基于物聯(lián)網(wǎng)背景下的智能油煙在線監(jiān)測系統(tǒng)設計與應用

摘 要：隨著人們生活水平的不斷提升，餐飲業(yè)發(fā)展速度非?？?，與此同時，餐飲業(yè)發(fā)展帶來的油煙問題也日趨嚴重。文章以物聯(lián)網(wǎng)技術為背景，從系統(tǒng)架構設計、系統(tǒng)硬件設計、系統(tǒng)軟件設計等方面，對物聯(lián)網(wǎng)背景下的智能油煙在線監(jiān)測系統(tǒng)進行了分析。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能油煙；在線監(jiān)測系統(tǒng)；分析；餐飲油煙監(jiān)測云平臺；安科瑞

1. 系統(tǒng)架構設計

物聯(lián)網(wǎng)背景下，智能油煙在線監(jiān)測系統(tǒng)的架構包括以下3個版塊：臺控制器、通信網(wǎng)關和服務器，具體架構如圖1所示。

圖1 智能油煙在線監(jiān)測系統(tǒng)構建

臺控制器由廚房端和管道端組成，廚房端包括主控制器和從控制器，每個控制器都可以操控兩個罩臺與4個爐頭，主從控制器間使用RS485雙絞線通信的方法，主控制器與網(wǎng)關使用無線通信的方法。網(wǎng)關連接實際設備與云后臺，從而進行信息與指令的溝通，每個系統(tǒng)都含有網(wǎng)關。網(wǎng)關使用Lora無線與端設備進行通信，其為兩個無線線路共同通信。主控制器與管道的無線線路需要與網(wǎng)關內(nèi)的無線線路相同才可以完成通信。通常狀況下，可以先計算主控制器的數(shù)量與管道端，再均分至網(wǎng)關的兩個信道中。為了防止出現(xiàn)信道堵塞的狀況，網(wǎng)關使用4G無線協(xié)議通信與云平臺通信。

服務器層是存儲并處理信息的關鍵區(qū)域，也可以在同時刻內(nèi)進行不同餐飲企業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)的交互。智能油煙在線監(jiān)測系統(tǒng)在Tomcat服務器上工作，使用Spring Boot設計的請求驅動型的Web框架，來給予客戶實時的系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)與信息，同時客戶也可以使用瀏覽器來對油煙凈化系統(tǒng)進行監(jiān)測與管理。

2.系統(tǒng)硬件設計

廚房端與管道端的控制器均是使用網(wǎng)關來達成數(shù)據(jù)交互，再輸送至服務器由后臺進行統(tǒng)的監(jiān)測與管理。

2.1 廚房端主控電箱

廚房端結構由主控制器、從控制器與在電箱內(nèi)的顯示屏組成，圖2為主控電箱的接線。主從控制器系統(tǒng)包括個主控制器與兩個從控制器，由主控制器的485-4接口通過雙絞線串接從控制器的485-2接口。嵌入電箱的顯示屏是為了便利廚房員工可以實時監(jiān)控凈化設備的工作情況，有需要時也可以調(diào)取監(jiān)控。

圖2 主控電箱的接線

廚房端的灶臺會收集灶臺的開關情況與溫度變化，攔截器罩式凈化器會收集機器的電功率數(shù)據(jù)，支煙道閥會收集風閥的電功率數(shù)據(jù)。主控制器會把輪詢的從控制器信輸送網(wǎng)關，所含的配置信息是主控制器和網(wǎng)關間的無線通信信息、主控制器地址及其從控制器地址。

2.2 管道端主控電箱

管道端電箱主線路中，管道凈化端的主煙道風閥收集油煙濃度與風閥電功率的信息；管道壓力與靜壓箱收集油煙管道的壓力與靜壓箱電功率的信息；管道端內(nèi)的UV除味器與排風機收集UV除味機器與排風機的電功率信息；管道端中的水質測量潛水泵電機收集水質與潛水泵電功率信息。管道端控制器會把監(jiān)測的信息輸送到網(wǎng)關，控制器與網(wǎng)關通信也應配備無線通信數(shù)據(jù)與控制器的地址。如圖3所示。

圖3 管道端電箱主線路

在當餐飲行業(yè)的油煙監(jiān)測的過程中，灶頭數(shù)量的確定是關鍵，需要注意的是按實際情況及時明確灶頭的計算方法：針對中式餐飲店而言，采取現(xiàn)有的或罩面積方案進行計算；西式餐廳則需要結合發(fā)熱功率進行計算。在估算排氣罩面積的過程中，受到其他因素的影響，存在定的問題，廚房排氣罩的下方不定是產(chǎn)生油煙的爐灶，還有油爐以及蒸爐等類型的情況，個別企業(yè)將爐灶的排氣罩面積設置的比較大，在整個測定的過程中，為了可以估算出油煙爐灶的排氣罩面積以及基準的灶頭數(shù)，不應依據(jù)估算結果計算基準灶頭數(shù)，而應按爐灶的總發(fā)熱功率來折算（如按耗油量折算）。

