线餐饮油烟实时监测系统的设计与实现
摘 要：为了解决传统油烟检测方法中成本高、效率低、实时性差等问题，设计开发了一种在线油烟实时监测系统；系统由采集、通讯、服务器和用户交互四个模块组成；采集模块采集油烟数据，通过GPRS通讯技术将数据发送至服务器；数据在服务器中按照解码规则进行解码后，存入数据库；通讯模块采用MINA 框架进行开发，服务器模块采用SSM框架开发；用户交互模块为B/S模式，用户登陆监测网站访问服务器；服务器提供实时数据、历史数据和超标数据查询等功能，方便了相关部门对油烟排放的监督与管理，提高了监测中心工作效率和服务质量。
关键词：油烟检测；实时性；无线通讯
0 引言
“民以食为天”这句话说明了我国的餐饮行业是一个不会衰落的行业。近几年随着经济的发展，我国餐饮市场也得到了巨大的发展。与此同时餐饮业油烟排放没有得到有效控制，大量未经过净化处理或净化不合格的油烟排放到大气中，该油烟对空气质量的影响越来越大。国家早在2001年颁布 《饮食业油烟排放标准》，对油烟排放浓度有着明确的界定。但直至目前为止，国内的大部分环保部门对于油烟检测都采用化学试剂检测的方法，即现场采样抽取排油烟管道内的气体带回实验室检测出油烟浓度。该方法人工成本高，无法实时掌握餐饮企业排放的油烟数据，导致环保部门无法对餐饮企业进行有效的实时监督与管理。
目前通信技术广泛发展。传输数据无论是在速率和可靠性方面都有显著的提升。本文基于以上背景，设计开发一种在线实时的油烟监测系统。该系统由气体和温度传感器实时采集油烟数据，并通过GPRS通讯实时的将数据发送至服务器，并将数据存入数据库。用户可通过访问服务器监测相关餐饮企业排放的油烟数据。稳定的系统节省了人力，提高了监管部门对环境的监控力。
1 系统总体设计
1.1 需求分析
为解决环保检测的实时性、检测成本高等问题，系统需要具有以下功能：1）数据采集：通过传感器实时采集油烟数据；2）实时通讯：将采集到的数据实时的发送至服务器，服务器反馈给发送端是否收到数据以及数据是否合格；3）数据存储功能：将油烟数据存入数据库以便查询、统计和导出等；4）实时数据显示：显示餐饮企业排放的实时油烟数据；5）实时位置显示：显示传感器的实时地理位置；6）超标提示：根据 《饮食业油烟排放标准》的规定，在进行油烟数据显示时，对超过标准的油烟数据进行标注并在监测网站显示；7）数据查询：具有历史数据查询、超标数据查询、实时数据查询功能；8）设备管理：具有对油烟检测设备信息进行增、删、改、查的功能；9）用户管理：具有对用户信息进行增、删、改、查的功能；10）用户登陆功能：访问服务器需要填写正确的账号密码。
1.2 系统设计
本系统由采集、通讯、服务器和用户交互4个模块组成。其中，采集模块由油烟检测探头和油烟检测节点组成。其中，油烟检测探头由传感器、A/D转换器和CAN总线组成。油烟检测节点由单片机和通讯模块组成。检测探头中的传感器负责实时采集油烟数据 （油烟浓度、温度、电流、电压、经度、纬度和设备运行状态），该数据通过CAN总线传输至油烟检测节点。检测节点中的通讯模块负责将数据通过GPRS传输至服务器。服务器模块作为监测网站的后台支撑，为实时数据显示、实时曲线显示、历史数据查询、超标记录查询、用户信息管理、设备信息管理和数据存储功能提供服务。用户交互模块负责处理用户通过监测网站访问服务器时的操作，根据不同操作，浏览器显示不同的结果。系统总体功能如图１所示。
< class="pgc-img">图1 系统总体功能图
2 系统硬件设计
本系统中硬件的核心为油烟采集模块，该模块包含油烟检测探头和油烟检测节点，如图2所示。
< class="pgc-img">图2 油烟采集模块硬件设计图
2.1 油烟检测探头
油烟检测探头包括传感器、AD转换器和CAN总线模块。其中，传感器包括气体传感器和温度传感器。气体传感器采用 TGS2602型号传感器。该传感器性能稳定，优点多：功耗小、对烹饪气体敏感、成本低、稳定性强、应用电路简单。对于温度的检测则采用 DS18B20 温度传感器，该传感器的测温范围-55~125℃，分辨率可达0.0625℃，可用于油烟环境中。具有不需要A/D转换器就可直接输出数字信号、外围电路少、适合长距离传输等特点。本文中的CAN总线通信，符合ISO11898标准。采用ADM3053模块，内部集成了DCDC转换器，省掉了光耦隔离，不仅可以隔离单片机与油烟检测探头通信的信号和电源，而且可以节省资源。
2.2 油烟检测节点
