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UVEN – intelligente und sichere Desinfektion und Beleuchtung

Azure Sphere

Lösungsmöglichkeiten

Dieser Artikel ist ein Lösungsvorschlag. Wenn Sie möchten, dass wir diesen Artikel um weitere Informationen ergänzen, z. B. potenzielle Anwendungsfälle, alternative Dienste, Überlegungen zur Implementierung oder Preisempfehlungen, lassen Sie es uns über Feedback auf GitHub wissen.

Intelligente, verbundene IoT-Geräte (Internet der Dinge) können das Leben gesünder und sicherer machen. Beispielsweise bestätigt die Forschung zunehmend, wie wichtig qualitativ hochwertiges Licht und natürliche Lichtzyklen sind, um Aufmerksamkeit, Gesundheit, Wohlbefinden und Produktivität der Menschen zu fördern. Das patentierte BioCentric Lighting™-System (BCL) von BrainLit ist ein dynamisches, selbstlernendes, IoT-basiertes System, das hochwertiges natürliches Licht für Innenräume erzeugt.

Architektur

Diagramm: UVEN-Architektur

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Datenfluss

  • Das System verwendet Radar-Näherungssensoren, um zu erkennen, wann Personen anwesend sind. Immer wenn ein Raum unbesetzt ist, geben die Leuchtfelder UV-Strahlung ab, um Viren und Bakterien erheblich zu reduzieren oder abzutöten.
  • Ein einziges UVEN-Beleuchtungssteuerungssystem (LCS) kann sowohl BCL-Licht als auch UVC-Strahlungsemissionen für bis zu 20 Leuchten steuern. Das LCS stellt eine Verbindung zu Radarsensoren, zur Stromversorgung und zum Internet oder zu anderen LCSs her, um Aktualisierungen und Echtzeitkalibrierungen durchzuführen.
  • Mehrere Zellen können in einem Cluster verbunden werden. Nur eines der LCSs im Cluster muss eine Verbindung mit dem Internet herstellen. Ein LCS oder Cluster kann eigenständig oder in einem umfassenden UVEN BCL-Netzwerksystem mit anderen Clustern betrieben werden.
  • Ein UVEN BCL-Netz ist vollständig dezentralisiert und bietet unbegrenzte Skalierbarkeit, Kontrolle und Flexibilität.

Komponenten

Das UVEN-System besteht aus LED-Leuchten (lichtemittierende Dioden), die von Beleuchtungssteuerungssystemen mit Azure Sphere-Unterstützung gesteuert werden.

UVEN-Komponenten

Das UVEN-Deckenleuchtfeld besteht aus dynamischen, anpassbaren LEDs, die BCL mit Desinfektion in derselben Leuchte integrieren. Die LEDs bieten nicht nur eine große Bandbreite an sichtbaren und UV-Emissionen, sondern auch eine außergewöhnliche Farb- und Detailwiedergabe sowie die Möglichkeit, stufenlos bis auf 0,1 % herunterzudimmen. LEDs sind im Vergleich zu herkömmlichen Glüh- und Leuchtstofflampen kostengünstig, langlebig und umweltverträglich.

Wenn Personen anwesend sind, geben die Deckenleuchtfelder nur BCL-Licht ab. In unbesetzten Räumen geben die Leuchtfelder UV-Strahlung ab, um Viren und Bakterien erheblich zu reduzieren oder abzutöten. Separate Treiber, die für den Betrieb in den jeweiligen Systemen optimiert sind, halten gleichzeitig die volle BCL- und UV-Funktionalität aufrecht.

Radarbewegungssensoren, Alarme und manuelle Übersteuerungen bieten doppelte Ausfallsicherheit, sodass die Benutzer nur wohltuendes Licht erhalten. Flexible, skalierbare und aktualisierbare LCSs basierend auf Azure Sphere-Technologie steuern Leuchten, Sensoren sowie Sicherheits- und Alarmmechanismen.

UV-Strahlen können Oberflächen und Geräte beschädigen. Fortschrittliche UVEN-Sensoren und -Regler stellen sicher, dass die Leuchten die minimalen Dosen an UVC-Strahlung erzeugen, um eine Desinfektion zu gewährleisten. Das System kann über seine Cloudverbindung ständig neue Forschungsentwicklungen und Richtlinien des öffentlichen Gesundheitswesens integrieren und so die beste wissenschaftlich fundierte Beleuchtung und Desinfektion gewährleisten.

Die UVEN-Verwaltungstools umfassen einen Administratorbereich, um Informationen zu Benutzern und Geräten zu verwalten, sowie ein Dashboard, um einen Gesamtüberblick über die Benutzeraktivität und Lichteinwirkung bereitzustellen.

Azure Sphere

Azure Sphere ist eine sichere Anwendungsplattform für IoT-verbundene Geräte mit integrierter Cloudkommunikation und Sicherheit. Die Plattform besteht aus einem Azure Sphere-zertifizierten, gesicherten MCU-Chip, auf dem ein benutzerdefiniertes, Linux-basiertes High-Level-Mikrocontrollerbetriebssystem ausgeführt wird. Das Azure Sphere-Betriebssystem bietet eine Plattform für die Entwicklung von IoT-Anwendungen, die sowohl High-Level- als auch echtzeitfähige Anwendungen umfassen. Das Betriebssystem stellt eine Verbindung mit dem cloudbasierten Azure Sphere Security Service (AS3) für kontinuierliche, erneuerbare Sicherheit her.

