要：为使监管部门及商家能够实时监测厨房内油烟的排放量，本文设计开发了一种油烟在线检测系统。系统选用STM32系列单片机作为主控芯片，通过 TGS2602气体传感器、DHT22 温湿度传感器，CAN总线等模块完成现场信息的采集。为确保系统实时性，采用GPRS无线传输模块将数据上传至服务器，使得监管部门可通过互联网实时获取目标商家的油烟排放情况。本系统可同时检测多个灶台烟道内的油烟浓度，测量精度高，可靠性强并可满足系统的实时性要求。

关键词：油烟在线检测；气体传感器；CAN 总线；GPRS

0 引言

随着经济日益的发展，我国人民的生活水平逐步提高，人民对于饮食口味的要求逐渐增强，这使得餐饮业快速发展。然而花样繁杂的中餐制作过程势必少不了过油，猛火的帮助，这就导致了油烟的污染问题；另一方面，国家对于空气环境方面的改进，也逐渐成为我国发展的要点。

国外由于饮食方式的大多少油，所以油烟方面的污染较低，相关研究较少。国内以往的检测油烟方法是将油烟采样带回实验室，进行物理实验分析，使用检气管法或者用红外技术进行检测，这类繁杂的人工监测方式已经无法满足现状，因此一款实时有效的油烟检测系统的实现变得尤为重要。

文中在此背景下设计了一种面向监管部门及商家使用的油烟在线监测系统。结合实际业务需求，采用STM32407系列单片机作为主控制器，通过各类传感器采集现场的包括油烟值，环境温度，湿度等多项数据。为确保系统实时性，通过使用GPRS无线通讯的方式将数据上传至服务器并保存在数据库内，使得商家及监管部门通过访问Web应用的方式进行监管。这样可以提高了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。

1 系统的总体设计

本系统由数据检测、数据处理及通讯、服务器与人机交互四层结构组成。

数据检测模块放置在烟道净化装置之后，主要由气体传感器，温、湿度传感器，AD转换模块和CAN总线模块四部分组成。其中AD模块用于将气体传感器检测得出的模拟量转换为数字量，CAN 总线模块用于将上述数字量传输至放置在食堂或餐厅的数据通讯模块。

基于微处理器的数据通讯模块，将CAN总线接收到的油烟检测节点数据信息进行处理，并通过使用串口发送AT指令驱动 GRPS模块将数据实时上传至服务器，同时提供定位功能。

本系统预留出与网站、APP交互的接口，监管部门及商家用户可通过登录访问服务器监控网站或者使用手机 APP 的方式，来实时获取商家的油烟值浓度。系统总体架构如图1所示。

图1 系统总体结构图

2 油烟监测系统的硬件设计

2.1 气体检测模块

油烟中所含成分十分复杂。大致分为3种：一是分子质量和直径都足够大的固态颗粒；二是其质量和直径产生的重力小于空气浮力的固态小颗粒；三是气态物质，主要来源于煤、液化气等可燃物燃烧产生的碳氧化物等有害气体，多数为烃类，酮类长期接触这些污染物会对人体造成DNA氧化损伤和脂质过氧化反应。文中出于综合考虑并根据国家标准决定使用油烟中气态有机物的含量来衡量油烟浓度。

气态有机物的检测采用 TGS2602 型号传感器，此传感器性能稳定、优点众多：功耗小、对烹饪气体敏感、成本低、稳定性好、应用电路简单。被检测气体的浓度越高，传感器元件的电导率也会随之增加，利用导电率的变化即可推导出与之相对应的气体浓度变化。

检测部分电路总电源电压为5V，而气体传感器的测量电压需要恒定的2.5V，所以在本文的设计中使用了恒压芯片TL431cdr，将5V电压降到稳定的2.5 V供传感器使用。当气体浓度发生变化后测量电阻的阻值也随之改变，由于负载R7在分压后所得电压过小，不便于进一步处理，所以加入了电压跟随器与放大电路将其放大2倍后，再将电压值传输至微处理器进行处理。具体设计如图2所示。

