淺談基于物聯網技術的智能監控油煙系統設計與應用

摘要：近年來，餐飲行業迅速發展，油煙肆意排放造成的環境污染愈加嚴重，有效監測、防控油煙問題迫在眉睫。對此，文章設計了一種基于物聯網傳感技術的油煙監控系統，考慮到餐飲行業使用需求，主控制器選擇STM32單片機，在此基礎上結合軟件硬件進行調控。油煙傳感器 TGS2602、溫濕度傳感器DTH11在其中發揮信息采集作用，主要針對環境中的油煙含量、溫濕度等信息進行數據收集，再由NB-IoT無線通信技術將數據信息實時上傳至數據庫，Web在線分析，有效防控。該油煙系統的設計與開發，為用戶提供了油煙綜合排放監測數據平臺，實現了數據共享、交互和利用，有益于提高企業或者實體門店對油煙的凈化綜合防控能力，持續推動人與自然和諧發展。

關鍵詞：油煙傳感器；溫濕度傳感器；無線通信技術

1.研究背景

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

關研究工作。

何姝等研發的油煙在線監控系統，能夠在油煙排放過程中收集到更多的數據和信息。在進行油煙監控系統設計時要面臨很大的挑戰，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，進而有效推動餐飲業油煙在線監控系統功能上的健全。許孟寒基于物聯網和傳感器技術設計了一款實時監測的在線油煙防控系統，數據采集探頭通過溫濕度傳感器、油煙傳感器等實現了及時傳輸數據信息的功能，具有廣闊的市場發展前景。隨著科學技術的不斷發展，無線傳輸、物聯網、人工智能等多領域實現了融合，馮天成對油煙檢測系統進行了新的深化研究。吳秉熙等分析了近年來油煙問題造成的環境污染，以及對人體造成的傷害，并根據其特質提出了相應的措施手段。陳宜秋從監測、預警、指揮、執法、管理這五位一體的角度分析了油煙監測問題在環保監管中的作用，為環保以及民情和執法進行了有力的分析與論證，大大提高了工作效率。

文章結合前人工作特點，研發出了一款基于物聯傳感技術的油煙檢測系統，此系統借助傳感器、單片機進行環境油煙檢測，并通過 Web 端進行實時監測與預警，便于用戶及時發現并處理油煙報警信息。對于科技不斷發展的現在，該系統在市場上也是一款很有競爭力的產品，算法優良，可視化輸出友好，受到測試者的一致好評。該產品具有優良監測，有效防控，使用簡單等特點優勢，具有廣闊的市場前景。油煙揮發情景圖如圖 1 所示，物聯網應用領域如圖 2 所示。

圖1 油煙揮發情景

圖2 物聯網應用領域

2.架構設計

數據檢測模塊主要由 AD 轉換器、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 單片機進行數據預處理。其中 AD轉換器模塊可以將采集的氣體模擬量轉換為數字量。通過調用 STM32 微處理器，利用 NB-IoT 對數據進行收集整理，傳送到服務器內，同時在系統中實現定位功能。油煙檢測系統會為網站和交互接口提前留出位置，這也為監管部門和商家的使用提供了便利，可以在服務器或網站上進行信息訪問操作，在線上就能夠清楚了解現場的油煙含量。

系統架構設計圖如圖 3 所示。

圖3 架構圖

3.軟件設計

3.1 系統首頁

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

3.2 油煙濃度監測查詢

在油煙監測系統中，用戶可以根據界面顯示的菜單功能進行選擇，從而進入查詢模式。系統顯示的菜單信息為用戶提供了導航作用，基于此，用戶能夠了解廚房內的油煙含量，結合個人需求，進行實時監控。此種系統為用戶提供了良好的體驗，也為系統運行提供了良好保障。在操作系統中，針對油煙監控查詢會有詳細的信息引導，用戶可以根據指示進行進一步的操作，該系統能夠更好地為用戶提供基礎服務，便于用戶及時查找所需功能，更方便快捷地處理有關問題，不再因為煩瑣的界面而耽誤時間，受到測試者的一致好評。

