GR20190100129A - Συσκευη μετρησης στοιχειων ατμοσφαιρικου αερα - Google Patents

Abstract

Μία συσκευή μέτρησης των συστατικών στοιχείων ατμοσφαιρικού αέρα η οποία μπορεί να περιλαμβάνει το κέλυφος, την υποδοχή εισροής αέρα, την κεντρική μονάδα επεξεργασίας, τουλάχιστον ένα μέσο επικοινωνίας, τη διάταξη τροφοδοσίας ενέργειας, και έναν ή περισσότερους αισθητήρες. Τουλάχιστον ένας από τους αισθητήρες έχει ευαισθησία τάξεως ίσης ή μεγαλύτερης του 1 σωματιδίου ανά δισεκατομμύριο. Η μέθοδος μέτρησης των συστατικών στοιχείων ατμοσφαιρικού αέρα μπορεί να περιλαμβάνει την μεταφορά της συσκευής στον τόπο μέτρησης. Η χρήση της συσκευής μπορεί να περιλαμβάνει την παρουσία της συσκευής στον μετρούμενο περιβάλλοντα χώρο, αλλά όχι την παρουσία του χρήστη στον ίδιο χώρο. Η συσκευή περιλαμβάνει τουλάχιστον ένα ενεργοποιητή.

Description

Συσκευή μέτρησης στοιχείων ατμοσφαιρικού αέρα

Σύντομη περιγραφή

[0001] Η παρούσα περιγραφή αφορά μία συσκευή μέτρησης συστατικών στοιχείων του ατμοσφαιρικού αέρα. Η συγκεκριμένη συσκευή είναι φορητή, έχει αυξημένη ευαισθησία και δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί σε εσωτερικούς ή εξωτερικούς χώρους, ανεξάρτητα από την παρουσία του χρήστη στο χώρο μέτρησης.

[0002] Υπάρχουν σήμερα εθνικά δίκτυα μέτρησης που περιλαμβάνουν μεγάλους σταθμούς μέτρησης αέριων ρύπων οι οποίοι, ενώ επιτρέπουν την καταγραφή των χρονικών μεταβολών της συγκέντρωσης των ρύπων στο εξωτερικό περιβάλλον, δεν υποστηρίζουν την παρακολούθηση των αέριων ρύπων στο εσωτερικό των κτιρίων και δεν παρέχουν επαρκή χωρική κάλυψη ούτε πληροφορίες για την προσωπική έκθεση των ατόμων, καθώς αυτή μπορεί να μεταβάλλεται σημαντικά.

[0003] Υπάρχουν επίσης φορητοί σταθμοί μέτρησης αέριων ρύπων οι οποίοι παίρνουν εφάπαξ μετρήσεις και δεν παρακολουθούν συνεχώς την ποιότητα του αέρα. Αυτό συνεπάγεται ότι οι σταθμοί αυτοί δεν παρέχουν επαρκή χρονική κάλυψη ούτε πληροφορίες για την προσωπική έκθεση των ατόμων στους εσωτερικούς χώρους.

[0004] Στην αγορά διατίθενται επίσης φορητές, ολοκληρωμένες, συσκευές μέτρησης που συνδυάζουν διάφορες στρατηγικές όπως τη διαμόρφωση της θερμοκρασίας, τη διαμόρφωση της ροής του αερίου και την απομάκρυνση των παρεμβαλλόμενων αερίων με τη χρήση φίλτρων και εξουδετεροποιητών αερίων. Οι συσκευές αυτές εμφανίζουν αυξημένη αξιοπιστία με δυνατότητα καταγραφής των αποτελεσμάτων σε 24ωρη βάση, αλλά σημαντικά υψηλότερο κόστος, καθιστώντας τες δυσπρόσιτες για τον μέσο καταναλωτή. Μια τέτοια συσκευή είναι η AQM65 της εταιρίας Aeroqual και παρουσιάζεται στο Σχήμα 1. Έχει μεγάλο μέγεθος (103 x 75 x 40 cm) και βάρος 65kg, υψηλή κατανάλωση ενέργειας που απαιτεί τροφοδοσία 220 V, εμποδίζοντας τη μετακίνησή της. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα απομακρυσμένης πρόσβασης του χρήστη στη συσκευή για να δει τις μετρήσεις. Τα συστήματα αισθητήρων είναι πολύπλοκα, απαιτούν την άντληση αέρα σε ειδική υποδοχή και απομάκρυνση του από άλλη υποδοχή, με αποτέλεσμα την επιπλέον κατανάλωση ενέργειας. Οι αισθητήρες έχουν ευαισθησία της τάξεως του 1 σωματιδίου ανά εκατομμύριο (ppm) που θεωρείται χαμηλή, ιδίως για λειτουργία σε εσωτερικό χώρο. Η αντικατάσταση του υπάρχοντος αισθητήρα με κάποιον μεγαλύτερης ευαισθησίας θα ήταν δύσκολη λόγω του ότι ο αισθητήρας δεν είναι αυτοδύναμος αλλά αποτελεί αναπόσπαστο μέρος ενός ιδιότυπου (custom) οικοσυστήματος που μοιάζει με κασέτα (cartridge) η οποία περιλαμβάνει αισθητήρες και, για παράδειγμα, στόμιο ελέγχου εκροής αερίου, βαλβίδα, πλυντρίδα καθαρισμού (βούρτσα), εξισορροποιητή υγρασίας και ηλεκτρονικά, τα οποία είναι σχεδιασμένα για το συγκεκριμένο αισθητήρα, έτσι ώστε να αντισταθμίζουν τις αδυναμίες του. Επομένως, ένας νέος αισθητήρας μεγαλύτερης ευαισθησίας θα απαιτούσε διαφορετικό, κατά παραγγελία φτιαγμένο hardware το οποίο να είναι εξατομικευμένο για αυτόν καθώς και ειδική συνδεσμολογία. Απαιτείται τόσο εξωτερική βαθμονόμηση στο εργαστήριο περιοδικά, όσο και βαθμονόμηση εν ώρα λειτουργίας της συσκευής μέσω συστήματος βαθμονόμησης υλοποιημένο στο hardware και ενσωματωμένο στη συσκευή, το οποίο αυξάνει τό κόστος και την πολυπλοκότητα.

[0005] Μια συσκευή που φαίνεται να αντιμετωπίζει τη δύσκολη φορητότητα και το αυξημένο κόστος περιγράφεται στο WO 2018/053433. Η συσκευή αυτή είναι φορητή, μετράει τους αέριους ρύπους στον χώρο που περιβάλλει το χρήστη, αποθηκεύει τις μετρήσεις και μπορεί να τις κάνει διαθέσιμες και σε άλλους χρήστες μέσω χρήσης πρωτοκόλλων απομακρυσμένης σύνδεσης. Η επεξεργασία των μετρήσεων είναι περιορισμένη, ενώ η συσκευή δεν παρέχει την δυνατότητα ρύθμισης της ποιότητας του αέρα σε εσωτερικούς χώρους, συνδεόμενη από απόσταση και ελέγχοντας άλλες συσκευές όπως π.χ. αφυγραντήρες, ιονιστές κλπ.

[0006] Επίσης, το σύστημα που περιγράφεται στο WO 02/063539 καλύπτει μεγαλύτερο ή/και συνεχή περιβάλλοντα χώρο γύρω από το χρήστη, εφόσον αυτός κινείται, αλλά οι μετρήσεις είναι κυρίως δειγματοληπτικές όσον αφορά στο χρόνο, και σκοπός του συστήματος αυτού είναι η δημιουργία μιας βάσης δεδομένων.

[0007] Η παρούσα περιγραφή στοχεύει να δώσει λύση σε όλους τους παραπάνω περιορισμούς. Επιπλέον, δεδομένου ότι το σύνολο των πηγών ρύπων σε εξωτερικούς χώρους μπορεί να διαφέρει από τις πηγές ρύπων σε εσωτερικούς χώρους, η προτεινόμενη λύση καλύπτει και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οποιοδήποτε χώρο, εσωτερικό ή εξωτερικό.

