摘(zhāi) 要：油煙氣(qì)體(tǐ)汙(wū)染城(chéng)市環境，危(wēi)害(hài)人類的健(jiàn)康(kāng)，目(mù)我國(guó)已經嚴(yán)格製(zhì)定了(liǎo)對城市油(yóu)煙(yān)汙(wū)染物的(dí)排放標(biāo)準和管理(lǐ)辦法，並(bìng)研(yán)究對(duì)城(chéng)市(shì)油煙氣(qì)體的(dí)排放(fàng)實施有(yǒu)效的治(zhì)理(lǐ)。傳統的油煙監測方(fāng)法(fǎ)費時費力，已不(bù)再適(shì)合(hé)社(shè)會發展(zhǎn)的需(xū)要(yào)，隨著現(xiàn)代通訊技術的(dí)發展，遠(yuǎn)程(chéng)無綫監(jiān)測技術己(jǐ)明顯(xiǎn)顯(xiǎn)示(shì)其勢，特別是(shì) GPRS 網(wǎng)絡(luò)技術的發展，憑借其在(zài)綫，實時傳輸(shū)，費用低(dī)廉等點，已(yǐ)經廣(guǎng)泛使用在很多行(háng)業(yè)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞(cí)：GPRS；單片(piàn)機；油煙傳感器；數(shù)據采(cǎi)集；遠(yuǎn)程(chéng)無綫(xiàn)監(jiān)控；TCP／IP 協(xié)議(yì)

1 係(xì)統的(dí)工作原(yuán)理(lǐ)

  係(xì)統(tǒng)用(yòng)油煙氣(qì)體傳(chuán)感器采集(jí)油煙信號，利用(yòng)傳感器數據(jù)融(róng)合技(jì)術(shù)和GPRS 無綫通信(xìn)技(jì)術，高性(xìng)能微(wēi)處理器技術(shù)，嵌入(rù)式操作係(xì)統技術等實(shí)現現(xiàn)場油煙信(xìn)號參(cān)數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和無(wú)綫網(wǎng)絡傳輸。係統(tǒng)要完成的功能如(rú)下：

  (1)係統能夠實時監測(cè)油(yóu)煙(yān)信號(hào)模擬量的輸(shū)入，對模(mó)擬量(liáng)進(jìn)行(háng)模數轉(zhuǎn)換(huàn)，經過對數據進(jìn)行(háng)分(fēn)析檢測(cè)後得到油煙(yān)氣體(tǐ)濃度的特征(zhēng)信號，分別(bié)為低(dī)水(shuǐ)平LOW，正(zhèng)常水(shuǐ)平(píng)NORMAL，以及(jí)報警WARN 三個(gè)等(děng)級；

  (2)當發生油(yóu)煙濃度超(chāo)標時，係(xì)統(tǒng)主動(dòng)驅(qū)動外部(bù)設(shè)備(bèi)進行警示(shì)或(huò)者驅動(dòng)油煙(yān)淨(jìng)化設備(bèi)，同(tóng)時(shí)把(bǎ)油煙(yān)的特征(zhēng)信(xìn)號與發(fā)生警示(shì)的地點信(xìn)號(hào)發送到(dào)監測管理中(zhōng)心。

  (3)當監(jiān)測中(zhōng)心需要查(chá)詢現(xiàn)場(cháng)的油煙濃(nóng)度(dù)情況(kuàng)時(shí)，監測中(zhōng)心可(kě)以(yǐ)發送命令(líng)到(dào)油(yóu)煙監(jiān)測(cè)終(zhōng)端，監測(cè)終端確認後返回(huí)當時(shí)監(jiān)測的油煙特征(zhēng)信(xìn)號給(gěi)監(jiān)測(cè)中(zhōng)心。

圖1 係(xì)統(tǒng)網(wǎng)絡示意(yì)圖(tú)

  係(xì)統的組成(chéng)

  整個(gè)係統(tǒng)由(yóu)監測(cè)中心，通信網(wǎng)絡，油煙氣體信號采集終(zhōng)端三個部分組成。

  1.1油煙(yān)監(jiān)測(cè)中(zhōng)心(xīn)：由(yóu)服(fú)務器，GPRS 數據傳(chuán)輸(shū)模(mó)塊(kuài)，監測(cè)係統軟件組成。

  1.2通信(xìn)網絡(luò)：GPRS 網絡通(tōng)訊模塊(kuài)。

  1.3油煙氣(qì)體信(xìn)號(hào)采(cǎi)集終端(duān)：由(yóu)油(yóu)煙信號(hào)采(cǎi)集模(mó)塊，基於(yú)ARM的(dí)嵌入式(shì)係統，GPRS數據傳輸(shū)模塊，顯示(shì)模塊(kuài)，外部設備(bèi)驅(qū)動電路示模塊(kuài)組(zǔ)成(chéng)。

