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电子发烧友网>电子资料下载>电子资料>带二氧化碳监测器的自动通风系统

带二氧化碳监测器的自动通风系统

2022-11-07 | zip | 0.87 MB | 次下载 | 免费

资料介绍

描述

我在东京秋叶原经营秋叶原黑客空间得益于其自动通风系统,即使在 COVID-19 大流行的情况下,黑客空间仍保持开放,并欢迎多达 5 位完全接种疫苗的客人。

问题

仅限制客人人数不足以预防 COVID-19,因此我们制定了戴口罩、保持社交距离、洗手和使用后消毒的强制性规定。

除了这些规定,我们认为保持空气清洁也是预防疾病的有效措施之一研究人员表示,如果空间通风良好,可以降低 COVID-19 传播风险 [1]。

你怎么知道空间是否通风良好?指标之一是二氧化碳。CDC 建议在大流行期间室内二氧化碳水平低于 800 ppm [2]。

有几种方法可以保持室内二氧化碳水平低,例如,定期打开门/窗或保持通风。但它们需要人工干预并且不节能。

解决方案

这就是自动通风系统的用武之地。它的作用是监测黑客空间不同位置的二氧化碳水平,根据测量的二氧化碳水平自动打开/关闭强大的通风风扇,从而保持空间中的空气清洁降低 COVID-19 风险。

pYYBAGNke4SAaZG7AAE_EfzZJDk015.png
整体架构
 

二氧化碳监测器

在以下 4 个位置使用 CO2 监视器测量 CO2 水平:主要区域、视频工作室、走廊和洗手间。每个 CO2 监测器均由用于 AWS IoT EduKit 参考硬件的 M5Stack Core2 [3]、一个 NDIR CO2 传感器、2 个橙色迷你迷你面包板和一个 3D 打印外壳组成。

CO2 监测器每 10 秒将测量的 CO2 水平(以 ppm 为单位)发送到 AWS IoT Core。一旦 CO2 水平超过阈值600ppm ,显示颜色就会从绿色变为红色

 

换气扇

由于厨房油烟机内的风扇足够强大,可以从空间的每个小开口吸入干净的空气,因此仅靠它就可以为整个空间通风。

如果任何测量位置的 CO2 水平超过 600ppm 超过 1 分钟,AWS IoT Events 会触发操作,并且 AWS IoT Core 会发布一条 MQTT 消息以打开风扇。一旦升高的二氧化碳水平恢复正常,物联网事件就会再次触发关闭风扇的操作。这样整个通风过程就完全自动化了。

 
 
pYYBAGNke5SAHMgYAA6dbXN5n5w286.jpg
 
1 / 2风扇打开。(灯也亮着。)
 

风扇控制器

那么如何控制厨房油烟机内的风扇呢?有什么诀窍?

答案是另一个用于 AWS IoT EduKit 的 M5Stack Core2 位于厨房油烟机内并连接到风扇它看起来与二氧化碳监测器几乎相同,但有一个 SSR 单元而不是二氧化碳传感器。

SSR 通过连接器连接到风扇的主板,而 EduKit 由 AC 100-240V 至 DC 5V 电源模块供电,该电源模块从厨房抽油烟机内的交流电源线汲取电流快乐黑客!

 
 
 
pYYBAGNke52AAS5aABQpL9j6ruo697.jpg
 
1 / 2带有 AC 100-240V 至 DC 5V 电源模块的风扇控制器
 

仪表板

可以使用 AWS IoT SiteWise 控制面板实时查看测得的 CO2 水平。以防万一,CO2 水平也存储在 DynamoDB 中。

由于系统的动作阈值设置为 600ppm,因此 4 个测量点中任何一个的 CO2 水平很少超过 800ppm,这是 CDC 的推荐标准 [1]。

poYBAGNke6OAA8pAAAZeBlI1aDg475.png
二氧化碳监测仪表板
 

如何构建和设计注意事项

4 个二氧化碳监测器

避免使用超级便宜的 VOC 气体传感器,因为它们不是专门针对 CO2 的。我使用了一种相对便宜的、专门针对 CO2 的 NDIR(非色散红外)CO2 传感器 MH-Z19C [4]。该传感器需要 5V 电源并通过 UART(兼容 3.3V)输出传感器值。使用前不要忘记进行零点校准。

pYYBAGNke6WARJKoAAEqsSfvNKI250.png
NDIR CO2 传感器
 

适用于 AWS IoT EduKit 的 M5Stack Core2 带有一个 UART 端口(端口 C:GND、5V、Tx、Rx)[5],这使得该传感器成为完美的选择。我认为您可以轻松地为传感器设计一个自定义 HAT,因为端口位于 EduKit 的顶部。我使用 Fusion 360 创建了一个自定义 HAT 3d 模型和 .stl 文件,该文件包含在此项目中供您使用。

 
 
 
poYBAGNke6-Abt-SAASSzMsM6sg006.jpg
 
1 / 3定制帽子
 

要连接 EduKit 和传感器,您可以使用 Grove 通用 4 针电缆。只需将一个切成两半并连接公压接销和黑色外壳。

pYYBAGNke7WAQuGzAA5tvjYFLRo546.jpg
将公压接针连接到电缆
 

编程而言,我修改了AWS IoT EduKit 示例 - 基本 Arduino [6],使其每 10 秒向 AWS IoT Core 发送如下所示的 MQTT 消息。

{
  "id": 1,
  "co2": 531
}

确保在 main.cpp(CO2 Monitors)中更改主题名称和 id。

风扇控制器

厨房油烟机通常配有强大的交流换气扇。如果您可以将此风扇集成到二氧化碳监测系统中,则可以完全自动化空间通风。因此,我使用SSR 套件[7] 和 EduKit 破解了风扇,以便可以使用来自 AWS IoT Core 的 MQTT 消息打开/关闭它。是的,将常规事物转变为支持 AWS IoT 的事物真的很有趣!

