摘要：近年來，餐飲行業(yè)迅速發(fā)展，油煙肆意排放造成的環(huán)境污染愈加嚴(yán)重，有效監(jiān)測、防控油煙問題迫在眉睫。對此，文章設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的油煙監(jiān)控系統(tǒng)，考慮到餐飲行業(yè)使用需求，主控制器選擇STM32單片機，在此基礎(chǔ)上結(jié)合軟件硬件進(jìn)行調(diào)控。油煙傳感器 TGS2602、溫濕度傳感器DTH11在其中發(fā)揮信息采集作用，主要針對環(huán)境中的油煙含量、溫濕度等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，再由NB-IoT無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)信息實時上傳至數(shù)據(jù)庫，Web在線分析，有效防控。該油煙系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，為用戶提供了油煙綜合排放監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、交互和利用，有益于提高企業(yè)或者實體門店對油煙的凈化綜合防控能力，持續(xù)推動人與自然和諧發(fā)展。

1.研究背景

如今，肺癌及各種呼吸道疾病的發(fā)病率與日俱增，其中較普遍的原因之一是廚房內(nèi)產(chǎn)生的碳顆粒及揮發(fā)性亞硝胺等致癌物質(zhì)進(jìn)入人體肺部，而且廚房的油煙揮發(fā)更是環(huán)境殺手，清洗困難，對于加快全球變暖更是起到了很大的促進(jìn)作用。對此，筆者通過文獻(xiàn)分析調(diào)研了前人的相

關(guān)研究工作。

何姝等研發(fā)的油煙在線監(jiān)控系統(tǒng)，能夠在油煙排放過程中收集到更多的數(shù)據(jù)和信息。在進(jìn)行油煙監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計時要面臨很大的挑戰(zhàn)，因此需提高模擬分析的計算能力，針對不同條件的影響開展深入研究，進(jìn)而有效推動餐飲業(yè)油煙在線監(jiān)控系統(tǒng)功能上的健全。許孟寒基于物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)設(shè)計了一款實時監(jiān)測的在線油煙防控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集探頭通過溫濕度傳感器、油煙傳感器等實現(xiàn)了及時傳輸數(shù)據(jù)信息的功能，具有廣闊的市場發(fā)展前景。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無線傳輸、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了融合，馮天成對油煙檢測系統(tǒng)進(jìn)行了新的深化研究。吳秉熙等分析了近年來油煙問題造成的環(huán)境污染，以及對人體造成的傷害，并根據(jù)其特質(zhì)提出了相應(yīng)的措施手段。陳宜秋從監(jiān)測、預(yù)警、指揮、執(zhí)法、管理這五位一體的角度分析了油煙監(jiān)測問題在環(huán)保監(jiān)管中的作用，為環(huán)保以及民情和執(zhí)法進(jìn)行了有力的分析與論證，大大提高了工作效率。

文章結(jié)合前人工作特點，研發(fā)出了一款基于物聯(lián)傳感技術(shù)的油煙檢測系統(tǒng)，此系統(tǒng)借助傳感器、單片機進(jìn)行環(huán)境油煙檢測，并通過 Web 端進(jìn)行實時監(jiān)測與預(yù)警，便于用戶及時發(fā)現(xiàn)并處理油煙報警信息。對于科技不斷發(fā)展的現(xiàn)在，該系統(tǒng)在市場上也是一款很有競爭力的產(chǎn)品，算法優(yōu)良，可視化輸出友好。該產(chǎn)品具有優(yōu)良監(jiān)測，有效防控，使用簡單等特點優(yōu)勢，具有廣闊的市場前景。油煙揮發(fā)情景圖如圖 1 所示，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域如圖 2 所示。

圖1 油煙揮發(fā)情景

圖2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域

2.架構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)檢測模塊主要由 AD 轉(zhuǎn)換器、油煙傳感器 TGS2602、溫濕度傳感器 DHT11 組成，將采集的油煙值、溫度、濕度信息通過 CAN 總線傳輸到 STM32 單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。其中 AD轉(zhuǎn)換器模塊可以將采集的氣體模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。通過調(diào)用 STM32 微處理器，利用 NB-IoT 對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，傳送到服務(wù)器內(nèi)，同時在系統(tǒng)中實現(xiàn)定位功能。油煙檢測系統(tǒng)會為網(wǎng)站和交互接口提前留出位置，這也為監(jiān)管部門和商家的使用提供了便利，可以在服務(wù)器或網(wǎng)站上進(jìn)行信息訪問操作，在線上就能夠清楚了解現(xiàn)場的油煙含量。