圖(tú)2 客戶端(duān)邏(luó)輯圖

2 係統硬件(jiàn)電(diàn)路設計

  硬件係統主(zhǔ)要(yào)可分為油煙氣體(tǐ)傳(chuán)感器信(xìn)號采集模塊(kuài)，嵌(qiàn)入式係統(tǒng)測(cè)控(kòng)主(zhǔ)板，GPRS 無綫(xiàn)傳輸模(mó)塊，LCD 顯(xiǎn)示模(mó)塊(kuài)，設備(bèi)控製(zhì)電(diàn)路(lù)模塊(kuài)

  (1)傳(chuán)感器(qì)數據采集(jí)模塊(kuài)：采(cǎi)用(yòng) TGS2100 油煙(yān)傳(chuán)感器(qì)來對油(yóu)煙(yān)信(xìn)息進(jìn)行(háng)采集(jí)，傳感器信(xìn)號(hào)經(jīng)過信號采(cǎi)集後(hòu)傳輸(shū)給微處理(lǐ)器(qì)；

  (2)嵌入(rù)式係統(tǒng)測控主板(bǎn)。

  (3)係統GPRS模(mó)塊：采(cǎi)用的是(shì)Simens的MC39i通訊模(mó)塊，MC39i與控(kòng)製模塊通過(guò)串(chuàn)行(háng)口進行通信，中(zhōng)間經(jīng)過(guò)RS-232電(diàn)平(píng)轉換(huàn)；

  (4)顯(xiǎn)示模塊：采用(yòng)LCD顯(xiǎn)示(shì)；

  (5)設備控製(zhì)電路(lù)模塊(kuài)：由係統的 GPIO 口引出，通過(guò)開(kāi)關(guān)控製電路驅(qū)動警(jǐng)

示(shì)設(shè)備或者(zhě)油煙淨化設備。

  2.1核(hé)心板(bǎn)單元設計

  本係統(tǒng)采用的核(hé)心(xīn)板(bǎn)滿足以(yǐ)下要(yào)求(qiú)：CPU 工作電(diàn)源(yuán)為(wéi)1.8V和3．3V，包(bāo)含(hán)Flash，SDRAM 等存儲(chǔ)器，晶(jīng)振(zhèn)電路(lù)和(hé)JTAG調(tiáo)試接口(kǒu)等(děng)。核(hé)心(xīn)板引(yǐn)出資源(yuán)包括：16位(wèi)數據綫(xiàn)，23位地(dì)址(zhǐ)綫，控(kòng)製(zhì)信(xìn)號綫和片選(xuǎn)，中斷信號等(děng)。

核心(xīn)板(bǎn)的微處理(lǐ)器(qì)采用三星(xīng)S3C2410是(shì)32位(wèi)RISC ARM 微處理器，內(nèi)嵌ARM920內核，可以運行到266MHz，這個工作頻(pín)率(shuài)能夠使(shǐ)處(chǔ)理器輕鬆運行WinCE，Linux 等操作(zuò)係(xì)統(tǒng)以(yǐ)及進(jìn)行較為復雜(zá)的(dí)信息(xī)處(chǔ)理。$3C2410芯片(piàn)擁有獨(dú)立(lì)的16KB指令(líng)和16KB數據(jù)緩存；MMU虛存管(guǎn)理單元(yuán)，LCD控(kòng)製(zhì)器(qì) (支(zhī)持(chí)STN&TFT)；NAND Flash。

BootLoader；係(xì)統管理(lǐ)單(dān)元；3 通道 UART；4 通(tōng)道DMA；4 通(tōng)道(dào)具(jù)備 PWM 功能(néng)的定(dìng)時器；I／O 口；RTC(實(shí)時時鐘(zhōng))；8 通(tōng)道 lObit 精(jīng)度 ADC：觸摸(mō)屏控製器；IIC 總(zǒng)綫接口；IIS數(shù)字音頻(pín)總(zǒng)綫接口(kǒu)；USB 主機：USB設(shè)備；SD／YMC卡控製(zhì)器(qì)；2通(tōng)道(dào)SPI 和(hé)PLL數(shù)字鎖相環。

  2.2油煙氣體(tǐ)濃度信(xìn)號(hào)采集電路(lù)

  油煙(yān)氣(qì)體濃(nóng)度(dù)傳感(gǎn)器的測量電(diàn)路(lù)由三部(bù)分(fēn)組成：輸(shū)入級，信(xìn)號放大級和輸出(chū)級。如圖3所示。

