راهکارهای اینترنت اشیا (IoT)؛ هوای تازه برای محیط‌های بسته فراهم می‌کنند

ما اغلب در مورد آلودگی هوای بیرون می‌شنویم و این موضوع قابل درک است. اما طبق گزارش آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA)، افراد بخش عمده‌ای از زمان خود را در محیط‌های بسته می‌گذرانند—تا 90 درصد از زمان برای آمریکایی‌ها. اگر هوای داخل خانه‌ها، دفاتر، فروشگاه‌ها، باشگاه‌ها و رستوران‌ها تازه و تمیز نباشد، ممکن است خطرات جدی برای سلامت افراد ایجاد شود. در شدیدترین حالت، طبق اعلام سازمان بهداشت جهانی (WHO)، آلودگی هوای فضاهای بسته سالانه بیش از 3.2 میلیون مرگ زودرس را به همراه دارد.

مؤسسه ملی خدمات بهداشت محیط ایالات متحده منابع آلودگی هوای داخلی را ناشی از فعالیت‌های انسانی در ساختمان‌ها فهرست کرده است، از جمله:

• سیگار کشیدن
• سوزاندن سوخت‌های جامد
• پخت‌وپز و نظافت
• بخارهای منتشره از مصالح ساختمانی، تجهیزات و مبلمان
• آلاینده‌های بیولوژیکی مانند کپک، ویروس‌ها یا آلرژن‌ها.

بسیاری از این آلاینده‌ها، بدون استفاده از فناوری قابل تشخیص نیستند. برای مثال، مونوکسید کربن تولیدشده توسط بخاری‌های گازی بی‌بو است. اگر به درستی تهویه شود، این گاز خروجی بی‌خطر است، اما در صورت نشتی‌های شدید، هشداردهنده‌های مونوکسید کربن معمولی تنها زمانی فعال می‌شوند که سطح گاز خطرناک باشد. با این حال، اگر نشتی کم اما مداوم زیر آستانه هشدار این دستگاه‌ها رخ دهد، شرایط می‌تواند به سرعت بدتر شود. هرچند این سطوح احتمالاً کشنده نیستند، اما اثرات قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض مونوکسید کربن با علائم جدی مانند آسیب‌های عضلانی-اسکلتی، خستگی و از دست دادن حافظه مرتبط بوده است.

خوشبختانه، اینترنت اشیا (IoT) راه‌حلی برای این مسئله ارائه می‌دهد. این شبکه پاسخی دقیق‌تر و به‌موقع‌تر به خطرات احتمالی ارائه می‌کند، به‌ویژه در موارد قرارگیری طولانی‌مدت در معرض آلودگی با شدت کم. پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌های بی‌سیم، راهکارهای مقیاس‌پذیری برای اندازه‌گیری و پایش کیفیت هوای داخلی ایجاد کرده است. این پیشرفت‌ها امکان استفاده انعطاف‌پذیر از مجموعه‌ای گسترده از حسگرها را، بدون نیاز به شبکه‌های فناوری اطلاعات محلی، فراهم می‌کند. ترکیب این داده‌ها با تحلیل‌های هوشمند، درک بهتری از عواملی که بر کیفیت هوای داخلی تأثیر می‌گذارند، ارائه می‌دهد.

بهبود شرایط محیطی در فضاهای داخلی

فناوری پایه اینترنت اشیا مانند Bluetooth LE (بلوتوث کم‌مصرف) برای حسگرهای کوچک و باتری‌دار که هوای ساختمان را نمونه‌برداری می‌کنند، ایده‌آل است. همچنین، فناوری Wi-Fi کم‌مصرف گزینه‌ای مناسب برای حسگرهای کیفیت هوا است که می‌توانند از نقاط دسترسی وای‌فای موجود استفاده کنند. هر دو فناوری می‌توانند داده‌ها را به دروازه‌های وای‌فای مجهز ارسال کنند و این داده‌ها از آنجا به فضای ابری منتقل می‌شوند تا امکان دسترسی از راه دور فراهم شود.