[0008] Η συσκευή μέτρησης συστατικών στοιχείων ατμοσφαιρικού αέρα μπορεί να περιλαμβάνει ένα ή περισσότερα κελύφη, την υποδοχή εισροής αέρα, έναν ή παραπάνω ηλεκτρονικούς επεξεργαστές, τουλάχιστον ένα μέσο επικοινωνίας, τη διάταξη τροφοδοσίας ενέργειας, και έναν ή περισσότερους αισθητήρες, με ευαισθησία τάξεως ίσης ή μεγαλύτερης του 1 σωματιδίου ανά δισεκατομμύριο (ppb). Αυτό επιτρέπει την πιο αξιόπιστη μέτρηση των στοιχείων του ατμοσφαιρικού αέρα, σε εσωτερικούς ή εξωτερικούς χώρους, δίνοντας τη δυνατότητα στον χρήστη να μετακινηθεί σε χώρους που είναι χαμηλότερης ατμοσφαιρικής ρύπανσης και πιο υγιεινοί για τον ίδιο.

[0009] Η συσκευή μέτρησης μπορεί να περιλαμβάνει έναν ή περισσότερους ενεργοποιητές, και έναν ή περισσότερους ασύρματους ή ενσύρματους προσαρμογείς κυκλώματος διασύνδεσης επικοινωνίας (communication interface adapter) μεταξύ της συσκευής και των ενεργοποιητών. Με τον τρόπο αυτό η συσκευή αφού κάνει και επεξεργαστεί τις απαραίτητες μετρήσεις, μπορεί να έχει τη δυνατότητα να προκαλέσει αυτόματη ενεργοποίηση συσκευών βελτίωσης ποιότητας του αέρα όπως είναι οι αεριστήρες και ο κλιματισμός, εξοικονομώντας ενέργεια από τη λειτουργία τους. Αποτέλεσμα αυτού είναι η προετοιμασία ενός καθαρού και υγιεινού περιβάλλοντος, ακόμα και από απόσταση.

[00010] Η μέθοδος μέτρησης συστατικών στοιχείων ατμοσφαιρικού αέρα με τη χρήση αυτής της συσκευής μέτρησης μπορεί να περιλαμβάνει τη μεταφορά της συσκευής στον τόπο μέτρησης. Αυτό επιτρέπει όχι μόνο την μέτρηση των ατμοσφαιρικών στοιχείων του περιβάλλοντος χώρου του χρήστη, λόγω της φορητότητας, αλλά και του ευρύτερου περιβάλλοντα χώρου όπως ένα γραφείο, ή μια αίθουσα γυμναστηρίου. Τα στοιχεία αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μελέτες παραγωγικότητας εταιρειών ή μελέτες εξοικονόμησης ενέργειας κτηρίων οδηγώντας σε πιο υγιεινά περιβάλλοντα εργασίας με χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας λόγω της ενεργοποίησης των κατάλληλων συσκευών μόνο κατά τα απαραίτητα χρονικά διαστήματα.

[0011] Η συσκευή που περιγράφεται μπορεί να είναι μικρού μεγέθους, φορητή, να περιλαμβάνει μικροεπεξεργαστική μονάδα υψηλών επιδόσεων και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Μπορεί να υποστηρίζει τη συγκομιδή ενέργειας από το περιβάλλον μέσω ολοκληρωμένου κυκλώματος όπως είναι τα φωτοβολταϊκά και τη μετατροπή κινητικής ενέργειας σε ηλεκτρική με αποτέλεσμα να μπορεί να λειτουργήσει και με μπαταρία επιτρέποντας τη φορητότητα. Σχετικά με τη συλλογή μετρήσεων, μπορεί να λειτουργήσει και χωρίς την άντληση του αέρα στους αισθητήρες. Όσον αφορά στη βαθμονόμηση, η οποία μπορεί να είναι συνεχής και δυναμική, μπορεί να υλοποιείται από το software. Επίσης, λόγω της εξ'αποστάσεως πρόσβασης, μπορεί να γίνει συντήρηση της συσκευής, δηλαδή ανάλυση της λειτουργίας της συσκευής, διάγνωση λαθών και διόρθωσή τους χωρίς να απαιτείται φυσική πρόσβαση του μηχανικού στη συσκευή, σε όποιο σημείο του πλανήτη κι αν βρίσκεται. Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά μπορούν να την κάνουν προσιτή στον οποιοδήποτε χρήστη, καθώς η συσκευή μπορεί να είναι μικρή σε μέγεθος, ελαφριά και φορητή, καθώς και χαμηλότερου κόστους.

Σύντομη περιγραφή των σχημάτων

[0012] Η σύντομη περιγραφή παραπάνω, καθώς και η εκτενής περιγραφή που ακολουθεί, θα γίνει καλύτερα κατανοητή εφόσον διαβάζεται σε συνδυασμό με τα σχήματα που επιδεικνύονται. Με σκοπό την απεικόνιση, στα σχήματα δείχνονται συγκεκριμένες εκδοχές της παρούσας περιγραφής. Παρόλα αυτά, θα πρέπει να είναι κατανοητό ότι η παρούσα περιγραφή δεν περιορίζεται στη συγκεκριμένη εκδοχή και στα εμφανιζόμενα χαρακτηριστικά. Τα συνοδευτικά σχήματα, τα οποία εμπεριέχονται και αποτελούν μέρος της περιγραφής, παρουσιάζουν την υλοποίηση συσκευών σύμφωνων με την παρούσα περιγραφή, και, μαζί με αυτή, χρησιμεύουν στην επεξήγηση πλεονεκτημάτων και αρχών σύμφωνων με την παρούσα περιγραφή.

[0013] Το σχήμα 1 παρουσιάζει τη συσκευή AQM65 που είναι διαθέσιμη στο εμπόριο, όπως αυτή έχει δημοσιοποιηθεί στον οδηγό χρήσης της συσκευής.

[0014] Το σχήμα 2 δείχνει μια προοπτική απεικόνιση ενός ενδεικτικού κελύφους της συσκευής της παρούσας εφεύρεσης.

[0015] Το σχήμα 3 Α δείχνει ένα ενδεικτικό σχέδιο της μπροστινής όψης της ίδιας συσκευής.

[0016] Το σχήμα 3Β δείχνει ένα άλλο ενδεικτικό σχέδιο της μπροστινής όψης της συσκευής.

[0017] Το σχήμα 3Γ δείχνει ένα διαφορετικό ενδεικτικό σχέδιο της μπροστινής όψης της συσκευής.

[0018] Το σχήμα 4Α δείχνει στην μπροστινή όψη και στην πίσω όψη της πλακέτας έναν ενδεικτικό γενικό σχεδίασμά της χωροταξίας των εξαρτημάτων (hardware) που συνθέτουν την συσκευή.

[0019] Το σχήμα 4Β δείχνει στην μπροστινή όψη και στην πίσω όψη της πλακέτας έναν ενδεικτικό γενικό σχεδίασμά της χωροταξίας των εξαρτημάτων (hardware) που συνθέτουν την συσκευή, και την εξωτερική σύνδεση του ενεργοποιητή.

[0020] Το σχήμα 5 δείχνει ένα σχεδιάγραμμα ενός ενδεικτικού τρόπου επικοινωνίας των εξαρτημάτων (hardware) της συσκευής.

[0021] Τα σχήματα 6Α, 6Β, 6Γ και 6Δ δείχνουν εναλλακτικές ενδεικτικές πιο λεπτομερείς τρόπους σύνδεσης και επικοινωνίας των εξαρτημάτων (hardware) της συσκευής.

[0022] Το σχήμα 7 δείχνει την γενική αρχή χρήσης / αρχιτεκτονικής της συσκευής.

