基于GPRS技術(shù)的餐飲油煙在線(xiàn)監控系統的設計與應用

摘 要：油煙氣體污染城市環(huán)境，危害人類(lèi)的健康，目我國已經(jīng)嚴格制定了對城市油煙污染物的排放標準和管理辦法，并研究對城市油煙氣體的排放實(shí)施有效的治理。傳統的油煙監測方法費時(shí)費力，已不再適合社會(huì )發(fā)展的需要，隨著(zhù)現代通訊技術(shù)的發(fā)展，遠程無(wú)線(xiàn)監測技術(shù)己明顯顯示其勢，特別是 GPRS 網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，憑借其在線(xiàn)、實(shí)時(shí)傳輸、費用低廉等點(diǎn)，已經(jīng)廣泛使用在很多行業(yè)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：GPRS；單片機；油煙傳感器；數據采集；遠程無(wú)線(xiàn)監控；TCP／IP 協(xié)議

1 系統的工作原理

  系統用油煙氣體傳感器采集油煙信號，利用傳感器數據融合技術(shù)和GPRS 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、高性能微處理器技術(shù)，嵌入式操作系統技術(shù)等實(shí)現現場(chǎng)油煙信號參數的實(shí)時(shí)檢測和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸。系統要完成的功能如下：

  (1)系統能夠實(shí)時(shí)監測油煙信號模擬量的輸入，對模擬量進(jìn)行模數轉換，經(jīng)過(guò)對數據進(jìn)行分析檢測后得到油煙氣體濃度的特征信號，分別為低水平LOW，正常水平NORMAL，以及報警WARN 三個(gè)等級；

  (2)當發(fā)生油煙濃度超標時(shí)，系統主動(dòng)驅動(dòng)外部設備進(jìn)行警示或者驅動(dòng)油煙凈化設備，同時(shí)把油煙的特征信號與發(fā)生警示的地點(diǎn)信號發(fā)送到監測管理中心。

  (3)當監測中心需要查詢(xún)現場(chǎng)的油煙濃度情況時(shí)，監測中心可以發(fā)送命令到油煙監測終端，監測終端確認后返回當時(shí)監測的油煙特征信號給監測中心。

圖1 系統網(wǎng)絡(luò )示意圖

  系統的組成

  整個(gè)系統由監測中心、通信網(wǎng)絡(luò )、油煙氣體信號采集終端三個(gè)部分組成。

  1.1油煙監測中心：由服務(wù)器、GPRS 數據傳輸模塊、監測系統軟件組成。

  1.2通信網(wǎng)絡(luò )：GPRS 網(wǎng)絡(luò )通訊模塊。

  1.3油煙氣體信號采集終端：由油煙信號采集模塊、基于A(yíng)RM的嵌入式系統、GPRS數據傳輸模塊、顯示模塊、外部設備驅動(dòng)電路示模塊組成。

圖2 客戶(hù)端邏輯圖

2 系統硬件電路設計

  硬件系統主要可分為油煙氣體傳感器信號采集模塊、嵌入式系統測控主板、GPRS 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊、LCD 顯示模塊、設備控制電路模塊

  (1)傳感器數據采集模塊：采用 TGS2100 油煙傳感器來(lái)對油煙信息進(jìn)行采集，傳感器信號經(jīng)過(guò)信號采集后傳輸給微處理器；

  (2)嵌入式系統測控主板。

  (3)系統GPRS模塊：采用的是Simens的MC39i通訊模塊，MC39i與控制模塊通過(guò)串行口進(jìn)行通信，中間經(jīng)過(guò)RS-232電平轉換；

  (4)顯示模塊：采用LCD顯示；

  (5)設備控制電路模塊：由系統的 GPIO 口引出，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制電路驅動(dòng)警

示設備或者油煙凈化設備。

  2.1核心板單元設計

  本系統采用的核心板滿(mǎn)足以下要求：CPU 工作電源為1.8V和3．3V，包含Flash，SDRAM 等存儲器，晶振電路和JTAG調試接口等。核心板引出資源包括：16位數據線(xiàn)，23位地址線(xiàn)，控制信號線(xiàn)和片選、中斷信號等。

核心板的微處理器采用三星S3C2410是32位RISC ARM 微處理器，內嵌ARM920內核，可以運行到266MHz，這個(gè)工作頻率能夠使處理器輕松運行WinCE，Linux 等操作系統以及進(jìn)行較為復雜的信息處理。$3C2410芯片擁有獨立的16KB指令和16KB數據緩存；MMU虛存管理單元，LCD控制器 (支持STN&TFT)；NAND Flash。