油烟检测节点包括微处理器和GPRS通讯模块。微处理器采用STM32F407，该处理器具有高性能、处理数字信号、低功耗、低电压和高度集成等特点，可满足本系统的硬件要求。GPRS通讯模块采用 SIM868，该模块具有通讯和定位稳定的优点。处理器通过AT 指令可控制SIM868模块收发数据的功能。
3 系统软件设计
3.1 通讯模块设计
由于油烟检测节点 （下位机）与服务器 （上位机）距离远，进行有线传输成本高，可实施性差，本文采用 GPRS无线通讯技术。该技术具有传输数据速率高，成本低和零掉线等特点。
系统中的通讯功能基于TCP/IP网络通讯协议，油烟数据按照本文设计的通讯格式打包，打包后的数据由下位机以GPRS无线通讯方式发送至上位机。处理器STM32F407，通过AT指令与上位机建立TCP连接后，便可按照规定的通讯格式向上位机发送数据。在数据发送功能中，上位机接收到数据后自动向下位机发送反馈数据。其通讯格式如表1所示。
表1 上位机发送数据通讯
< class="pgc-img">在数据接收功能中，上位机无需向下位机发送查询指令，下位机定时自动的发送数据至上位机。其通讯格式见表2。
表2上位机接收器数据通讯格式
< class="pgc-img">其中油烟数据按照存储结构存放在数据区内，数据区长度为14个字节，数据区具体内容见表3，数据区存储结构见表4。
表3 数据区内容
< class="pgc-img">表4 数据区存储结构
< class="pgc-img">上位机部分采用JAVA语言和MINA 通讯框架编写。MINA框架基于Socket网络通讯，由于网络传输的数据都是二进制数据（byte），与程序中的Java对象编码方式不同。所以在上位机发送和接收数据时，需要对数据进行编码和解码操作。而在上位机进行编码或解码前，需判断数据是否满足通讯格式。不满足条件的数据不进行编码或解码处理，不存入数据库。只将日志信息发送至服务器。这种数据预处理可减少不必要的通讯，并缓解数据库压力。
图3中显示了上位机接收数据时，根据数据的报头长度、数据头、数据接收命令、数据长度和CRC校验结果，综合判断该数据是否可进行解码操作。
< class="pgc-img">图3 接收数据预处理
3.2 服务器模块设计
服务器模块采用显示（Web）、服务 （Service）和持久（Dao）层三层架构开发，并采用接口式编程。Web层负责与客户端交互；Service层负责处理复杂的业务逻辑；Dao层负责与数据库交互。系统服务器模块结构如图4 所示，监测网站与用户交互属于Web层，并需要后台服务的支撑。
< class="pgc-img">图4 服务器模块机构
本文在设计Web层采用MVC (Model-Controller-View)设计模式。Model常用于封装数据。Controller位于Model和 View之间，负责接收用户输入，将输入解析后反馈至Model。View负责页面显示。该模式提高开发效率，降低代码耦合度，提高程序的可维护性和拓展性。
服务器模块具有如下功能：1）实时数据：通过点击地图上的标记，显示该企业排放的实时油烟数据；2）实时曲线：实时数据绘制实时油烟、实时温度、实时电流曲线图，可直观地反应企业一段时间内排放的油烟数据；3）历史数据查询：查询餐饮企业排放的油烟历史数据；4）超标记录查询：查询餐饮企业超标的次数和具体油烟数据；5）用户信息管理：管理可登录监测网站的用户号码；6）设备信息管理：管理油烟采集模块设备的信息。比如：设备编号等；7）通讯功能：接收油烟数据以及发送反馈信息；8）数据存储功能：将油烟数据存入数据库；9）用户登陆功能：用户输入正确的账号和密码才能访问服务器。其中，实现实时数据功能时引用百度地图API，目的是将使用油烟采集设备的餐饮企业标注在地图中，环保部门通过点击地图中的标注点，查询其对应企业的实时油烟数据。实现实时曲线功能时引用百度EChart API，目的是通过下拉框选择设备编号，对选中设备绘制实时数据曲线，提高监测的直观性。
3.3 数据库设计
根据需求将数据库表设计为：用户信息表 （承载用户账号、密码等）、设备信息表 （承载采集设备的信息等）和设备数据表 （承载数据整合后发送到服务器的相关信息）。用户信息表包含主键id、用户号码、用户名、用户密码和用户权限字段，如表5所示；用户信息表对应用户登陆功能和用户信息管理功能。将用户登陆时填写的用户名和密码同用户信息表中的用户名和密码进行比对，若比对结果一致，则登陆成功。反之，则不成功。对该表执行相应的SQL语句，可实现用户管理功能中对用户信息的增添、删除、修改和查询。
表5 用户信息表