圖(tú)3 油(yóu)煙氣(qì)體(tǐ)濃(nóng)度傳感器(qì)組(zǔ)成圖(tú)

  3 係統(tǒng)軟件設(shè)計

  係統在上(shàng)電復(fù)位後，首(shǒu)先(xiān)要進行(háng)係統初始(shǐ)化(huà)，即要(yào)對(duì)其(qí)工(gōng)作參數(shù)進(jìn)行(háng)設置，以(yǐ)確(què)保其正常工作。主要(yào)是對(duì)一些(xiē)寄存(cún)器進(jìn)行(háng)配置(zhì)，例如(rú)接(jiē)收配置寄存器(qì)，發(fā)送(sòng)配置寄存器，數(shù)據配置寄存器(qì)，串斷(duàn)屏蔽寄(jì)存器等(děng)。係(xì)統(tǒng)軟件總(zǒng)體流(liú)程圖如(rú)圖(tú)4所(suǒ)示。

圖4 係統(tǒng)軟件總體流(liú)程(chéng)圖(tú)

4 安(ān)科瑞AcrelCloud3500餐(cān)飲(yǐn)油煙監測雲平台

  為了(liǎo)彌補現存(cún)餐飲(yǐn)行業(yè)在煙油(yóu)監(jiān)測上(shàng)的(dí)漏(lòu)洞，同時便利(lì)監(jiān)管(guǎn)部門(mén)的(dí)監(jiān)察(chá)，安科瑞油煙監(jiān)測(cè)雲平台(tái)應(yīng)運而生。油(yóu)煙監測模(mó)塊(kuài)通(tōng)過2G/4G與(yǔ)雲(yún)端平台進行(háng)通信(xìn)和數(shù)據交互，係統能(néng)夠對(duì)企業餐(cān)飲(yǐn)設備(bèi)的(dí)開機(jī)狀態(tài)，運行(háng)狀態進(jìn)行監(jiān)控；實現(xiàn)開機率監測(cè)，淨化(huà)效率(shuài)監(jiān)測，設(shè)施停運告(gào)警(jǐng)，待清洗告警，異常(cháng)告(gào)警等功(gōng)能(néng)；對(duì)采(cǎi)集數(shù)據進行(háng)統計分析，等(děng)統計功能；較之(zhī)傳(chuán)統(tǒng)的靜(jìng)電監(jiān)測(cè)方(fāng)案，具安(ān)全(quán)性和實(shí)效性。平台(tái)預(yù)留與其他應(yīng)用(yòng)係(xì)統，設備交互(hù)對(duì)接接(jiē)口，具有很好(hǎo)的擴(kuò)展(zhǎn)性(xìng)及(jí)融合(hé)性。

  4.1平台結構(gòu)

  平台GIS地(dì)圖采集(jí)餐飲(yǐn)油煙處理設備運行狀態和油煙排放(fàng)的濃(nóng)度數據，自動對(duì)超標排放(fàng)及(jí)異(yì)常(cháng)企業(yè)進行(háng)提示(shì)預警，監管部(bù)門可迅速(sù)進行(háng)處理，督(dū)促餐(cān)飲企業整(zhěng)改(gǎi)設(shè)備(bèi)，並(bìng)定期清(qīng)洗(xǐ)，維護，實現減排環(huán)保(bǎo)，不(bù)擾民等目的(dí)。現(xiàn)場(cháng)安裝監測(cè)終端，持續監(jiān)測(cè)油煙(yān)淨化器的(dí)工作(zuò)狀(zhuàng)態(tài)，包(bāo)括(kuò)設(shè)備運(yùn)行的電流(liú)，電壓(yā)，功率(shuài)，耗(hào)電量等(děng)等(děng)，同(tóng)時結(jié)合排煙口(kǒu)的(dí)揮發性物質，顆粒物濃(nóng)度等(děng)進行(háng)對比(bǐ)分(fēn)析(xī)，一(yī)旦(dàn)排(pái)放超(chāo)標(biāo)，係統(tǒng)會發(fā)出異常(cháng)信號。

■ 油(yóu)煙監測(cè)設(shè)備用來監測(cè)油煙(yān)，顆(kē)粒物，NmHc等(děng)數(shù)據

■ 淨(jìng)化器(qì)和風(fēng)機配(pèi)合對油煙(yān)進行淨化(huà)處理，同時對(duì)淨(jìng)化設備(bèi)的電流(liú)，電壓(yā)進(jìn)行(háng)監測(cè) 