3.3 油煙實時監控曲線數據

實時監控曲線數據窗口將當下檢測的具體狀況進行呈現，界面設置簡明扼要，使用戶能夠直觀清楚地了解當下檢測狀況，用戶能夠以實際情況出發，通過選擇功能選項，完成相應操作步驟，獲取自身感興趣的功能信息。另外，在實際操作時系統會提供一定的指導，輔助用戶完成使用。油煙實時監控數據處理結構如圖 4 所示。

圖4 數據處理結構

用戶利用窗口，能夠直接且具體地對油煙檢測情況進行觀察，明確現階段曲線數據狀態，并且可以根據自身情況出發，自行調整窗口中的功能設置。

3.4 歷史油煙濃度查詢

選擇對應操作，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置工作，

為后期操作提供便利，防止后期發生運行錯亂的狀況。在該界面進行設置時，用戶可依照自身需求，選擇相應的功能按鈕，并完成相應的功能操作。以自身情況出發，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行查看，除此之外，用戶還能夠依照自身需要，完成相應的功能選擇。該項功能以折線統計圖的形式，形象地展示出了油煙數據的變化情況，可視化輸出效果十分好，用戶也可以根據自身的需求，改變數據展示情況，十分便捷、容易操作，受到測試者們一致好評，該功能也成為系統的核心功能之一，為油煙監測防控出了一份力。

3.5 油煙檢測運行數據

以系統指示為依據進行操作，進入油煙檢測運行數據界面，首先熟知管理模式設置的具體流程，并以此為基礎，仔細清醒地完成油煙檢測運行數據相關操作，防止故障的產生，充分保障系統運行過程正常進行，輔助用戶完成工作運作。

3.6 餐飲企業油煙級別設置

用戶進入油煙級別設置界面，并以實際情況出發，明確具體需求，進而設置油煙級別，在設置過程中應當保持清醒的認知，防止對后期操作產生負面影響，使系統運行錯誤。

3.7 油煙超標報警通知

根據系統提供的指示，用戶來到油煙超標報警通知界面。以實際情況為出發點，完成一系列系統操作，仔細完成超標報警通知相關功能選擇工作，報警周期與報警條件應當結合自身運行，防止后期進行操作時，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據的超標與否問題，對于用戶而言也是一個非常好的體驗，受到測試者的一致好評。物聯網報警網絡如圖 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據，為實現有效的污染防控，設計了基于大數據的油煙監測模型，硬件采集端將采集的數據根據 NB-IoT 協議實時傳輸到云端平臺，經過數據清洗、數據歸一化處理等數據整合操作，導入模型進行計算。根據預測結果，控制機器減小排放量，或進行綠色化學處理，對污染加以有效防控。防控體系圖如圖 6 所示。

3.9 監控點列表

用戶通過智能油煙檢測系統進行油煙監控時，以自身實際情況為出發點。為滿足所有用戶的需求，用戶可自行進行功能選擇，首先，進入監控點列表，完成符合自身需求的功能設置。利用系統設置，能夠實時修正改進系統運行過程中的數據。

圖5 物聯網報警網絡

圖6 防控體系

3.10 未來產品升級

文章設計的這款基于物聯網的智控油煙檢測系統具有較高的便利性和實用性，可以結合二維碼、激光掃描器、無線通信等技術，進行更科學的監測分析，未來還將結合大數據、人工智能技術進行更有效的監控，市場前景廣闊。未來物聯網技術拓展情況如圖 7 所示。

圖7 物聯網技術拓展

4.安科瑞餐飲油煙監測云平臺解決方案

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

餐飲油煙監測平臺GIS地圖采集餐飲油煙處理設備運行狀態和油煙排放的濃度數據，自動對超標排放及異常企業進行提示預警，監管部門可迅速進行處理，督促餐飲企業整改設備，并定期清洗、維護，實現減排環保，不擾民等目的。

