物聯(lián)網(wǎng)背景下的智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃 俊，王志苗，何 姝，李凌偉

（深圳市宇馳檢測(cè)技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518055）

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)背景下，智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)包括以下3個(gè)版塊：前臺(tái)控制器、通信網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器，具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

前臺(tái)控制器由廚房端和管道端組成，廚房端包括主控制器和從控制器，每一個(gè)控制器都可以操控兩個(gè)罩臺(tái)與4個(gè)爐頭，主從控制器間使用RS485雙絞線通信的方法，主控制器與網(wǎng)關(guān)使用無線通信的方法。網(wǎng)關(guān)連接實(shí)際設(shè)備與云后臺(tái)，從而進(jìn)行信息與指令的溝通，每個(gè)系統(tǒng)都含有網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)使用Lora無線與前端設(shè)備進(jìn)行通信，其為兩個(gè)無線線路共同通信。主控制器與管道的無線線路需要與網(wǎng)關(guān)內(nèi)的無線線路相同才可以完成通信。通常狀況下，可以先計(jì)算主控制器的數(shù)量與管道端，再均分至網(wǎng)關(guān)的兩個(gè)信道中。為了防止出現(xiàn)信道堵塞的狀況，網(wǎng)關(guān)使用4G無線協(xié)議通信與云平臺(tái)通信[1]。

服務(wù)器層是存儲(chǔ)并處理信息的關(guān)鍵區(qū)域，也可以在同一時(shí)刻內(nèi)進(jìn)行不同餐飲企業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的交互。智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在Tomcat服務(wù)器上工作，使用Spring Boot設(shè)計(jì)的請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)型的Web框架，來給予客戶實(shí)時(shí)的系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)與信息，同時(shí)客戶也可以使用瀏覽器來對(duì)油煙凈化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與管理。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

廚房端與管道端的控制器均是使用網(wǎng)關(guān)來達(dá)成數(shù)據(jù)交互，再輸送至服務(wù)器由后臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)與管理。

2.1 廚房端主控電箱

廚房端結(jié)構(gòu)由主控制器、從控制器與在電箱內(nèi)的顯示屏組成，圖2為主控電箱的接線。主從控制器系統(tǒng)包括一個(gè)主控制器與兩個(gè)從控制器，由主控制器的485-4接口通過雙絞線串接從控制器的485-2接口。嵌入電箱的顯示屏是為了便利廚房員工可以實(shí)時(shí)監(jiān)控油煙凈化設(shè)備的工作情況，有需要時(shí)也可以調(diào)取監(jiān)控。

圖2 主控電箱的接線

廚房端的灶臺(tái)會(huì)收集灶臺(tái)的開關(guān)情況與溫度變化，攔截器罩式凈化器會(huì)收集機(jī)器的電功率數(shù)據(jù)，支煙道閥會(huì)收集風(fēng)閥的電功率數(shù)據(jù)。主控制器會(huì)把輪詢的從控制器信輸送網(wǎng)關(guān)，所含的配置信息是主控制器和網(wǎng)關(guān)間的無線通信信息、主控制器地址及其從控制器地址。

2.2 管道端主控電箱

管道端電箱主線路中，管道凈化端的主煙道風(fēng)閥收集油煙濃度與風(fēng)閥電功率的信息；管道壓力與靜壓箱收集油煙管道的壓力與靜壓箱電功率的信息；管道端內(nèi)的UV光解除味器與排風(fēng)機(jī)收集UV光解除味機(jī)器與排風(fēng)機(jī)的電功率信息；管道端中的水質(zhì)測(cè)量潛水泵電機(jī)收集水質(zhì)與潛水泵電功率信息。管道端控制器會(huì)把監(jiān)測(cè)的信息輸送到網(wǎng)關(guān)，控制器與網(wǎng)關(guān)通信也應(yīng)配備無線通信數(shù)據(jù)與控制器的地址。如圖3所示。

圖3 管道端電箱主線路

2.3 通信網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)也被叫作網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器，因?yàn)槠湓诰W(wǎng)絡(luò)層上兩個(gè)高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)間互連。網(wǎng)關(guān)主要負(fù)責(zé)智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源交互，應(yīng)配備信道無線參數(shù)、廚房端的主從控制器與管道端的控制器地址、機(jī)器地址與服務(wù)器數(shù)據(jù)等。由于管道端的特殊性，在網(wǎng)關(guān)參數(shù)中，應(yīng)在信道參數(shù)的基礎(chǔ)上，先輸管道端地址再輸入廚房主從控制器的地址，網(wǎng)關(guān)會(huì)把參數(shù)數(shù)據(jù)輸送至服務(wù)器。設(shè)備與服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)配置包括配置設(shè)備的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)地址。通常狀況下，系統(tǒng)啟動(dòng)動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）服務(wù)器，且準(zhǔn)許服務(wù)器向用戶端進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配地址，待成功取得連接后便開始監(jiān)測(cè)信息；如果使用DHCP服務(wù)器沒有分配到地址，則應(yīng)點(diǎn)禁用再輸入設(shè)備地址，也可以自動(dòng)讀取信息。心跳配置內(nèi)的地址與端口是服務(wù)器的地址與通信點(diǎn)，通常情況下不調(diào)換服務(wù)器就不需要進(jìn)行二次配置[2]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能油煙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）架構(gòu)來搭建，使用常用的SpringBoot框架來組建并開發(fā)應(yīng)用，還配備MyBaits層框架來配置Java數(shù)據(jù)庫連接（Java DataBase Connectivity，JDBC）代碼，使用AJAX與服務(wù)器分享信息并更新網(wǎng)頁內(nèi)容。Web服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫中收集數(shù)據(jù)，再依據(jù)系統(tǒng)的功能來進(jìn)行選擇，把對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息整理后輸送到平臺(tái)。平臺(tái)主要有以下功能模塊：數(shù)據(jù)監(jiān)控、地圖監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、消息中心和系統(tǒng)管理，如圖4所示。

