基于GPRS技术的餐饮油烟在线监控系统的设计与应用

摘 要：油烟气体污染城市环境，危害人类的健康，目我已经严格制定了对城市油烟污染物的排放标准和管理办法，并研究对城市油烟气体的排放实施有效的治理。传统的油烟监测方法费时费力，已不再适合社会发展的需要，随着现代通讯技术的发展，远程无线监测技术己明显显示其势，特别是 GPRS 网络技术的发展，凭借其在线、实时传输、费用低廉等点，已经广泛使用在很多行业领域。

关键词：GPRS；单片机；油烟传感器；数据采集；远程无线监控；TCP／IP 协议

1 系统的工作原理

  系统用油烟气体传感器采集油烟信号，利用传感器数据融合技术和GPRS 无线通信技术、高性能微处理器技术，嵌入式操作系统技术等实现现场油烟信号参数的实时检测和无线网络传输。系统要完成的功能如下：

  (1)系统能够实时监测油烟信号模拟量的输入，对模拟量进行模数转换，经过对数据进行分析检测后得到油烟气体浓度的特征信号，分别为低水平LOW，正常水平NORMAL，以及报警WARN 三个等级；

  (2)当发生油烟浓度超标时，系统主动驱动外部设备进行警示或者驱动油烟净化设备，同时把油烟的特征信号与发生警示的地点信号发送到监测管理中心。

  (3)当监测中心需要查询现场的油烟浓度情况时，监测中心可以发送命令到油烟监测终端，监测终端确认后返回当时监测的油烟特征信号给监测中心。

图1 系统网络示意图

  系统的组成

  整个系统由监测中心、通信网络、油烟气体信号采集终端三个部分组成。

  1.1油烟监测中心：由服务器、GPRS 数据传输模块、监测系统软件组成。

  1.2通信网络：GPRS 网络通讯模块。

  1.3油烟气体信号采集终端：由油烟信号采集模块、基于ARM的嵌入式系统、GPRS数据传输模块、显示模块、外部设备驱动电路示模块组成。

图2 客户端逻辑图

2 系统硬件电路设计

  硬件系统主要可分为油烟气体传感器信号采集模块、嵌入式系统测控主板、GPRS 无线传输模块、LCD 显示模块、设备控制电路模块

  (1)传感器数据采集模块：采用 TGS2100 油烟传感器来对油烟信息进行采集，传感器信号经过信号采集后传输给微处理器；

  (2)嵌入式系统测控主板。

  (3)系统GPRS模块：采用的是Simens的MC39i通讯模块，MC39i与控制模块通过串行口进行通信，中间经过RS-232电平转换；

  (4)显示模块：采用LCD显示；

  (5)设备控制电路模块：由系统的 GPIO 口引出，通过开关控制电路驱动警

示设备或者油烟净化设备。

  2.1核心板单元设计

  本系统采用的核心板满足以下要求：CPU 工作电源为1.8V和3．3V，包含Flash，SDRAM 等存储器，晶振电路和JTAG调试接口等。核心板引出资源包括：16位数据线，23位地址线，控制信号线和片选、中断信号等。

核心板的微处理器采用三星S3C2410是32位RISC ARM 微处理器，内嵌ARM920内核，可以运行到266MHz，这个工作频率能够使处理器轻松运行WinCE，Linux 等操作系统以及进行较为复杂的信息处理。$3C2410芯片拥有独立的16KB指令和16KB数据缓存；MMU虚存管理单元，LCD控制器 (支持STN&TFT)；NAND Flash。

BootLoader；系统管理单元；3 通道 UART；4 通道DMA；4 通道具备 PWM 功能的定时器；I／O 口；RTC(实时时钟)；8 通道 lObit 精度 ADC：触摸屏控制器；IIC 总线接口；IIS数字音频总线接口；USB 主机：USB设备；SD／YMC卡控制器；2通道SPI 和PLL数字锁相环。