Λεπτομερής περιγραφή

[0023] Η φρασεολογία και ορολογία που χρησιμοποιείται παρακάτω είναι για το σκοπό της περιγραφής και δεν πρέπει να θεωρηθούν περιοριστικές. Για παράδειγμα, η χρήση του ενικού βαθμού, όπως «ένα» δεν σκοπεύει να καθορίσει τον αριθμό των πραγμάτων. Επίσης, η χρήση τοπικών αντωνυμιών όπως «πάνω», «κάτω», «αριστερά», «δεξιά», «στο πλάι» κλπ. χρησιμοποιούνται στην περιγραφή για λόγους σαφήνειας ορισμένων στοιχείων των σχημάτων και δεν σκοπεύουν να περιορίσουν το εύρος της παρούσας περιγραφής ή των συνοδευτικών αξιώσεων.

Επιπλέον, θα πρέπει να είναι κατανοητό ότι οποιοδήποτε από τα χαρακτηριστικά της παρούσας περιγραφής μπορεί να χρησιμοποιηθεί αυτόνομα ή σε συνδυασμό με άλλα χαρακτηριστικά. Άλλα λειτουργικά ισοδύναμα συστήματα, μέθοδοι, χαρακτηριστικά, χρήσεις και πλεονεκτήματα της παρούσας περιγραφής θα είναι εμφανή σε κάποιον ειδικό στο σχετικό τεχνικό τομέα μετά από εξέταση των σχημάτων και της περιγραφής. Όλα τα πρόσθετα συστήματα, μέθοδοι, χαρακτηριστικά, χρήσεις και πλεονεκτήματα στοχεύεται να είναι στα πλαίσια της παρούσας περιγραφής και να προστατευτούν από το εύρος των συνοδευτικών αξιώσεων.

[0024] Η συσκευή (100) της παρούσας περιγραφής, όπως φαίνεται στα σχήματα 2 και 3, αποτελείται από ένα εξωτερικό κέλυφος (201), το οποίο αποτελείται από το μπροστινό κομμάτι (203) και το πίσω κομμάτι (205). Ανάμεσα στο μπροστινό και το πίσω κομμάτι (203), (205) υπάρχει μια ενδιάμεση πλακέτα (207) η οποία περικλείεται εντός των δύο εξωτερικών κομματιών του κελύφους.

[0025] Καθένα από το μπροστά κομμάτι (203) και το πίσω κομμάτι (205) του εξωτερικού κελύφους έχει την πάνω πλευρά (2031), (2051), την κάτω πλευρά (2035), (2055), τη δεξιά και την αριστερή πλευρά (2037), (2057) και (2039), (2059) και την εξωτερική πλευρά (2033), (2053). Στις πάνω πλευρές (2031), (2051) και / ή στις εξωτερικές πλευρές (2033), (2053) μπορεί να υπάρχουν μία ή περισσότερες υποδοχές εισροής και εκροής αέρα (209) για την εισροή και απομάκρυνση του αέρα προς μέτρηση. Εξαιτίας των υποδοχών αυτών η ροή του αέρα μπορεί να γίνεται αβίαστα, χωρίς τη χρήση αντλίας, με αποτέλεσμα την χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας κατά τη χρήση της συσκευής. Παρ’ όλα αυτά, η επιλεκτική ύπαρξη αντλίας αέρα (417) εντός του κελύφους, μπορεί να διασφαλίσει την ανεμπόδιστη λειτουργία της συσκευής ακόμα και όταν υπάρχει άπνοια. Η αντλία αέρα (417) μπορεί να λειτουργήσει μόνο μετά από επιλογή του χρήστη, ή μετά από εντολή που προέρχεται από το λογισμικό της ίδιας της συσκευής. Επομένως η αντλία δεν βρίσκεται σε διαρκή λειτουργία. Στην εξωτερική πίσω πλευρά (2053) του κελύφους μπορεί να υπάρχουν πρόσθετες θυρίδες (211) για την απαγωγή της θερμότητας που παράγεται κατά τη χρήση της συσκευής ή λόγω της παρατεταμένης έκθεσης της συσκευής στον ήλιο. Στις πάνω πλευρές (2031), ( 2051), μπορεί να υπάρχουν ένα ή περισσότερα φωτοβολταΐκά στοιχεία για την συγκομιδή ενέργειας από την ηλιακή ακτινοβολία και τη φόρτιση της μπαταρίας όταν η συσκευή είναι τοποθετημένη σε εξωτερικό χώρο. Στην περίπτωση αυτή το κέλυφος μπορεί να είναι κατασκευασμένο από αδιάβροχο υλικό, για παράδειγμα σύμφωνα με το πρότυπο IP 65.

[0026] Στην κάτω πλευρά του μπροστινού και του πίσω κομματιού (2035), (2055) μπορεί να υπάρχουν στηρίγματα (213) που να επιτρέπουν την ροή του αέρα και κάτω από τη συσκευή.

[0027] Στην μπροστινή εξωτερική πλευρά (2033) μπορεί να υπάρχει μια ή περισσότερες οθόνες (215), (315) στην οποία ο χρήστης μπορεί να διαβάζει τις μετρούμενες τιμές. Η οθόνη μπορεί να είναι αφής και να επιτρέπει στον χρήστη να επιλέγει ή να ρυθμίζει τις διάφορες λειτουργίες της συσκευής. Ενώ στα σχήματα 2 και 3 φαίνεται η οθόνη (215), (315), η συσκευή μπορεί να μην περιέχει δική της οθόνη αλλά να συνδέεται με άλλη εξωτερική οθόνη ή να εμφανίζει τις μετρήσεις και τις διάφορες επιλογές που παρέχει στο χρήστη μέσω της οθόνης κάποιας άλλης συσκευής, για παράδειγμα μέσω της οθόνης ενός κινητού τηλεφώνου, της ενημερωτικής οθόνης σε δημόσιο χώρο, της οθόνης ενός ωρολογίου, ή της οθόνης της τηλεόρασης ή μέσω εφαρμογής τύπου φυλλομετρητή ιστού (web browser).

[0028] Πάνω στην μπροστά εξωτερική πλευρά (2033) μπορεί να υπάρχει και ένας διακόπτης (217) που να θέτει σε λειτουργία ή να σταματάει τη λειτουργία της συσκευής (ΟΝ / OFF). Στο σχήμα 2 φαίνεται μια ενδεικτική θέση για τον διακόπτη (217), ο οποίος όμως μπορεί να βρίσκεται σε οποιαδήποτε άλλη θέση πάνω στην πάνω πλευρά (2031), (2051), στην δεξιά πλευρά (2037), (2057), στην αριστερή πλευρά (2039), (2059) ή στην εξωτερική πλευρά (2033), (2053) του κελύφους.

[0029] Πάνω στην ενδιάμεση πλακέτα (207) υπάρχουν τα εσωτερικά εξαρτήματα (hardware) της συσκευής που καθορίζουν και τις λειτουργίες της. Στο σχήμα 4Α απεικονίζεται μια ενδεικτική διάταξη των εξαρτημάτων, η οποία μπορεί να αλλάξει ανάλογα με τον αριθμό των εξαρτημάτων και το διαθέσιμο χώρο που επιτρέπει το σχέδιο του κελύφους. Ένας ή περισσότεροι ενεργοποιητές (408), για παράδειγμα ρελέ, φίλτρο αέρα, μπορεί να αποτελούν μέρος της ίδιας της συσκευής (100), αφού ένας ή περισσότεροι από τους ενεργοποιητές (408) βρίσκεται εντός του κελύφους (201) της συσκευής (100).

[0030] Όπως (ραίνεται στο σχήμα 4Α, στο πάνω μέρος της πλακέτας (207) είναι τοποθετημένοι ένας ή περισσότεροι αισθητήρες (401). Το σύνολο των αισθητήρων (401) μπορεί να περιλαμβάνει αισθητήρες οποιουδήποτε τύπου, κατά προτίμηση αισθητήρες περιορισμένου μεγέθους ή αισθητήρες μινιατούρες, όπως αισθητήρες που έχουν παραχθεί με τεχνολογίες εκτύπωσης, αισθητήρες αερίων (printed gas sensors), αισθητήρες στάθμης υποστρώματος, αισθητήρες μετάλλων (MOS sensors), μικροηλεκτρομηχανικοί αισθητήρες (MEMS sensors), αισθητήρες πίεσης και θερμοκρασίας, ηλεκτροχημικοί αισθητήρες ή εκτυπωμένοι ηλεκτροχημικοί αισθητήρες, ολοκληρωμένο κύκλωμα αισθητήρων, οπτικοί αισθητήρες, αισθητήρες υγρασίας, νανοαισθητήρες ή αισθητήρες σύνθετων υλικών.

