Hogyan csökkenthetik az intelligens megoldások a városok lég­szennyezettségét?

Kérem, lélegezzen mélyeket!

A városok, különösen a nagyvárosok kulcsfontosságú szerepet játszanak a környezetvédelmi intézkedések kidolgozásában. A Földön élő mintegy nyolc­milliárd ember közel fele városi területen vagy annak peremén él. Holisztikus szemlélettel kell segíteniük a fenntartható fejlődést az ivóvíz-, élelmiszer-, energia- és infrastruktúra-ellátás tartós és fenntartható biztosítását. Az egyik legkézenfekvőbb lehetőség a CO₂-kibocsátás csökkentése a belvárosi levegőminőség javítása érdekében. A cikk bemutatja, hogy az olyan technológiák, mint a Rutronik RDK3, miért játszhatnak ebben fontos szerepet. Hogyan teszik lehetővé, hogy egy intelligens város egészségesebben lélegezzen, és ezzel élhetőbb környezetet alakítsunk ki.

A hangsúly a beltéri és kültéri levegőminőség mérésén, valamint a kapott adatok kiértékelésén van. Különösen a városi területeken az épületek automatizált szellőztetése hozzájárulhat a levegőminőség optimalizálásához, és ezáltal az ott dolgozó emberek jobb közérzetéhez és teljesítményének növeléséhez. A beltéri és kültéri helyeken, például a nagy forgalmú utca felőli oldalon vagy a munkahelyeken elhelyezett CO₂-érzékelők segítségével, amelyek Bluetooth kapcsolaton keresztül, vezeték nélkül vannak összekötve egy intelligens épületvezérlő rendszerrel, előre meghatározott időközönként méréseket végeznek. Az így keletkezett adatok alapján csaknem valós időben figyelmeztetések vagy intézkedési javaslatok adhatók ki teljesen automatizáltan. Ablakok kinyitásával, a szellőztető rendszer fokozásával vagy UV-alapú légtisztítók aktiválásával.
Ezek az érzékelőadatok további információkkal is szolgálhatnak, például annak meghatározására, hogy hány ember tartózkodik egyszerre egy helyiségben. Egy algoritmus összehasonlítja az emberi légzés által okozott átlagos CO₂-koncentrációnövekedést a ténylegesen mért CO₂-koncentrációval.

1. ábra Rutronik Development Kit RDK3 az Infineon PSoC™ 64 MCU-val

Szisztematikus és hatékony megoldáskeresés

Egy ilyen alkalmazás innovatív fejlesztési alapja az RDK3 fejlesztő Kit és a Rutronik System Solutions CO₂-érzékelő technológiához való RAB2 adapterkártya kombinációja. Az Infineon PSA-támogatással rendelkező PSoCTM 64 Secure MCU-jára épülő RDK3 teljes körű megoldást kínál a hardver- és firmware-fejlesztők számára. A vezeték nélküli, ultra-kis fogyasztású IoT Bluetooth kártya fejlett hardveralapú biztonsági funkciókkal rendelkezik, ami különösen fontos a mozgásmintákat vagy az egészséggel kapcsolatos adatokat érzékelő és elemző IoT-alkalmazások esetében. Az Arm Dual Cortex M-Core System on Chip például egy biztonságos M0+ magot tartalmaz, amely fizikailag elkülönül a felhasználói alkalmazástól, amely viszont egy M4 magon működik.

2. ábra Rutronik System Solutions

 
Az MCU emellett biztonságos funkciókat nyújt a hitelesítéshez, például a Secure Boot funkció segítségével, amely garantálja, hogy csak a felhasználó saját, engedélyezett firmware-je kerüljön végrehajtásra az illetéktelen beavatkozás elleni lehető legnagyobb biztonság elérése érdekében. Ezenkívül a kriptográfiai aláírás lehetővé teszi a védett firmware-frissítéseket. Védett területek jelölhetők ki az egyes futtatható környezetekhez vagy memóriaterületekhez.
A Bluetooth Low Energy vezeték nélküli adatátvitel rendkívül csekély energiafogyasztást igényel, ami elengedhetetlen a környezeti adatok állandó megfigyeléséhez és elemzésére szolgáló komplex IoT-rendszerbe való integráláshoz.

