基于物联网技术的智能监控油烟系统：设计思路与应用探究

安科瑞鲁一扬15821697760

摘要：近年来，餐饮行业呈现出迅猛的发展态势，然而，随之而来的油烟肆意排放问题致使环境污染日益加剧，对油烟进行高效监测与有效防控已然成为亟待解决的关键任务。有鉴于此，本论文匠心独运地设计了一种基于物联网传感技术的油烟监控系统。在系统设计过程中，鉴于餐饮行业的独特使用需求，主控制器毅然选用了 STM32 单片机，并以此为核心，有机结合软件与硬件展开协同调控。其中，油烟传感器 TGS2602 与温湿度传感器 DTH11 承担起关键的信息采集职能，主要针对环境中的油烟浓度、温湿度等关键信息进行精准数据收集。随后，借助 NB - IoT 无线通信技术，将所采集的数据信息实时上传至数据库，进而通过 Web 端进行在线深度分析，达成有效防控油烟污染的目标。该油烟监控系统的成功设计与开发，为广大用户构建起一个综合性的油烟排放监测数据平台，有力地实现了数据的共享、交互与高效利用。这不仅有助于显著提升企业或实体门店对油烟的净化及综合防控能力，亦能持续有力地推动人与自然之间的和谐共生发展进程。

关键词：油烟传感器；温湿度传感器；无线通信技术

1.研究背景

在当下，肺癌以及各类呼吸道疾病的发病率呈现出持续攀升的严峻态势，而其中一个较为普遍且不容忽视的致病因素便是厨房内产生的碳颗粒以及挥发性亚硝胺等致癌物质侵入人体肺部。此外，厨房油烟的挥发更是对环境造成严重危害的 “隐形杀手”，其具有清洗难度大的显著特点，并且在加速全球变暖进程中起到了不可小觑的推动作用。针对这一现状，作者通过深入的文献分析，对前人在相关领域的研究工作进行了全面调研。

何姝等人所研发的油烟在线监控系统，能够在油烟排放的过程中广泛收集更为丰富的数据与信息。然而，在进行油烟监控系统设计时，面临着诸多艰巨挑战，因而需要大幅提升模拟分析的计算能力，针对不同条件所产生的影响展开深入细致的研究，以此推动餐饮业油烟在线监控系统功能的逐步健全与完善。许孟寒基于物联网与传感器技术精心设计了一款具备实时监测功能的在线油烟防控系统，其数据采集探头借助温湿度传感器、油烟传感器等成功实现了数据信息的及时传输，展现出广阔的市场发展前景。随着科学技术的持续进步与飞速发展，无线传输、物联网、人工智能等多个领域实现了深度融合，冯天成在此背景下对油烟检测系统展开了全新的深化研究。吴秉熙等人深入剖析了近年来油烟问题对环境造成的严重污染以及对人体产生的危害，并依据油烟的特质提出了相应的针对性措施与手段。陈宜秋从监测、预警、指挥、执法、管理这五位一体的综合视角出发，深入分析了油烟监测问题在环保监管工作中所发挥的重要作用，为环保工作、民情考量以及执法行动进行了有力的分析与论证，极大地提高了相关工作的效率。

本文充分汲取前人研究工作的特色与精华，成功研发出一款基于物联传感技术的油烟检测系统。该系统巧妙借助传感器与单片机实现对环境油烟的精准检测，并通过 Web 端达成实时监测与预警功能，使用户能够及时发现并妥善处理油烟报警信息。在科技日新月异的当下，本系统凭借其优良的算法、友好的可视化输出界面，在市场中展现出强劲的竞争力，赢得了测试者的一致好评。该产品具备监测精准、防控有效、操作简便等显著特点与优势，拥有极为广阔的市场前景。油烟挥发情景如图 1 所示，物联网应用领域如图 2 所示。

 

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 构成。其工作原理是，先将采集到的油烟值、温度、湿度等信息通过 CAN 总线传输至 STM32 单片机，由单片机进行数据的预处理工作。其中，AD 转换器模块能够将采集到的气体模拟量精准转换为数字量。接着，通过调用 STM32 微处理器，利用 NB - IoT 对数据进行收集整理，并传送到服务器内，同时在系统中实现定位功能。此外，油烟检测系统还为网站和交互接口预留了相应位置，这为监管部门和商家的使用提供了极大便利，使其能够在服务器或网站上轻松进行信息访问操作，从而在线上清晰了解现场的油烟含量情况。