現場安裝油煙在線監控儀，實時監測排煙煙道內的油煙、顆粒物和非甲烷甲烷總烴等濃度，同時對油煙凈化器和風機的運行電流和開關狀態進行監測，一旦排放超標，系統會發出告警信息。

系統結構圖如下：

5.平臺主要功能

系統拓撲圖如下：

5.1首頁

①接入企業

顯示接入的企業數，監測點位數；

②AQI天氣

實時AQI天氣狀況；

③告警率、超標率、在線率

顯示告警企業數量，告警率，包括超標、在線率統計；

④地圖點位統計

按接入企業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，企業隱患排名，報警信息列表，監測點位以及報警統計，監測點位地理位置，工單任務統計等。

5.3實時監控

系統可進行監測點的篩選，點擊每個監測點信息，可以看到實時數據和24小時數據變化曲線。并且可以看到監測節點的歷史告警信息。

實時監測數據包括油煙凈化器和風機的運行電流，油煙濃度、顆粒物濃度和NMHC濃度等信息。

實時狀態列表

系統對當前點位進行數據列表統計，對采集的實時數據匯總，分析其運行狀態，預警范圍等。

運行工況

實時監測數據包括油煙凈化器和風機的運行電流，根據電流數值來判斷當前進化器的運行狀態，包括失聯、停機、運行等狀態，結合運行數據曲線，更加方便直觀。

5.4隱患管理

1）后臺根據測點設置的濃度閾值以及門限時間在隱患巡查中產生對應的報警信息，并在首頁進行鈴鐺和語音提示；

2）企業用戶對隱患進行確認，確認工單派發對象，工單截至期限，以及工單任務描述；

3）運維人員確認工單內容并對隱患進行處理，填寫處理結果詳情，上傳現場圖片等附件或進行二級派發；

4）相關企業用戶可在“隱患記錄”頁面來確認對應隱患信息的處理進度，包括是否處理、是否派發；

5.5統計分析

超標分析

對相關的采集數據油煙、顆粒物、NMHC數據進行關聯分析，對超標的種類、企業進行餅狀圖的展示，同時對報警企業進行排名，根據排名情況對相關企業進行數據和運行狀態的分析評價。

歷史數據

支持對數據進行年、月、日篩選查詢，自定義日期篩選數據，相關數據支持Excel表格導出，便于后期數據的校驗和排查。

設備維護

設備需要定期清洗、維護和更換濾芯。

5.6統計分析

用戶分析報告

用戶分析報告模塊，將企業目前的告警進行匯總，支持模板的Word導出，具體的模板內容可根據客戶需求實現定制化設計。

在線時長分析

企業在線時長報告模塊，將企業目前監測儀的在線時長，失聯時長，風機、凈化器的在線、離線時間進行匯總，以折線圖、雷達圖的形式展示。

5.7設備清洗維護

設置企業檢測儀定期的清洗、更換計劃，包括維護監測點位的安裝時間，上一次清洗時間，以及下一次的維護周期，對應的負責人等信息，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視頻實時預覽監測

②歷史視頻回放功能

6.系統硬件配置

7.結束語

近年來，隨著經濟的發展，由油煙肆意排放導致的環境問題愈加嚴重。現階段，我國主營餐飲服務行業的企業大部分都選擇人口集中、經濟發展的區域，部分規模不大的餐飲店會選擇開在社區內，這進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，成為當今熱切談論的話題。文章設計的基于物聯網傳感技術的油煙監控系統，通過單片機控制傳感器進行油煙數據采集，再由NB-IoT無線通信技術將數據信息實時上傳至數據庫，Web在線分析，有效防控，有利于提高企業用戶對油煙凈化綜合防控能力，持續推動人與自然和諧發展。