< class="pgc-img">设备信息表包含id主键、设备编号、注册设备经度、注册设备纬度、企业名称和企业位置字段。如表6所示；该表中的经度和纬度用于实时数据功能中的地图标注。表中的站点编码作为实时曲线、历史数据和超标数据查询功能中下拉框选项中的内容。
表6 设备信息表
< class="pgc-img">设备数据表包含主键id、站点编码、数据时间、运行状态、油烟浓度、温度、电流、电压、东经、北纬、预留位置1、预留位置2和是否注册字段。如表7所示。该表主要用于存储数据和查询数据。服务器接收到的数据经过解码操作，按照表中的字段和结构，对应地存储在该表中。实时数据查询、历史数据查询、超标数据查询功能则根据站点编码（pkID）进行筛选，并通过SQL查询语句，查询出相应的油烟数据并显示。
表7 设备数据表
< class="pgc-img">４ 实验结果与分析
本文将油烟采集设备放置在学校食堂排烟通道中，并设置每5分钟向服务器发送一次数据，存入数据库中。经过测试，油烟采集模块与服务器之间通讯正常，可以准确接收实时数据，并以正确的格式存入数据库中，测试结果如图5所示。
< class="pgc-img">图5 数据库存储油烟数据
登陆监测网站点击地图中的标注点，可以显示该企业的实时油烟数据，并对监测网站的其他功能进行测试，能实现所有设计的功能，测试结果如图6所示。
< class="pgc-img">图6 监测网站功能测试
通过以上测试，验证了本文设计的在线油烟实时监测系统可以满足需求，能实现所有设计的功能。
5 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、排名等统计功能；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。
5.1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。
< class="pgc-img">■ 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
5.2 平台主要功能
(1)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。
< class="pgc-img">(2)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。
(3)数据分析
运行时长分析，离线分析;告警占比、排名分析;历史数据统计等。
< class="pgc-img">(4)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
< class="pgc-img">(5)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
< class="pgc-img">< class="pgc-img">(6)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
(7)数据服务
数据采集，短信提醒，数据存储和解析
5.3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。
< class="pgc-img">具体技术参数如下：
< class="tableWrapper">类别 | 条目 | 规格 |
探头 | 油烟浓度 | 0 – 100mg/m3 |
VOC浓度 | 0 – 500 ppm | |
颗粒物浓度 | 0 – 5000ug/m3 | |
温度 | -30 – 100℃ | |
湿度 | 0 – 100%RH | |
尺寸 | ?42 * 270mm | |
输出 | RS485/Modus RTU | |
监测主机 | 风机+净化器状态 | 电流型/电压型 |
模拟信号接口 | Modbus RTU + 2路4-20mA | |
显示 | 4.3寸触摸液晶屏 | |
告警 | 声音+告警灯 | |
数据存储 | 3年 | |
数据远传 | HJ212-2017环保协议 | |
数据导出 | U盘导出 | |
远程查看 | 手机客户端 | |
远程控制 | 3G远程调整/控制 | |
控制输出 | 2路干接点继电器 | |
电源 | 220VAC | |
尺寸 | 250 * 190 * 90 |
5.4 设备选型方案
< class="tableWrapper">序号 | 名称 | 型号 | 数量 | 备注 |