圖4 智能油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架

3.1 數(shù)據(jù)監(jiān)控

客戶可以使用數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊查看油煙機(jī)器的工作狀況，例如爐頭點(diǎn)火、閥門開關(guān)、設(shè)備功率、風(fēng)機(jī)開關(guān)、油煙濃度等工作信息。此模塊是基于對(duì)客戶使用體驗(yàn)的考慮，呈現(xiàn)具體的流程圖來展示出系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)信息，每隔固定的時(shí)間，頁面會(huì)進(jìn)行自動(dòng)更新，從而為客戶提供設(shè)備最新的工作信息。如果使用管理員的身份進(jìn)行登錄，還可以選取客戶，從而看到全體客戶全部監(jiān)測(cè)機(jī)器工作的信息狀況。

3.2 地圖監(jiān)控

使用地圖監(jiān)控模塊，可以在餐飲企業(yè)分布零散中通過此系統(tǒng)所使用的由應(yīng)百度地圖開發(fā)的JavaScript應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API），客戶可以在地圖上找到個(gè)人餐飲企業(yè)的具體位置和實(shí)時(shí)的信息數(shù)據(jù)等；而使用管理員身份登錄時(shí)可以使用地圖監(jiān)控模塊，看到全體客戶的公司位置與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。管理員也能指定位置看到客戶的設(shè)備信息，如果客戶的信息數(shù)據(jù)存在異常時(shí)，管理員可以立刻向異常數(shù)據(jù)位置的餐廳發(fā)送消息提醒，此客戶登錄監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后便可以收到消息中心的警告提醒信息。隨著餐飲行業(yè)的逐漸擴(kuò)大，此地圖監(jiān)控功能大大滿足了管理員查找規(guī)定客戶的需求。

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊可以計(jì)算出油煙凈化系統(tǒng)設(shè)備的平均濃度、功率、溫度與濕度等信息，能夠及時(shí)觀察出餐飲公司的油煙排放狀況，再進(jìn)行整理后繪制出全天內(nèi)的信息餅狀圖與曲線圖，以便讓客戶更為直觀地了解油煙凈化設(shè)備的概況。系統(tǒng)在此模塊中裝備了HighCharts圖表庫，可以快速在Web平臺(tái)加入具備交互性的圖表，含有直線圖、餅狀圖、散狀點(diǎn)圖等，同時(shí)還具備大量的API接口，以便在創(chuàng)立圖表后對(duì)圖表中的線、文字進(jìn)行刪改增加，令客戶更為直觀地看到油煙凈化機(jī)器的工作狀況[3]。

3.4 消息中心

通常情況下，把消息中心功能分為用戶反饋和實(shí)時(shí)報(bào)警兩個(gè)主要的部分。系統(tǒng)一旦檢測(cè)到數(shù)據(jù)有問題，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送給餐飲企業(yè)，及時(shí)做出解決方案；此外凈化設(shè)備在發(fā)現(xiàn)有問題的時(shí)候，可以讓消息中心將有問題的部分發(fā)送給管理人員。在消息中心里，用戶可以隨時(shí)查看自己被警告的信息，管理人員隨時(shí)都能查詢給用戶發(fā)送的信息以及用戶發(fā)來的信息。

3.5 系統(tǒng)管理

相比較于其他的版塊來說，系統(tǒng)管理模塊有所不同，只能由管理人員使用。例如，在新的餐飲企業(yè)準(zhǔn)備成立的時(shí)候，先需要在相關(guān)管理部門登記注冊(cè)，并且將自己的詳細(xì)信息記錄。管理部門將給予企業(yè)一定的權(quán)限，企業(yè)可以實(shí)時(shí)查看自己所擁有資源的使用情況。

4 結(jié)語

如今油煙污染已然變?yōu)閲?guó)內(nèi)三大污染源之一，相關(guān)部門管理上的疏漏，導(dǎo)致餐飲行業(yè)的油煙污染問題日漸嚴(yán)重，已經(jīng)直接影響到人們的日常生活與環(huán)境保護(hù)。應(yīng)用油煙監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油煙凈化機(jī)器的工作情況、污染物指數(shù)及機(jī)器維修提醒等功能，讓所有設(shè)備的信息有形化，讓用戶可以實(shí)時(shí)掌控機(jī)器的工作狀況，實(shí)現(xiàn)多企業(yè)油煙排放數(shù)據(jù)信息的共享與使用，也更有利于有關(guān)部門進(jìn)行監(jiān)督與管控。