در گزینه‌ای دیگر، شبکه‌های Bluetooth LE سراسری در ساختمان می‌توانند داده‌ها را به دروازه‌های سلولی اینترنت اشیا ارسال کنند که به‌طور مستقل از وای‌فای داده‌ها را به فضای ابری انتقال می‌دهند.

از آنجایی که راهکارهای بی‌سیم نیازی به کابل‌کشی ندارند، به‌راحتی می‌توان آن‌ها را در ساختمان‌های جدید اجرا کرد یا در ساختمان‌های موجود بازطراحی و نصب کرد. نبود سیم‌های فیزیکی امکان نصب حسگرها را در مکان‌های استراتژیک فراهم می‌کند؛ برای مثال، نصب حسگرهای مونوکسید کربن در نزدیکی بخاری‌های سوخت فسیلی یا در اتاق‌هایی با جریان هوای ضعیف.

مزایای حسگرهای نسل جدید

یکی از مزایای کلیدی نسل جدید حسگرها در مقایسه با انواع سنتی، جریان مداوم داده‌هایی است که ارائه می‌دهند. این ویژگی امکان شناسایی روندهای بلندمدت کیفیت هوای یک ساختمان یا محیط را فراهم می‌کند و منجر به کنترل دقیق‌تر می‌شود. به‌عنوان نمونه، با استفاده از داده‌های تاریخی فراوان، می‌توان به‌طور خودکار در دوره‌های تابستانی که میزان گرده‌های گیاهی بالاتر پیش‌بینی می‌شود، دستگاه‌های تصفیه هوا را فعال کرد یا در زمان افزایش رطوبت و سرما، تهویه و گرمایش را افزایش داد تا از رشد کپک جلوگیری شود.

• پردازش به موقع (Edge Computing)

حسگرهای اینترنت اشیا امروزی با قابلیت‌های پردازش لبه می‌توانند جریان مداوم داده‌ها را فیلتر کرده و تنها در صورت نیاز به تغییر رطوبت، دما، تهویه یا تصفیه، اطلاعات را به گوشی هوشمند، دروازه مرکزی یا فضای ابری ارسال کنند. این فرآیند، مصرف انرژی را کاهش داده و هزینه‌های داده را در صورت استفاده از طیف‌های رادیویی تنظیم‌شده پایین می‌آورد.

• یکپارچگی با سیستم‌های هوشمند

اینترنت اشیا قابلیت یکپارچگی با سیستم‌های تصفیه هوا، فیلتراسیون و گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) هوشمند را دارد تا دقت و انعطاف‌پذیری بیشتری ارائه دهد. برای مثال، اگر رطوبت افزایش یابد و خطر رشد کپک را به همراه داشته باشد، سیستم HVAC می‌تواند فرآیند کاهش رطوبت را تقویت کند. یا در صورت تشخیص دی‌اکسید کربن، ترکیبات آلی فرار (VOCs) یا سایر آلاینده‌های هوا، سیستم‌های یکپارچه می‌توانند به‌صورت خودکار فرآیند فیلتراسیون را تقویت کنند.

پایش کیفیت هوا در ساختمان‌های هوشمند

در حوزه ساختمان‌های هوشمند، راهکاری پیشرفته توسط شرکت فرانسوی Adeunis، متخصص حسگرهای اینترنت اشیا، توسعه یافته است. دستگاه‌های Comfort و Comfort Serenity با استفاده از حسگرهای دما، رطوبت، دی‌اکسید کربن و ترکیبات آلی فرار (VOCs)، داده‌های تقریبی به‌صورت بلادرنگ به فضای ابری ارسال می‌کنند. این دستگاه‌ها که به nRF9160 SiP از شرکت Nordic مجهز هستند، از اتصال اینترنت اشیا سلولی با پشتیبانی از شبکه‌های NB-IoT و LTE-M بهره می‌برند.