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計圖如圖 3 所示。

圖3 架構(gòu)圖

3.軟件設(shè)計

3.1?系統(tǒng)首頁

在油煙監(jiān)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)的首頁是整個系統(tǒng)運作的關(guān)鍵所在。監(jiān)管部門和商家進(jìn)行登錄操作后方可進(jìn)入首頁，在首頁，使用者可以了解到相關(guān)的檢測信息，也可以通過首頁進(jìn)入其他界面和菜單，滿足用戶有效率的監(jiān)測要求。系統(tǒng)首頁是整個系統(tǒng)運行的指令發(fā)出點，掌管系統(tǒng)運行，用戶進(jìn)入系統(tǒng)首頁進(jìn)行點擊操作就可以進(jìn)入下一層級子菜單，選擇自己所需的功能進(jìn)行操作即可。

3.2?油煙濃度監(jiān)測查詢

在油煙監(jiān)測系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)界面顯示的菜單功能進(jìn)行選擇，從而進(jìn)入查詢模式。系統(tǒng)顯示的菜單信息為用戶提供了導(dǎo)航作用，基于此，用戶能夠了解廚房內(nèi)的油煙含量，結(jié)合個人需求，進(jìn)行實時監(jiān)控。此種系統(tǒng)為用戶提供了良好的體驗，也為系統(tǒng)運行提供了良好保障。在操作系統(tǒng)中，針對油煙監(jiān)控查詢會有詳細(xì)的信息引導(dǎo)，用戶可以根據(jù)指示進(jìn)行進(jìn)一步的操作，該系統(tǒng)能夠更好地為用戶提供基礎(chǔ)服務(wù)，便于用戶及時查找所需功能，更方便快捷地處理有關(guān)問題，不再因為煩瑣的界面而耽誤時間。

3.3?油煙實時監(jiān)控曲線數(shù)據(jù)

實時監(jiān)控曲線數(shù)據(jù)窗口將當(dāng)下檢測的具體狀況進(jìn)行呈現(xiàn)，界面設(shè)置簡明扼要，使用戶能夠直觀清楚地了解當(dāng)下檢測狀況，用戶能夠以實際情況出發(fā)，通過選擇功能選項，完成相應(yīng)操作步驟，獲取自身感興趣的功能信息。另外，在實際操作時系統(tǒng)會提供一定的指導(dǎo)，輔助用戶完成使用。油煙實時監(jiān)控數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

圖4 數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)

用戶利用窗口，能夠直接且具體地對油煙檢測情況進(jìn)行觀察，明確現(xiàn)階段曲線數(shù)據(jù)狀態(tài)，并且可以根據(jù)自身情況出發(fā)，自行調(diào)整窗口中的功能設(shè)置。

3.4?歷史油煙濃度查詢

選擇對應(yīng)操作，用戶可依照自身需求，在歷史油煙濃度查詢界面，完成歷史油煙濃度查詢界面的功能設(shè)置工作，

為后期操作提供便利，防止后期發(fā)生運行錯亂的狀況。在該界面進(jìn)行設(shè)置時，用戶可依照自身需求，選擇相應(yīng)的功能按鈕，并完成相應(yīng)的功能操作。以自身情況出發(fā)，用戶能夠利用歷史油煙濃度查詢界面，對符合自身需求的資料進(jìn)行查看，除此之外，用戶還能夠依照自身需要，完成相應(yīng)的功能選擇。該項功能以折線統(tǒng)計圖的形式，形象地展示出了油煙數(shù)據(jù)的變化情況，可視化輸出效果十分好，用戶也可以根據(jù)自身的需求，改變數(shù)據(jù)展示情況，十分便捷、容易操作，該功能也成為系統(tǒng)的核心功能之一，為油煙監(jiān)測防控出了一份力。

3.5?油煙檢測運行數(shù)據(jù)

以系統(tǒng)指示為依據(jù)進(jìn)行操作，進(jìn)入油煙檢測運行數(shù)據(jù)界面，首先熟知管理模式設(shè)置的具體流程，并以此為基礎(chǔ)，仔細(xì)清醒地完成油煙檢測運行數(shù)據(jù)相關(guān)操作，防止故障的產(chǎn)生，充分保障系統(tǒng)運行過程正常進(jìn)行，輔助用戶完成工作運作。

3.6?餐飲企業(yè)油煙級別設(shè)置

用戶進(jìn)入油煙級別設(shè)置界面，并以實際情況出發(fā)，明確具體需求，進(jìn)而設(shè)置油煙級別，在設(shè)置過程中應(yīng)當(dāng)保持清醒的認(rèn)知，防止對后期操作產(chǎn)生負(fù)面影響，使系統(tǒng)運行錯誤。

