技术文章

摘要：近年来，餐饮行业迅速发展，油烟肆意排放造成的环境污染愈加严重，有效监测、防控油烟问题迫在眉睫。对此，文章设计了一种基于物联网传感技术的油烟监控系统，考虑到餐饮行业使用需求，主控制器选择STM32单片机，在此基础上结合软件硬件进行调控。油烟传感器 TGS2602、温湿度传感器DTH11在其中发挥信息采集作用，主要针对环境中的油烟含量、温湿度等信息进行数据收集，再由NB-IoT无线通信技术将数据信息实时上传至数据库，Web在线分析，有效防控。该油烟系统的设计与开发，为用户提供了油烟综合排放监测数据平台，实现了数据共享、交互和利用，有益于提高企业或者实体门店对油烟的净化综合防控能力，持续推动人与自然和谐发展。

1.研究背景

如今，肺癌及各种呼吸道疾病的发病率与日俱增，其中较普遍的原因之一是厨房内产生的碳颗粒及挥发性亚硝胺等致癌物质进入人体肺部，而且厨房的油烟挥发更是环境杀手，清洗困难，对于加快全球变暖更是起到了很大的促进作用。对此，笔者通过文献分析调研了前人的相

关研究工作。

何姝等研发的油烟在线监控系统，能够在油烟排放过程中收集到更多的数据和信息。在进行油烟监控系统设计时要面临很大的挑战，因此需提高模拟分析的计算能力，针对不同条件的影响开展深入研究，进而有效推动餐饮业油烟在线监控系统功能上的健全。许孟寒基于物联网和传感器技术设计了一款实时监测的在线油烟防控系统，数据采集探头通过温湿度传感器、油烟传感器等实现了及时传输数据信息的功能，具有广阔的市场发展前景。随着科学技术的不断发展，无线传输、物联网、人工智能等多领域实现了融合，冯天成对油烟检测系统进行了新的深化研究。吴秉熙等分析了近年来油烟问题造成的环境污染，以及对人体造成的伤害，并根据其特质提出了相应的措施手段。陈宜秋从监测、预警、指挥、执法、管理这五位一体的角度分析了油烟监测问题在环保监管中的作用，为环保以及民情和执法进行了有力的分析与论证，大大提高了工作效率。

文章结合前人工作特点，研发出了一款基于物联传感技术的油烟检测系统，此系统借助传感器、单片机进行环境油烟检测，并通过 Web 端进行实时监测与预警，便于用户及时发现并处理油烟报警信息。对于科技不断发展的现在，该系统在市场上也是一款很有竞争力的产品，算法优良，可视化输出友好。该产品具有优良监测，有效防控，使用简单等特点优势，具有广阔的市场前景。油烟挥发情景图如图 1 所示，物联网应用领域如图 2 所示。

图1 油烟挥发情景

图2 物联网应用领域

2.架构设计

数据检测模块主要由 AD 转换器、油烟传感器 TGS2602、温湿度传感器 DHT11 组成，将采集的油烟值、温度、湿度信息通过 CAN 总线传输到 STM32 单片机进行数据预处理。其中 AD转换器模块可以将采集的气体模拟量转换为数字量。通过调用 STM32 微处理器，利用 NB-IoT 对数据进行收集整理，传送到服务器内，同时在系统中实现定位功能。油烟检测系统会为网站和交互接口提前留出位置，这也为监管部门和商家的使用提供了便利，可以在服务器或网站上进行信息访问操作，在线上就能够清楚了解现场的油烟含量。

系统架构设计图如图 3 所示。

图3 架构图

3.软件设计

3.1 系统首页

在油烟监控系统中，系统的首页是整个系统运作的关键所在。监管部门和商家进行登录操作后方可进入首页，在首页，使用者可以了解到相关的检测信息，也可以通过首页进入其他界面和菜单，满足用户有效率的监测要求。系统首页是整个系统运行的指令发出点，掌管系统运行，用户进入系统首页进行点击操作就可以进入下一层级子菜单，选择自己所需的功能进行操作即可。

3.2 油烟浓度监测查询

在油烟监测系统中，用户可以根据界面显示的菜单功能进行选择，从而进入查询模式。系统显示的菜单信息为用户提供了导航作用，基于此，用户能够了解厨房内的油烟含量，结合个人需求，进行实时监控。此种系统为用户提供了良好的体验，也为系统运行提供了良好保障。在操作系统中，针对油烟监控查询会有详细的信息引导，用户可以根据指示进行进一步的操作，该系统能够更好地为用户提供基础服务，便于用户及时查找所需功能，更方便快捷地处理有关问题，不再因为烦琐的界面而耽误时间。