■ 設備通過(guò)4G網絡(luò)將采(cǎi)集的(dí)數據上(shàng)傳至遠程(chéng)雲(yún)端(duān)服(fú)務器

  4.2 平(píng)台主要功能

  (一)在綫監(jiān)測

  對油煙(yān)排汙(wū)數據(jù)的(dí)監(jiān)測，包括(kuò)油煙(yān)排(pái)放濃(nóng)度，顆(kē)粒(lì)物，NmHc等(děng)數(shù)值采(cǎi)集監(jiān)測(cè);同時對(duì)監控風機(jī)和淨化器(qì)的啟停(tíng)狀態，運(yùn)行(háng)數(shù)據進行(háng)監測(cè)。

  (二)告警數(shù)據監(jiān)測(cè)

　　係統根(gēn)據(jù)采集(jí)的油(yóu)煙數值(zhí)大小，產(chǎn)生(shēng)對應的排放超(chāo)標告警;對淨化器(qì)的運(yùn)行數據(jù)分析，上(shàng)傳淨化設(shè)備對(duì)應(yīng)的運(yùn)行(háng)，停(tíng)機，故障(zhàng)等告警(jǐng)事件(jiàn)。

   (三)數(shù)據分(fēn)析

  運(yùn)行時長分(fēn)析，離(lí)綫分(fēn)析;告(gào)警占比，分析(xī);歷(lì)史(shǐ)數據(jù)統計等。

  (四)隱患(huàn)管(guǎn)理(lǐ)

  係(xì)統對(duì)采(cǎi)集(jí)的告警數(shù)據分析(xī)，產生(shēng)對應(yīng)的(dí)隱患記(jì)錄，派發，處(chǔ)理隱患(huàn)，及時處理告(gào)警，形(xíng)成閉(bì)環

  (五)統(tǒng)計(jì)分(fēn)析(xī)

  包括時(shí)長(cháng)分析，超標(biāo)分(fēn)析(xī)，歷史數據(jù)，分(fēn)析(xī)報告(gào)等(děng)模(mó)塊

  (六)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)

  個人信(xìn)息，權限(xiàn)維(wéi)護(hù)，企(qǐ)業(yè)信(xìn)息(xī)錄入(rù)，對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)信息錄(lù)入等

  (七)數(shù)據(jù)服務

  數(shù)據采集，短信(xìn)提(tí)醒，數據存儲和解析(xī)

  4.3油(yóu)煙(yān)監(jiān)測主機

  油煙監控主(zhǔ)機(jī)是(shì)現場的(dí)管(guǎn)理設備，實時采集油(yóu)煙濃(nóng)度探(tàn)測器(qì)和(hé)工況(kuàng)傳感器(qì)的信(xìn)號(hào)，進行數據處理(lǐ)，通(tōng)過有綫或無(wú)綫網絡(luò)通(tōng)訊(xùn)將(jiāng)數(shù)據(jù)傳(chuán)輸到(dào)服務器平台(tái)。同時(shí)，對(duì)本地(dì)數據(jù)進行存儲(chǔ)，監控現場設備(bèi)狀(zhuàng)態，提供人機(jī)操(cāo)作界(jiè)麵。

  具體技術(shù)參(cān)數如下(xià)：

  4.4 設(shè)備選型方案

注：雙探(tàn)頭(tóu)適(shì)合雙(shuāng)排(pái)煙通道的場(cháng)合，每路探(tàn)頭監測1路排(pái)煙通道(dào)。

5 結(jié)論(lùn)

  利用 GPRS技(jì)術(shù)，實現(xiàn)油(yóu)煙(yān)遠程(chéng)無綫(xiàn)監(jiān)控(kòng)係(xì)統，係統不僅(jǐn)以應(yīng)用(yòng)在油煙(yān)的監(jiān)測，也(yě)可以(yǐ)用在其(qí)他(tā)領(lǐng)域的信(xìn)號監測(cè)上，具有廣(guǎng)闊(kuò)的(dí)應(yīng)用(yòng)景。

【參(cān)考(kǎo)文(wén)獻】

  [1]鄭萬溪，黃(huáng)元慶，張(zhāng)鑫. 基於GPRS通信技術的(dí)遠程檢測(cè)係統[J].傳感器與微係統，2008,27（2）；83-85,92.

  [2]趙(zhào)玲(líng)，方(fāng)賡. 基(jī)於(yú)GPRS的油煙遠程(chéng)無綫(xiàn)監(jiān)控(kòng)係統設計(jì)，南(nán)京(jīng)化(huà)工職業(yè)技術學(xué)院(yuàn).

  [3]安科(kē)瑞(ruì)AcrelCloud-3500餐飲(yǐn)油(yóu)煙監測(cè)雲平台.2020.05版(bǎn)