[0031] Οι αισθητήρες (401) μπορούν να μετρήσουν συγκεκριμένα συστατικά στοιχεία και την ποιότητα του ατμοσφαιρικού αέρα. Ενδεικτικά αναφέρουμε: οξυγόνο, όζον, μονοξεΐδιο του αζώτου, μονοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του άνθρακα, ατμοσφαιρικό μεθάνιο, διοξείδιο του θείου, οξείδια του αζώτου, προϊόντα ατελούς καύσης του άνθρακα όπως αιθάλη, πτητικές ενώσεις του άνθρακα (VOC), γύρη, Μόλυβδο (Pb), επίπεδο υγρασίας, θερμοκρασία, σωματίδια (PM 1, ΡΜ2,5, ΡΜ 10) για παράδειγμα σκόνης. Επίσης οι αισθητήρες μπορεί να μετρήσουν και παραμέτρους που σχετίζονται με τη θερμική άνεση όπως είναι η φωτεινότητα (luminocity), η ταχύτητα του αέρα (air speed), η μέση ανακλώμενη θερμότητα (mean radiant temperature) καθώς και παρουσία και ποσότητα μικροβίων στον αέρα ή / και σε εκτεθειμένες επιφάνειες όπως είναι τα κλιματιστικά, οι συσκευασίες τροφίμων και οι χώροι των νοσοκομείων. Οι αισθητήρες (401) έχουν ευαισθησία τουλάχιστον της τάξεως του 1 σωματιδίου ανά δισεκατομμύριο (1 ppb). Επίσης, με σκοπό την επίτευξη πιο ακριβούς μέτρησης, και χαμηλότερης κατανάλωσης ενέργειας, προτιμώνται αναλογικοί αισθητήρες. Ανάλογα με τις ανάγκες του χρήστη σε ακρίβεια μέτρησης είναι δυνατόν όλοι οι αισθητήρες να είναι αναλογικοί και μεγάλης ευαισθησίας, όλοι οι αισθητήρες να είναι ψηφιακοί και διαφορετικής ευαισθησίας, ή κάθε αισθητήρας να είναι διαφορετικής ευαισθησίας και να επιλεχθεί αν θα είναι αναλογικός ή ψηφιακός.

[0032] Γενικά η ακρίβεια μέτρησης των διαφόρων συσκευών στηρίζεται εκτός από τις προδιαγραφές τους και στην βαθμονόμησή τους σε τακτά χρονικά διαστήματα με τη βοήθεια κατάλληλων πιστοποιημένων συσκευών βαθμονόμησης. Οι αισθητήρες (401) που χρησιμοποιούνται στην συσκευή που παρουσιάζεται στην παρούσα περιγραφή απαιτούν μια αρχική βαθμονόμηση στο εργαστήριο είτε με χρήση εξωτερικών συσκευών, ή με χρήση αερίων βαθμονόμησης γνωστής συγκέντρωσης (calibration gas) ή με αναγωγή στις μετρήσεις συσκευής αναφοράς. Στη συνέχεια, η βαθμονόμησή τους μπορεί να είναι συνεχής, δυναμική και αυτόματη, ενώ ενδέχεται να χρειάζεται και κάποια συμπληρωματική βαθμονόμηση στο εργαστήριο σε αραιά διαστήματα. Η αυτόβαθμονόμηση της συσκευής μπορεί να στηρίζεται στο λογισμικό που περιλαμβάνει η κεντρική μονάδα επεξεργασία (Central Processing Unit - CPU) (405) της συσκευής, υποστηρίζοντας το αυτόματο σύστημα βαθμονόμησης της συσκευής, όπως θα δειχθεί στη συνέχεια. Είναι ταυτόχρονα δυνατό, αν κάποιος χρήστης το επιθυμεί, να συνδέσει στη συσκευή μια συμβατική εξωτερική συσκευή βαθμονόμησης, η οποία δε φαίνεται στα σχήματα.

[0033] Οι αισθητήρες (401) που περιέχονται σε μία συσκευή μπορεί να είναι ανεξάρτητοι ο ένας από τον άλλον ή ένας αισθητήρας να μετράει παραπάνω από ένα στοιχείο. Ο αριθμός των αισθητήρων που περιέχεται μέσα στη συσκευή μπορεί να μην είναι σταθερός αλλά να εξαρτάται από τον αριθμό και το είδος των στοιχείων που επιθυμεί να μετρήσει ο καταναλωτής. Η συσκευή επομένως μπορεί να έχει διαφορετικές δυνατότητες μέτρησης, και να μπορεί να προσαρμοστεί στις ανάγκες του χρήστη.

[0034] Αν η συσκευή περιέχει τουλάχιστον έναν αναλογικό αισθητήρα (401), τότε ο αισθητήρας αυτός μπορεί να συνεργάζεται με τουλάχιστον έναν μετατροπέα αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (ADC) (403). Ο μετατροπέας (403) θα μετατρέψει το αναλογικό σήμα σε ψηφιακό πριν το στείλει για επεξεργασία στον ηλεκτρονικό επεξεργαστή (405). Για λόγους οικονομίας χώρου εντός της συσκευής, ο μετατροπέας (403) μπορεί να είναι πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος η οποία μπορεί να περιλαμβάνει και άλλα στοιχεία επεξεργασίας σήματος όπως φίλτρα, ενισχυτές σήματος, που δεν φαίνονται στα συνοδευτικά σχήματα. Τα φίλτρα, οι ενισχυτές σήματος και οι προσαρμογείς κυκλώματος διασύνδεσης επικοινωνίας μπορεί να περιλαμβάνονται και μέσα στον αισθητήρα, ή ο αισθητήρας μπορεί να συνοδεύεται από τυπωμένο κύκλωμα (οδηγός αισθητήρα - sensor interface) που να τα περιλαμβάνει. Για παράδειγμα, το σύνολο των αισθητήρων (401) μπορεί να αποτελείται από την τυπωμένη πλακέτα - οδηγό (4011) με έναν αριθμό οπών (4013) και ισάριθμους αισθητήρες (401), οι οποίοι προσαρμόζονται στις οπές (4013) και επικοινωνούν με την πλακέτα-οδηγό (4011). Η πλακέτα-οδηγός (4011) μπορεί να οδηγεί όλους ή μερικούς από τους αισθητήρες (401). Οι αισθητήρες (401) μπορεί να μην έχουν οδηγό, αλλά όταν έχουν, η πλακέτα-οδηγός (4011) μαζί με τον μετατροπέα (403) μπορεί να αποτελούν ενιαίο τυπωμένο κύκλωμα, ή μπορεί να υπάρχουν και τα δύο ανεξάρτητα όπως φαίνεται και στο Σχήμα 4Α. Επιπλέον, ο αναλογικός αισθητήρας είναι δυνατό να συνδεθεί με μια εξωτερική ή εσωτερική συσκευή μετατροπής του σήματος σε ψηφιακό. Στην περίπτωση που τουλάχιστον ένας από τους αισθητήρες (401) είναι ψηφιακός, τότε μπορεί να συνδεθεί απευθείας πάνω στην κεντρική μονάδα επεξεργασίας παρακάμπτοντας το (403).