3.7?油煙超標(biāo)報警通知

根據(jù)系統(tǒng)提供的指示，用戶來到油煙超標(biāo)報警通知界面。以實際情況為出發(fā)點，完成一系列系統(tǒng)操作，仔細(xì)完成超標(biāo)報警通知相關(guān)功能選擇工作，報警周期與報警條件應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身運行，防止后期進(jìn)行操作時，對事物帶來不利影響。此 Web 界面可視化輸出友好，可以直觀觀察到油煙數(shù)據(jù)的超標(biāo)與否問題，對于用戶而言也是一個非常好的體驗。物聯(lián)網(wǎng)報警網(wǎng)絡(luò)如圖 5 所示。

3.8?防控一體化

用戶通過上位機界面可以清楚看到檢測到的油煙數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)有效的污染防控，設(shè)計了基于大數(shù)據(jù)的油煙監(jiān)測模型，硬件采集端將采集的數(shù)據(jù)根據(jù) NB-IoT 協(xié)議實時傳輸?shù)皆贫似脚_，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)歸一化處理等數(shù)據(jù)整合操作，導(dǎo)入模型進(jìn)行計算。根據(jù)預(yù)測結(jié)果，控制機器減小排放量，或進(jìn)行綠色化學(xué)處理，對污染加以有效防控。防控體系圖如圖 6 所示。

3.9?監(jiān)控點列表

用戶通過智能油煙檢測系統(tǒng)進(jìn)行油煙監(jiān)控時，以自身實際情況為出發(fā)點。為滿足所有用戶的需求，用戶可自行進(jìn)行功能選擇，首先，進(jìn)入監(jiān)控點列表，完成符合自身需求的功能設(shè)置。利用系統(tǒng)設(shè)置，能夠?qū)崟r修正改進(jìn)系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)。

圖5 物聯(lián)網(wǎng)報警網(wǎng)絡(luò)

圖6 防控體系

3.10?未來產(chǎn)品升級

文章設(shè)計的這款基于物聯(lián)網(wǎng)的智控油煙檢測系統(tǒng)具有較高的便利性和實用性，可以結(jié)合二維碼、激光掃描器、無線通信等技術(shù)，進(jìn)行更科學(xué)的監(jiān)測分析，未來還將結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)進(jìn)行更有效的監(jiān)控，市場前景廣闊。未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)拓展情況如圖 7 所示。

圖7 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)拓展

4.安科瑞餐飲油煙監(jiān)測云平臺解決方案

AcrelCloud-3500餐飲油煙監(jiān)測平臺可對餐飲點位進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，在發(fā)生油煙濃度預(yù)警時，信息可多種途徑及時通知相關(guān)單位處理，確保油煙等污染物的正常排放，讓超標(biāo)濃度無處可藏，防患于未然。針對各餐飲點位安科瑞通過加裝多種產(chǎn)品可以進(jìn)行檢測，主要有ACY100型號餐飲油煙監(jiān)測設(shè)備，外加裝電流互感器及溫濕度探頭。

餐飲油煙監(jiān)測平臺GIS地圖采集餐飲油煙處理設(shè)備運行狀態(tài)和油煙排放的濃度數(shù)據(jù)，自動對超標(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)，實現(xiàn)減排環(huán)保，不擾民等目的。

現(xiàn)場安裝油煙在線監(jiān)控儀，實時監(jiān)測排煙煙道內(nèi)的油煙、顆粒物和非甲烷甲烷總烴等濃度，同時對油煙凈化器和風(fēng)機的運行電流和開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，一旦排放超標(biāo)，系統(tǒng)會發(fā)出告警信息。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

5.平臺主要功能

系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下：

5.1首頁

①接入企業(yè)

顯示接入的企業(yè)數(shù)，監(jiān)測點位數(shù)；

②AQI天氣

實時AQI天氣狀況；

③告警率、超標(biāo)率、在線率

顯示告警企業(yè)數(shù)量，告警率，包括超標(biāo)、在線率統(tǒng)計；

④地圖點位統(tǒng)計

按接入企業(yè)GIS，在地圖展示。

5.2大屏展示

該頁面通過分倉形式將云平臺系統(tǒng)的所有基本信息全部展示在大屏上，主要包含了項目總覽，企業(yè)隱患排名，報警信息列表，監(jiān)測點位以及報警統(tǒng)計，監(jiān)測點位地理位置，工單任務(wù)統(tǒng)計等。