2.3 通信網(wǎng)關

網(wǎng)關也被叫作網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉換器，因為其在網(wǎng)絡層上兩個高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡間互連。網(wǎng)關主要負責智能油煙在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源交互，應配備信道無線參數(shù)、廚房端的主從控制器與管道端的控制器地址、機器地址與服務器數(shù)據(jù)等。由于管道端的特殊性，在網(wǎng)關參數(shù)中，應在信道參數(shù)的基礎上，先輸管道端地址再輸入廚房主從控制器的地址，網(wǎng)關會把參數(shù)數(shù)據(jù)輸送至服務器。設備與服務器的網(wǎng)絡配置包括配置設備的默認網(wǎng)絡地址。通常狀況下， 系統(tǒng)啟動動態(tài)主機配置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）服務器，且準許服務器向用戶端進行動態(tài)分配地址，待成功取得連接后便開始監(jiān)測信息；如果使用DHCP服務器沒有分配到地址，則應點禁用再輸入設備地址，也可以自動讀取信息。心跳配置內(nèi)的地址與端口是服務器的地址與通信點，通常情況下不調(diào)換服務器就不需要進行二次配置。

3 系統(tǒng)軟件設計

智能油煙監(jiān)測系統(tǒng)使用瀏覽器/ 服務器（Browser /Server，B/S）架構來搭建，使用常用的SpringBoot框架來組建并開發(fā)應用，還配備MyBaits層框架來配置Java數(shù)據(jù)庫連接（Java DataBase Connectivity，JDBC）代碼，使用AJAX與服務器分享信息并更新網(wǎng)頁內(nèi)容。Web服務器從數(shù)據(jù)庫中收集數(shù)據(jù)，再依據(jù)系統(tǒng)的功能來進行選擇，把對應的數(shù)據(jù)信息整理后輸送到平臺。平臺主要有以下功能模塊：數(shù)據(jù)監(jiān)控、地圖監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、消息和系統(tǒng)管理，如圖4所示。

圖4智能油煙在線監(jiān)測系統(tǒng)構架

3.1 數(shù)據(jù)監(jiān)控

客戶可以使用數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊查看油煙機器的工作狀況， 例如爐頭點火、閥門開關、設備功率、風機開關、油煙濃度等工作信息。此模塊是基于對客戶使用體驗的考慮，呈現(xiàn)具體的流程圖來展示出系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)信息，每隔固定的時間，頁面會進行自動更新，從而為客戶提供設備新的工作信息。如果使用管理員的身份進行登錄，還可以選取客戶，從而看到全體客戶全部監(jiān)測機器工作的信息狀況。

3.2 地圖監(jiān)控

使用地圖監(jiān)控模塊，可以在餐飲企業(yè)分布零散中通過此系統(tǒng)所使用的由應百D地圖開發(fā)的JavaScript應用程序編程接口（Application Programming Interface，API），客戶可以在地圖上找到個人餐飲企業(yè)的具體位置和實時的信息數(shù)據(jù)等；而使用管理員身份登錄時可以使用地圖監(jiān)控模塊，看到全體客戶的公司位置與實時數(shù)據(jù)等。管理員也能指D位置看到客戶的設備信息，如果客戶的信息數(shù)據(jù)存在異常時，管理員可以立刻向異常數(shù)據(jù)位置的餐廳發(fā)送消息提醒，此客戶登錄監(jiān)測系統(tǒng)后便可以收到消息的警告提醒信息。隨著餐飲行業(yè)的逐漸擴大，此地圖監(jiān)控功能大大滿足了管理員查找規(guī)定客戶的需求。

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊可以計算出油煙凈化系統(tǒng)設備的平均濃度、功率、溫度與濕度等信息，能夠及時觀察出餐飲公司的油煙排放狀況，再進行整理后繪制出全天內(nèi)的信息餅狀圖與曲線圖，以便讓客戶更為直觀地了解油煙凈化設備的概況。系統(tǒng)在此模塊中裝備了HighCharts圖表庫，可以快速在Web平臺加入具備交互性的圖表，含有直線圖、餅狀圖、散狀點圖等，同時還具備大量的API接口，以便在創(chuàng)立圖表后對圖表中的線、文字進行刪改增加，令客戶更為直觀地看到油煙凈化機器的工作狀況。

3.4 消息

通常情況下，把消息功能分為用戶反饋和實時報警兩個主要的部分。系統(tǒng)旦檢測到數(shù)據(jù)有問題，報警系統(tǒng)就會將數(shù)據(jù)發(fā)送給餐飲企業(yè)，及時做出解決方案；此外凈化設備在發(fā)現(xiàn)有問題的時候，可以讓消息將有問題的部分發(fā)送給管理人員。在消息里，用戶可以隨時查看自己被警告的信息，管理人員隨時都能查詢給用戶發(fā)送的信息以及用戶發(fā)來的信息。