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，系统首页无疑是整个系统顺畅运作的核心枢纽。监管部门和商家在完成登录操作后，方可顺利进入首页。在首页界面，使用者能够便捷地获取相关的检测信息，并且可以通过首页轻松进入其他界面和菜单，充分满足用户高效监测的实际需求。系统首页作为整个系统运行的指令发出原点，全面掌管系统的运行流程。用户进入系统首页后，仅需进行简单的点击操作，即可迅速进入下一层级子菜单，进而依据个人需求自由选择所需的功能进行操作。

3.2 油烟浓度监测查询

在油烟监测系统中，用户能够依据界面所显示的菜单功能进行自主选择，从而顺利进入查询模式。系统所显示的菜单信息为用户提供了清晰的导航指引，基于此，用户能够精准了解厨房内的油烟含量，并结合个人实际需求，开展实时监控操作。这种设计为用户营造了良好的使用体验，同时也为系统的稳定运行提供了坚实保障。在操作系统中，针对油烟监控查询功能配备了详细的信息引导，用户可以依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，更为快捷地处理有关问题，有效避免了因繁琐界面而导致的时间延误，深受测试者的一致赞誉。

3.3 油烟实时监控曲线数据

实时监控曲线数据窗口能够直观呈现当下检测的具体状况，其界面设置简洁明了，使用户能够一目了然地了解当下检测状态。用户能够从实际情况出发，通过灵活选择功能选项，逐步完成相应操作步骤，进而获取自身感兴趣的功能信息。另外，在实际操作过程中，系统会适时提供一定的指导，辅助用户顺利完成使用操作。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

用户通过选择对应操作，能够依照自身需求，在历史油烟浓度查询界面完成相关功能设置工作，为后续操作提供便利条件，有效防止后期出现运行错乱的状况。在该界面进行设置时，用户可依据自身需求，自主选择相应的功能按钮，并顺利完成对应的功能操作。从自身实际情况出发，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详细查看。除此之外，用户还能够依照自身需要，完成相应的功能选择操作。该项功能以折线统计图的形式，生动形象地展示出了油烟数据的变化情况，可视化输出效果极为出色，用户也可以根据自身的需求，灵活改变数据展示形式，操作便捷、容易上手，深受测试者们的一致好评，该功能也成为系统的核心功能之一，为油烟监测防控工作贡献了重要力量。

3.5 油烟检测运行数据

用户依据系统指示进行操作，进入油烟检测运行数据界面后，首先需全面熟知管理模式设置的具体流程，并以此为基础，谨慎细致地完成油烟检测运行数据的相关操作，有效防止故障的产生，充分保障系统运行过程的正常进行，辅助用户圆满完成工作任务。

3.6 餐饮企业油烟级别设置

用户进入油烟级别设置界面后，需从实际情况出发，明确具体需求，进而合理设置油烟级别。在设置过程中，应当始终保持清醒的认知，避免因设置不当对后期操作产生负面影响，防止系统运行出现错误。

3.7 油烟超标报警通知

依据系统提供的指示，用户进入油烟超标报警通知界面。从实际情况出发，完成一系列系统操作，认真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的设置应当紧密结合自身系统运行实际情况，防止在后期进行操作时，对相关事务带来不利影响。此 Web 界面具有友好的可视化输出效果，用户可以直观地观察到油烟数据是否超标，这对于用户而言是一种非常优质的体验，深受测试者的一致好评。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能够清晰查看检测到的油烟数据。为实现高效的污染防控目标，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依据 NB - IoT 协议实时传输至云端平台，经过数据清洗、数据归一化处理等一系列数据整合操作后，导入模型进行精确计算。根据预测结果，智能控制机器减小排放量，或采用绿色化学处理方法，对污染进行有效防控。防控体系图如图 6 所示。

3.9 监控点列表

用户在利用智能油烟检测系统进行油烟监控时，需从自身实际情况出发。为满足所有用户的多样化需求，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操作。借助系统设置功能，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