5.3實時監(jiān)控

系統(tǒng)可進(jìn)行監(jiān)測點的篩選，點擊每個監(jiān)測點信息，可以看到實時數(shù)據(jù)和24小時數(shù)據(jù)變化曲線。并且可以看到監(jiān)測節(jié)點的歷史告警信息。

實時監(jiān)測數(shù)據(jù)包括油煙凈化器和風(fēng)機的運行電流，油煙濃度、顆粒物濃度和NMHC濃度等信息。

實時狀態(tài)列表

系統(tǒng)對當(dāng)前點位進(jìn)行數(shù)據(jù)列表統(tǒng)計，對采集的實時數(shù)據(jù)匯總，分析其運行狀態(tài)，預(yù)警范圍等。

運行工況

實時監(jiān)測數(shù)據(jù)包括油煙凈化器和風(fēng)機的運行電流，根據(jù)電流數(shù)值來判斷當(dāng)前進(jìn)化器的運行狀態(tài)，包括失聯(lián)、停機、運行等狀態(tài)，結(jié)合運行數(shù)據(jù)曲線，更加方便直觀。

5.4隱患管理

1）后臺根據(jù)測點設(shè)置的濃度閾值以及時間在隱患巡查中產(chǎn)生對應(yīng)的報警信息，并在首頁進(jìn)行鈴鐺和語音提示；

2）企業(yè)用戶對隱患進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)工單派發(fā)對象，工單截至期限，以及工單任務(wù)描述；

3）運維人員確認(rèn)工單內(nèi)容并對隱患進(jìn)行處理，填寫處理結(jié)果詳情，上傳現(xiàn)場圖片等附件或進(jìn)行二級派發(fā)；

4）相關(guān)企業(yè)用戶可在“隱患記錄"頁面來確認(rèn)對應(yīng)隱患信息的處理進(jìn)度，包括是否處理、是否派發(fā)；

5.5統(tǒng)計分析

超標(biāo)分析

對相關(guān)的采集數(shù)據(jù)油煙、顆粒物、NMHC數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，對超標(biāo)的種類、企業(yè)進(jìn)行餅狀圖的展示，同時對報警企業(yè)進(jìn)行排名，根據(jù)排名情況對相關(guān)企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)的分析評價。

歷史數(shù)據(jù)

支持對數(shù)據(jù)進(jìn)行年、月、日篩選查詢，自定義日期篩選數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)支持Excel表格導(dǎo)出，便于后期數(shù)據(jù)的校驗和排查。

設(shè)備維護(hù)

設(shè)備需要定期清洗、維護(hù)和更換濾芯。

5.6統(tǒng)計分析

用戶分析報告

用戶分析報告模塊，將企業(yè)目前的告警進(jìn)行匯總，支持模板的Word導(dǎo)出，具體的模板內(nèi)容可根據(jù)客戶需求實現(xiàn)定制化設(shè)計。

在線時長分析

企業(yè)在線時長報告模塊，將企業(yè)目前監(jiān)測儀的在線時長，失聯(lián)時長，風(fēng)機、凈化器的在線、離線時間進(jìn)行匯總，以折線圖、雷達(dá)圖的形式展示。

5.7設(shè)備清洗維護(hù)

設(shè)置企業(yè)檢測儀定期的清洗、更換計劃，包括維護(hù)監(jiān)測點位的安裝時間，上一次清洗時間，以及下一次的維護(hù)周期，對應(yīng)的負(fù)責(zé)人等信息，清洗前/后照片對比。

5.8視頻功能

支持餐飲點位“一點一視頻"的接入模式，在餐飲污染排放點位安裝攝像頭。

支持：

①視頻實時預(yù)覽監(jiān)測

②歷史視頻回放功能

6.系統(tǒng)硬件配置

7.結(jié)束語

近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，由油煙肆意排放導(dǎo)致的環(huán)境問題愈加嚴(yán)重。現(xiàn)階段，我國主營餐飲服務(wù)行業(yè)的企業(yè)大部分都選擇人口集中、經(jīng)濟發(fā)展的區(qū)域，部分規(guī)模不大的餐飲店會選擇開在社區(qū)內(nèi)，這進(jìn)一步加劇了油煙污染對人們生活的影響。如何有效地防控油煙污染，成為當(dāng)今熱切談?wù)摰脑掝}。文章設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的油煙監(jiān)控系統(tǒng)，通過單片機控制傳感器進(jìn)行油煙數(shù)據(jù)采集，再由NB-IoT無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)信息實時上傳至數(shù)據(jù)庫，Web在線分析，有效防控，有利于提高企業(yè)用戶對油煙凈化綜合防控能力，持續(xù)推動人與自然和諧發(fā)展。

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