[0035] Στο πάνω δεξιά μέρος της πλακέτας (207) υπάρχει το σύστημα επικοινωνίας (407) της συσκευής. Το σύστημα επικοινωνίας (407) μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τους αισθητήρες (401) για την επικοινωνία με έναν ή περισσότερους ενεργοποιητές (408), δημιουργώντας ένα ή περισσότερα κυκλώματα διασύνδεσης επικοινωνίας των αισθητήρων και των ενεργοποιητών. Ενώ οι ενεργοποιητές μπορεί να περιλαμβάνονται στην περιγραφόμενη συσκευή, μπορεί να μην είναι μέρος της ίδιας της συσκευής, όπως (ραίνεται στο σχήμα 4Β. Σκοπός της επικοινωνίας μπορεί να είναι η ενεργοποίηση/απενεργοποίηση, η μεταβολή της ταχύτητας λειτουργίας συσκευών διαχείρισης της ποιότητας του αέρα, για παράδειγμα αφυγραντήρα, συσκευής κλιματισμού, ανεμιστήρα, φίλτρου αέρα, συστήματος σκίασης, Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας, μπορεί να επικοινωνεί άμεσα με τους ενεργοποιητές, με φυσική διασύνδεση του ενεργοποιητή με τη συσκευή μέσω προσαρμογέων κυκλωμάτων διασύνδεσης επικοινωνίας όπως είναι το CoAp, MQTT, LWM2M, Mod-Bus, CAN -Bus, RS485 αλλά είναι δυνατό να επικοινωνούν απομακρυσμένα είτε μέσω μίας τρίτης συσκευής-μεταφραστή (410) η οποία να "μεταφράζει" τις εντολές για ενεργοποίηση ανάλογα με τις διάφορες τεχνολογίες ενεργοποιητών. Επίσης μπορεί να επικοινωνούν και μέσω του υπολογιστικού νέφους. Ο μεταφραστής (410) μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα, ή περισσότερα από ένα ταυτόχρονα, από τα διαθέσιμα πρωτόκολλα επικοινωνίας, για παράδειγμα Bluetooth, σύστημα επικοινωνίας κοντινού πεδίου (NFC), RF (Radio-Frequency), IR (infrared) καλώδιο, WiFi, καθώς και τα πρωτόκολλα του Διαδικτύου των Πραγμάτων (Internet of Things -ΙοΤ), για παράδειγμα, Zigbee, XBee, 802.15.4, 6LowPAN, Lora, Mod-Bus, CAN-Bus, RS485 ή τα πρωτόκολλα Μηχανής-προς-μηχανή (Machine-to-Machine - Μ2Μ), για παράδειγμα, CoAp, MQTT, LWM2M, καθώς και μέσω κυψελωτών δικτύων και GPS. Επίσης, ο μεταφραστής 410 μπορεί να λειτουργεί αυτόνομα ή να ενσωματωθεί σε συστήματα αυτοματισμού έξυπνων κτιρίων, όπως για παράδειγμα σε Business Management Systems (ή Technical Building Systems). Με σκοπό τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας θα ήταν πιο επιθυμητή η χρήση πρωτοκόλλων επικοινωνίας χαμηλής ενέργειας, για παράδειγμα το Bluetooth Low Energy (BLE) και το Narrow Band ΙοΤ (NB - ΙοΤ). Στην περίπτωση που οι αισθητήρες έχουν ενσωματωμένο σύστημα επικοινωνίας, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιεί ένα ή περισσότερα από τα παραπάνω πρωτόκολλα επικοινωνίας, το σύστημα επικοινωνίας (407) της συσκευής μπορεί να χρησιμοποιείται επικουρικά, ανάλογα με την τεχνολογία του ενεργοποιητή, εναλλακτικά, για παράδειγμα σε περίπτωση βλάβης του συστήματος επικοινωνίας του αισθητήρα, ή να μην υπάρχει μέσα στη συσκευή.

[0036] Όπως φαίνεται στα σχήματα 4Α και 4Β, στο κάτω μέρος της πλακέτας βρίσκεται η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) (405), η οποία μπορεί να είναι μικροεπεξεργαστής υψηλών επιδόσεων και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, υπολογιστής μίας πλακέτας (Rasberry pi - Rpi), μικροελεγκτής, ή διάταξη πεδιακά προγραμματιζόμενων πυλών (Field Programmable Gate Array - FPGA). Ένας ειδικός στο σχετικό τεχνικό τομέα μπορεί να κατανοήσει ότι η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) (405) μπορεί να βρίσκεται χωροταξικά σε οποιοδήποτε άλλο σημείο της πλακέτας. Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (405) μπορεί να συλλέξει και να αναλύσει τα δεδομένα από τους αισθητήρες (401), να συλλέξει μόνο τις μετρήσεις και να τις αποθηκεύσει σε κάποια βάση δεδομένων, ή να ταιριάξει (match) τις μετρήσεις με κάποια προκαθορισμένη ενέργεια π.χ. επαληθεύοντας τις συνθήκες κάποιο λογικού κανόνα, και να προκαλέσει την ενέργεια αυτή π.χ. ενεργοποίηση/απενεργοποίηση κάποιου ενεργοποιητή, ή να στείλει τις μετρήσεις σε κάποιον άλλο επεξεργαστή εξωτερικά της συσκευής, για παράδειγμα σε ένα κινητό τηλέφωνο, ή σε μια άλλη συσκευή ίδιου τύπου, δημιουργώντας έτσι ένα δίκτυο τοπολογίας πλέγματος (mesh), ή να στείλει τις μετρήσεις στο υπολογιστικό νέφος (cloud). Η συλλογή των μετρήσεων γίνεται μέσω διασύνδεσης της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας με τους αισθητήρες με διαφορετικούς ενσύρματους προσαρμογείς κυκλωμάτων διασύνδεσης επικοινωνίας όπως για παράδειγμα μέσω σειριακής περιφεριακής διεπαφής (SPI), διασυνδεδεμένου κυκλώματος (I2C), διαύλου Παγκόσμιου Ασύγχρονου Δέκτη - Πομπού (UART), GPIO ή και ασύρματα (π.χ. BLE, Zigbee, 6LowPAN, 802.15.14, Lora, NB-Iot, LWM2M).

Εναλλακτικά ο αισθητήρας και η κεντρική μονάδα επεξεργασίας μπορεί να συνυπάρχουν στην ίδια συσκευή, δηλαδή ο αισθητήρας να συμπεριλαμβάνει την επεξεργαστική μονάδα, έτσι ώστε η ανταλλαγή δεδομένων να γίνεται τοπικά μέσα στο ίδιο ολοκληρωμένο κύκλωμα. Στην περίπτωση αυτή, κάποιες από τις μετρήσεις μπορεί να τις εξυπηρετεί ο αισθητήρας μόνος του και κάποιες άλλες να τις στέλνει στη κεντρική μονάδα επεξεργασίας, δημιουργώντας ένα δίκτυο τοπολογίας αστέρα με την κεντρική μονάδα επεξεργασίας στο κέντρο. Επίσης, η Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας μπορεί να βρίσκεται σε κατάσταση αδράνειας (χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας) ενώ επικοινωνεί περιοδικά με τους αισθητήρες και όταν ανιχνεύσει μια κάτάσταση που ένας από τους αισθητήρες έχει νέα δεδομένα για μετάδοση ή και επεξεργασία να ενεργοποιείται για να εξυπηρετήσει αυτά τα νέα δεδομένα, εξοικονομώντας ενεργειακούς πόρους (μπαταρία). Επίσης η Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας μπορεί να διασυνδεθεί με σύστημα αναγνώρισης φωνής, το οποίο μπορεί να ενσωματωθεί στη συσκευή για να δέχεται φωνητικές εντολές για παράδειγμα σχετικά με την απεικόνιση της τρέχουσας τιμή κάποιου συστατικού της ποιότητας αέρα ή την ενεργοποίηση κάποιου ενεργοποιητή.

[0037] Πάνω στην πλακέτα μπορεί να υπάρχουν οι απαραίτητες θύρες (411) για τη σύνδεση άλλων εξωτερικών συσκευών και αποθηκευτικών μέσων, όπως θύρες USB και micro-USB, θύρες Mod-Bus, CAN-Bus, RS485 για την άμεση σύνδεση ενεργοποιητών, θύρες (413) για τη σύνδεση εξωτερικής οθόνης, για παράδειγμα Ούρα HDMI, θύρες (415) για την σύνδεση της συσκευής στο ρεύμα. Καθεμιά από τις θύρες είναι προσβάσιμες μέσω ενός ανοίγματος πάνω στο κέλυφος της συσκευής.