Legjobban illeszkedik a személyre szabott követelményekhez

A RAB2 könnyű hozzáférést biztosít két korszerű CO₂-érzékelőhöz, és olyan alkalmazások fejlesztésére szolgál, ahol CO₂, relatív páratartalom- és hőmérsékletmérésre van szükség. Ez lehetőséget ad arra, hogy a fejlesztés előtti fázisban csak egy kártyát használjunk annak értékelésére, hogy melyik érzékelő a legalkalmasabb az adott környezethez – vagy hogy szükség esetén mindkettő használható-e különböző feladatokra. Ez jelentősen lerövidíti a piacra kerülés idejét. Ha a fejlesztőnek két különböző gyártótól származó, különböző kártyával kellene foglalkoznia, az nemcsak a szükséges időt növelné, hanem az elektromágneses kompatibilitás (EMC) és ezáltal a rendszer megbízható működésének veszélyét is.
A kártya középpontjában az Infineon PASCO2V01 CO₂-érzékelői és a Sensirion SCD41-D érzékelői állnak. Mindkettő a fotoakusztikus spektroszkópia (PAS) elvén működik, amely nem igényel minimális távolságot a sugárforrás és az érzékelő között. Az SCD41-D CO₂-mérésének pontossága ±40 ppm, a mérési tartománya széles, 400-5000 ppm, a válaszidő (τ63%) pedig 60 s. Emellett 3000 uA átlagos áramfelvételével nagyon hatékony és különösen érzéketlen a külső terhelésekre. A PASCO2V01 a mért érték ±30 ppm ±3%-os mérési pontosságával, a 400 ppm és 5000 ppm közötti mérési tartományával, valamint méretével is lenyűgöző.
Az, hogy a két érzékelő közül melyik jelenti a legmegfelelőbb megoldást, attól is függ, hogy milyen célt kell elérni. Többek között a mérési folyamatban való tehetetlenségük tekintetében is különböznek. Ha középtávú átlagértékre van szükség, mint például a kültéri CO₂-mérés esetében, lehetséges, hogy a nagyobb tehetetlenségű érzékelő mellett kell dönteni. Ennek oka az, hogy itt az átlagérték számít, és kevésbé az egyszeri csúcsok gyors észlelése. A beltéri mérésnél viszont lehet, hogy érdemesebb az alacsony inerciát keresni, hogy minél gyorsabban tudjunk dönteni és intézkedéseket hozni.

3. ábra Rutronik Adapter Board – RAB2 CO₂-érzékeléshez

A belvárosok adatbázis-alapú zöldítése

Ezen túlmenően a CO₂-érzékelőkkel ellátott eszközök, berendezések döntő lépést jelentenek a városok levegőminőségének javítására irányuló rövid, közép és hosszú távú célok és intézkedések értékeléséhez. Ha ezeket városrendezési célokra használnák, a megvalósítások sokkal célzottabbak és ezáltal gyorsabbak, valamint költségtakarékosabbak lennének: a lassan növekvő egyedi fák helyett zöld házakat, azaz zöld, növényekkel beültetett, külső falakkal ellátott magas épületeket lehetne építeni a gépjárművek által különösen frekventált területeken. Ezek szabályozzák a hőmérsékletet a belvárosokban, egyúttal természetes CO₂-szűrőt jelentenek.
A Rutronik System Solutions kártyái az életminőséget javító alkalmazások megvalósításának alapját képezik, különösen, de nem csak az agglomerációkban. Az RDK3 és a RAB2 a Rutronik által ügyfeleinek nyújtott moduláris megoldások sorozatának része. A cél itt az, hogy a Rutronik portfóliójába tartozó különböző gyártók és termékek legmegfelelőbb kombinációját használjuk, hogy az innovatív alkalmazások piacra kerülési idejét érezhetően lerövidítsük, és hogy inspirációt nyújtsunk a legjobban illeszkedő termékekhez. Ily módon a Rutronik megteremti az alapot a fenntartható jövő felé vezető technológiai változáshoz.

Szerző: Stephan Menze – Globális innovációs menedzsment vezető,
Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH

Rutronik Magyarország Kft.
1117 Budapest, Alíz utca 1.
Tel.: +36 1 231 3349
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.