址。

2.2 管道端主控电箱

管道端电箱主线路中，管道净化端的主烟道风阀收集油烟浓度与风阀电功率的信息；管道压力与静压箱收集油烟管道的压力与静压箱电功率的信息；管道端内的UV除味器与排风机收集UV除味机器与排风机的电功率信息；管道端中的水质测量潜水泵电机收集水质与潜水泵电功率信息。管道端控制器会把监测的信息输送到网关，控制器与网关通信也应配备无线通信数据与控制器的地址。如图3所示。

 

图3 管道端电箱主线路

在当前餐饮行业的油烟监测的过程中，灶头数量的确定是关键，需要注意的是按实际情况及时明确灶头的计算方法：针对中式餐饮店而言，采取现有的或罩面积方案进行计算；西式餐厅则需要结合发热功率进行计算。在估算排气罩面积的过程中，受到其他因素的影响，存在一定的问题，厨房排气罩的下方不一定是产生油烟的炉灶，还有油炉以及蒸炉等类型的情况，个别企业将炉灶的排气罩面积设置的比较大，在整个测定的过程中，为了可以估算出油烟炉灶的排气罩面积以及基准的灶头数，不应依据估算结果计算基准灶头数，而应按炉灶的总发热功率来折算（如按耗油量折算）。

2.3 通信网关

网关也被叫作网间连接器、协议转换器，因为其在网络层上两个高层协议不同的网络间互连。网关主要负责智能油烟在线监测系统的数据资源交互，应配备信道无线参数、厨房端的主从控制器与管道端的控制器地址、机器地址与服务器数据等。由于管道端的特殊性，在网关参数中，应在信道参数的基础上，先输管道端地址再输入厨房主从控制器的地址，网关会把参数数据输送至服务器。设备与服务器的网络配置包括配置设备的默认网络地址。通常状况下， 系统启动动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）服务器，且准许服务器向用户端进行动态分配地址，待成功取得连接后便开始监测信息；如果使用DHCP服务器没有分配到地址，则应点禁用再输入设备地址，也可以自动读取信息。心跳配置内的地址与端口是服务器的地址与通信点，通常情况下不调换服务器就不需要进行二次配置。

 

3 系统软件设计

智能油烟监测系统使用浏览器/ 服务器（Browser /Server，B/S）架构来搭建，使用常用的SpringBoot框架来组建并开发应用，还配备MyBaits层框架来配置Java数据库连接（Java DataBase Connectivity，JDBC）代码，使用AJAX与服务器分享信息并更新网页内容。Web服务器从数据库中收集数据，再依据系统的功能来进行选择，把对应的数据信息整理后输送到平台。平台主要有以下功能模块：数据监控、地图监控、数据统计、消息和系统管理，如图4所示。

 

图4智能油烟在线监测系统构架

3.1 数据监控

客户可以使用数据监控模块查看油烟机器的工作状况， 例如炉头点火、阀门开关、设备功率、风机开关、油烟浓度等工作信息。此模块是基于对客户使用体验的考虑，呈现具体的流程图来展示出系统收集的数据信息，每隔固定的时间，页面会进行自动更新，从而为客户提供设备新的工作信息。如果使用管理员的身份进行登录，还可以选取客户，从而看到全体客户全部监测机器工作的信息状况。

3.2 地图监控

使用地图监控模块，可以在餐饮企业分布零散中通过此系统所使用的由应百度地图开发的JavaScript应用程序编程接口（Application Programming Interface，API），客户可以在地图上找到个人餐饮企业的具体位置和实时的信息数据等；而使用管理员身份登录时可以使用地图监控模块，看到全体客户的公司位置与实时数据等。管理员也能*位置看到客户的设备信息，如果客户的信息数据存在异常时，管理员可以立刻向异常数据位置的餐厅发送消息提醒，此客户登录监测系统后便可以收到消息的警告提醒信息。随着餐饮行业的逐渐扩大，此地图监控功能大大满足了管理员查找规定客户的需求。

3.3 数据统计

使用数据统计模块可以计算出油烟净化系统设备的平均浓度、功率、温度与湿度等信息，能够及时观察出餐饮公司的油烟排放状况，再进行整理后绘制出全天内的信息饼状图与曲线图，以便让客户更为直观地了解油烟净化设备的概况。系统在此模块中装备了HighCharts图表库，可以快速在Web平台加入具备交互性的图表，含有直线图、饼状图、散状点图等，同时还具备大量的API接口，以便在创立图表后对图表中的线、文字进行删改增加，令客户更为直观地看到油烟净化机器的工作状况。

