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基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的餐飲業(yè)油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究
點(diǎn)擊次數(shù)：758 更新時(shí)間：2020-07-27

王蒙蒙

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：本文利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建了一套餐飲企業(yè)智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)前臺(tái)由廚房端和管道端組成，通過(guò)網(wǎng)關(guān)接入云平臺(tái)管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)煹篱y門的啟閉、變頻風(fēng)機(jī)的啟停與風(fēng)速及功率調(diào)節(jié)、油煙濃度數(shù)據(jù)等。結(jié)合動(dòng)態(tài)參數(shù)的持續(xù)變化和云平臺(tái)大數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，提高餐飲企業(yè)的油煙凈化綜合監(jiān)控能力，以便實(shí)現(xiàn)政府部門對(duì)餐飲企業(yè)的油煙數(shù)化管制。

關(guān)鍵詞:在線監(jiān)測(cè)；油煙凈化；物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字化

1引言

  餐飲業(yè)作為我三產(chǎn)業(yè)中一個(gè)重要的傳統(tǒng)服務(wù)性行業(yè)，因其市場(chǎng)大、增長(zhǎng)快、影響廣、吸納就業(yè)能力強(qiáng)的特點(diǎn)而廣受重視。從餐飲油煙凈化治理的狀況來(lái)看，由于餐飲企業(yè)眾多且分散，只能簡(jiǎn)單地監(jiān)測(cè)油煙凈化系統(tǒng)各設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，一般只要煙道閥門和風(fēng)機(jī)設(shè)備處于開(kāi)啟狀態(tài)，就判定為油煙排放正常即所謂的排放達(dá)標(biāo)；對(duì)于油煙凈化設(shè)備的工作狀態(tài)是通過(guò)監(jiān)測(cè)油煙凈化設(shè)備的運(yùn)行功率等參數(shù)的變化進(jìn)行判別；其潔凈程度則是根據(jù)定期數(shù)據(jù)記錄或凈化器上吸附油煙雜物的情況來(lái)判別是否需要清洗。隨著嵌入式、無(wú)線通信和多傳感器融合技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成應(yīng)用在油煙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，將有益于提高企業(yè)對(duì)油煙凈化綜合監(jiān)控能力、給予政府及環(huán)保部門數(shù)字化指標(biāo)，推動(dòng)人與自然和諧發(fā)展。

 

2系統(tǒng)體系架構(gòu)

 

圖 1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

 

  該智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體架構(gòu)分為三個(gè)模塊，即前臺(tái)控制器、通信網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器，整體架構(gòu)如圖1所示。

  前臺(tái)控制器部分包括廚房端和管道端，其中廚房端由一個(gè)主控制器與兩個(gè)從控制器組成，每個(gè)控制器可管理兩個(gè)罩臺(tái)加四個(gè)爐頭的標(biāo)準(zhǔn)組合，主從控制器之間采用 RS485雙絞線通信，主控制器、管道端與網(wǎng)關(guān)之間均采用無(wú)線通信。

  網(wǎng)關(guān)連接前端設(shè)備與云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與信令的轉(zhuǎn)發(fā)，每個(gè)系統(tǒng)布設(shè)一個(gè)網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)與前端設(shè)備之間采用 Lora 無(wú)線通信協(xié)議通信，默認(rèn)為兩個(gè)無(wú)線信道并行通信。廚房主控制器與管道端的無(wú)線信道與網(wǎng)關(guān)的任一無(wú)線信道一致才能通信。一般情況下，可先統(tǒng)計(jì)廚房端主控制器數(shù)量加一個(gè)管道端，然后平均分配到網(wǎng)關(guān)的兩個(gè)信道上。為了避免單一信道交互堵塞，網(wǎng)關(guān)與云平臺(tái)之間采用4G無(wú)線協(xié)議通信。

  服務(wù)器層作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的核心空間，可以實(shí)現(xiàn)不同餐飲企業(yè)任一時(shí)刻多組傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的交互。智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行在 Tomcat服務(wù)器上，采用的是Spring Boot設(shè)計(jì)模式的請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)型的輕量級(jí) Web 框架，為用戶提供其所需的實(shí)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行情況，支持用戶以瀏覽器方式對(duì)油煙凈化系統(tǒng)智能化監(jiān)測(cè)與控制。

 

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

  無(wú)論廚房端控制器還是管道端控制器都是通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并上傳給服務(wù)器供后臺(tái)統(tǒng)計(jì)和管理。

