餐飲業(yè)液化氣罐物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng)

汪 瀅， 于 洋， 張延華

(沈陽(yáng)化工大學(xué) 信息工程學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110142)

眾所周知，液化石油氣屬于易燃易爆品，其爆炸威力相當(dāng)大，但由于當(dāng)下管理工具和管理方法的缺失，燃爆事故頻繁發(fā)生，造成了巨大的人員和財(cái)產(chǎn)損失.而目前國(guó)內(nèi)的液化氣罐并沒有一個(gè)完整的管理系統(tǒng)，所以，我們利用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)了一個(gè)平臺(tái)型系統(tǒng)——餐飲業(yè)液化氣罐物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng).首先，加氣站、飯店端、物流端通過RFID標(biāo)簽、各種傳感器等采集設(shè)備采集液化氣罐數(shù)據(jù)并進(jìn)行短距離傳遞.然后，通過GPRS和ZIGBEE無(wú)線通信技術(shù)向云端服務(wù)器傳遞數(shù)據(jù)并處理、保存.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)圍繞每一個(gè)可以正常使用的液化氣罐，從它投入市場(chǎng)被使用的那一刻開始，多渠道獲取其灌裝、運(yùn)輸、使用等一個(gè)又一個(gè)“點(diǎn)”的信息；把這些信息連貫記錄并邏輯推理，還原其無(wú)限接近真實(shí)動(dòng)作軌跡的“線”；再基于加氣站、物流商、飯店、政府的不同視角，將眾多的線以不同的“面”組合、呈現(xiàn)；而不同人的不同反應(yīng)動(dòng)作，則使得這一立體的“平臺(tái)”得以成型.最終，所有的記錄將在時(shí)間軸上沉淀，通過各種不同的算法，我們將獲取歷史上從未有過的、餐飲業(yè)所用液化石油氣罐的多層面的大數(shù)據(jù).

1 系統(tǒng)組成

數(shù)據(jù)流向：液化氣罐在加氣站中充氣，滿足一定的要求后被確認(rèn)為合格罐就可以被充氣，充氣后的數(shù)據(jù)上傳到云端數(shù)據(jù)中心，氣罐經(jīng)過物流公司(以后需要定位和數(shù)據(jù)傳輸功能)送到飯店，飯店端使用時(shí)的用戶量被傳輸?shù)皆贫藬?shù)據(jù)中心.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 模塊設(shè)計(jì)

各模塊設(shè)計(jì)均是基于微信平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的.

2.1 加氣站模塊設(shè)計(jì)

加氣站管理者手機(jī)界面如圖2所示.

圖2 加氣站管理者手機(jī)界面

加氣站的軟件設(shè)計(jì)主要是讓加氣站的管理者了解每天的運(yùn)營(yíng)狀況以及內(nèi)部管理的一些通知.

第1部分，僅對(duì)某個(gè)加氣站做的緊急情況顯示通知，這樣在加氣站管理者打開微信的時(shí)候，最明顯地顯示出來.顯示的內(nèi)容可能是后臺(tái)手動(dòng)添加的，比如：加氣站方面重要政策的通知；也可能是這個(gè)加氣站自動(dòng)生成的管理信息，比如：灌裝證快到期了，需要盡快安排人去培訓(xùn)或者是電池快沒有電了，需要更換，做相應(yīng)的通知.

第2部分，這部分是加氣站管理者看的重點(diǎn)，加氣站管理者需要知道自己加氣站的經(jīng)營(yíng)狀況，以及員工的表現(xiàn)情況.

第3部分，加氣站灌裝員每年都需要培訓(xùn)教育才能上崗.依據(jù)規(guī)范的要求，每罐都需要對(duì)應(yīng)灌裝員，所以，一旦灌裝員不合格，加氣機(jī)不能工作.因此，這方面的提示是非常必要的.

2.2 物流商模塊設(shè)計(jì)

物流商手機(jī)界面為一豎條(不翻頁(yè))顯示，信息按主、次之分由上到下顯示，具體見圖3.物流商主要關(guān)心他服務(wù)的客戶是多少、他的應(yīng)收款是多少、著急配送的客戶是多少.上述的界面設(shè)計(jì)就是考慮到這些方面的因素.

