Orașele, în special metropolele, joacă un rol esențial în punerea la punct a măsurilor care contribuie la protecția climei. Motivul este că aproape jumătate din cele aproximativ opt miliarde de oameni de pe Pământ trăiesc în sau la marginea unei zone urbane. Conceptele holistice ar trebui să promoveze o dezvoltare sustenabilă pentru a asigura o aprovizionare durabilă și consistentă cu apă potabilă, alimente, energie și infrastructură. Una dintre cele mai mari provocări și, în același timp, cel mai mare impact potențial constă în reducerea emisiilor de CO2 pentru a îmbunătăți calitatea aerului în interiorul orașelor. Acest articol arată de ce tehnologii precum RDK3 de la Rutronik joacă un rol decisiv în acest sens, cum permit unui oraș inteligent să respire mai bine și cum optimizează ecologizarea zonelor urbane.
Accentul este pus pe măsurarea calității aerului în interior și în exterior și pe o evaluare țintită a datelor obținute. În special în zonele urbane, ventilația automatizată a clădirilor, susținută de date, poate contribui la optimizarea calității aerului și, astfel, la îmbunătățirea bunăstării și la creșterea performanțelor persoanelor care lucrează acolo. Prin intermediul unor senzori de CO2 amplasați în poziții strategice, atât în interior, cât și în exterior, de exemplu, pe marginea străzilor cu trafic intens sau la locurile de muncă, care sunt conectate la o rețea wireless cu un sistem inteligent de control al clădirii prin Bluetooth, se efectuează măsurători la intervale predefinite. Pe baza datelor astfel generate, pot fi emise avertismente sau recomandări de acțiuni în timp cvasi-real sau – într-un mediu de oraș inteligent/clădire inteligentă – pot fi efectuate complet automat, de exemplu prin deschiderea ferestrelor, accelerarea sistemului de ventilație sau activarea purificatoarelor de aer pe bază de UV.
Datele obținute de la acești senzori sunt, de asemenea, apte să furnizeze informații suplimentare, de exemplu pentru a determina câte persoane se află în acel moment într-o încăpere. Un algoritm compară creșterea medie a concentrației de CO2 cauzată de respirația umană cu concentrația reală de CO2 măsurată.
Găsirea sistematică și eficientă a soluțiilor
O bază de dezvoltare inovatoare pentru o astfel de aplicație este reprezentată de combinația dintre placa de bază RDK3 și placa adaptoare – RAB2 pentru senzorii de CO2 de la Rutronik System Solutions. Bazată pe microcontrolerul PSoCTM 64 cu suport PSA de la Infineon, RDK3 oferă o soluție completă pentru dezvoltatorii de hardware și firmware. Placa Bluetooth Wireless IoT cu consum ultra redus de putere are caracteristici avansate de securitate bazate pe hardware, ceea ce este deosebit de important pentru aplicațiile IoT care detectează și analizează modele de mișcare sau date referitoare la sănătate. De exemplu, sistemul pe cip (SoC) Arm Dual Cortex M-Core oferă un nucleu M0+ securizat, separat fizic de aplicația utilizatorului, care, la rândul său, funcționează pe un nucleu M4. În plus, microcontrolerul oferă funcții elementare securizate pentru autentificare, de exemplu, prin intermediul funcției Secure Boot, care asigură că este executat doar firmware-ul autorizat al utilizatorului, pentru a obține cea mai mare securitate posibilă împotriva atacurilor informatice. În plus, semnătura criptografică permite actualizări protejate ale firmware-ului și pot fi definite zone protejate pentru fiecare mediu executabil sau zone de memorie.
Transmisia de date prin Bluetooth Low Energy garantează, de asemenea, un consum de putere extrem de redus, ceea ce este esențial pentru integrarea într-un sistem IoT complex de monitorizare și analiză permanentă a datelor de mediu.
Cea mai bună adaptare pentru cerințe personalizate
RAB2 creează o bază solidă pentru a decide ce senzor este cel mai potrivit pentru dezvoltarea aplicației finale.