BootLoader；系統管理單元；3 通道 UART；4 通道DMA；4 通道具備 PWM 功能的定時(shí)器；I／O 口；RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)；8 通道 lObit 精度 ADC：觸摸屏控制器；IIC 總線(xiàn)接口；IIS數字音頻總線(xiàn)接口；USB 主機：USB設備；SD／YMC卡控制器；2通道SPI 和PLL數字鎖相環(huán)。

  2.2油煙氣體濃度信號采集電路

  油煙氣體濃度傳感器的測量電路由三部分組成：輸入級、信號放大級和輸出級。如圖3所示。

圖3 油煙氣體濃度傳感器組成圖

  3 系統軟件設計

  系統在上電復位后，首先要進(jìn)行系統初始化，即要對其工作參數進(jìn)行設置，以確保其正常工作。主要是對一些寄存器進(jìn)行配置，例如接收配置寄存器、發(fā)送配置寄存器、數據配置寄存器、串斷屏蔽寄存器等。系統軟件總體流程圖如圖4所示。

圖4 系統軟件總體流程圖

4 安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監測云平臺

  為了彌補現存餐飲行業(yè)在煙油監測上的漏洞，同時(shí)便利監管部門(mén)的監察，安科瑞油煙監測云平臺應運而生。油煙監測模塊通過(guò)2G/4G與云端平臺進(jìn)行通信和數據交互，系統能夠對企業(yè)餐飲設備的開(kāi)機狀態(tài)、運行狀態(tài)進(jìn)行監控；實(shí)現開(kāi)機率監測，凈化效率監測，設施停運告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數據進(jìn)行統計分析、等統計功能；較之傳統的靜電監測方案，具安全性和實(shí)效性。平臺預留與其他應用系統、設備交互對接接口，具有很好的擴展性及融合性。

  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據，自動(dòng)對超標排放及異常企業(yè)進(jìn)行提示預警，監管部門(mén)可迅速進(jìn)行處理，督促餐飲企業(yè)整改設備，并定期清洗、維護，實(shí)現減排環(huán)保，不擾民等目的?，F場(chǎng)安裝監測終端，持續監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(shí)結合排煙口的揮發(fā)性物質(zhì)、顆粒物濃度等進(jìn)行對比分析，一旦排放超標，系統會(huì )發(fā)出異常信號。

■ 油煙監測設備用來(lái)監測油煙、顆粒物、NmHc等數據

■ 凈化器和風(fēng)機配合對油煙進(jìn)行凈化處理，同時(shí)對凈化設備的電流、電壓進(jìn)行監測 

■ 設備通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )將采集的數據上傳至遠程云端服務(wù)器

  4.2 平臺主要功能

  (一)在線(xiàn)監測

  對油煙排污數據的監測，包括油煙排放濃度，顆粒物，NmHc等數值采集監測;同時(shí)對監控風(fēng)機和凈化器的啟停狀態(tài)、運行數據進(jìn)行監測。

  (二)告警數據監測

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

   (三)數據分析

  運行時(shí)長(cháng)分析，離線(xiàn)分析;告警占比、分析;歷史數據統計等。

  (四)隱患管理

  系統對采集的告警數據分析，產(chǎn)生對應的隱患記錄，派發(fā)、處理隱患，及時(shí)處理告警，形成閉環(huán)

  (五)統計分析

  包括時(shí)長(cháng)分析、超標分析、歷史數據、分析報告等模塊

  (六)基礎數據維護

  個(gè)人信息、權限維護，企業(yè)信息錄入，對應測點(diǎn)信息錄入等

  (七)數據服務(wù)

  數據采集，短信提醒，數據存儲和解析

  4.3油煙監測主機

  油煙監控主機是現場(chǎng)的管理設備，實(shí)時(shí)采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號，進(jìn)行數據處理，通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊將數據傳輸到服務(wù)器平臺。同時(shí)，對本地數據進(jìn)行存儲，監控現場(chǎng)設備狀態(tài)，提供人機操作界面。

  具體技術(shù)參數如下：

  4.4 設備選型方案

注：雙探頭適合雙排煙通道的場(chǎng)合，每路探頭監測1路排煙通道。

5 結論

  利用 GPRS技術(shù)，實(shí)現油煙遠程無(wú)線(xiàn)監控系統，系統不僅以應用在油煙的監測，也可以用在其他領(lǐng)域的信號監測上，具有廣闊的應用景。

【參考文獻】

  [1]鄭萬(wàn)溪，黃元慶，張?chǎng)? 基于GPRS通信技術(shù)的遠程檢測系統[J].傳感器與微系統，2008,27（2）；83-85,92.

  [2]趙玲，方賡. 基于GPRS的油煙遠程無(wú)線(xiàn)監控系統設計，南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院.

  [3]安科瑞AcrelCloud-3500餐飲油煙監測云平臺.2020.05版