基于物聯(lián)網(wǎng)背景下的智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘 要：隨著人們生活水平的不斷提升，餐飲業(yè)發(fā)展速度非常快，與此同時(shí)，餐飲業(yè)發(fā)展帶來的油煙問題也日趨嚴(yán)重。文章以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為背景，從系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)等方面，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)背景下的智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能油煙；在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；分析；餐飲油煙監(jiān)測(cè)云平臺(tái)；安科瑞

1. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)背景下，智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)包括以下3個(gè)版塊：臺(tái)控制器、通信網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器，具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

臺(tái)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(gè)控制器都可以操控兩個(gè)罩臺(tái)與4個(gè)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(guān)使用無線通信的方法。網(wǎng)關(guān)連接實(shí)際設(shè)備與云后臺(tái)，從而進(jìn)行信息與指令的溝通，每個(gè)系統(tǒng)都含有網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)使用Lora無線與端設(shè)備進(jìn)行通信，其為兩個(gè)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(guān)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(jì)算主控制器的數(shù)量與管道端，再均分至網(wǎng)關(guān)的兩個(gè)信道中。為了防止出現(xiàn)信道堵塞的狀況，網(wǎng)關(guān)使用4G無線協(xié)議通信與云平臺(tái)通信。

服務(wù)器層是存儲(chǔ)并處理信息的關(guān)鍵區(qū)域，也可以在同時(shí)刻內(nèi)進(jìn)行不同餐飲企業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的交互。智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在Tomcat服務(wù)器上工作，使用Spring Boot設(shè)計(jì)的請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)型的Web框架，來給予客戶實(shí)時(shí)的系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)與信息，同時(shí)客戶也可以使用瀏覽器來對(duì)油煙凈化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與管理。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

廚房端與管道端的控制器均是使用網(wǎng)關(guān)來達(dá)成數(shù)據(jù)交互，再輸送至服務(wù)器由后臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與管理。

2.1 廚房端主控電箱

廚房端結(jié)構(gòu)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(gè)主控制器與兩個(gè)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(shí)時(shí)監(jiān)控凈化設(shè)備的工作情況，有需要時(shí)也可以調(diào)取監(jiān)控。

圖2 主控電箱的接線

廚房端的灶臺(tái)會(huì)收集灶臺(tái)的開關(guān)情況與溫度變化，攔截器罩式凈化器會(huì)收集機(jī)器的電功率數(shù)據(jù)，支煙道閥會(huì)收集風(fēng)閥的電功率數(shù)據(jù)。主控制器會(huì)把輪詢的從控制器信輸送網(wǎng)關(guān)，所含的配置信息是主控制器和網(wǎng)關(guān)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(fēng)閥收集油煙濃度與風(fēng)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(fēng)機(jī)收集UV除味機(jī)器與排風(fēng)機(jī)的電功率信息；管道端中的水質(zhì)測(cè)量潛水泵電機(jī)收集水質(zhì)與潛水泵電功率信息。管道端控制器會(huì)把監(jiān)測(cè)的信息輸送到網(wǎng)關(guān)，控制器與網(wǎng)關(guān)通信也應(yīng)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(dāng)餐飲行業(yè)的油煙監(jiān)測(cè)的過程中，灶頭數(shù)量的確定是關(guān)鍵，需要注意的是按實(shí)際情況及時(shí)明確灶頭的計(jì)算方法：針對(duì)中式餐飲店而言，采取現(xiàn)有的或罩面積方案進(jìn)行計(jì)算；西式餐廳則需要結(jié)合發(fā)熱功率進(jìn)行計(jì)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(gè)別企業(yè)將爐灶的排氣罩面積設(shè)置的比較大，在整個(gè)測(cè)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(zhǔn)的灶頭數(shù)，不應(yīng)依據(jù)估算結(jié)果計(jì)算基準(zhǔn)灶頭數(shù)，而應(yīng)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(guān)