图2 传感器检测电路原理图

2.2 温湿度检测模块

在此系统中在油烟气体浓度与温度值之间有着对应关系，油烟浓度的判断需要温度和湿度作为参考，同时还可以通过温湿度的变化来观察商家是否已使用该检测设备，若设备未启用，则温湿度值不会发生改变。

对于环境温湿度的测量，本系统使用了DHT22传感器，该传感器集温湿度测量和A/D转换于一体，可直接输出数字量，传输距离远，硬件电路结构简单，与主控制器接口几乎不需要外围元件。测量范围是湿度 0~100 %，温度 20~80 ℃，适用于油烟气体环境中，测量精度高。

2.3 CAN总线通讯模块

由于油烟采集终端与油烟设备距离较远，同时又需要检测多个目标的油烟数据，所以在本文的设计中将各个检测终端使用 CAN 总线进行连接。数据接收端在CAN总线上收集各个终端的数据采集结果。

本系统中的CAN总线通信模块，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。CAN 总线接口电路如图3所示。

图3 CAN总线接口电路

2.4 电源模块

系统的供电情况较为复杂，需要给微处理器、无线通信模块和传感器检测部分提供不同的工作电压，才能使各个模块能够正常稳定的工作。

系统中微处理器STM32F407的工作电压范围为1.8~3.6 V，一般情况下的工作电压通常为3.3V，传感器检测模块和CAN总线通信模块的工作电压为5V。针对以上需求为保证各个模块能够稳定工作，系统电源设计为：外接12V 电压保证各个模块供电充足，降压至5V分别给传感器模块和通讯模块供电，再由5V降3.3V为微处理器供电。电源供电结构如图4所示。

图4 电源电路结构图

针对12V转5V电压的实际需求，在本文的设计中选用了的开关稳压电源L5973D。跟以往的线性稳压电源不同，开关稳压电源 L5973D功率消耗低，体积小，大大减小了散热片和 PCB板的体积，提高了稳压电源的输入电压；并且该芯片还具有的热关断和内部电流限制功能，安全有效地保护了电路。

L5973D降压芯片可调节电压范围为1.235~35V，芯片5引脚为基准稳压 VFB=1.235V。此芯片可根据调整分压电阻的阻值来设置不同的输出电压，电路中分压电阻R28和R29，分别设计为10kΩ和 3.3 kΩ。具体如图5所示。

图5 L5973D电源电路

根据上图电路可推导得出公式：

进而计算 Vout=4.977V，该电压直接供电给CAN总线使用。

针对STM32 微处理器3.3 V的工作电压需要，在本文的设计中选用了AMS1117-3.3稳压芯片。该芯片是一个线性可调的三端稳压器，内置过热保护和过流保护，保证电路的稳定，可将电压由5V降低至稳定的3.3V。电源电路设计如图 6所示。

图6 AMS1117-3.3电源电路

无线通信模块SIM868的工作电压范围为 3.4~4.4 V，系统中输入电压为5V。由于模块自带降压芯MIC29302WU，输出可调电压4V，无需外接电路SIM868即可正常工作。

3 系统的软件设计

系统软件设计主要分为3部分，依次为数据采集部分，CAN总线通讯部分和 GPRS通讯部分。系统中所有的软件设计工作均在 Keil MDK-ARM 开发环境中由C语言编写完成。

3.1 数据采集模块软件

数据采集部分由内置AD转换功能的STM32F405作为主控制器。在系统完成初始化后启动定时器周期性的触发中断，以此来获取温湿度传感器测得的数字量与气体传感器测得的电压值模拟量。对气体传感器测得的电压值进AD转换得出相应的数字量后，驱动CAN总线将数据发送至数据接收端。程序流程如图7所示。

图7 数据采集程序设计流程图

3.2 CAN总线通讯模块软件设计

当数据采集模块完成一次数据的获取与处理后驱动ADM3053进行数据发送。其中CAN协议报文格式采用ISO11898标准，报文由帧起始，仲裁段，控制段，数据段，CRC段，ACK 段和帧结束组成。其中数据段为8个字节，发送的数据依次为油烟值，温度值，工作状态，电压值和电流值。