采集模块 | ACY100/2G（单探头） | 1 | 四选一，物联网卡自备 | |
ACY100/4G（单探头） | 1 | |||
ACY100/2G（双探头） | 1 | |||
ACY100/4G（双探头） | 1 | |||
2 | 电流互感器 | AKH-0.66 K-φ16 40A/20mA | 2 | 净化器和风机各1个 |
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。
6 结论
本文设计的监测系统为B/S模式，不需要用户安装额外的软件，只需通过浏览器既可使用。本系统在保证准确性的前提下，增强监测的实时性，解放了不必要的人力，并可提高环保部门对城市环境的综合监控能力，具有显著的社会与经济效益。
精品长文创作季#
餐饮服务系统设计方案
1. 系统概述
1.1 目标
一套高效、智能的餐饮服务系统，为给高速公路智慧服务区，提升顾客体验、提高运营效率。
< class="pgc-img">1.2 主要功能
- 实现在线点餐和支付功能。
- 提供个性化推荐和优惠活动。
- 管理餐厅库存和订单信息。
- 支持移动应用和后台管理系统。
2. 硬件设备
2.1 POS终端
- 安装于餐厅前台，用于接收顾客点餐信息和处理支付。
2.2 移动设备
- 配备服务员用的移动设备，以方便移动点餐和快速结算。
2.3 打印设备
- 安装于厨房和前台，用于打印订单和提供餐厅工作人员使用。
3. 软件系统
3.1 点餐系统
3.1.1 移动应用
- 提供用户友好的移动应用，支持在线点餐、个性化推荐和订单支付。
3.1.2 POS系统
- 用于餐厅前台，处理顾客点餐、支付和订单管理。
3.2 后台管理系统
3.2.1 订单管理
- 实时监控订单状态、库存情况，支持订单的手动处理和调整。
3.2.2 菜单管理
- 实现菜单的灵活管理，包括添加新菜品、修改价格、设置优惠等功能。
3.2.3 数据分析
- 提供数据分析工具，帮助管理人员了解销售趋势、热门菜品和顾客喜好。
4. 支付与结算系统
4.1 在线支付
- 支持各种在线支付方式，如支付宝、微信支付等。
4.2 结算系统
- 提供结账功能，支持电子发票和打印纸质发票。
5. 用户体验与互动
5.1 个性化推荐
- 根据用户的历史订单和偏好，提供个性化的菜品推荐。
5.2 优惠活动
- 发布优惠活动信息，促使顾客增加消费。
餐饮服务系统硬件设备
1. POS终端
1.1 POS终端设备
- 安装于餐厅前台，包括触摸屏、打印机、支付终端等。
1.2 打印设备
- 用于打印订单和发票，确保餐厅工作人员能够及时获得订单信息。
1.3 付款终端
- 提供支持各种支付方式的终端设备，如刷卡、支付宝、微信支付等。
2. 移动设备
2.1 服务员用移动设备
- 服务员携带的移动设备，用于接收顾客点餐信息、快速结算和提供优惠信息。
2.2 顾客用移动设备
- 顾客使用的移动应用，用于在线点餐、支付、查看菜单和接收优惠信息。
3. 打印设备
3.1 厨房打印机
- 安装于厨房，用于打印菜单、订单和餐品制作指引。
3.2 前台打印机
- 安装于前台，用于打印订单、发票等需要在前台处理的文档。
4. 网络设备
4.1 无线路由器
- 提供可靠的无线网络连接，确保移动设备和终端设备的畅通通信。
4.2 安全防护设备
- 设立防火墙和其他安全设备，保障支付信息和用户数据的安全。
5. 其他设备
5.1 电源供应设备
- 提供可靠的电源供应，确保硬件设备正常运行。
5.2 电子菜单显示设备
- 在餐厅内设置电子菜单显示屏，方便顾客浏览菜单和优惠信息。
餐饮服务系统软件系统
1. 点餐系统
1.1 移动应用
1.1.1 用户端移动应用
- 提供顾客点餐、查看菜单、支付和查看订单历史的功能。
1.1.2 服务员端移动应用
- 用于服务员接收顾客点餐信息、处理订单和提供优惠信息。
1.2 POS系统
1.2.1 收银系统
- 用于前台收银，支持多种支付方式，如刷卡、支付宝、微信支付等。
1.2.2 订单处理系统
- 处理顾客在前台的点餐信息，生成订单并通知厨房制作。
2. 后台管理系统
2.1 订单管理
2.1.1 实时订单监控
- 提供实时订单监控功能，显示订单状态、菜品信息和支付情况。
2.1.2 订单处理
- 可手动处理订单，进行确认、取消和修改等操作。
2.2 菜单管理
2.2.1 菜品编辑与添加
- 提供菜单编辑工具，支持菜品的添加、修改、删除等操作。
2.2.2 价格与优惠管理
- 实现价格的调整和优惠活动的设置，如满减、折扣等。
2.3 数据分析
