監(jiān)測空氣質(zhì)量的智能無線物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

根據(jù)TheWorldCounts報道，每人每天平均要吸入11,000升空氣，一生中要吸入超過3億升的空氣。

這一驚人的吸入量凸顯了確保人們呼吸清新空氣的重要性，尤其是根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，每年有超過 670 萬人因空氣污染而過早死亡，其中超過 320 萬人死于室內(nèi)環(huán)境污染。

盡管人們普遍關(guān)注室外空氣污染，但室內(nèi)空氣也對健康構(gòu)成重大威脅。隨著人們在家中、辦公室、商店、健身房和餐館中度過的時間越來越長，監(jiān)測這些環(huán)境的空氣質(zhì)量變得更加重要。

空氣質(zhì)量監(jiān)測的下一階段發(fā)展

一氧化碳報警器面世已近一個世紀(jì)，而傳統(tǒng)的煙霧探測器也有七十多年的歷史。但無線技術(shù)代表了空氣質(zhì)量測量的全新水平。例如，先前的傳統(tǒng)報警器只能在檢測到一氧化碳或煙霧達(dá)到危險水平時發(fā)出警告，而無線技術(shù)的出現(xiàn)則可以對潛在的危險做出更細(xì)致、更及時的反應(yīng)，特別是在長期、低水平曝露的情況下。

我們不能對這種長期的低水平曝露掉以輕心。英國利物浦約翰摩爾斯大學(xué)(Liverpool John Moores University)健康與社會護(hù)理高級講師Julie Connolly撰文指出，低濃度一氧化碳曝露的癥狀很難被發(fā)現(xiàn)，但卻與肌肉骨骼損傷、疲勞和記憶力減退等嚴(yán)重癥狀有關(guān)。

除了天然氣泄漏或一氧化碳、二氧化碳和煙霧積聚等問題外，感染了病毒(如 COVID-19 或流感)的人也會對其他人造成危害。某些細(xì)菌和霉菌孢子也會對空氣質(zhì)量構(gòu)成威脅。

然而，最嚴(yán)重的威脅之一來自揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，它們會導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問題，包括眼睛、鼻子和喉嚨不適、頭痛、失去協(xié)調(diào)能力、惡心，以及對肝、腎和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的潛在損害(根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署數(shù)據(jù))。更嚴(yán)重的是，有些揮發(fā)性有機(jī)化合物甚至與癌癥有關(guān)。

創(chuàng)建用于空氣質(zhì)量監(jiān)測的智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

現(xiàn)在，通過使用物聯(lián)網(wǎng)，可以近乎實時地提醒樓宇住戶防范這些空氣污染危害。個人和企業(yè)就可以積極主動地實施改變，幫助保障健康的室內(nèi)環(huán)境，預(yù)防健康問題。

此外，智能空氣凈化和過濾系統(tǒng)還可以集成到智能家居系統(tǒng)或商業(yè)樓宇的智能供暖、通風(fēng)和空調(diào)裝置中。這樣，傳感器網(wǎng)絡(luò)和空氣凈化系統(tǒng)之間就可以形成一個反饋回路。當(dāng)傳感器檢測到空氣質(zhì)量下降時，系統(tǒng)可以自動提高凈化效果。

低功耗藍(lán)牙和Wi-Fi的優(yōu)勢 無線技術(shù)為這些應(yīng)用帶來很多優(yōu)勢。低功耗藍(lán)牙等技術(shù)適用于工作距離超過數(shù)百米的緊湊型低功耗傳感器，而 Nordic 的 nRF70 系列等低功耗 Wi-Fi技術(shù)則適用于需要更大帶寬的傳感器。低功耗藍(lán)牙和 Wi-Fi 還可以在網(wǎng)關(guān)中協(xié)同工作，低功耗藍(lán)牙傳輸來自傳感器網(wǎng)絡(luò)的信號，而網(wǎng)關(guān)的 Wi-Fi 部分則將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。

由于這些解決方案無需布線，因此很容易集成到新建筑或現(xiàn)有建筑的改造中。結(jié)構(gòu)緊湊、電池供電的傳感器(如一氧化碳探測器)可以輕易地安裝在化石燃料加熱器附近、通風(fēng)不良的房間內(nèi)以及人們擔(dān)憂空氣質(zhì)量的其他地方。

這些傳感器一旦安裝完畢，就會持續(xù)收集數(shù)據(jù)。邊緣計算使得設(shè)備只在需要時才將信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)或中央設(shè)備，以觸發(fā)進(jìn)一步的決策，如增加通風(fēng)。此外，數(shù)據(jù)還可以通過低功耗藍(lán)牙直接發(fā)送到用戶的智能手機(jī)上，以發(fā)出即時通知。多種類型傳感器和無線技術(shù)可讓用戶為應(yīng)用構(gòu)建最佳解決方案。

Nordic低功耗藍(lán)牙SoC 支持多感知空氣質(zhì)量監(jiān)測儀 例如，新西蘭公司AirSuite開發(fā)的AirSuite Glance采用了一系列傳感器來監(jiān)測二氧化碳 (CO2)、溫度、濕度、聲音、照明、氣壓和揮發(fā)性有機(jī)化合物。該設(shè)備利用 Nordic Semiconductor的nRF52840 SoC提供的低功耗藍(lán)牙連接，每分鐘將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)接脩舻闹悄苁謾C(jī)，并利用nRF9160 SiP的 LTE-M 或 NB-IoT連接，至少每15分鐘將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。

通過專用應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)平臺，當(dāng)環(huán)境指標(biāo)超過或低于預(yù)定閾值時，用戶能夠進(jìn)行監(jiān)督并接收通知。此外，AirSuite Monitor網(wǎng)絡(luò)門戶還提供歷史數(shù)據(jù)，允許用戶分析趨勢并比較不同房間或場所的數(shù)值。

利用機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行智能調(diào)節(jié)

目前有許多創(chuàng)新技術(shù)正在改變室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測的發(fā)展?fàn)顩r。特別是更先進(jìn)的無線傳感器(每次更換電池后可運(yùn)行數(shù)年的低功耗設(shè)備)的開發(fā)，以及機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning, ML)驅(qū)動的分析技術(shù)的進(jìn)步。

ML具有模式識別功能，可以識別趨勢并智能調(diào)整設(shè)置，以優(yōu)化居住者的健康和舒適度。該系統(tǒng)可以根據(jù)某些刺激因素自主調(diào)整設(shè)置，例如，預(yù)計樓宇占用率會在一天中的某些時段增加，便會打開空氣凈化器。這樣可以避免不必要的設(shè)備使用，從而降低能耗，并有助于創(chuàng)造可持續(xù)優(yōu)化的室內(nèi)環(huán)境，保持居住者的健康。

Nordic Semiconductor公司Lorenzo Amicucci