3.1 廚房端主控電箱

  廚房端主控電箱連接控制的傳感器、煙道閥門等設(shè)備如圖2所示。當(dāng)爐頭上方溫度探頭測(cè)量到當(dāng)前溫度比環(huán)境溫度高4度以上時(shí)，即判定為廚師已啟動(dòng)爐頭開(kāi)始烹飪，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)煙道閥門、啟動(dòng)煙罩風(fēng)機(jī)，并上傳爐頭運(yùn)作信息到網(wǎng)關(guān)層，隨后網(wǎng)關(guān)會(huì)即時(shí)通知管道端啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備。在整個(gè)烹飪過(guò)程中，廚房端控制器會(huì)連續(xù)地采集當(dāng)前爐頭上方測(cè)量的溫度和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、煙道閥門啟閉狀態(tài)、煙罩風(fēng)機(jī)功率等參數(shù)并上傳到系統(tǒng)服務(wù)器。當(dāng)爐頭上方溫度探頭測(cè)量到溫度與當(dāng)前環(huán)境溫度大致相同后，會(huì)延時(shí)關(guān)閉煙罩風(fēng)機(jī)和煙道閥門，并上傳廚房端爐頭關(guān)閉信息到網(wǎng)關(guān)，隨后網(wǎng)關(guān)通知管道端并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)控。

      

圖 2 廚房端電箱控制圖

3.2 管道端主控電箱

  管道端主控電箱連接控制的傳感器、風(fēng)機(jī)等設(shè)備如圖3所示。管道端控制器根據(jù)接收通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳來(lái)的廚房端爐頭點(diǎn)火信息和測(cè)量煙道內(nèi)油煙濃度信息，啟動(dòng)變頻風(fēng)機(jī)、凈化器和除味器等相關(guān)設(shè)備，并按照預(yù)設(shè)置的參數(shù)模式智能自行調(diào)控凈化功率和變頻風(fēng)機(jī)功率。管道端控制器連接的傳感器等設(shè)備的運(yùn)行信息直接上傳到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)到廚房端顯示其廚房端運(yùn)行狀態(tài)。

圖 3 管道端電箱控制圖

3.3 無(wú)線網(wǎng)關(guān)

  網(wǎng)關(guān)作為智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互中心，需要配置各信道間的無(wú)線參數(shù)、各廚房主從控制器與管道端控制器地址、本機(jī)自身地址及服務(wù)器相關(guān)參數(shù)等。在網(wǎng)關(guān)參數(shù)配置中，需要在各信道參數(shù)配置下，因?yàn)楣艿蓝讼忍钊牍艿蓝说刂吩偬钊肱c該管道端相連的廚房主從控制器地址，網(wǎng)關(guān)會(huì)根據(jù)本配置提取參數(shù)信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器。本機(jī)及服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)配置，主要是配置本機(jī)的缺?。J(rèn)）網(wǎng)絡(luò)地址。

  一般情況下，系統(tǒng)默認(rèn)開(kāi)啟 DHCP 服務(wù)器，允許服務(wù)器向客戶端動(dòng)態(tài)分配 IP 地址，連接成功后會(huì)自動(dòng)讀取配置信息；若采用DHCP服務(wù)器未能成功分配地址，則需點(diǎn)擊“禁用”再手動(dòng)輸入相應(yīng)本機(jī)IP地址，連接成功后亦自動(dòng)讀取配置信息。心跳配置中的IP地址和端口即為服務(wù)器的IP和通信端口，一般情況服務(wù)器不變更無(wú)需重新配置。其中包間隔為上傳數(shù)據(jù)間隔，因?yàn)樵撓到y(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)的交互并不是毫秒級(jí)的要求，所以啟用移動(dòng)數(shù)據(jù)通信時(shí)在此設(shè)置心跳間隔可以降低網(wǎng)絡(luò)流量的浪費(fèi)，以此節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本。

 

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

  在智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，軟件層面的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化和化，需要建立一個(gè)足夠清晰的數(shù)據(jù)中心。由網(wǎng)關(guān)將設(shè)備的工作狀況信息持續(xù)傳到服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，系統(tǒng)一定時(shí)間間隔掃描數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表，分析計(jì)算后傳到系統(tǒng)前端供管理員查看。其中Web服務(wù)器采用的是MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，主要表單如表1 所示。

表 1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的主要表單

  Web 服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中提取已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，按照系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行提煉，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合統(tǒng)計(jì)展現(xiàn)給系統(tǒng)平臺(tái)。整個(gè)平臺(tái)主要包括五大功能模塊，數(shù)據(jù)監(jiān)控、地圖監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、消息中心和系統(tǒng)管理。