其中壞賬是指沒有收上來的錢客戶又不能支付的.比如：飯店搬走，又聯(lián)系不上人.由物流商的管理者來確認(rèn)該賬是否為壞賬.

圖3 物流端手機(jī)界面

狀態(tài)位說明：

(1) 正常用氣：飯店正常經(jīng)營(yíng)時(shí)的用氣狀態(tài)，日均消耗的用氣狀態(tài)；

(2) 未用氣：是指前一天的用氣量小于某個(gè)值，比如小于日均消耗的10 %即視為未用氣，可能停工了；

(3) 經(jīng)營(yíng)異常：連續(xù)N天達(dá)到未用氣狀態(tài)，估計(jì)飯店經(jīng)營(yíng)有問題了，提示物流商送氣罐時(shí)注意；

(4) 已出兌：此狀態(tài)為以后的工作做準(zhǔn)備，這個(gè)狀態(tài)應(yīng)該由物流商提供，所以，需要有一個(gè)按鈕，需要物流商點(diǎn)取，點(diǎn)取以后，飯店端就變成了“已出兌”狀態(tài).

2.3 飯店端模塊設(shè)計(jì)

飯店端手機(jī)界面如圖4所示.

飯店端模塊最重要的是體現(xiàn)兩點(diǎn)：(1)氣罐的狀態(tài)顯示，并可以手動(dòng)或自動(dòng)形成訂單；(2)電子鼻的報(bào)警，顯示哪個(gè)電子鼻報(bào)警，如果報(bào)警可以直接聯(lián)系物流商.

圖4 飯店端手機(jī)界面

3 硬件系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 加氣站端

(1) 安裝RFID

在氣瓶底部安裝RFID，用于對(duì)氣瓶的身份識(shí)別.RFID(radio frequency identification)即無(wú)線射頻識(shí)別，俗稱電子標(biāo)簽、電子條碼.作為一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)在于非接觸的目標(biāo)識(shí)別[1].按照規(guī)定，氣瓶定期進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格后方可安裝授權(quán)的RFID，并且系統(tǒng)服務(wù)器記錄下該RFID號(hào)碼對(duì)應(yīng)的氣瓶鋼印編號(hào)及歸屬生產(chǎn)日期、檢測(cè)日期等信息.

(2) 加氣站組成及工作流程

在加氣機(jī)底部的電子秤中間安裝氣瓶RFID識(shí)讀器，用于識(shí)別氣瓶底部的RFID.在現(xiàn)有加氣機(jī)操作部分旁邊加裝控制器，用于連接加氣機(jī)底部安裝的RFID識(shí)讀器，同時(shí)連接現(xiàn)有加氣機(jī)的控制板，通過RS-232或RS-485和繼電器控制端進(jìn)行控制.RS-232和RS-485各有特點(diǎn)，兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)之間并不直接兼容，但是在控制場(chǎng)合和儀表應(yīng)用中，常常需要在它們之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和接口轉(zhuǎn)換[2].

在加氣站安裝加氣站通信控制器，具有GPRS和ZIGBEE通信功能.ZIGBEE 網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式豐富靈活，具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)自組織特性[3].

當(dāng)氣瓶放置在加氣機(jī)底部的電子秤上后，氣瓶RFID識(shí)讀器讀取氣瓶的RFID序號(hào)，并且傳送給加氣機(jī)控制器.加氣時(shí)，加氣員將佩戴在手腕上的工作卡靠近控制器，控制器通過ZIGBEE無(wú)線通道把數(shù)據(jù)發(fā)送給加氣站通信控制器，加氣站通信控制器通過GPRS通信通道將氣瓶的信息及加氣員信息一同上傳至服務(wù)器，服務(wù)器在通過判定后，回傳給加氣機(jī)控制器允許或禁止信號(hào)，若允許，加氣機(jī)開始加氣，或禁止，加氣機(jī)禁止給該氣瓶加氣.

加氣完畢，加氣機(jī)控制器讀取加氣機(jī)的加氣質(zhì)量并通過通信控制器傳遞給服務(wù)器，至此完成一次加氣過程.