本文所设计的这款基于物联网的智控油烟检测系统具备较高的便利性和实用性。在未来发展中，可进一步结合二维码、激光扫描器、无线通信等前沿技术，展开更为科学精准的监测分析工作。并且，未来还将深度融合大数据、人工智能技术，实现更为高效智能的监控功能，其市场前景极为广阔。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。

AcrelCloud - 3500 餐饮油烟监测平台能够对餐饮点位展开不间断的数据跟踪与统计分析工作。当发生油烟浓度预警情况时，信息可通过多种途径及时通知相关单位进行处理，有力确保了油烟等污染物的正常排放，让超标浓度无处遁形，真正做到防患于未然。针对各餐饮点位，安科瑞通过加装多种产品来实现检测功能，主要包括 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。

餐饮油烟监测平台借助 GIS 地图采集餐饮油烟处理设备的运行状态以及油烟排放的浓度数据，能够自动对超标排放及异常企业进行提示预警。监管部门可依据预警信息迅速展开处理工作，督促餐饮企业及时整改设备，并定期进行清洗、维护，从而实现减排环保、不扰民等多重目标。

现场安装油烟在线监控仪，可实时监测排烟烟道内的油烟、颗粒物和非甲烷总烃等浓度，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，系统会立即发出告警信息。

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

该页面采用分仓形式，将云平台系统的所有基本信息全面展示在大屏之上，主要涵盖项目总览、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、工单任务统计等丰富内容。

5.3实时监控

系统支持对监测点进行筛选操作，点击每个监测点信息，用户可以查看实时数据以及 24 小时数据变化曲线，并且能够获取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 浓度等关键信息。

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

实时监测数据涵盖油烟净化器和风机的运行电流，依据电流数值能够精准判断当前净化器的运行状态，包括失联、停机、运行等多种状态，结合运行数据曲线，能够更加方便直观地了解设备运行情况。

5.4隐患管理

1）后台依据测点设置的浓度阈值以及门限时间，在隐患巡查过程中生成对应的报警信息，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，确定工单派发对象、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

对采集的油烟、颗粒物、NMHC 等相关数据进行关联分析，采用饼状图展示超标的种类、企业分布情况，同时对报警企业进行排名，依据排名情况对相关企业进行数据和运行状态的深入分析评价。

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

类型	设备型号	图片	功能
Acrelcloud-3500警饮油烟监测云平台	Acrelcloud-3500		餐饮油烟监测云平台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。平台部署于阿里云服务器接收、统计、存储、展示数据，向管理人员提供WEB移动端APP访问，管理者可使用网页、手机APP等形式应用平台功能。
油烟监控仪主机	ACY100-FM		分体式油烟监控主机，支持4路交流电流测量、4路模拟量输入、4路开关量输入、2路开关量输出、4路RS485、2路DC9V电源输出；支持1年的监测数据存储；支持RS485通讯；支持IP65
	ACY100-FM4
	ACY100-FM7
油烟监控仪探头	ACY100-FP		分体式油烟监控仪探头，测量油烟、颗粒物、非甲烷总烃
油烟监控仪耗材	ACY100-FTH		温湿度测量模块，测量烟气温湿度
油烟监控仪耗材	ACY100-FF		过滤烟气的组件，在探头前端过滤烟气中大的漂浮物

7.结束语

近年来，随着经济的蓬勃发展，油烟肆意排放所引发的环境问题愈发凸显且严重。现阶段，我国以餐饮服务为主营业务的企业大多倾向于选择人口密集、经济发达的区域开展经营活动，部分规模较小的餐饮店则会选择开设在社区内，这无疑进一步加剧了油烟污染对人们日常生活的负面影响。因此，如何切实有效地防控油烟污染，已然成为当下社会热切探讨的重要话题。本文所设计的基于物联网传感技术的油烟监控系统，通过单片机精准控制传感器进行油烟数据采集，再借助 NB - IoT 无线通信技术将数据信息实时上传至数据库，进而通过 Web 端进行在线深度分析，实现了对油烟污染的有效防控。这一系统的应用，有利于显著提升企业用户对油烟的净化及综合防控能力，持续有力地推动人与自然之间的和谐共生发展进程，为解决油烟污染问题提供了一种极具价值的技术方案与实践参考。

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.

审核编辑 黄宇