RAB2 oferă acces ușor la doi senzori de CO2 de ultimă generație și se adresează dezvoltării de aplicații în care sunt necesare măsurători de CO2, umiditate relativă și temperatură. Acest lucru oferă posibilitatea de a utiliza doar o singură placă în faza de pre-dezvoltare pentru a evalua care senzor este cel mai potrivit pentru un anumit context – sau, dacă este necesar, ambii pot fi utilizați pentru sarcini diferite. Acest lucru scurtează semnificativ timpul de lansare pe piață. În cazul în care dezvoltatorul ar trebui să se ocupe de două plăci diferite de la producători diferiți, acest lucru ar crește nu numai timpul necesar, ci și riscul de a afecta compatibilitatea electromagnetică (EMC) și, prin urmare, funcționalitatea fiabilă a sistemului.
În centrul plăcii se află senzorii de CO2 PASCO2V01 de la Infineon și SCD41-D de la Sensirion. Ambii se bazează pe principiul spectroscopiei fotoacustice (PAS – Photoacoustic Spectroscopy), care nu necesită o distanță minimă între sursa de radiație și senzor. Precizia de măsurare a emisiilor de CO2 de către senzorul SCD41-D este de ±40 ppm, cu o gamă largă de măsurare de la 400 la 5000 ppm și un timp de răspuns (τ63 %) de 60 s. În plus, cu un consum mediu de curent de 3000 uA, acesta este foarte eficient și deosebit de insensibil la sarcinile externe. Cu o precizie de măsurare de ±30 ppm ±3 % din valoarea măsurată, un domeniu de măsurare de la 400 ppm la 5000 ppm, PASCO2V01 impresionează, de asemenea, prin dimensiunile sale extrem de compacte.
Care dintre cei doi senzori reprezintă soluția cea mai potrivită depinde, de asemenea, de obiectivul care trebuie atins. Printre altele, ei diferă în ceea ce privește inerția lor în procesul de măsurare. În cazul în care este necesară o valoare medie pe termen mediu, ca în cazul măsurării de CO2 în aer liber, este posibil ca decizia să fie luată în favoarea senzorului cu inerție mai mare. Motivul este că aici valoarea medie joacă un rol mai important decât detectarea rapidă a unor vârfuri singulare. Pe de altă parte, atunci când se măsoară în interior, este posibil să fie mai util să se caute o inerție scăzută pentru a putea lua decizii și măsuri cât mai rapid posibil.
Ecologizarea centrelor urbane pe baza datelor
În plus, un echipament cu senzori pentru măsurarea emisiilor de CO2 la nivelul întregii zone este un pas decisiv pentru evaluarea obiectivelor și măsurilor pe termen scurt, mediu și lung pentru îmbunătățirea calității aerului în zonele urbane. Dacă acestea ar fi utilizate în scopuri de planificare urbană, implementările ar putea fi mult mai bine direcționate și, prin urmare, mai rapide, precum și mai sensibile la costuri: În loc de copaci care cresc lent, ar putea fi construite case verzi, de exemplu, clădiri înalte cu pereți exteriori verzi, în zonele intens tranzitate de vehicule. Acestea controlează temperatura în interiorul orașelor, sunt în același timp un filtru natural de CO2 și creează un habitat pentru insecte.
Plăcile de la Rutronik System Solutions constituie baza pentru realizarea de aplicații care îmbunătățesc calitatea vieții, în special, dar nu numai, în aglomerările urbane. RDK3 și RAB2 fac parte dintr-o serie de soluții modulare pe care Rutronik le oferă clienților săi. Scopul este de a utiliza cea mai potrivită combinație de producători și produse diferite, toate acestea făcând parte din portofoliul Rutronik, pentru a scurta considerabil timpul de lansare pe piață a aplicațiilor inovatoare și pentru a oferi inspirație pentru cele mai bune produse. În acest fel, Rutronik oferă baza pentru o schimbare tehnologică către un viitor sustenabil.
Autor:
Stephan Menze, Head of Global Innovation Management
Rutronik | https://www.rutronik.com
