基于GPRS技術的餐飲油煙在線監控系統的設計與應用

更新時間：2020-10-12

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摘要：油煙氣體污染城市環境，危害人類的健康，目前我國已經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。傳統的油煙監測方法費時費力，已不再適合社會發展的需要，隨著現代通訊技術的發展，遠程無線監測技術己明顯顯示其優勢，特別是 GPRS 網絡技術的發展，憑借其在線、實時傳輸、費用低廉等優點，已經廣泛使用在很多行業領域。

關鍵詞：GPRS；單片機；油煙傳感器；數據采集；遠程無線監控；TCP／IP 協議

1 系統的工作原理

系統用油煙氣體傳感器采集油煙信號，利用傳感器數據融合技術和GPRS 無線通信技術、高性能微處理器技術，嵌入式操作系統技術等實現現場油煙信號參數的實時檢測和無線網絡傳輸。系統要完成的功能如下：

(1)系統能夠實時監測油煙信號模擬量的輸入，對模擬量進行模數轉換，經過對數據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)當發生油煙濃度超標時，系統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生警示的地點信號發送到監測管理中心。

(3)當監測中心需要查詢現場的油煙濃度情況時，監測中心可以發送命令到油煙監測終端，監測終端確認后返回當時監測的油煙特征信號給監測中心。

圖1 系統網絡示意圖

系統的組成

整個系統由監測中心、通信網絡、油煙氣體信號采集終端三個部分組成。

1.1油煙監測中心：由服務器、GPRS 數據傳輸模塊、監測系統軟件組成。

1.2通信網絡：GPRS 網絡通訊模塊。

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、GPRS數據傳輸模塊、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 系統硬件電路設計

硬件系統主要可分為油煙氣體傳感器信號采集模塊、嵌入式系統測控主板、GPRS 無線傳輸模塊、LCD 顯示模塊、設備控制電路模塊

(1)傳感器數據采集模塊：采用 TGS2100 油煙傳感器來對油煙信息進行采集，傳感器信號經過信號采集后傳輸給微處理器；

(2)嵌入式系統測控主板。

(3)系統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核心板單元設計

本系統采用的核心板滿足以下要求：CPU 工作電源為1.8V和3．3V，包含Flash，SDRAM 等存儲器，晶振電路和JTAG調試接口等。核心板引出資源包括：16位數據線，23位地址線，控制信號線和片選、中斷信號等。

核心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數據緩存；MMU虛存管理單元，LCD控制器 (支持STN&TFT)；NAND Flash。

BootLoader；系統管理單元；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數字鎖相環。

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 系統軟件設計

系統在上電復位后，首先要進行系統初始化，即要對其工作參數進行設置，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、發送配置寄存器、數據配置寄存器、串斷屏蔽寄存器等。系統軟件總體流程圖如圖4所示。

圖4 系統軟件總體流程圖

4 安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監測云平臺

為了彌補現存餐飲行業在煙油監測上的漏洞，同時便利監管部門的監察，安科瑞油煙監測云平臺應運而生。油煙監測模塊通過2G/4G與云端平臺進行通信和數據交互，系統能夠對企業餐飲設備的開機狀態、運行狀態進行監控；實現開機率監測，凈化效率監測，設施停運告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數據進行統計分析、排名等統計功能；較之傳統的靜電監測方案，更具安全性和實效性。平臺預留與其他應用系統、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。現場安裝監測終端，持續監測油煙凈化器的工作狀態，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性物質、顆粒物濃度等進行對比分析，一旦排放超標，系統會發出異常信號。