Yksi tämän hetken suurimmista haasteista on CO2-päästöjen vähentäminen kaupunkien ilmanlaadun parantamiseksi. Rutronikin RDK3:n kaltaisilla teknologioilla on ratkaiseva rooli näiden ratkaisujen kehityksessä.

Kokonaisvaltaisten ideoiden ja käsitteiden tulisi edistää kestävää kehitystä, jotta voidaan varmistaa ympäristön kannalta kestävä juomaveden, ruoan, ja energian saanti sekä tarvittava infrastruktuuri niitä varten. Yksi suurimmista haasteista on hiilidioksidipäästöjen vähentäminen kaupunkien ilmanlaadun parantamiseksi. Samalla siihen sisältyy suurin potentiaali ilmastonsuojelussa.

Keskiössä on erityisesti ilmanlaadun mittaaminen sisällä ja ulkona sekä saatujen tietojen kohdennettu arviointi. Varsinkin kaupunkialueilla datavetoinen, automatisoitu rakennusten ilmanvaihto voi parantaa ilmanlaatua ja siten parantaa siellä työskentelevien ihmisten hyvinvointia ja suorituskykyä. Strategisilla paikoilla sisällä ja ulkona, esimerkiksi kadun puolella, jossa on paljon liikennettä, tai työpaikoilla, jotka on langattomasti verkotettu älykkäällä rakennusvalvontajärjestelmällä Bluetoothin kautta, voidaan tehdä säännöllisin väliajoin CO2-mittauksia.

Näin synnytetyn datan perusteella voidaan antaa varoituksia tai toimenpidesuosituksia lähes reaaliajassa täysin automaattisesti, esimerkiksi avaamalla ikkunoita, nostamalla ilmanvaihtojärjestelmän tehoa tai aktivoimalla UV-pohjaisia ilmanpuhdistimia.

Anturien tuottama data voi myös tarjota lisätietoa esimerkiksi sen määrittämiseksi, kuinka monta ihmistä huoneessa on tällä hetkellä. Algoritmi vertaa ihmisen hengityksen aiheuttamaa keskimääräistä CO2-pitoisuuden nousua todelliseen mitattuun CO2-pitoisuuteen.

Järjestelmällinen ja tehokas ratkaisun etsintä

Innovatiivinen kehitysalusta tällaiselle sovellukselle on Rutronik System Solutionsin RDK3-kantakortti ja RAB2-sovitinkortti, joka on anturiratkaisu CO2-mittauksiin. RDK3 pohjautuu Infineonin PSA-tuella varustettuun PSoC 64 Secure -mikro- ohjaimeen, joten se on täydellisen ratkaisun laitteisto- ja laiteohjelmistokehittäjille. Langattomassa erittäin vähätehoisessa IoT- Bluetooth-kortissa on edistyksellisiä laitteistopohjaisia suojausominaisuuksia. Tämä on erityisen tärkeää IoT-sovelluksissa, jotka havaitsevat ja analysoivat liikekuvioita tai terveyteen liittyviä tietoja.

Esimerkiksi kahden ytimen Arm Cortex M- Core -järjestelmäpiirillä on turvallinen M0+- ydin, joka on fyysisesti erotettu M4-ytimellä ajettavasta käyttäjäsovelluksesta. Lisäksi mikro-ohjain tarjoaa turvallisia perustoimintoja autentikointiin Secure Boot -toiminnon avulla, joka varmistaa, että vain käyttäjän oma valtuutettu laiteohjelmisto suoritetaan parhaan mahdollisen suojauksen saavuttamiseksi manipulointia vastaan. Lisäksi kryptografinen allekirjoitus mahdollistaa suojatut laiteohjelmisto- päivitykset ja suojatut alueet voidaan määrittää kullekin suoritettavalle alueelle tai muistialueelle.

Langaton tiedonsiirto Bluetooth Low Energyn yli takaa erittäin alhaisen virrankulutuksen, mikä on ratkaisevan tärkeää integroitaessa ratkaisua monimutkaiseen IoT-järjestelmään ympäristötietojen jatkuvaa seurantaa ja analysointia varten.