  2.2油烟气体浓度信号采集电路

  油烟气体浓度传感器的测量电路由三部分组成：输入级、信号放大级和输出级。如图3所示。

图3 油烟气体浓度传感器组成图

  3 系统软件设计

  系统在上电复位后，先要进行系统初始化，即要对其工作参数进行设置，以确保其正常工作。主要是对一些寄存器进行配置，例如接收配置寄存器、发送配置寄存器、数据配置寄存器、串断屏蔽寄存器等。系统软件总体流程图如图4所示。

图4 系统软件总体流程图

4 安科瑞AcrelCloud3500餐饮油烟监测云平台

  为了弥补现存餐饮行业在烟油监测上的漏洞，同时便利监管部门的监察，安科瑞油烟监测云平台应运而生。油烟监测模块通过2G/4G与云端平台进行通信和数据交互，系统能够对企业餐饮设备的开机状态、运行状态进行监控；实现开机率监测，净化效率监测，设施停运告警，待清洗告警，异常告警等功能；对采集数据进行统计分析、等统计功能；较之传统的静电监测方案，更具安全性和实效性。平台预留与其他应用系统、设备交互对接接口，具有很好的扩展性及融合性。

  4.1平台结构

  平台GIS地图采集餐饮油烟处理设备运行状态和油烟排放的浓度数据，自动对超标排放及异常企业进行提示预警，监管部门可迅速进行处理，督促餐饮企业整改设备，并定期清洗、维护，实现减排环保，不扰民等目的。现场安装监测终端，持续监测油烟净化器的工作状态，包括设备运行的电流、电压、功率、耗电量等等，同时结合排烟口的挥发性物质、颗粒物浓度等进行对比分析，一旦排放超标，系统会发出异常信号。

■ 油烟监测设备用来监测油烟、颗粒物、NmHc等数据

■ 净化器和风机配合对油烟进行净化处理，同时对净化设备的电流、电压进行监测 

■ 设备通过4G网络将采集的数据上传至远程云端服务器

  4.2 平台主要功能

  (一)在线监测

  对油烟排污数据的监测，包括油烟排放浓度，颗粒物，NmHc等数值采集监测;同时对监控风机和净化器的启停状态、运行数据进行监测。

  (二)告警数据监测

　　系统根据采集的油烟数值大小，产生对应的排放超标告警;对净化器的运行数据分析，上传净化设备对应的运行、停机、故障等告警事件。

   (三)数据分析

  运行时长分析，离线分析;告警占比、分析;历史数据统计等。

  (四)隐患管理

  系统对采集的告警数据分析，产生对应的隐患记录，派发、处理隐患，及时处理告警，形成闭环

  (五)统计分析

  包括时长分析、超标分析、历史数据、分析报告等模块

  (六)基础数据维护

  个人信息、权限维护，企业信息录入，对应测点信息录入等

  (七)数据服务

  数据采集，短信提醒，数据存储和解析

  4.3油烟监测主机

  油烟监控主机是现场的管理设备，实时采集油烟浓度探测器和工况传感器的信号，进行数据处理，通过有线或无线网络通讯将数据传输到服务器平台。同时，对本地数据进行存储，监控现场设备状态，提供人机操作界面。

  具体技术参数如下：

  4.4 设备选型方案

注：双探头适合双排烟通道的场合，每路探头监测1路排烟通道。

5 结论

  利用 GPRS技术，实现油烟远程无线监控系统，系统不仅以应用在油烟的监测，也可以用在其他领域的信号监测上，具有广阔的应用景。

【参考文献】

  [1]郑万溪，黄元庆，张鑫. 基于GPRS通信技术的远程检测系统[J].传感器与微系统，2008,27（2）；83-85,92.

  [2]赵玲，方赓. 基于GPRS的油烟远程无线监控系统设计，南京化工职业技术学院.

  [3]安科瑞AcrelCloud-3500餐饮油烟监测云平台.2020.05版

作者简介：缪建梅，女，安科瑞电气股份有限公司，主要从事电气防火限流式保护器的研发与应用