加氣站端系統(tǒng)組成及流程如圖5所示.

圖5 加氣站端系統(tǒng)組成及流程

3.2 餐飲企業(yè)端

餐飲企業(yè)是終端用戶端，由電子秤、電子鼻、電磁閥、控制主機(jī)組成.結(jié)構(gòu)見圖6.

圖6 餐飲端系統(tǒng)組成及流程

電子秤：電子秤底部裝有氣瓶RFID識(shí)讀器，并裝有控制器，具有ZIGBEE無(wú)線通信功能.當(dāng)放置氣瓶時(shí)，其作用是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣瓶及氣體質(zhì)量.氣瓶RFID識(shí)讀器是用于識(shí)別氣瓶底部的RFID.

電子鼻：目前，用于可燃性氣體檢測(cè)的系統(tǒng)種類多樣，產(chǎn)品繁復(fù)，設(shè)計(jì)風(fēng)格和應(yīng)用原理都各不相同，而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還是大同小異[4]. 電子鼻是適用于許多系統(tǒng)中測(cè)量一種或多種氣味物質(zhì)的氣體敏感系統(tǒng)[5]，放置于廚房或用燃?xì)獾膱?chǎng)所，用于監(jiān)測(cè)空氣中可燃?xì)怏w(一般為甲烷)的濃度，同時(shí)具有ZIGBEE無(wú)線通信功能.當(dāng)空氣中的可燃?xì)怏w的濃度高于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，電子鼻報(bào)警，并且通過ZIGBEE無(wú)線通信通道，傳送給控制主機(jī).

電磁閥：安裝在氣瓶出氣口減壓閥的后端，具有ZIGBEE無(wú)線通信功能，通過該功能受控于控制主機(jī).

控制主機(jī)：具有ZIGBEE無(wú)線通信功能和GPRS無(wú)線通信功能.

ZIGBEE具有無(wú)通信功能，用于和電子秤、電子鼻、電磁閥進(jìn)行實(shí)時(shí)的無(wú)線通信；GPRS無(wú)線通信功能是用于通過移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信.

當(dāng)氣瓶放置在電子秤上時(shí)，電子秤讀取氣瓶底部RFID，實(shí)時(shí)讀取氣瓶質(zhì)量，并傳遞給控制主機(jī).電子鼻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣中可燃?xì)怏w的濃度，超過限定值后立即向控制主機(jī)報(bào)警，控制主機(jī)通知電磁閥進(jìn)行關(guān)閉，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上報(bào)至服務(wù)器.檢測(cè)、電磁閥關(guān)閉功能速度快，時(shí)間小于3 s.

4 控制器與服務(wù)器通信協(xié)議

4.1 協(xié)議說明

根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，控制器與服務(wù)器之間采用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通道，通信協(xié)議為TCP/IP，TCP/IP 通信協(xié)議分別由傳輸控制通信協(xié)議(TCP)及因特網(wǎng)通信協(xié)議(IP) 2 部分組成[6].在軟件編程時(shí)，需要在業(yè)務(wù)流程分析的基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)模塊的詳細(xì)功能進(jìn)行分解，以符合業(yè)務(wù)流程中的管理細(xì)節(jié)[7].

飯店端DTU上傳的數(shù)據(jù)中含有溫度，用十六進(jìn)制HEX碼表示，長(zhǎng)度為一個(gè)字節(jié).溫度包括零上零下，不含小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)，只表示整數(shù)位.溫度范圍：-55～+125 ℃，表示方法，數(shù)據(jù)減去100為實(shí)際值，即100以下為零下，100以上為零上.舉例：0x7D=125表示+25 ℃，0x4B=75表示零下25 ℃.

4.2 協(xié)議的基本格式

每一幀數(shù)據(jù)的基本格式如下：

同步碼(2Byte)+系統(tǒng)編號(hào)(1Byte)+協(xié)議版本號(hào)(1個(gè)字節(jié))+命令碼(1Byte)+數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)(1Byte)+數(shù)據(jù)(NByte)+CRC(2Byte).