3.3 GPRS通讯模块软件设计

系统中的GPRS通讯功能是由STM32F407通过串口发送AT指令来驱动无线通信模块 SIM868实现的。当通过AT指令，使SIM868模块与服务端成功建立TCP连接后，将SIM868模块设置为透传模式。当模块进入透传模式后将不再接收任何AT指令，而是专注于处理 STM32 的串口数据，SIM868不再对数据做任何处理。透传模式不仅提高了系统运行效率同时也大大方便了在数据通讯过程的中的软件设计工作。

在模块进行TCP连接后，若连接不成功则重新进行连接；若连接成功，则发送采集到的数据传输至服务器端，同时开启串口中断接收模块的返回值，并判断返回值是数据还是命令；若返回值为数据则启用接收，若为命令，则根据命令号结合相应结构体处理命令。具体AT指令如表1所示，通讯流程图如图8所示。

图8 GPRS 通讯设计流程图

4 实 验

该系统实物图如图 9所示。

图9 油烟检测实物图

为验证该油烟系统的可行性，做了如下实验: 将检测模块在正常空气中启动，启动 GPRS

与配套上位机服务器相连观察各相检测数据。系统运行稳定，上位机数据显示界面如图10所示。

图10 空气中检测数据

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。

■ 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。

(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。

(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

(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

(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。

具体技术参数如下：

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

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

经测试该硬件系统与服务器间通信正常，数据传输稳定，上位机可实时获取各相检测数据。设备使用方便，准确度高，具有较高的应用价值。

者 | 王洪涛

2020年疫情时期，餐饮行业自称“至暗时刻”，很多企业经历大考，“命悬一线”。谁曾想更加严峻的考验是在2022年，北上广深一线城市及东北，这些连锁餐饮总部主要所在地，门店主要布局地陆续出现疫情，行业受到了重创。国家统计局最新的数据显示，1—4月份，餐饮收入13262亿元，下降5.1%；4月份，餐饮收入2609亿元，下降22.7%。

行业受损情况之重毋庸置疑，如何生存这一现实问题不可回避的摆在大家面前。外卖、摆摊、预制菜、关店止损、优化组织、联名倡议减租、呼吁政策支持……行业正在积极探索各种自救之路。

作为行业协会，我们也在积极地为行业努力：积极反映行业困难，提出政策建议（针对餐饮业的纾困政策有望尽快出台）；组织企业交流做法、互相借鉴；针对企业的具体困难开展精准帮助（协助保供证办理、协调企业贷款、协调降租等）。但是以上的工作对于一个充分市场化的行业来说，起到的作用是杯水车薪、只解燃眉之急。在不可抗力的背景之下，行业要真正走出困境，重振繁荣，只能靠自身的迭代和进化。

疫情这只“黑天鹅”，对餐饮行业进行了时间周期压缩性的各种能力测试。让我们不得不在短时间内直面发展中会陆续遇到的几乎所有难题。结合近期的调研和思考，提出疫情对行业的10个测试，与大家探讨。

TEST 01：发展模式测试

直营和加盟，在餐饮行业一直存在一个相互的“鄙视链”，这个没有任何贬义，只是一种状态的描述。（我们在此讨论的加盟，是指合法合规的特许加盟模式，不包括以“快招”为代表的一些非法的欺诈行为。）过去对于直营和加盟模式选择的纠结，无非是“管控”二字。近年来，随着数字化基建的普及，以及以供应链为核心能力的特许加盟模式一定程度上解决了弱管控的问题，特许加盟模式企业上市也已开了先河。疫情当下，两种模式需要经受的压力测试内容和强度都有所差别。加盟模式的风险共担的机制在这阶段发挥了一定的优势作用。当然，直营和加盟模式的选择，和所经营的业态、品类、定位等都有很大的关系，各有比较优势。但是，对于“小店大连锁”来说，特许加盟可以说是相对较好的发展模式。