2.3.1 销售统计
- 提供销售统计功能，分析热门菜品、销售趋势等信息。
2.3.2 顾客喜好分析
- 基于历史订单数据，分析顾客的喜好，为个性化推荐提供支持。
3. 支付与结算系统
3.1 在线支付
3.1.1 多支付方式
- 支持多种在线支付方式，如支付宝、微信支付、银行卡等。
3.1.2 安全支付
- 采用安全加密技术，确保支付信息的安全传输。
3.2 结算系统
3.2.1 电子发票
- 提供电子发票功能，方便顾客查阅和管理。
3.2.2 打印纸质发票
- 支持打印纸质发票，满足税务要求。
4. 安全与隐私保护
4.1 数据加密
- 对用户支付信息和个人数据进行加密传输和存储，确保数据的安全性。
4.2 用户身份验证
- 设定用户身份验证机制，确保只有合法用户能够进行点餐和支付。
5. 用户体验与互动
5.1 个性化推荐
- 根据用户的历史订单和偏好，提供个性化的菜品推荐。
5.2 优惠活动
- 发布优惠活动信息，促使顾客增加消费。
餐饮服务系统用户体验与互动设计
1. 移动应用用户体验
1.1 直观用户界面
- 设计简洁、直观的移动应用界面，使顾客轻松浏览菜单、点餐和支付。
1.2 个性化推荐
- 提供基于顾客历史订单和偏好的个性化推荐，增强用户体验。
1.3 快速结账功能
- 简化支付流程，提供一键结账功能，减少用户等待时间。
2. 移动应用互动设计
2.1 顾客反馈与评价
- 引入用户反馈和评价功能，鼓励顾客分享使用体验，提供改进建议。
2.2 优惠推送
- 通过移动应用推送个性化优惠信息，提高用户对促销活动的关注度。
2.3 虚拟点餐助手
- 整合虚拟点餐助手，通过语音或文字与顾客互动，提供实时服务支持。
3. 前台POS终端用户体验
3.1 交互界面简单明了
- 针对前台POS终端，设计易操作的交互界面，降低服务员的培训成本。
3.2 实时订单状态显示
- 在POS终端上实时显示订单状态，方便服务员了解厨房制作进度。
4. 后台管理系统互动设计
4.1 实时监控与操作
- 提供实时订单监控和操作功能，让管理人员迅速响应高峰时段和异常情况。
4.2 数据可视化报表
- 设计直观的数据可视化报表，为管理层提供销售趋势、顾客喜好等数据。
4.3 灵活的菜单管理
- 实现菜单的灵活管理，允许管理员实时调整菜品、价格和优惠活动。
5. 安全与隐私保护
5.1 安全支付环境
- 采用安全加密技术，保障用户支付信息的安全传输。
5.2 隐私保护
- 严格遵循隐私法规，对用户个人信息进行保护，确保用户隐私权益。
领餐饮行业数字化转型
随着科技的不断发展，餐饮行业正面临一场前所未有的数字化转型。为了帮助餐饮企业更好地应对这一变革，我们公司推出了一款全新的餐饮管理系统。该系统集在线商城、在线招聘、知识付费、会员积分、讲师入驻、商家入驻以及订单管理等功能于一体，为餐饮企业提供了全方位的数字化解决方案。
系统功能亮点
在线商城：通过在线商城功能，餐饮企业可以轻松搭建自己的电商平台，展示并销售各类美食、特色商品等。同时，系统支持多种支付方式，确保交易安全便捷。
在线招聘：为了满足餐饮企业的人力资源需求，系统提供在线招聘功能。企业可以发布招聘信息，吸引更多优秀人才加入。同时，求职者也可以便捷地查看职位、投递简历，实现企业与人才的快速匹配。
知识付费：为了提升员工的专业技能和服务水平，系统提供知识付费功能。企业可以上传各类餐饮相关的课程资料，员工可以根据自身需求进行购买学习。这不仅丰富了员工的学习途径，也为企业打造了持续学习的文化氛围。
会员积分：通过会员积分功能，餐饮企业可以建立会员制度，对会员进行积分管理。会员在消费过程中可以获得积分，累积到一定程度即可兑换礼品或享受优惠。这有助于提高客户粘性，促进复购率。
讲师入驻：系统支持讲师入驻功能，邀请行业内知名讲师开设课程。这不仅可以丰富课程内容，提升课程质量，还能为餐饮企业吸引更多潜在学员。
商家入驻：为了拓展业务渠道，系统允许其他餐饮商家入驻平台。商家可以共享平台资源，实现互利共赢。同时，这也为消费者提供了更多选择，丰富了消费者的用餐体验。
订单管理：系统提供强大的订单管理功能，包括订单处理、查询、统计等。餐饮企业可以实时掌握订单状态，提高订单处理效率，确保客户满意度。
总结
我们的餐饮管理系统以数字化为核心，致力于为餐饮企业提供全方位、一站式的解决方案。通过在线商城、在线招聘、知识付费、会员积分、讲师入驻、商家入驻以及订单管理等功能，帮助企业实现数字化转型，提升业务效率和服务质量。如果您正在寻找一款高效、实用的餐饮管理系统，请随时联系我们，我们将竭诚为您服务！