網(wǎng)關(guān)也被叫作網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器，因?yàn)槠湓诰W(wǎng)絡(luò)層上兩個(gè)高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)間互連。網(wǎng)關(guān)主要負(fù)責(zé)智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源交互，應(yīng)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(jī)器地址與服務(wù)器數(shù)據(jù)等。由于管道端的特殊性，在網(wǎng)關(guān)參數(shù)中，應(yīng)在信道參數(shù)的基礎(chǔ)上，先輸管道端地址再輸入廚房主從控制器的地址，網(wǎng)關(guān)會(huì)把參數(shù)數(shù)據(jù)輸送至服務(wù)器。設(shè)備與服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)配置包括配置設(shè)備的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)地址。通常狀況下， 系統(tǒng)啟動(dòng)動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）服務(wù)器，且準(zhǔn)許服務(wù)器向用戶端進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配地址，待成功取得連接后便開始監(jiān)測(cè)信息；如果使用DHCP服務(wù)器沒有分配到地址，則應(yīng)點(diǎn)禁用再輸入設(shè)備地址，也可以自動(dòng)讀取信息。心跳配置內(nèi)的地址與端口是服務(wù)器的地址與通信點(diǎn)，通常情況下不調(diào)換服務(wù)器就不需要進(jìn)行二次配置。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能油煙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用瀏覽器/ 服務(wù)器（Browser /Server，B/S）架構(gòu)來搭建，使用常用的SpringBoot框架來組建并開發(fā)應(yīng)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(wù)器分享信息并更新網(wǎng)頁內(nèi)容。Web服務(wù)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(jìn)行選擇，把對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息整理后輸送到平臺(tái)。平臺(tái)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(jì)、消息和系統(tǒng)管理，如圖4所示。

圖4智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)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(jī)器的工作狀況， 例如爐頭點(diǎn)火、閥門開關(guān)、設(shè)備功率、風(fēng)機(jī)開關(guān)、油煙濃度等工作信息。此模塊是基于對(duì)客戶使用體驗(yàn)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(shí)間，頁面會(huì)進(jìn)行自動(dòng)更新，從而為客戶提供設(shè)備新的工作信息。如果使用管理員的身份進(jìn)行登錄，還可以選取客戶，從而看到全體客戶全部監(jiān)測(cè)機(jī)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(yīng)百D地圖開發(fā)的JavaScript應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API），客戶可以在地圖上找到個(gè)人餐飲企業(yè)的具體位置和實(shí)時(shí)的信息數(shù)據(jù)等；而使用管理員身份登錄時(shí)可以使用地圖監(jiān)控模塊，看到全體客戶的公司位置與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。管理員也能指D位置看到客戶的設(shè)備信息，如果客戶的信息數(shù)據(jù)存在異常時(shí)，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(cè)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(kuò)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(jì)

使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊可以計(jì)算出油煙凈化系統(tǒng)設(shè)備的平均濃度、功率、溫度與濕度等信息，能夠及時(shí)觀察出餐飲公司的油煙排放狀況，再進(jìn)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(shè)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(tái)加入具備交互性的圖表，含有直線圖、餅狀圖、散狀點(diǎn)圖等，同時(shí)還具備大量的API接口，以便在創(chuàng)立圖表后對(duì)圖表中的線、文字進(jìn)行刪改增加，令客戶更為直觀地看到油煙凈化機(jī)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(shí)時(shí)報(bào)警兩個(gè)主要的部分。系統(tǒng)旦檢測(cè)到數(shù)據(jù)有問題，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送給餐飲企業(yè)，及時(shí)做出解決方案；此外凈化設(shè)備在發(fā)現(xiàn)有問題的時(shí)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(shí)查看自己被警告的信息，管理人員隨時(shí)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(zhǔn)備成立的時(shí)候，先需要在相關(guān)管理部門登記注冊(cè)，并且將自己的詳細(xì)信息記錄。管理部門將給予企業(yè)定的權(quán)限，企業(yè)可以實(shí)時(shí)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(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)備的開機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)開機(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。

4.1 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，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

4.2 平臺(tái)主要功能

   （1）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)。

(2)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。

(3)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。

(4)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)。

(5)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。

(6)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。

(7)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。

4.3 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，通過有線或無線網(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：

4.4 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。

5.結(jié)語

如今油煙污染已然變?yōu)閮?nèi)三大污染源之，相關(guān)部門管理上的疏漏，導(dǎo)致餐飲行業(yè)的油煙污染問題日漸嚴(yán)重，已經(jīng)直接影響到人們的日常生活與環(huán)境保護(hù)。應(yīng)用油煙監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油煙凈化機(jī)器的工作情況、污染物指數(shù)及機(jī)器維修提醒等功能，讓所有設(shè)備的信息有形化，讓用戶可以實(shí)時(shí)掌控機(jī)器的工作狀況，實(shí)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(guān)部門進(jìn)行監(jiān)督與管控。