TEST 02：现金流测试

家中有粮，心里不慌。还记得2020年疫情突发之时，西贝贾总发声现金流吃紧的消息。行业头部企业尚且如此，可想而知大部分餐饮企业面临的现金压力。最近和几位餐饮老总的交流中，有人说，好在我们还有点家底，还能再坚持坚持。听着一方面有苦涩的意味，同时另一方面也有踏实的感觉。但是，并不是所有的餐饮企业都有充足的现金流保障，大家也被迫做出了一些关店止血的举措。近期，我们也在陆续为一些餐饮企业的融资牵线搭桥，但是银行对于餐饮企业的授信风控方面是相对严格的，资金供需关系还需要一个匹配的过程。相信经过这两年多疫情考验，餐饮同行们对于现金流的重要性已经不言而喻了。

TEST 03：数字化测试

2021年协会在长沙举行的餐饮峰会上，一位头部餐饮品牌的老总说，疫情前每天进店的客流基本稳定，疫情来了顾客不进店了，我们就和顾客失去了联系，不知道谁是我们的顾客。疫情倒逼了餐饮行业数字化能力的建设，特别是本次上海、北京疫情，餐饮停止了堂食之后，对餐饮行业数字化能力的考验非常巨大。营销层面触达已经远远不够，顾客还需要较好的履约体验。外卖上了，但是履约跟不上，顾客的体验就会大打折扣，这时候的一个差评，也许会失去一群顾客。疫情当下，也是餐饮企业突击建立数字化能力，运营私域流量的窗口期。疫情已经两年多，消费者习惯的改变是巨大的，如何服务好后疫情时代的消费者，数字化能力是关键之一。

TEST 04：零售化测试

摆摊也好，卖菜也罢，都是餐饮零售化的做法。其实，早在疫情之前，餐饮企业中做零售化产品的就不在少数，海底捞的自热锅、西贝的羊蝎子、呷哺的火锅底料、眉州东坡午餐肉等等。之前这些产品是周边，疫情来了，这些产品要担起销售的重任。疫情当下，有零售化产品的餐饮企业，似乎要稍微好一点点。前段时间和上海的一家中式快餐的老板沟通，基于品类特点，他们的核心产品，多年前就做成了预制菜的模式供应加盟商，同时也供应盒马鲜生等零售渠道。上海疫情防控期间，他们的产品零售销量暴增，每天最头疼的事情是工厂产能不足和产品应该协调给哪个渠道。我当时开玩笑说，您这是痛并快乐着。这也许是个极端的例子，但是，后疫情时期，零售和餐饮的边界会更加模糊，我们是不是要重新定义餐饮行业？这值得我们思考。

TEST 05：供应链测试

疫情防控期间，需求出现极度不稳定的状态，这对餐饮企业供应链的基本功和快速反应能力提出了更高的要求。例如，这次上海疫情防控期间，出现需求短时间激增的时候，如何能把握机会，快速保证原材料、产品的供应，保障整个供应链的通畅就显得非常重要；又或者需求突然降低，如何合理消化及调配库存，也是要面对的问题。以上两种是极端情况的处理。在日常中，科学高效的供应链能力是餐饮企业的基本功，也是核心竞争力。

TEST 06：顾客忠诚度测试

患难见真情，总有不离不弃的顾客在感动和激励着餐饮企业继续前行。每一次真诚沟通，都能换来更多的信任；反之，每一次敷衍，也会伤害到顾客。特殊时期，顾客的感受会被放大，也会感染身边的人。疫情防控工作繁重，餐饮企业不能做到尽善尽美，大部分消费者都能理解，但不能因此而放松对顾客的服务。同时，这段时期，也是夯实顾客忠诚度，建立粘性的时机。任何一句问候、一项服务、一次完美的履约都能够给顾客留下深刻的印象，建立牢固的信任。