کاتالینا رابا مورا، توسعه‌دهنده سخت‌افزار RF در Adeunis، گفت:
«حسگرهای ما امکان دسترسی فوری به داده‌های حیاتی مانند مواجهه با سطوح بالای دی‌اکسید کربن یا VOCها را برای مدیران ساختمان فراهم می‌کنند. این آلاینده‌ها می‌توانند اثرات مخرب بر سلامت داشته باشند، بنابراین نظارت و حفظ سطوح ایمن ضروری است. همچنین، دستگاه‌های ما با اندازه‌گیری دقیق دما و رطوبت، راحتی بهینه را برای ساکنان ساختمان تضمین می‌کنند.»

قابلیت‌های دستگاه

nRF9160 SiP دارای پردازنده اختصاصی Arm Cortex-M33 با فرکانس 64 مگاهرتز است که توان پردازشی کافی برای مدیریت حسگرهای پیشرفته در دستگاه‌های Comfort و Comfort Serenity را فراهم می‌کند.

این دستگاه‌ها از یک اپلیکیشن اندرویدی با رابط NFC برای پیکربندی آسان شبکه و برنامه‌ها استفاده می‌کنند. پس از ارسال داده‌ها به فضای ابری از طریق nRF9160 SiP، کاربران می‌توانند اطلاعات را بررسی و مدیریت کنند. سرور ابری تحلیل جامعی از وضعیت حسگرها، عمر باتری، کیفیت شبکه و دریافت داده‌ها ارائه می‌دهد. کاربران می‌توانند مدیریت دستگاه‌ها را به دیگران واگذار کرده، آن‌ها را از راه دور پیکربندی کنند و بر اساس داده‌های جمع‌آوری‌شده اقدامات لازم را انجام دهند.

طول عمر باتری و انعطاف‌پذیری اتصال

مورا اضافه کرد:
«پشتیبانی nRF9160 از فناوری‌های LTE-M و NB-IoT در یک ماژول، انعطاف‌پذیری بی‌نظیری را برای مشتریان جهانی ما فراهم می‌کند. علاوه بر این، قابلیت کم‌مصرف بودن ماژول Nordic نقش کلیدی داشت. با توجه به استفاده شرکت‌ها از چندین حسگر در هر ساختمان، افزایش طول عمر باتری ضروری بود. دستگاه‌های ما می‌توانند به عمر باتری چشمگیر 15 سال دست یابند.»

راه‌حل‌های نوآورانه برای شناسایی آلودگی

علاوه بر شناسایی دی‌اکسید کربن و VOCها، پایش بی‌سیم کیفیت هوا برای تشخیص سایر عوامل خطرناک در محیط‌های داخلی نیز استفاده می‌شود. برای مثال، یک راهکار پیشگیرانه که توسط شرکت Technosphere در هند برای صنایع P Alert توسعه یافته است، به مدیران املاک امکان می‌دهد وجود متامفتامین در ساختمان‌ها را تشخیص دهند.

در صورت تشخیص مصرف یا تولید متامفتامین در ملک، دستگاه P Alert Meth Alarm فوراً هشداری به گوشی هوشمند کاربر ارسال می‌کند. با استفاده از اتصال اینترنت اشیا سلولی ارائه‌شده توسط nRF9160 SiP، هشدارها و گزارش‌های بلادرنگ سطح متامفتامین به یک پلتفرم ایمن ابری منتقل می‌شوند. این راهکار پایش مداوم ارائه می‌دهد و کاربران می‌توانند فرکانس آزمایش را تنظیم کنند.

جیمز هانسن و آلن اسپیک، مدیران P Alert Industries، گفتند:
«آگاهی فزاینده‌ای وجود دارد که حتی سطوح پایین آلودگی متامفتامین ممکن است باعث مشکلات سلامت شود. دستگاه P Alert Meth Alarm سطح ذرات متامفتامین در یک فضا و در نتیجه میزان آلودگی را نشان می‌دهد. پیشگیری از آلودگی متامفتامین مؤثرتر از تلاش برای پاکسازی آن پس از وقوع است.»