  例如油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是對(duì)餐飲企業(yè)煙道出口處的油煙進(jìn)行濃度實(shí)時(shí)采樣，以得到油煙濃度的準(zhǔn)確量化的數(shù)據(jù)，為了確保凈化后的油煙濃度能達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，盡量減少油煙排放后對(duì)環(huán)境的污染。數(shù)據(jù)監(jiān)控顯示在系統(tǒng)的頁(yè)，用戶登錄成功后即可看到當(dāng)前油煙設(shè)備的工作狀態(tài)，包括閥門開(kāi)關(guān)狀態(tài)、凈化器開(kāi)關(guān)狀態(tài)及其功率、風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)狀態(tài)及其功率、凈化前后的油煙濃度等所有監(jiān)測(cè)終端設(shè)備工作狀態(tài)的信息。

  數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能模塊主要是通過(guò)分析計(jì)算出油煙凈化系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)的平均濃度、溫度、濕度和能耗等數(shù)據(jù)，能夠及時(shí)、較為完整地反映餐飲企業(yè)的油煙排放情況及趨勢(shì)，進(jìn)行前端整合繪制出各時(shí)間段內(nèi)的餅狀圖和曲線圖讓用戶更直觀的看到油煙凈化的整體情況。

  針對(duì)餐飲企業(yè)分布零散但廣泛的情況，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中應(yīng)用到了地圖開(kāi)源的 JavaScript API應(yīng)用程序接口。在標(biāo)注的地點(diǎn)上能夠顯示該餐飲企業(yè)的位置詳情及實(shí)時(shí)參數(shù)等。隨著餐飲企業(yè)的不斷注冊(cè)植入，該地圖監(jiān)控功能日后對(duì)于在所有用戶里查找目標(biāo)用戶的需求來(lái)講提供了便利性。

  消息中心功能模塊里主要分為兩個(gè)部分，實(shí)時(shí)報(bào)警和用戶反饋，一旦系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)會(huì)發(fā)送報(bào)警信息給餐飲企業(yè)；當(dāng)凈化設(shè)備異常時(shí)用戶可以通過(guò)消息中心發(fā)送反饋信息給系統(tǒng)管理員。

  而五個(gè)功能模塊的權(quán)限只限于系統(tǒng)管理員，其擁有系統(tǒng)的使用權(quán)限。例如每當(dāng)一個(gè)新餐飲企業(yè)入戶時(shí)，需要管理員進(jìn)行系統(tǒng)注冊(cè)，對(duì)安裝設(shè)備的種類和數(shù)量進(jìn)行登記，然后分配賬號(hào)給餐飲企業(yè)，企業(yè)就可以查看瀏覽油煙凈化設(shè)備的工作狀況等詳情。

  該智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充分利用了四代移動(dòng)通信技術(shù)的高速傳輸特性；結(jié)合了低功耗設(shè)計(jì)的設(shè)備和自動(dòng)化的調(diào)控技術(shù)使得餐飲企業(yè)油煙凈化系統(tǒng)的能效比顯著提升；通過(guò)大數(shù)據(jù)分析給予餐飲企業(yè)故障預(yù)警，未故障、先預(yù)警。

 

5安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監(jiān)測(cè)云平臺(tái)

  為了彌補(bǔ)現(xiàn)存餐飲行業(yè)在煙油監(jiān)測(cè)上的漏洞，同時(shí)便利監(jiān)管部門的監(jiān)察，安科瑞油煙監(jiān)測(cè)云平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。油煙監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)2G/4G與云端平臺(tái)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)能夠?qū)ζ髽I(yè)餐飲設(shè)備的開(kāi)機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)率監(jiān)測(cè)，凈化效率監(jiān)測(cè)，設(shè)施停運(yùn)告警，待清洗告警，異常告警等功能；對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、等統(tǒng)計(jì)功能；較之傳統(tǒng)的靜電監(jiān)測(cè)方案，更具安全性和實(shí)效性。平臺(tái)預(yù)留與其他應(yīng)用系統(tǒng)、設(shè)備交互對(duì)接接口，具有很好的擴(kuò)展性及融合性。

 

5.1平臺(tái)結(jié)構(gòu)

