基于NDIR的自動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)

方案介紹

在世界都處于疫情防控階段的情況下，同時(shí)也是自動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)的用武之地。它的作用是監(jiān)測(cè)二氧化碳水平在眾創(chuàng)不同點(diǎn)，自動(dòng)開啟/關(guān)閉功能強(qiáng)大的換氣風(fēng)扇取決于測(cè)量的二氧化碳水平，并保持空氣的空間干凈，因此降低 COVID-19 風(fēng)險(xiǎn)。

二氧化碳監(jiān)測(cè)儀

在以下 4 個(gè)位置使用 CO2 監(jiān)視器測(cè)量 CO2 水平：主要區(qū)域、視頻工作室、走廊和洗手間。每個(gè) CO2 監(jiān)測(cè)器由M5Stack Core2 for AWS IoT EduKit參考硬件、一個(gè) NDIR CO2 傳感器、2 個(gè)橙色迷你迷你面包板和一個(gè) 3D 打印外殼組成。

CO2 監(jiān)測(cè)器每 10 秒將測(cè)量的 CO2 水平（以 ppm 為單位）發(fā)送到 AWS IoT Core。一旦 CO2 水平超過閾值600ppm ，顯示顏色就會(huì)從綠色變?yōu)榧t色。

換氣扇

由于廚房抽油煙機(jī)內(nèi)的風(fēng)扇足夠強(qiáng)大，可以從空間的每個(gè)小開口吸入干凈的空氣，因此僅靠它就可以使整個(gè)空間通風(fēng)。

如果任何測(cè)量位置的 CO2 水平高于 600ppm 超過 1 分鐘，AWS IoT Events 將觸發(fā)一個(gè)操作，AWS IoT Core 會(huì)發(fā)布一條 MQTT 消息以打開風(fēng)扇。一旦升高的 CO2 水平恢復(fù)正常，IoT Events 將再次觸發(fā)關(guān)閉風(fēng)扇的操作。這樣整個(gè)通風(fēng)過程就完全自動(dòng)化了。

風(fēng)扇控制器

那么如何控制廚房油煙機(jī)內(nèi)的風(fēng)扇呢？有什么訣竅？

答案是另一個(gè)用于 AWS IoT EduKit 的 M5Stack Core2 位于廚房油煙機(jī)內(nèi)并連接到風(fēng)扇！它看起來與 CO2 監(jiān)測(cè)器幾乎相同，但有一個(gè) SSR 裝置而不是 CO2 傳感器。

SSR 通過連接器連接到風(fēng)扇的主板，EduKit 由 AC 100-240V 至 DC 5V 電源模塊供電，該模塊從廚房油煙機(jī)內(nèi)的交流電源線汲取電流。

儀表盤

可以使用 AWS IoT SiteWise 控制面板實(shí)時(shí)查看測(cè)量的 CO2 水平。為了以后分析，CO2 水平也存儲(chǔ)在 DynamoDB 中。

由于系統(tǒng)的動(dòng)作閾值設(shè)置為 600ppm，因此 4 個(gè)測(cè)量點(diǎn)中任何一個(gè)的 CO2 水平很少超過 800ppm，這是 CDC 的推薦標(biāo)準(zhǔn) 。

如何構(gòu)建和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
4 個(gè)二氧化碳監(jiān)測(cè)器

避免使用超便宜的 VOC 氣體傳感器，因?yàn)樗鼈儾皇轻槍?duì) CO2 的。我使用了一種相對(duì)便宜的、特定于 CO2 的 NDIR（非色散紅外）CO2 傳感器 MH-Z19C。該傳感器需要 5V 電源并通過 UART（兼容 3.3V）輸出傳感器值。使用前不要忘記進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)。

適用于 AWS IoT EduKit 的 M5Stack Core2 帶有一個(gè) UART 端口（端口 C：GND、5V、Tx、Rx），這使得該傳感器成為一個(gè)完美的選擇。我認(rèn)為您可以輕松地為傳感器設(shè)計(jì)自定義 HAT，因?yàn)樵摱丝谖挥?EduKit 的頂部。我使用 Fusion 360 創(chuàng)建了一個(gè)自定義 HAT 3d 模型和 .stl 文件，該文件包含在此項(xiàng)目中供您使用。

要連接 EduKit 和傳感器，您可以使用 Grove 通用 4 針電纜。只需將一個(gè)切成兩半，然后連接公壓接針和黑色外殼。

就編程而言，我修改了AWS IoT EduKit 示例 - 基本 Arduino ，使其每 10 秒向 AWS IoT Core 發(fā)送如下所示的 MQTT 消息。

確保在 main.cpp (CO2 Monitors) 中更改主題名稱和 ID。