3.5 系統(tǒng)管理

相比較于其他的版塊來說，系統(tǒng)管理模塊有所不同，只能由管理人員使用。例如，在新的餐飲企業(yè)準備成立的時候，先需要在相關管理部門登記注冊，并且將自己的詳細信息記錄。管理部門將給予企業(yè)定的權限，企業(yè)可以實時查看自己所擁有資源的使用情況。

4.安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺

為了彌補現(xiàn)存餐飲行業(yè)在煙油監(jiān)測上的漏洞，同時便利監(jiān)管部門的監(jiān)察，安科瑞油煙監(jiān)測云平臺應運而生。油煙監(jiān)測模塊通過2G/4G與云端平臺進行通信和數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)能夠對企業(yè)餐飲設備的開機狀態(tài)、運行狀態(tài)進行監(jiān)控；實現(xiàn)開機率監(jiān)測，凈化效率監(jiān)測，設施停運告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、等統(tǒng)計功能；較之傳統(tǒng)的靜電監(jiān)測方案，更具實效性。平臺預留與其他應用系統(tǒng)、設備交互對接接口，具有很好的擴展性。

4.1 平臺結構

平臺GIS地圖采集餐飲油煙處理設備運行狀態(tài)和油煙排放的濃度數(shù)據(jù)，自動對超標排放及異常企業(yè)進行提示預警，監(jiān)管部門可迅速進行處理，督促餐飲企業(yè)整改設備，并定期清洗、維護，實現(xiàn)減排環(huán)保，不擾民等目的。現(xiàn)場安裝監(jiān)測終端，持續(xù)監(jiān)測油煙凈化器的工作狀態(tài)，包括設備運行的電流、電壓、功率、耗電量等等，同時結合排煙口的揮發(fā)性物質、顆粒物濃度等進行對比分析，旦排放超標，系統(tǒng)會發(fā)出異常信號。

■ 油煙監(jiān)測設備用來監(jiān)測油煙、顆粒物、NmHc等數(shù)據(jù)

■ 凈化器和風機配合對油煙進行凈化處理，同時對凈化設備的電流、電壓進行監(jiān)測

■ 設備通過4G網(wǎng)絡將采集的數(shù)據(jù)上傳至遠程云端服務器

4.2 平臺主要功能

   （1）在線監(jiān)測

對油煙排污數(shù)據(jù)的監(jiān)測，包括油煙排放濃度，顆粒物，NmHc等數(shù)值采集監(jiān)測；同時對監(jiān)控風機和凈化器的啟停狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。

(2)告警數(shù)據(jù)監(jiān)測

系統(tǒng)根據(jù)采集的油煙數(shù)值大小，產(chǎn)生對應的排放超標告警；對凈化器的運行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設備對應的運行、停機、故障等告警事件。

(3)數(shù)據(jù)分析

運行時長分析，離線分析；告警占比、分析；歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。

(4)隱患管理

系統(tǒng)對采集的告警數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)生對應的隱患記錄，派發(fā)、處理隱患，及時處理告警，形成閉環(huán)。

(5)統(tǒng)計分析

包括時長分析、超標分析、歷史數(shù)據(jù)、分析報告等模塊。

(6)基礎數(shù)據(jù)維護

個人信息、權限維護，企業(yè)信息錄入，對應測點信息錄入等。

(7)數(shù)據(jù)服務

數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析。

4.3 油煙監(jiān)測主機

油煙監(jiān)控主機是現(xiàn)場的管理設備，實時采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號，進行數(shù)據(jù)處理，通過有線或無線網(wǎng)絡通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒掌髌脚_。同時，對本地數(shù)據(jù)進行存儲，監(jiān)控現(xiàn)場設備狀態(tài)，提供人機操作界面。

具體技術參數(shù)如下：

4.4 設備選型方案

注：雙探頭適合雙排煙通道的場合，每路探頭監(jiān)測1路排煙通道。

5.結語

如今油煙污染已然變?yōu)閮?nèi)三大污染源之，相關部門管理上的疏漏，導致餐飲行業(yè)的油煙污染問題日漸嚴重，已經(jīng)直接影響到人們的日常生活與環(huán)境保護。應用油煙監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時監(jiān)測油煙凈化機器的工作情況、污染物指數(shù)及機器維修提醒等功能，讓所有設備的信息有形化，讓用戶可以實時掌控機器的工作狀況，實現(xiàn)多企業(yè)油煙排放數(shù)據(jù)信息的共享與使用，也更有利于有關部門進行監(jiān)督與管控。