3.3 油烟实时监控曲线数据

实时监控曲线数据窗口将当下检测的具体状况进行呈现，界面设置简明扼要，使用户能够直观清楚地了解当下检测状况，用户能够以实际情况出发，通过选择功能选项，完成相应操作步骤，获取自身感兴趣的功能信息。另外，在实际操作时系统会提供一定的指导，辅助用户完成使用。油烟实时监控数据处理结构如图 4 所示。

图4 数据处理结构

用户利用窗口，能够直接且具体地对油烟检测情况进行观察，明确现阶段曲线数据状态，并且可以根据自身情况出发，自行调整窗口中的功能设置。

3.4 历史油烟浓度查询

选择对应操作，用户可依照自身需求，在历史油烟浓度查询界面，完成历史油烟浓度查询界面的功能设置工作，

为后期操作提供便利，防止后期发生运行错乱的状况。在该界面进行设置时，用户可依照自身需求，选择相应的功能按钮，并完成相应的功能操作。以自身情况出发，用户能够利用历史油烟浓度查询界面，对符合自身需求的资料进行查看，除此之外，用户还能够依照自身需要，完成相应的功能选择。该项功能以折线统计图的形式，形象地展示出了油烟数据的变化情况，可视化输出效果十分好，用户也可以根据自身的需求，改变数据展示情况，十分便捷、容易操作，该功能也成为系统的核心功能之一，为油烟监测防控出了一份力。

3.5 油烟检测运行数据

以系统指示为依据进行操作，进入油烟检测运行数据界面，首先熟知管理模式设置的具体流程，并以此为基础，仔细清醒地完成油烟检测运行数据相关操作，防止故障的产生，充分保障系统运行过程正常进行，辅助用户完成工作运作。

3.6 餐饮企业油烟级别设置

用户进入油烟级别设置界面，并以实际情况出发，明确具体需求，进而设置油烟级别，在设置过程中应当保持清醒的认知，防止对后期操作产生负面影响，使系统运行错误。

3.7 油烟超标报警通知

根据系统提供的指示，用户来到油烟超标报警通知界面。以实际情况为出发点，完成一系列系统操作，仔细完成超标报警通知相关功能选择工作，报警周期与报警条件应当结合自身运行，防止后期进行操作时，对事物带来不利影响。此 Web 界面可视化输出友好，可以直观观察到油烟数据的超标与否问题，对于用户而言也是一个非常好的体验。物联网报警网络如图 5 所示。

3.8 防控一体化

用户通过上位机界面可以清楚看到检测到的油烟数据，为实现有效的污染防控，设计了基于大数据的油烟监测模型，硬件采集端将采集的数据根据 NB-IoT 协议实时传输到云端平台，经过数据清洗、数据归一化处理等数据整合操作，导入模型进行计算。根据预测结果，控制机器减小排放量，或进行绿色化学处理，对污染加以有效防控。防控体系图如图 6 所示。

3.9 监控点列表

用户通过智能油烟检测系统进行油烟监控时，以自身实际情况为出发点。为满足所有用户的需求，用户可自行进行功能选择，首先，进入监控点列表，完成符合自身需求的功能设置。利用系统设置，能够实时修正改进系统运行过程中的数据。

图5 物联网报警网络

图6 防控体系

3.10 未来产品升级

文章设计的这款基于物联网的智控油烟检测系统具有较高的便利性和实用性，可以结合二维码、激光扫描器、无线通信等技术，进行更科学的监测分析，未来还将结合大数据、人工智能技术进行更有效的监控，市场前景广阔。未来物联网技术拓展情况如图 7 所示。

图7 物联网技术拓展

4.安科瑞餐饮油烟监测云平台解决方案

AcrelCloud-3500餐饮油烟监测平台可对餐饮点位进行不间断的数据跟踪与统计分析，在发生油烟浓度预警时，信息可多种途径及时通知相关单位处理，确保油烟等污染物的正常排放，让超标浓度无处可藏，防患于未然。针对各餐饮点位安科瑞通过加装多种产品可以进行检测，主要有ACY100型号餐饮油烟监测设备，外加装电流互感器及温湿度探头。

