基于GPRS技術(shù)的餐飲油煙在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

安科瑞 鮑靜君

　　摘 要：油煙氣體污染城市環(huán)境，危害人類的健康，目前我國已經(jīng)嚴(yán)格制定了對城市油煙污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)和管理辦法，并研究對城市油煙氣體的排放實施治理。傳統(tǒng)的油煙監(jiān)測方法費時費力，已不再適合社會發(fā)展的需要，隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，遠程無線監(jiān)測技術(shù)己明顯顯示其優(yōu)勢，特別是 GPRS 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，憑借其在線、實時傳輸、費用低廉等優(yōu)點，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(shù)據(jù)采集；遠程無線監(jiān)控；TCP／IP 協(xié)議

　　1 系統(tǒng)的工作原理

　　  系統(tǒng)用油煙氣體傳感器采集油煙信號，利用傳感器數(shù)據(jù)技術(shù)和GPRS 無線通信技術(shù)、高性能微處理器技術(shù)，嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)等實現(xiàn)現(xiàn)場油煙信號參數(shù)的實時檢測和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。系統(tǒng)要完成的功能如下：

　　  (1)系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測油煙信號模擬量的輸入，對模擬量進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過對數(shù)據(jù)進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 三個等級；

　　  (2)當(dāng)發(fā)生油煙濃度超標(biāo)時，系統(tǒng)主動驅(qū)動外部設(shè)備進行警示或者驅(qū)動油煙凈化設(shè)備，同時把油煙的特征信號與發(fā)生警示的地點信號發(fā)送到監(jiān)測管理中心。

　　  (3)當(dāng)監(jiān)測中心需要查詢現(xiàn)場的油煙濃度情況時，監(jiān)測中心可以發(fā)送命令到油煙監(jiān)測終端，監(jiān)測終端確認后返回當(dāng)時監(jiān)測的油煙特征信號給監(jiān)測中心。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

　　  系統(tǒng)的組成

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

　　  1.1油煙監(jiān)測中心：由服務(wù)器、GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模塊、監(jiān)測系統(tǒng)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ARM的嵌入式系統(tǒng)、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊、顯示模塊、外部設(shè)備驅(qū)動電路示模塊組成。

圖2 客戶端邏輯圖

　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　  硬件系統(tǒng)主要可分為油煙氣體傳感器信號采集模塊、嵌入式系統(tǒng)測控主板、GPRS 無線傳輸模塊、LCD 顯示模塊、設(shè)備控制電路模塊

　　  (1)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊：采用 TGS2100 油煙傳感器來對油煙信息進行采集，傳感器信號經(jīng)過信號采集后傳輸給微處理器；

　　  (2)嵌入式系統(tǒng)測控主板。

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

　　  (4)顯示模塊：采用LCD顯示；

　　  (5)設(shè)備控制電路模塊：由系統(tǒng)的 GPIO 口引出，通過開關(guān)控制電路驅(qū)動警

　　示設(shè)備或者油煙凈化設(shè)備。

　　  2.1核心板單元設(shè)計

　　  本系統(tǒng)采用的核心板滿足以下要求：CPU 工作電源為1.8V和3．3V，包含F(xiàn)lash，SDRAM 等存儲器，晶振電路和JTAG調(diào)試接口等。核心板引出資源包括：16位數(shù)據(jù)線，23位地址線，控制信號線和片選、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(nèi)嵌ARM920內(nèi)核，可以運行到266MHz，這個工作頻率能夠使處理器輕松運行WinCE，Linux 等操作系統(tǒng)以及進行較為復(fù)雜的信息處理。$3C2410芯片擁有獨立的16KB指令和16KB數(shù)據(jù)緩存；MMU虛存管理單元，LCD控制器 (支持STN&TFT)；NAND Flash。

　　BootLoader；系統(tǒng)管理單元；3 通道 UART；4 通道DMA；4 通道具備 PWM 功能的定時器；I／O 口；RTC(實時時鐘)；8 通道 lObit 精度 ADC：觸摸屏控制器；IIC 總線接口；IIS數(shù)字音頻總線接口；USB 主機：USB設(shè)備；SD／YMC卡控制器；2通道SPI 和PLL數(shù)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(tǒng)軟件設(shè)計

　　  系統(tǒng)在上電復(fù)位后，首先要進行系統(tǒng)初始化，即要對其工作參數(shù)進行設(shè)置，以確保其正常工作。主要是對一些寄存器進行配置，例如接收配置寄存器、發(fā)送配置寄存器、數(shù)據(jù)配置寄存器、串?dāng)嗥帘渭拇嫫鞯?。系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件總體流程圖

　　4 安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺

　　  為了彌補現(xiàn)存餐飲行業(yè)在煙油監(jiān)測上的漏洞，同時便利監(jiān)管部門的監(jiān)察，安科瑞油煙監(jiān)測云平臺應(yīng)運而生。油煙監(jiān)測模塊通過2G/4G與云端平臺進行通信和數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)能夠?qū)ζ髽I(yè)餐飲設(shè)備的開機狀態(tài)、運行狀態(tài)進行監(jiān)控；實現(xiàn)開機率監(jiān)測，凈化效率監(jiān)測，設(shè)施停運告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、排名等統(tǒng)計功能；較之傳統(tǒng)的靜電監(jiān)測方案，更具安全性和實效性。平臺預(yù)留與其他應(yīng)用系統(tǒng)、設(shè)備交互對接接口，具有很好的擴展性。

　　  4.1平臺結(jié)構(gòu)

　　  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)進行提示預(yù)警，監(jiān)管部門可迅速進行處理，督促餐飲企業(yè)整改設(shè)備，并定期清洗、維護，實現(xiàn)減排環(huán)保，不擾民等目的。現(xiàn)場安裝監(jiān)測終端，持續(xù)監(jiān)測油煙凈化器的工作狀態(tài)，包括設(shè)備運行的電流、電壓、功率、耗電量等等，同時結(jié)合排煙口的揮發(fā)性物質(zhì)、顆粒物濃度等進行對比分析，一旦排放超標(biāo)，系統(tǒng)會發(fā)出異常信號。

■ 油煙監(jiān)測設(shè)備用來監(jiān)測油煙、顆粒物、NmHc等數(shù)據(jù)

　　■ 凈化器和風(fēng)機配合對油煙進行凈化處理，同時對凈化設(shè)備的電流、電壓進行監(jiān)測

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

　　  4.2 平臺主要功能

　　  (一)在線監(jiān)測

　　  對油煙排污數(shù)據(jù)的監(jiān)測，包括油煙排放濃度，顆粒物，NmHc等數(shù)值采集監(jiān)測;同時對監(jiān)控風(fēng)機和凈化器的啟停狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。

  (二)告警數(shù)據(jù)監(jiān)測

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

　　   (三)數(shù)據(jù)分析

　　  運行時長分析，離線分析;告警占比、排名分析;歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。

  (四)隱患管理

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

  (五)統(tǒng)計分析

　　  包括時長分析、超標(biāo)分析、歷史數(shù)據(jù)、分析報告等模塊

  (六)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護

　　  個人信息、權(quán)限維護，企業(yè)信息錄入，對應(yīng)測點信息錄入等

　　  (七)數(shù)據(jù)服務(wù)

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

　　  4.3油煙監(jiān)測主機

　　  油煙監(jiān)控主機是現(xiàn)場的管理設(shè)備，實時采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號，進行數(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。同時，對本地數(shù)據(jù)進行存儲，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，提供人機操作界面。

  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合，每路探頭監(jiān)測1路排煙通道。