Paras ratkaisu räätälöityihin vaatimuksiin

RAB2-kortilla suunnittelija saa käyttöönsä kaksi huippuluokan CO2-anturia. Se sopii ovellusten kehittämiseen, joissa tarvitaan CO2-, suhteellisen kosteuden ja lämpötilanmittauksia. Esikehitysvaiheessa voidaan näin yhdellä kortilla selvittää, mikä anturi sopii parhaiten kyseiseen asetteluun. Samalla selviää, voidaanko molempia tarvittaessa käyttää eri tehtäviin. Tämä lyhentää merkittävästi tuotteen markkinoille tuomiseen kuluvaa aikaa. Jos kehittäjä joutuu käsittelemään kahta eri korttia eri valmistajilta, tämä pitkittää kehitysprojektia ja kasvattaa riskiä, jossa tuotteen EMC- ominaisuudet heikkenevät. Tämä uhkaa osaltaan järjestelmän luotettavaa toimintaa.

Kortin keskellä ovat Infineonin PASCO2V01 CO2-anturit ja Sensirionin SCD41-D. Molemmat perustuvat fotoakustisen spektroskopian (PAS) periaatteeseen, joka ei edellytä minimietäisyyttä säteilylähteen ja anturin välillä. SCD41-D:n CO2-mittauksen tarkkuus on ±40 ppm, mittausalue laaja 400- 5000 ppm ja vasteaika (τ63 %) 60 s. Lisäksi 3000 uA:n keskimääräisellä virrankulutuksella se on erittäin tehokas ja erityisen immuuni ulkoisille kuormille. Mittaustarkkuus ±30 ppm ±3 % mitatusta arvosta ja mittausalue 400 ppm - 5000 ppm ovat PASCO2V01:n kompaktissa koossa vaikuttavia ominaisuuksia.

Valinta kahden anturin välillä riippuu myös siitä, mikä tavoitteisiin sovelluksessa pyritään. Anturit eroavat muun muassa mittausprosessin nopeuden osalta. Jos keskipitkän aikavälin keskiarvoa vaaditaan, kuten CO2-mittauksessa ulkona, on mahdollista, että suunnitteluun valitaan hitaampi anturi. Syynä tähän on se, että tässä keskiarvolla on ratkaisevampi rooli kuin kertaluonteisten huippujen nopealla havaitsemisella. Sisätiloissa mitattaessa sen sijaan voi olla järkevämpää valita nopeampi anturi, jotta päätökset ja vaadittavat toimenpiteet voidaan tehdä mahdollisimman nopeasti.

Kantakaupungit vihreämmiksi datavetoisesti

Laajan alueen kattava CO2-antureilla varustettu laitteisto on ratkaiseva askel arvioitaessa lyhyen, keskipitkän ja pitkän aikavälin tavoitteita ja toimenpiteitä ilmanlaadun parantamiseksi kaupunkialueilla. Jos näitä käytettäisiin kaupunkisuunnittelutarkoituksiin, toteutukset voisivat olla paljon kohdennetumpia, nopeampia sekä kustannustehokkaampia. Hitaasti kasvavien yksittäisten puiden sijaan voitaisiin rakentaa kasvihuoneita eli korkeita rakennuksia, joissa on vihreät ulkoseinät. Tämä toimisi

erityisesti alueilla, joilla on erityisen paljon ajoneuvoja. Nämä ”kasvihuoneet” säätelevät lämpötiloja kaupunkien keskustoissa, ovat samalla luonnollinen CO2-suodatin ja luovat elinympäristön hyönteisille.

Rutronik System Solutionsin kortit muodostavat perustan elämänlaatua parantavien sovellusten toteuttamiselle muuallakin kuin kaupungeissa. RDK3 ja RAB2 ovat modulaarisia ratkaisuja, joita Rutronik tarjoaa asiakkailleen. Tavoitteena on käyttää sopivinta yhdistelmää eri valmistajien tuotteista, lyhentää innovatiivisten sovellusten markkinoille tuomiseen kuluvaa aikaa tuntuvasti ja tarjota inspiraatiota parhaiten sopiviin tuotteisiin. Tällä tavalla Rutronik tarjoaa perustan teknologiselle muutokselle kohti kestävää tulevaisuutta.

Artikkeli on ilmestynyt uudessa ETNdigi-lehdessä. Sitä pääset lukemaan täällä.