  平臺(tái)GIS地圖采集餐飲油煙處理設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和油煙排放的濃度數(shù)據(jù)，自動(dòng)對(duì)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)行處理，督促餐飲企業(yè)整改設(shè)備，并定期清洗、維護(hù)，實(shí)現(xiàn)減排環(huán)保，不擾民等目的。現(xiàn)場(chǎng)安裝監(jiān)測(cè)終端，持續(xù)監(jiān)測(cè)油煙凈化器的工作狀態(tài)，包括設(shè)備運(yùn)行的電流、電壓、功率、耗電量等等，同時(shí)結(jié)合排煙口的揮發(fā)性物質(zhì)、顆粒物濃度等進(jìn)行對(duì)比分析，一旦排放超標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出異常信號(hào)。

■ 油煙監(jiān)測(cè)設(shè)備用來(lái)監(jiān)測(cè)油煙、顆粒物、NmHc等數(shù)據(jù)

■ 凈化器和風(fēng)機(jī)配合對(duì)油煙進(jìn)行凈化處理，同時(shí)對(duì)凈化設(shè)備的電流、電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè) 

■ 設(shè)備通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程云端服務(wù)器

5.2 平臺(tái)主要功能

(一)在線監(jiān)測(cè)

  對(duì)油煙排污數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，包括油煙排放濃度，顆粒物，NmHc等數(shù)值采集監(jiān)測(cè);同時(shí)對(duì)監(jiān)控風(fēng)機(jī)和凈化器的啟停狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

　　(二)告警數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

  系統(tǒng)根據(jù)采集的油煙數(shù)值大小，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的排放超標(biāo)告警;對(duì)凈化器的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設(shè)備對(duì)應(yīng)的運(yùn)行、停機(jī)、故障等告警事件。

　  (三)數(shù)據(jù)分析

  運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)分析，離線分析;告警占比、分析;歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。

　　(四)隱患管理

  系統(tǒng)對(duì)采集的告警數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的隱患記錄，派發(fā)、處理隱患，及時(shí)處理告警，形成閉環(huán)

(五)統(tǒng)計(jì)分析

  包括時(shí)長(zhǎng)分析、超標(biāo)分析、歷史數(shù)據(jù)、分析報(bào)告等模塊

(六)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)

  個(gè)人信息、權(quán)限維護(hù)，企業(yè)信息錄入，對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)信息錄入等

 

(七)數(shù)據(jù)服務(wù)

  數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和解析

5.3油煙監(jiān)測(cè)主機(jī)

  油煙監(jiān)控主機(jī)是現(xiàn)場(chǎng)的管理設(shè)備，實(shí)時(shí)采集油煙濃度探測(cè)器和工況傳感器的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器平臺(tái)。同時(shí)，對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)，提供人機(jī)操作界面。

 

具體技術(shù)參數(shù)如下：

 

5.4 設(shè)備選型方案

  注：雙探頭適合雙排煙通道的場(chǎng)合，每路探頭監(jiān)測(cè)1路排煙通道。

 

6結(jié)語(yǔ)

  油煙污染已經(jīng)成為了我三大污染源，政府及環(huán)保相關(guān)部門對(duì)油煙污染控制的制定標(biāo)準(zhǔn)不太完善，導(dǎo)致對(duì)餐飲業(yè)油煙污染的控制與執(zhí)行存在大量灰色問(wèn)題。

  油煙監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入能實(shí)時(shí)顯示油煙凈化設(shè)備運(yùn)行工況、出風(fēng)口污染物指數(shù)和設(shè)備維護(hù)提醒等智能化功能。它讓一切數(shù)據(jù)可視化，讓客戶實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的動(dòng)態(tài)信息，讓環(huán)保相關(guān)部門規(guī)范監(jiān)督管理有據(jù)。

  針對(duì)餐飲企業(yè)任一時(shí)間節(jié)點(diǎn)的油煙實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只是在原有油煙凈化設(shè)備的前提下進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，今后的研究重點(diǎn)會(huì)放在大數(shù)據(jù)處理方面，希望通過(guò)對(duì)大量餐飲企業(yè)的油煙排放各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行分析、算法運(yùn)算得到油煙凈化設(shè)備效益的額定功率，提供設(shè)備設(shè)計(jì)廠商相符合市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)定。

 

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱賢軍.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的餐飲業(yè)油煙實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)移動(dòng)平臺(tái)，安徽理工大學(xué)，2013

[2]馮天成，盧設(shè)階，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，武漢紡織大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，2019

[3]安科瑞AcrelCloud-3500餐飲油煙監(jiān)測(cè)云平臺(tái).2020.05版

 

作者簡(jiǎn)介：王蒙蒙，現(xiàn)任安科瑞電氣股份有限公司，主要從事餐飲油煙監(jiān)測(cè)的研發(fā)與應(yīng)用。