基于GPRS技術的餐飲油煙在線監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用

    王孟春
    安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801
    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施有效的治理。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)代通訊技術的發(fā)展,遠程無線監(jiān)測技術己明顯顯示其優(yōu)勢,特別是 GPRS 網(wǎng)絡技術的發(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)領域。
    關鍵詞: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)融合技術和GPRS 無線通信技術、高性能微處理器技術,嵌入式操作系統(tǒng)技術等實現(xiàn)現(xiàn)場油煙信號參數(shù)的實時檢測和無線網(wǎng)絡傳輸。系統(tǒng)要完成的功能如下:
    (1)系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測油煙信號模擬量的輸入,對模擬量進行模數(shù)轉換,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)當發(fā)生油煙濃度**標時,系統(tǒng)主動驅動外部設備進行警示或者驅動油煙凈化設備,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、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:GPRS 網(wǎng)絡通訊模塊。
    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、外部設備驅動電路示模塊組成。
    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電平轉換;
    (4)顯示模塊:采用LCD顯示;
    (5)設備控制電路模塊:由系統(tǒng)的 GPIO 口引出,通過開關控制電路驅動警
    示設備或者油煙凈化設備。
    2.1**板單元設計
    本系統(tǒng)采用的**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調試接口等。**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。
    **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)軟件設計
    系統(tǒng)在上電復位后,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、串斷屏蔽寄存器等。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)能夠對企業(yè)餐飲設備的開機狀態(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,較具安全性和實效性。平臺預留與其他應用系統(tǒng)、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(shù)據(jù),自動對**標排放及異常企業(yè)進行提示預警,監(jiān)管部門可迅速進行處理,督促餐飲企業(yè)整改設備,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),包括設備運行的電流、電壓、功率、耗電量等等,同時結合排煙口的揮發(fā)性物質、顆粒物濃度等進行對比分析,一旦排放**標,系統(tǒng)會發(fā)出異常信號。
    ■ 油煙監(jiān)測設備用來監(jiān)測油煙、顆粒物、NmHc等數(shù)據(jù)
    ■ 凈化器和風機配合對油煙進行凈化處理,同時對凈化設備的電流、電壓進行監(jiān)測 
    ■ 設備通過4G網(wǎng)絡將采集的數(shù)據(jù)上傳至遠程云端服務器
    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,產生對應的排放**標告警;對凈化器的運行數(shù)據(jù)分析,上傳凈化設備對應的運行、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,產生對應的隱患記錄,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、**標分析、歷史數(shù)據(jù)、分析報告等模塊
    (六)基礎數(shù)據(jù)維護
    個人信息、權限維護,企業(yè)信息錄入,對應測點信息錄入等
    (七)數(shù)據(jù)服務
    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)絡通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒掌髌脚_。同時,對本地數(shù)據(jù)進行存儲,監(jiān)控現(xiàn)場設備狀態(tài),提供人機操作界面。
    具體技術參數(shù)如下:
     
     
    4.4 設備選型方案
     
    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。
    5 結論
    利用 GPRS技術,實現(xiàn)油煙遠程無線監(jiān)控系統(tǒng),系統(tǒng)不僅以應用在油煙的監(jiān)測,也可以用在其他領域的信號監(jiān)測上,具有廣闊的應用前景。
     
    【參考文獻】
    [1]鄭萬溪,黃元慶,張鑫. 基于GPRS通信技術的遠程檢測系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng),2008,27(2);83-85,92.
    [2]趙玲,方賡. 基于GPRS的油煙遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)設計,南京化工職業(yè)技術學院.
    [3]安科瑞AcrelCloud-3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺.2020.05版

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