[0038] Η συσκευή, συμπληρωματικά της δυνατότητας σύνδεσης σε παροχή ρεύματος, ή εναλλακτικά αυτής, μπορεί να περιλαμβάνει σύστημα συλλογής ενέργειας και αποθήκευσης ενέργειας (409). Η συγκομιδή ενέργειας μπορεί να γίνει από το περιβάλλον μέσω ολοκληρωμένου συστήματος όπως τα φωτοβολταϊκά, τα οποία μπορούν να καλύπτουν ένα τμήμα του κελύφους της συσκευής. Επίσης μπορεί να γίνει από τη μετατροπή της κινητικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Η παραγόμενη ενέργεια μπορεί να αποθηκευτεί σε μια μπαταρία που μπορεί να βρίσκεται εντός της συσκευής ή να συνδέεται εξωτερικά.

[0039] Η συσκευή μπορεί να περιέχει ένα μη-πτητικό μέσο αποθήκευσης δεδομένων, παραδείγματος χάριν, σκληρό δίσκο, κάρτα μνήμης κλπ. που δεν φαίνεται στα σχήματα.

Λόγω του ότι πολλές φορές η χρήση του σκληρού δίσκου δεν υποστηρίζεται από μικρούς επεξεργαστές και έχει υψηλές απαιτήσεις σε κατανάλωση ρεύματος, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μία ή περισσότερες κάρτες μνήμης, π.χ., SD (Secure- Digital) αντί για εξωτερικό δίσκο. Σε μια από τις κάρτες αυτές μπορεί να αποθηκευτεί το λειτουργικό σύστημα, έαν υποστηρίζεται, ή / και το λογισμικό διαχείρισης ποιότητας αέρα (air quality manager). Εναλλακτικά, το λογισμικό διαχείρισης ποιότητας αέρα μπορεί να είναι αποθηκευμένο σε ένα εξωτερικό μέσο ή να είναι ενσωματωμένο στη μνήμη της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας.

[0040] Το λογισμικό διαχείρισης ποιότητας αέρα (air quality manager) μπορεί να περιέχει λογισμικό συλλογής, προ-επεξεργασίας, προληπτικής ανάλυσης, σύνοψης, απεικόνισης, κατανεμημένης επεξεργασίας, χαρτογράφησης δεδομένων ποιότητας αέρα καθώς και λογισμικό αυτόματου ελέγχου ενεργοποιητών, διάχυτου υπολογισμού και ηλεκτρονικής επαλήθευσης ταυτότητας. Ένας ειδικός στον σχετικό τεχνικό τομέα μπορεί να κατανοήσει ότι τα επιμέρους τμήματα του λογισμικού διαχείρισης ποιότητας αέρα που αναφέρονται είναι παραδείγματα και ότι το λογισμικό διαχείρισης ποιότητας αέρα μπορεί να χρησιμοποιεί και να περιλαμβάνει διαφορετικά κατάλληλα λογισμικά, μεθόδους και αλγορίθμους που μπορούν να εφαρμοστούν και / ή να βελτιστοποιήσουν τη λειτουργία της συσκευής.

[0041] Το λογισμικό συλλογής περιλαμβάνει όλες τις απαραίτητες βιβλιοθήκες λογισμικού, μεθόδους και αλγορίθμους για τη διασύνδεση της Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας με τους αισθητήρες είτε μέσω διαφορετικών προσαρμογέων κυκλωμάτων διασύνδεσης επικοινωνίας όπως για παράδειγμα τα SPI, I2C, UART, GPIO ή μέσα στο ίδιο ολοκληρωμένο κύκλωμα. Επίσης, το λογισμικό συλλογής περιλαμβάνει τις βιβλιοθήκες λογισμικού και μεθόδους και αλγορίθμους για την ανάκτηση των μετρήσεων και την οδήγηση του αισθητήρα ώς προς διάφορες παραμέτρους, όπως για παράδειγμα ο ρυθμός δειγματοληψίας και η δομή των μετρήσεων.

[0042] Το λογισμικό προ-επεξεργασίας δεδομένων διορθώνει το σφάλμα στη μέτρηση, δηλαδή εξισορροπεί την υγρασία και τη θερμοκρασία, διορθώνει την ολίσθηση της γραμμής στάθμης, διαχωρίζει τις τιμές διαφορετικών ρύπων που διαβάζονται από τον ίδιο αισθητήρα και επηρεάζουν η μία την άλλη (εγκάρσια ευαισθησία αισθητήρα, όπως συμβαίνει στον αισθητήρα που μετράει ταυτόχρονα όζον και οξείδια του αζώτου), αναιρεί τον ηλεκτρονικό θόρυβο, και επιμηκύνει τη διάρκεια ζωής του αισθητήρα, με τουλάχιστον μια μέθοδο, για παράδειγμα με αναγωγή στις μετρήσεις συσκευής αναφοράς, στιγμιαίες ή συνοπτικές, υπολογίζοντας το βαθμό συσχέτισης (correlation) και την ακρίβεια, δηλαδή κάνει βαθμονόμηση. Το λογισμικό αυτό κάνει επίσης καθαρισμό, εναρμονισμό και σύντηξη δεδομένων με τουλάχιστον μια μέθοδο, για παράδειγμα με απομάκρυνση των outliers (καθαρισμός), θεωρία ενδείξεων (σύντηξη), οντολογίες, rulebased συστήματα (εναρμονισμός), βελτιώνοντας έτσι την ποιότητα των μετρήσεων. Επίσης μπορεί να υπολογίσει την άμεση σύνοψη δεδομένων, δηλαδή τον ωριαίο, ημερήσιο, μηνιαίο, μέσο όρο, το μέγιστο, το ελάχιστο και άλλα στατιστικά χρησιμοποιώντας το μοντέλο επεξεργασίας ροών δεδομένων το οποίο υπολογίζει συναρτήσεις που αφορούν το πλήθος των δεδομένων χρησιμοποιώντας ένα μικρό υποσύνολο τους, εξοικονομώντας έτσι μνήμη και μειώνοντας το χρόνο απόκρισης.

[0043] Το λογισμικό απεικόνισης δεδομένων, χρησιμοποιεί τις προ-υπολογισμένες ροές δεδομένων και πάνω από αυτές, υπολογίζει και απεικονίζει την τιμή τουλάχιστον ενός τύπου δείκτη ποιότητας αέρα, όπως είναι οι δείκτες προσωπικής θερμικής άνεσης (thermal comfort model), για παράδειγμα σύμφωνα με το Μοντέλο Προβλεπόμενης Μέσης Ψήφου (Predictive Mean Vote - PMV) ή το μοντέλο Ταχύτητας Ανυψωμένου Αέρα - (Elevated Air Speed - EAS).

[0044] To λογισμικό προληπτικής ανάλυσης δεδομένων ενεργεί προληπτικά, αποφεύγσντας την αστοχία του εξοπλισμού (μέσων επικοινωνίας, αισθητήρων, ενεργοποιητών) εκτελώ ντας προληπτική συντήρηση με μια τουλάχιστον μέθοδο όπως είναι η μηχανική μάθηση (για παράδειγμα deep learning) και η αναγνώριση προτύπων συγκρίνοντας τρέχουσες μετρήσεις με παλιότερα δεδομένα που σχετίζονται με αστοχία του εξοπλισμού.