 
 
 
pYYBAGNke72AMFqWAAs2p_Vd24k456.jpg
 
1 / 3SSR 套件(正面)
 

只需卸下控制面板电缆并将风扇控制器连接到风扇主板即可。不要忘记为厨房油烟机内的风扇控制器提供 5V 电压。我认为这个过程真的取决于你拥有的厨房油烟机型号。如果您需要帮助,请告诉我。

 
 
 
pYYBAGNke8OAYSsQAAqej_u6u1k099.jpg
 
1 / 2厨房油烟机内
 

就编程而言,我为风扇控制器修改了AWS IoT EduKit 示例 - Basic Arduino [6],以便它根据接收到的有效负载ditialWrites GPIO HIGH/LOW 。确保更改 main.cpp(风扇控制器)中的主题名称。

AWS 物联网核心

为 4 个 CO2 监测器设置总共 4 个规则,以将测量的 CO2 水平发送到

  • AWS 物联网事件
  • AWS IoT SiteWise
  • 亚马逊动态数据库
poYBAGNke8aAURi7AADIDlKdCzY338.png
规则动作
 

有关详细信息,请参阅rule.json

您可以使用 AWS CLI 和 JSON 文件重新创建规则。确保根据需要更改主题名称、输入名称、属性别名、资产名称和表名称。

AWS 物联网事件

我使用 AWS IoT Events 有以下三个原因。

  • 自然界中的传感器会为您提供瞬态的、异常高的、错误的值。
  • 风扇不应该如此频繁地打开/关闭。
  • 系统需要知道各个 CO2 监测器的状态。

设置具有NORMALVENT状态的探测器模型,并向通风风扇发送开启/关闭信号

pYYBAGNke8uAfCXpAAHPsEO6_QU757.png
 

如果 4 个 CO2 监测器中的任何一个持续输出高于阈值 (600ppm) 的 CO2 水平超过 1 分钟,则检测器应从 NORMAL 切换到 VENT 并发送打开风扇消息,例如

{
  "vent": 1, 
  "id": 1
}

一旦 CO2 水平低于阈值,检测器应从 VENT 切换到 NORMAL 并发送关闭风扇消息,例如

{
  "vent": 0, 
  "id": 1
}

设置检测器模型时,您可以为每个唯一键值创建检测器,也可以创建单个检测器。我选择了前一个选项,因为有 4 个 CO2 监测器,我需要知道哪个 CO2 监测器处于哪个状态。确保每个 CO2 监测器都发布带有其唯一标识符(1、2、3 和 4)的消息。

poYBAGNke82AA4K-AAC5i4cFn2o079.png
探测器
 

在为风扇控制器编写代码时,不要忘记有 4 个检测器。否则,当一个 CO2 监测器从 VENT 切换到 NORMAL 而另一个仍处于 VENT 状态时,系统将失败。如果其中一个检测器处于 VENT 状态,请确保风扇保持打开状态。

顺便说一句,当您做饭需要打开风扇时,请从 AWS IoT Core 发送 {"vent": 1, "id": 0}。要关闭它,请发送 {"vent": 0 "id": 0}。

有关详细信息,请参阅input.jsondetector-model.json

您可以使用 AWS CLI 和 JSON 文件重新创建检测器模型。

AWS IoT SiteWise

收集和存储物联网传感器数据比以往任何时候都更容易,但在数据可视化方面,仍然需要付出一些努力。因此,对于这个项目,我第一次尝试使用 AWS IoT SiteWise,我完全着迷于可视化传感器数据的简单程度。但请记住,每个仪表板用户每月花费 10 美元,我认为这是值得的。

我为空间建立了一个模型,它有 4 个测量定义,即主区域 CO2、视频演播室 CO2、走廊 CO2 和洗手间 CO2。该模型仅包含一项资产,即黑客空间。

详见model.jsonassets.json

您可以使用 AWS CLI 和 JSON 文件重新创建模型和资产。

结论

我想我能够 通过结合 M5Stack AWS IoT EduKit 参考硬件、基本的发布/订阅操作以及一些与 IoT 相关的有趣 AWS 服务,将Akihabara Hackerspace变成降低 COVID-19 风险的智能空间”之一!

我已经包含了为您重新创建项目所需的一切,我希望这个解决方案不仅可以帮助寻找自动通风系统的个人,还可以帮助组织线下活动的人。

最后,如果你有机会去东京,我们等你!!!

pYYBAGNke9GAFZz6AAJK_ihoc1M704.png
秋叶原黑客空间的 AWS IoT EduKit 聚会活动(2021 年 3 月)
 

参考

[1]建筑物的通风

[2]用于降低 COVID-19 风险的室内 CO2 传感器:当前指导和限制

[3] AWS IoT EduKit

[4] MH-Z19C NDIR CO2 传感器

[5] M5Stack AWS EduKit 底部示意图

[6] AWS IoT EduKit 示例 - 基本 Arduino

[7] K-00203 SSR 套件


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