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

1引言

餐飲業(yè)作為我國(guó)第三產(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(mén)和風(fēng)機(jī)設(shè)備處于開(kāi)啟狀態(tài)，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；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(mén)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)

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。

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。

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

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(mén)、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(mén)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。

3.2 管道端主控電箱

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。

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，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。

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)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)。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)，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。

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

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

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(mén)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、排名等統(tǒng)計(jì)功能；較之傳統(tǒng)的靜電監(jiān)測(cè)方案，更具**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(mén)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?，F(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、排名分析;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

6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，結(jié)語(yǔ)

油煙污染已經(jīng)成為了我國(guó)三大污染源之一，政府及環(huán)保相關(guān)部門(mén)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(hù)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(mén)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)】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

[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

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