同步碼：0xAA，0x55，2個(gè)字節(jié)；

系統(tǒng)編號(hào)：暫定為 0x01，1個(gè)字節(jié)；

協(xié)議版本號(hào)： 0x00-0xFF，1個(gè)字節(jié)；

命令碼：1個(gè)字節(jié)；

數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)：1個(gè)字節(jié)；

命令碼：以十六進(jìn)制表示.

協(xié)議見表1.

表1 協(xié)議

4.3 網(wǎng)絡(luò)配置命令及回復(fù)命令

通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器對(duì)GPRS終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置，包括IP地址端口或域名、心跳包時(shí)間間隔等.

2018年秋天，一批有才華有情懷的文友在訂戶相對(duì)集中的市縣牽頭設(shè)立了五十多個(gè)《星火》讀者驛站，把星火燎原的祝愿變成了隱約可見的現(xiàn)實(shí)。

同步碼(2Byte)+系統(tǒng)編號(hào)(1Byte)+協(xié)議版本號(hào)(1個(gè)字節(jié))+命令碼(1Byte)+數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)(1Byte)+數(shù)據(jù)(NByte)+CRC(2Byte).

數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)：是指實(shí)際的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；

CRC： 范圍為同步碼以后，系統(tǒng)編號(hào)開始到CRC前的數(shù)據(jù).

4.4 加氣站與服務(wù)器的通信

加氣站控制器向服務(wù)器發(fā)送氣罐加氣驗(yàn)證請(qǐng)求，服務(wù)器得到命令判斷是否允許加氣，并返回給加氣站控制器，發(fā)出是否允許加氣的命令.通信過程如圖7所示.

圖7 加氣站與服務(wù)器的通信

同步碼(2Byte)+系統(tǒng)編號(hào)(1Byte)+協(xié)議版本號(hào)(1個(gè)字節(jié))+命令碼(1Byte)+數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)(1Byte)+數(shù)據(jù)(NByte)+CRC(2Byte).

4.5 循環(huán)冗余校驗(yàn)

在串行數(shù)據(jù)傳輸中廣泛采用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC(cyclic redundancy check)來測(cè)試一個(gè)數(shù)據(jù)包是否有錯(cuò)誤發(fā)生，雖然循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的理論較為復(fù)雜[8]，但實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)的基本原理十分簡(jiǎn)單.原理如下：

#include

unsigned char test[16]=

{0x10，0x10，0x05，0xef，0x78，0x05，0x89，0x12，0x45，0x78，0xac，0xef，0xd5，0xe0，0x5a，0xff}；

void main(void)

{

unsigned long temp=0；

unsigned intcrc；

unsigned char i；

unsigned char*ptr=test；

while(len--)

{

for(i=0x80；i!=0；i=i?1)

{

temp=temp*2；

if((temp&0x10000)!=0)

{

temp=temp^0x11021；

}

if((*ptr& i)!=0)

{

temp=temp^(0x10000^0x11021)；

}

}

ptr++；

}

crc=temp；

}

5 總 結(jié)

利用物聯(lián)網(wǎng)具有實(shí)時(shí)的海量化信息、多樣化種類的接入設(shè)備以及物物互通的智能化等特點(diǎn)，開發(fā)了餐飲業(yè)液化氣罐物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng).通過在液化氣罐上安裝RFID來采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并傳遞給控制器，再通過GPRS、ZIGBEE無(wú)線傳輸技術(shù)傳到服務(wù)器端；同時(shí)為加氣站、物流端、飯店端設(shè)計(jì)了微信平臺(tái)，微信顯示內(nèi)容各自略有不同.這使液化氣罐在餐飲業(yè)的使用有了一個(gè)智能化的管理系統(tǒng)，做到了加氣站、物流商、飯店一體化的閉環(huán)系統(tǒng).

雖然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在目前已是非常成熟的技術(shù)，但在液化氣罐上的應(yīng)用確是少之又少，所以，研究液化氣罐管理系統(tǒng)是比較新穎和實(shí)用的.不過也存在一些不足，例如電子器件的失靈、一家飯店的氣罐沒有使用完被放到另一家等一些復(fù)雜工況，這都需要做出準(zhǔn)確判斷.所以，在不斷完善的先進(jìn)技術(shù)支持下，液化氣罐物聯(lián)網(wǎng)智能管理將更加完善.