TEST 07：品牌策略测试

单品牌和多品牌发展问题、一二线布局和下沉问题，这一直是餐饮集团面临的战略选择。从业态属性来看，正餐企业较多地选择了多品牌发展，快餐及具有零售属性的餐饮企业多是单品牌发展。这其中的逻辑相信大家都能理解，在此不过多讨论。就正餐来说，品牌老化、品类生命周期、城市门店容量天花板，以及疫情防控期间的风险分散的问题，都是需要认真考虑的战略问题。鸡蛋不放在一个篮子里，东边不亮西边亮，这两句俗语放在这里是不是适用？九毛九的太二，呷哺的湊湊，这些案例也给行业带来一些启示。

TEST 08：公关能力测试

餐饮是充分市场化的行业，大多数内资餐饮企业并没有设立专门的公共关系部门，或者对于此项工作重视不够。在和监管部门、主管部门、媒体的沟通方面还存在不足的情况。疫情防控期间，在办理保供证、通行证等方面还是出现了一些问题，影响到了企业复工复产的进度。

TEST 09 ：组织力测试

困难时期，对企业组织能力是重大的考验。高效的企业组织，为企业上下齐心协力、共克时艰提供坚实的基础保障。同时，疫情也是倒逼餐饮企业重新审视、评价、调整和迭代组织的绝好时机。

TEST 10：老板心态测试

疫情反复，业绩下滑，相信没有一个餐饮老板的心情是轻松愉悦的。良好的心态在此时就非常的重要，避免墨菲定律发生的一个做法就是不感情用事。在疫情反复的这两年多，我们看到大部分餐饮老板都能够保持一个积极的心态，凸显出对行业的信心和对事业的韧劲。前段时间和深圳的一位年轻餐饮老板在沟通购物中心减租情况落实的时候，他的一番话，让我感触很深。以下摘录他的原话，“抗争能争取到的，谈判也可以，谈判得不到的，抗争也得不到，地产商现在也真的很惨，降是情分不降是本分，降租是生产自救的一部分，不是全部。”还有一位所有店铺都在上海的年轻餐饮老板的一番话，让我瞬间落泪，他说：“会挺过去的，没事，乐观心态，没啥大不了的，大不了从头再来”。

以上这十个方面只是餐饮企业在疫情当下所面临或者需要面对和思考的部分问题，新时期，对餐饮企业和企业家的综合能力提出了超高的要求，好比木桶原理，缺了哪块都会跑冒滴漏。在此也和大家说一声：“餐饮人，辛苦啦。”

坐在空荡荡的办公室里（有一多半同事需要居家办公）写下这些的时候，内心五味杂陈，虽然不免有点纸上谈兵，站着说话腰不疼的感觉，但是作为行业的一员，义不容辞为行业尽自己微薄之力，是本分，也是情分。

双手合十，祈祷疫情早日过去，期待行业快速复苏。

全面提升餐饮服务单位管理能力，结合“餐饮质量安全提升行动”，11月7日，甘州区东街市场监管所组织餐饮服务行业从业人员进行“两库一平台”培训和测试。

该所利用“两库一平台”对辖区内学校食堂及取得食品经营许可证且正常经营的餐饮服务单位进行培训。会上通过现场帮带指导，兼顾“数字鸿沟”人群，对年龄较大、文化程度偏低的餐饮服务从业人员，有针对性地采取一对一讲解指导等方式，引导其学习餐饮服务、食品安全等相关法律法规，并开展抽查考核。同时全程指导培训人员如何利用“陇上食安”智慧监管平台企业端手机APP登陆“两库一平台”进行系统学习与测试。针对餐饮服务行业不同岗位设定培训考核内容，实行分类培训，提高测试的精准度，着力解决从业人员“不懂法、难整改”等突出问题。切实提高餐饮服务行业食品安全监管的规范化、精准化和信息化水平。

截止目前，共计280户从业人员参加并通过了测试。此次测试进一步增强了餐饮服务单位食品安全主体责任意识，加深了餐饮服务行业从业人员对相关知识的理解和掌握。

下一步，该所将继续创新监管模式，应用“陇上食安”“两库一平台”智慧监管形成常态化工作机制，作为提高餐饮服务行业从业人员素质和管理能力的有力抓手，助力餐饮服务行业质量安全提升。