餐饮油烟监测平台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。

现场安装油烟在线监控仪，实时监测排烟烟道内的油烟、颗粒物和非甲烷甲烷总烃等浓度，同时对油烟净化器和风机的运行电流和开关状态进行监测，一旦排放超标，系统会发出告警信息。

系统结构图如下：

5.平台主要功能

系统拓扑图如下：

5.1首页

①接入企业

显示接入的企业数，监测点位数；

②AQI天气

实时AQI天气状况；

③告警率、超标率、在线率

显示告警企业数量，告警率，包括超标、在线率统计；

④地图点位统计

按接入企业GIS，在地图展示。

5.2大屏展示

该页面通过分仓形式将云平台系统的所有基本信息全部展示在大屏上，主要包含了项目总览，企业隐患排名，报警信息列表，监测点位以及报警统计，监测点位地理位置，工单任务统计等。

5.3实时监控

系统可进行监测点的筛选，点击每个监测点信息，可以看到实时数据和24小时数据变化曲线。并且可以看到监测节点的历史告警信息。

实时监测数据包括油烟净化器和风机的运行电流，油烟浓度、颗粒物浓度和NMHC浓度等信息。

实时状态列表

系统对当前点位进行数据列表统计，对采集的实时数据汇总，分析其运行状态，预警范围等。

运行工况

实时监测数据包括油烟净化器和风机的运行电流，根据电流数值来判断当前进化器的运行状态，包括失联、停机、运行等状态，结合运行数据曲线，更加方便直观。

5.4隐患管理

1）后台根据测点设置的浓度阈值以及时间在隐患巡查中产生对应的报警信息，并在首页进行铃铛和语音提示；

2）企业用户对隐患进行确认，确认工单派发对象，工单截至期限，以及工单任务描述；

3）运维人员确认工单内容并对隐患进行处理，填写处理结果详情，上传现场图片等附件或进行二级派发；

4）相关企业用户可在“隐患记录”页面来确认对应隐患信息的处理进度，包括是否处理、是否派发；

5.5统计分析

超标分析

对相关的采集数据油烟、颗粒物、NMHC数据进行关联分析，对超标的种类、企业进行饼状图的展示，同时对报警企业进行排名，根据排名情况对相关企业进行数据和运行状态的分析评价。

历史数据

支持对数据进行年、月、日筛选查询，自定义日期筛选数据，相关数据支持Excel表格导出，便于后期数据的校验和排查。

设备维护

设备需要定期清洗、维护和更换滤芯。

5.6统计分析

用户分析报告

用户分析报告模块，将企业目前的告警进行汇总，支持模板的Word导出，具体的模板内容可根据客户需求实现定制化设计。

在线时长分析

企业在线时长报告模块，将企业目前监测仪的在线时长，失联时长，风机、净化器的在线、离线时间进行汇总，以折线图、雷达图的形式展示。

5.7设备清洗维护

设置企业检测仪定期的清洗、更换计划，包括维护监测点位的安装时间，上一次清洗时间，以及下一次的维护周期，对应的负责人等信息，清洗前/后照片对比。

5.8视频功能

支持餐饮点位“一点一视频”的接入模式，在餐饮污染排放点位安装摄像头。

支持：

①视频实时预览监测

②历史视频回放功能

6.系统硬件配置

7.结束语

近年来，随着经济的发展，由油烟肆意排放导致的环境问题愈加严重。现阶段，我国主营餐饮服务行业的企业大部分都选择人口集中、经济发展的区域，部分规模不大的餐饮店会选择开在社区内，这进一步加剧了油烟污染对人们生活的影响。如何有效地防控油烟污染，成为当今热切谈论的话题。文章设计的基于物联网传感技术的油烟监控系统，通过单片机控制传感器进行油烟数据采集，再由NB-IoT无线通信技术将数据信息实时上传至数据库，Web在线分析，有效防控，有利于提高企业用户对油烟净化综合防控能力，持续推动人与自然和谐发展。

参考文献

[1]陈祥;曹汉清;席梦涛.基于物联网技术的智能监控油烟系统设计[J].造纸装备及材料,2021:3.

[2]何姝,王志苗,卢广平等.餐饮业油烟在线监控系统的设计与研究[J].科学技术创新,2019(6):94-95.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05.

[4]安科瑞油烟监测平台宣传册2020.01.