3.4 消息

通常情况下，把消息功能分为用户反馈和实时报警两个主要的部分。系统一旦检测到数据有问题，报警系统就会将数据发送给餐饮企业，及时做出解决方案；此外净化设备在发现有问题的时候，可以让消息将有问题的部分发送给管理人员。在消息里，用户可以随时查看自己被警告的信息，管理人员随时都能查询给用户发送的信息以及用户发来的信息。

3.5 系统管理

相比较于其他的版块来说，系统管理模块有所不同，只能由管理人员使用。例如，在新的餐饮企业准备成立的时候，先需要在相关管理部门登记注册，并且将自己的详细信息记录。管理部门将给予企业一定的权限，企业可以实时查看自己所拥有资源的使用情况。

 

4.安科瑞AcrelCloud3500餐饮油烟监测云平台

为了弥补现存餐饮行业在烟油监测上的漏洞，同时便利监管部门的监察，安科瑞油烟监测云平台应运而生。油烟监测模块通过2G/4G与云端平台进行通信和数据交互，系统能够对企业餐饮设备的开机状态、运行状态进行监控；实现开机率监测，净化效率监测，设施停运告警，待清洗告警，异常告警等功能；对采集数据进行统计分析、排名等统计功能；较之传统的静电监测方案，更具实效性。平台预留与其他应用系统、设备交互对接接口，具有很好的扩展性。

4.1 平台结构

平台GIS地图采集餐饮油烟处理设备运行状态和油烟排放的浓度数据，自动对**标排放及异常企业进行提示预警，监管部门可迅速进行处理，督促餐饮企业整改设备，并定期清洗、维护，实现减排环保，不扰民等目的。现场安装监测终端，持续监测油烟净化器的工作状态，包括设备运行的电流、电压、功率、耗电量等等，同时结合排烟口的挥发性物质、颗粒物浓度等进行对比分析，一旦排放**标，系统会发出异常信号。

 

■ 油烟监测设备用来监测油烟、颗粒物、NmHc等数据

■ 净化器和风机配合对油烟进行净化处理，同时对净化设备的电流、电压进行监测

■ 设备通过4G网络将采集的数据上传至远程云端服务器

4.2 平台主要功能

   （1）在线监测

对油烟排污数据的监测，包括油烟排放浓度，颗粒物，NmHc等数值采集监测；同时对监控风机和净化器的启停状态、运行数据进行监测。

 

 

(2)告警数据监测

系统根据采集的油烟数值大小，产生对应的排放**标告警；对净化器的运行数据分析，上传净化设备对应的运行、停机、故障等告警事件。

(3)数据分析

运行时长分析，离线分析；告警占比、排名分析；历史数据统计等。

 

 

 

(4)隐患管理

系统对采集的告警数据分析，产生对应的隐患记录，派发、处理隐患，及时处理告警，形成闭环。

 

 

(5)统计分析

包括时长分析、**标分析、历史数据、分析报告等模块。

 

 

(6)基础数据维护

个人信息、权限维护，企业信息录入，对应测点信息录入等。

(7)数据服务

数据采集，短信提醒，数据存储和解析。

4.3 油烟监测主机

油烟监控主机是现场的管理设备，实时采集油烟浓度探测器和工况传感器的信号，进行数据处理，通过有线或无线网络通讯将数据传输到服务器平台。同时，对本地数据进行存储，监控现场设备状态，提供人机操作界面。

 

 

 

具体技术参数如下：



 

4.4 设备选型方案




注：双探头适合双排烟通道的场合，每路探头监测1路排烟通道。

 

5.结语

如今油烟污染已然变为国内三大污染源之一，相关部门管理上的疏漏，导致餐饮行业的油烟污染问题日渐严重，已经直接影响到人们的日常生活与环境保护。应用油烟监控系统可以实现实时监测油烟净化机器的工作情况、污染物指数及机器维修提醒等功能，让所有设备的信息有形化，让用户可以实时掌控机器的工作状况，实现多企业油烟排放数据信息的共享与使用，也更有利于有关部门进行监督与管控。

 

【参考文献】

[1] 孙彦景，冯甜欣，李松，等.基于NB-IoT的低速率监测物联网应用实验系统[J].实验技术与管理，2020（3）：95-98.

[2] 胡洋，田兵，雷金勇，等.物联网的分布式发电系统聚合服务运营模式分析[J].中国电力，2018（1）：1-9.

[3] 卜言彬，薛雁丹，曹海燕.油烟监控信息管理系统设计研究[J].现代信息科技，2017（4）：4-6.

[4] 黄俊，王志苗，何姝，李凌伟.物联网背景下的智能油烟在线监测系统设计[J].无线互联科技.

[5] 安科瑞AcrelCloud-3500餐饮油烟监测云平台.2020.05版.

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