[0045] Το λογισμικό αυτόματου ελέγχου ενεργοποιητών - κρίσιμου ελέγχου περιλαμβάνει τη μηχανική μάθηση των ορίων ασφαλείας των ρύπων, τη μηχανική μάθηση των παραμέτρων άνεσης, και τον εντοπισμό ασυνήθιστων καταστάσεων ρύπανσης με τουλάχιστον ένα μοντέλο επεξεργασίας, για παράδειγμα νευρωνικά δίκτυα, και προκαλεί την απομακρυσμένη ενεργοποίηση συσκευών για την αντιμετώπισή τους, για παράδειγμα χρησιμοποιώντας λογισμικό έμπειρου συστήματος (λογικούς κανόνες Event Condition Action - ECA, clips, prolog κλπ), ή ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου (π.χ. Reduced Order Model). Επίσης μπορεί να ανιχνεύσει αστοχίες (μέσων επικοινωνίας, αισθητήρων, ενεργοποιητών), για παράδειγμα μέσω προγραμματισμού σύμπλοκων και αφηρημένων συμβάντων και να αποστεΐλει σχετικές ειδοποιήσεις.

[0046] Το λογισμικό κατανεμημένης επεξεργασίας δεδομένων μπορεί να αποθηκεύσει τοπικά δεδομένα αισθητήρων και να απαντήσει ερωτήματα σχετικά με τα δεδομένα. Το λογισμικό αυτό έχει τη δυνατότητα σύνδεσης στο internet και την αποστολή των μετρήσεων σε τουλάχιστον ένα υπολογιστικό νέφος. Για παράδειγμα, μπορεί να στείλει τις μετρήσεις στο Amazon Web Services.

[0047] Το λογισμικό ανάλυσης δεδομένων σε μη-πραγματικό χρόνο επεξεργάζεται μετρήσεις αισθητήρων σε μη-πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας τουλάχιστον ένα / (περισσότερα από ένα) δείκτες. Για παράδειγμα, ένας τέτοιος δείκτης συναθροισμένης έκθεσης στους ρύπους. Το λογισμικό μπορεί επίσης να κάνει πρόβλεψη της ποιότητας του αέρα με τουλάχιστον μια μέθοδο. Για παράδειγμα μια τέτοια μέθοδος είναι τα δέντρα απόφασης.

[0048] Το λογισμικό χαρτογράφησης υπολογίζει και κατασκευάζει ηλεκτρονικούς χάρτες διαδρομών χαμηλής ρύπανσης με τουλάχιστον μια μέθοδο, όπως είναι ο αλγόριθμος εύρεση βέλτιστης διαδρομής σε γράφο.

[0049] Το λογισμικό διάχυτου υπολογισμού αναγνωρίζει την δραστηριότητα του χρήστη σε εσωτερικό χώρο με τουλάχιστον μια μέθοδο, όπως είναι το νευρωνικό δίκτυο. Για παράδειγμα μπορεί να αναγνωρίσει αν ο χρήστης είναι παρόν στο χώρο ή αν κάνει ντους από την συγκέντρωση της υγρασίας στο μπάνιο.

[0050] Το λογισμικό ηλεκτρονικής επαλήθευσης ταυτότητας, επαληθεύει την ταυτότητα του χρήστη με τουλάχιστον μια μέθοδο, για παράδειγμα με μεθόδους που ορίζονται από το ανοικτό πρότυπο Ηλεκτρονικής Επαλήθευσης ταυτότητας Open Authentication 2 -OAuth 2.

[0051] Τα εξαρτήματα που έχουν περιγράφει παραπάνω μπορεί να επικοινωνούν και να είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους ή κατευθείαν με τον ηλεκτρονικό επεξεργαστή σύμφωνα με την αρχή της συνδεσμολογίας αστέρα. Η σύνδεση μπορεί να γίνεται με χρήση καλωδίου, χωρίς καλώδιο (wireless), ή με κύκλωμα το οποίο είναι τυπωμένο πάνω στην πλακέτα. Επίσης το κύκλωμα μπορεί να έχει υλοποιηθεί με άλλες τεχνικές, όπως με τη χρήση μελανιού από μέταλλο, για παράδειγμα από ασήμι, ή με αποτύπωση σε φιλμ. Μερικά από τα εξαρτήματα μπορούν να στείλουν μόνο πληροφορία ενώ άλλα μπορούν να ανταλλάσσουν πληροφορίες. Στο σχήμα 5 φαίνεται ένα ενδεικτικό, και όχι δεσμευτικό, διάγραμμα επικοινωνίας των διαφόρων εξαρτημάτων της συσκευής όπου όλοι οι αισθητήρες είναι αναλογικοί. Ένας ειδικός στον σχετικό τεχνικό τομέα μπορεί να καταλάβει ότι η συσκευή μπορεί να περιέχει ή/και να χρησιμοποιεί επιπλέον, λιγότερες ή/και διαφορετικές συσκευές που δε φαίνονται στο σχήμα. Στο σχήμα 5 τα βέλη δείχνουν την κατεύθυνση της πληροφορίας, δηλαδή από πού εκπέμπεται η πληροφορία, για παράδειγμα από πού ξεκινάει η γραμμή, και ποιο εξάρτημα είναι ο αποδέκτης, για παράδειγμα εκεί που δείχνει η μύτη του βέλους. Όταν οι γραμμές έχουν βέλη και στα δύο άκρα τους, και τα δύο εξαρτήματα που συνδέονται μπορούν να εκπέμψουν και να λάβουν πληροφορίες, η επικοινωνία μπορεί να είναι αμφίδρομη.

[0052] Τα σχήματα 6Α - 6Δ δείχνουν πιο λεπτομερώς διαφορετικές συνδεσμολογίες των εξαρτημάτων της συσκευής. Ένας ειδικός στον σχετικό τεχνικό τομέα μπορεί να καταλάβει ότι τα διαγράμματα των σχημάτων είναι ενδεικτικά και όχι δεσμευτικά. Οι συνδεσμολογίες που επιτρέπονται στη συσκευή είναι όλες οι πιθανές εκδοχές για την ειδική περίπτωση που ως Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU) χρησιμοποιείται επεξεργαστής μιας πλακέτας. Κατ’ αναλογία ισχύει και για τα άλλα είδη μονάδων επεξεργασίας. Στην περίπτωση του υπολογιστή μιας πλακέτας και ειδικότερα του raspberry pi, οι αισθητήρες μπορούν να συνδεθούν είτε στο USB/UART (Παγκόσμιος Ασύγχρονος Δέκτης - Πομπός) δίαυλο ή στο RPi header/GPIO (Είσοδος - Έξοδος γενικής χρήσης) δίαυλο είτε στο ADC δίαυλο, είτε στο DFE (Digital Front End) δίαυλο. Όπως φαίνεται στα σχήματα 6Α - 6Δ, το Rpi μπορεί να είναι σε σειρά συνδεδεμένο με:

· Την παροχή ρεύματος (DC power), ή εναλλακτικά την μπαταρία (battery/power bank), το DFE, το AFΕ και αισθητήρες πτητικών οργανικών ουσιών (VOC sensor) ή μονοξειδίου του άνθρακα (CO sensor).

• Την παροχή ρεύματος (DC power), ή εναλλακτικά την μπαταρία (battery/power bank), το ADC και το Ρολόι Πραγματικού Χρόνου (RTC). OS

· Την παροχή ρεύματος (DC power), ή εναλλακτικά την μπαταρία (battery/power bank), και τον αισθητήρα πτητικών οργανικών ουσιών.

• Την παροχή ρεύματος (DC power), ή εναλλακτικά την μπαταρία (battery/power bank), το Πομπό μη διασκεδαζόμενης υπέρυθρης ακτινοβολίας (Ndir transmitter board) και τον αισθητήρα διοξειδίου του άνθρακα (CO2 sensor).

Οι αισθητήρες που είναι συνδεδεμένοι στον ίδιο δίαυλο είναι παράλληλοι μεταξύ τους π.χ. ο αισθητήρας πτητικών οργανικών ουσιών με τον αισθητήρα μονοξειδίου του άνθρακα, και ο μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό σήμα (ADC) με τον αισθητήρα σωματιδίων και το DFE.

[0053] Η συσκευή μέτρησης των συστατικών στοιχείων του ατμοσφαιρικού αέρα της παρούσας περιγραφής έχει γίνει κατανοητό ότι μπορεί να κατασκευαστεί σε πληθώρα διαστάσεων και χαρακτηριστικών, ανάλογα με τις ανάγκες του χρήστη. Η συσκευή μπορεί να είναι μικρών διαστάσεων ώστε να μπορεί ο χρήστης να την έχει πάντα μαζί του, για παράδειγμα σε μορφή προσωπικού αντικειμένου, όπως ωρολογίου ή μενταγιόν, ή προσαρμοσμένη πάνω στα ρούχα του χρήστη ή πάνω σε μια τσάντα. Η συσκευή αυτή έχει βάρος από 50 gr μέχρι 1000 gr, κατά προτίμηση από 50 gr μέχρι 500 gr, ακόμα πιο προτιμητέα από 50 gr μέχρι 400 gr, ώστε να είναι εύκολο από το χρήστη να την έχει μαζί του διαρκώς. Επίσης, η συσκευή μπορεί να ενσωματωθεί σε μια συσκευή μεγαλύτερου μεγέθους που δεν περιλαμβάνει δικό της ηλεκτρονικό επεξεργαστή, αλλά περιλαμβάνει περισσότερους αισθητήρες και αναμονές σύνδεσης με τα εξαρτήματα της μικρότερης συσκευής. Μόλις συναρμολογηθεί η μικρότερη συσκευή μέσα στη μεγαλύτερη μπορεί να λειτουργήσει με τον ίδιο τρόπο που θα λειτουργούσε αν είχε παραχθεί ως μία ενιαία μεγαλύτερη συσκευή. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να καλύπτει τις ανάγκες του χρήστη όταν βρίσκεται σε εξωτερικό χώρο και κινείται αλλά και τις διαφορετικές ανάγκες του όταν βρίσκεται σε κάποιο εσωτερικό χώρο και επιθυμεί να μετράει περισσότερες παραμέτρους του ατμοσφαιρικού αέρα. Η συσκευή μπορεί να κατασκευαστεί και σε μεγαλύτερες διαστάσεις για να καλύψει πιο εκτεταμένες ανάγκες και να περιλαμβάνει μεγαλύτερο εύρος αισθητήρων.

[0054] Το σχήμα 7 δείχνει τη γενική αρχιτεκτονική του συστήματος και μερικές ενδεικτικές λειτουργίες της συσκευής. Η συσκευή βρίσκεται πάντα στον περιβάλλοντα χώρο στο οποίο γίνονται οι μετρήσεις. Δεν είναι απαραίτητο ο χρήστης να βρίσκεται στον ίδιο περιβάλλοντα χώρο, μπορεί για παράδειγμα να αφήσει τη συσκευή σε κάποιον εσωτερικό ή εξωτερικό χώρο και εφόσον το επιθυμεί ο ίδιος να μετακινηθεί σε άλλο χώρο. Η συσκευή μπορεί να παίρνει η ίδια τις μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο με τη χρήση των αισθητήρων, ενώ έχει τη δυνατότητα να λαμβάνει τις μετρήσεις από άλλη συσκευή και να τις επεξεργάζεται. Ανάλογα με τις μετρήσεις και τις αναλύσεις της συσκευής, η συσκευή μπορεί να ενεργοποιήσει ή να απενεργοποιήσει άλλες συσκευές που ρυθμίζουν την ποιότητα αέρα εντός ενός χώρου όπως ένα δωμάτιο ή γραφείο, ή την ποιότητα αέρα ενός ολόκληρου κτηρίου. Η συσκευή μπορεί να λειτουργήσει και ως “έξυπνος θερμοστάτης” με σκοπό την εξοικονόμηση ενεργειακών πόρων σε ανακαινισμένα ή νεόδμητα κτίρια. Η λειτουργία αυτή μπορεί να επιτευχθεί μέσω αυτόματου ελέγχου του μηχανισμού αερισμού, κλιματισμού και σκίασης, σε συνδυασμό με αισθητήρες κατανάλωσης ρεύματος, ατομικούς είτε ενσωματωμένους σε έξυπνες πρίζες, οι οποίοι καταμετρούν την ενεργειακή κατανάλωση του μηχανισμού αερισμού, κλιματισμού και σκίασης. Η συσκευή μπορεί επίσης να υπολογίσει την εξοικονόμηση ρεύματος που προκαλείται από τη λειτουργία της, σε σχέση με το να μην υπήρχε.

[0055] Η συσκευή μπορεί να υποστηρίξει σύγχρονες λειτουργίες με μετρήσεις που είναι συνεχείς, και λειτουργίες που χρησιμοποιούν μετρήσεις καταχωρημένες σε βάσεις δεδομένων στο νέφος. Η συσκευή μπορεί να αναλύσει τις μετρήσεις και να παράξει διαγράμματα και άλλους οπτικούς τρόπους κατανόησης από το χρήστη της σύνθεσης της ατμόσφαιρας. Επίσης η συσκευή μπορεί να υποστηρίξει αλγορίθμους μάθησης των συνθηκών άνεσης του χρήστη, όπως rule-based programming, abstract event programming και μηχανική μάθησης, και να προσαρμόζει την ατμοσφαιρική ποιότητα σε αυτές.

Claims (10)

Αξιώσεις

1. Συσκευή μέτρησης (100) συστατικών στοιχείων ατμοσφαιρικού αέρα περιλαμβάνει το κέλυφος (201), την υποδοχή εισροής αέρα (209), την κεντρική μονάδα επεξεργασίας (405), τουλάχιστον ένα μέσο επικοινωνίας (407), την διάταξη τροφοδοσίας ενέργειας, και έναν ή περισσότερους αισθητήρες (401), και χαρακτηρίζεται από το ότι ο τουλάχιστον ένας αισθητήρας (401) έχει ευαισθησία τάξεως ίσης ή μεγαλύτερης του 1 σωματιδίου ανά δισεκατομμύριο.

2. Η συσκευή μέτρησης (100) σύμφωνα με την αξίωση 1, περιλαμβάνει επιπλέον έναν ή περισσότερους ενεργοποιητές (408).

3. Η συσκευή μέτρησης (100) σύμφωνα με την αξίωση 2, χαρακτηρίζεται από το ότι ο ένας ή περισσότεροι από τους ενεργοποιητές (408) βρίσκονται εντός του κελύφους (201) της συσκευής μέτρησης (100).

4. Η συσκευή μέτρησης (100) σύμφωνα με τις αξιώσεις 1 και 2, περιλαμβάνει επιπλέον έναν ή περισσότερους προσαρμογείς κυκλωμάτων διασύνδεσης επικοινωνίας των αισθητήρων (401) και των ενεργοποιητών (408).

5. Η συσκευή μέτρησης (100) σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηρίζεται από το ότι τουλάχιστον ένας αισθητήρας (401) είναι αναλογικός.

6. Η συσκευή μέτρησης (100) σύμφωνα με την αξίωση 5, περιλαμβάνει μετατροπέα αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (403) από τον τουλάχιστον έναν αναλογικό αισθητήρα (401).

7. Η συσκευή μέτρησης (100) σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη τουλάχιστον ενός πρωτοκόλλου επικοινωνίας για την απομακρυσμένη ενεργοποίηση συσκευών.

8. Η συσκευή μέτρησης (100) σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηρίζεται από το ότι η συσκευή μέτρησης (100) περιλαμβάνει αυτόματο σύστημα βαθμονόμησης της συσκευής μέτρησης (100).

9. Μέθοδος μέτρησης συστατικών στοιχείων ατμοσφαιρικού αέρα με τη χρήση της συσκευής μέτρησης (100) σύμφωνα με οποιαδήποτε από τις παραπάνω αξιώσεις, χαρακτηριζόμενος από την μεταφορά της συσκευής στον τόπο μέτρησης.

10. Η χρήση της συσκευής μέτρησης (100) σύμφωνα με οποιαδήποτε από τις αξιώσεις 1-9, χαρακτηρίζεται από την παρουσία της συσκευής μέτρησης (100) στον μετρούμενο περιβάλλοντα χώρο.