AS3 stellt eine sichere Verbindung zwischen einem Gerät und dem Internet oder der Cloud her, gewährleistet ein sicheres Starten und ermöglicht Wartung, Updates und Steuerung für Azure Sphere-zertifizierte Chips. AS3 authentifiziert die Geräteidentität, gewährleistet die Integrität und die Vertrauenswürdigkeit der Systemsoftware und bestätigt, dass auf dem Gerät eine vertrauenswürdige Codebasis ausgeführt wird. Der Dienst bietet auch einen sicheren Kanal zum automatischen Herunterladen und Installieren von Updates des Betriebssystems und der Kundenanwendungen auf bereitgestellten Geräten.

MediaTek 3620 ist der erste Azure Sphere-zertifizierte Chip. Der Chip umfasst einen ARM Cortex-A7 500-MHz-Prozessor, zwei ARM Cortex-M4F 200-MHz-E/A-Subsysteme, Wi-Fi-Fähigkeit und das Microsoft Pluton-Sicherheitssubsystem mit einem dedizierten ARM Cortex-M4F-Kern. Das Linux-basierte Azure Sphere-Betriebssystem ermöglicht Entwicklern das Schreiben von Anwendungen, die entweder auf dem A7-Kern mit Zugriff auf externe Kommunikation oder auf einem der M4-Prozessoren als echtzeitfähige Apps ausgeführt werden können. Entwickler können Anwendungen über denselben sicheren Mechanismus wie die Azure Sphere-Betriebssystemupdates an Azure Sphere-Geräte verteilen.

Greenfield-Implementierungen von Azure Sphere umfassen das Entwerfen und Entwickeln neuer IoT-Geräte mit Azure Sphere-zertifizierten Chips. Eine Brownfield-Implementierung ermöglicht es vorhandenen IoT-Geräten, über ein Azure Sphere-Wächtermodul eine sichere Verbindung mit dem Internet herzustellen. Das Wächtermodul enthält einen Azure Sphere-zertifizierten Chip, das Azure Sphere-Betriebssystem und AS3. Das Wächtermodul stellt über die vorhandene Peripherie eine Verbindung mit dem IoT-Gerät und dann eine sichere Verbindung mit dem Internet her. Das IoT-Gerät selbst ist nicht über das Internet verfügbar.

Szenariodetails

Das BCL-System kann auch Strahlungsenergie im nicht sichtbaren ultravioletten (UV) Spektrum abgeben, um Viren abzutöten. Jede UV-Strahlung hat antimikrobielle Eigenschaften. Die kürzeste Wellenlänge (200 bis 300 nm UVC-Strahlung) bewirkt eine DNA-Inaktivierung und verhindert die Virusreplikation. Die Desinfektion mit UVC-Strahlung ist eine wichtige Waffe im Kampf gegen COVID. Beim neuen UVEN-Konzept von BrainLit wird die BCL-Lichtsteuerung mit der UVC-Desinfektion kombiniert, um Gesundheit und Wohlbefinden zu fördern und zur Abtötung von Viren beizutragen.

Andere UVC-Virenschutztechnologien, bei denen Plug-in-Geräte, Roboter, Drohnen und Stäbe verwendet werden, können weder die gesamte Raumabdeckung noch Leistungs- und Effektivitätsdaten bieten. Der sichere und effiziente Betrieb dieser Geräte führt zu Unterbrechungen für den Betrieb und das Personal, was zu Produktivitätsverlusten und geringerer Raumausnutzung führt. Die UVEN-Desinfektion erfolgt in nicht belegten Räumen während nutzungsfreier Zeiten und bietet eine sichere, umfassende, autonome Mikrobenausschaltung ohne Betriebsunterbrechung.

Da IoT-Geräte direkt in der physischen Umgebung eingesetzt werden und sensible Daten nutzen und sammeln können, sind die Sicherheit und der Schutz der Geräte von größter Bedeutung. Durch die UVEN-Funktionen mit doppelter Ausfallsicherung wird sichergestellt, dass Personen in den Räumen nur wohltuendes Licht erhalten. Auf der Standalone Microprocessor Unit (MCU)-basierten Plattform von Azure Sphere werden IoT-Apps sicher ausgeführt, und es wird eine direkte Verbindung mit der Cloud hergestellt, um umfassende Azure-basierte Sicherheit und die neuesten Betriebssystem- und Anwendungsupdates zu gewährleisten.

Das System kann über seine Cloudverbindung ständig neue Forschungsentwicklungen und Aktualisierungen des öffentlichen Gesundheitswesens integrieren und so ein aktuelles und wissenschaftlich fundiertes Beleuchtungs- und Desinfektionssystem gewährleisten.

Die kombinierte BCL- und UVC-Technologie von UVEN bietet Folgendes:

  • Eine intelligente, sichere und geschützte integrierte Systemlösung für Beleuchtung und Desinfektion mit optimaler Nutzung der Bodenflächen.
  • Langfristige Lösungen, die Beleuchtungs- und Desinfektionsdosen und -rezepturen an sich ändernde Umstände anpassen können.
  • Insgesamt bessere Gesundheit und ein verbessertes Immunsystem der Personen in den Räumen durch optimierte Beleuchtung und eine virusfreie Umgebung.

Mögliche Anwendungsfälle

Diese Lösung eignet sich ideal für die Gesundheits- und Anlagenbranche. Es wird empfohlen, die Lösung in den folgenden Szenarien zu verwenden:

  • UVEN-Zellen können in jedes Layout eines bestimmten Bereichs eingepasst werden (z. B. an einem Empfangstresen) oder auf mehrere Bereiche aufgeteilt werden (z. B. in mehreren Waschräumen).
  • Das modulare System lässt sich an jede Größenvorgabe anpassen, von einzelnen Räumen und Wohnungen bis hin zu großen Schulgeländen und öffentlichen Bereichen.
  • Die Azure Sphere-basierte Infrastruktur kann problemlos in vorhandene IoT-Geräte oder Gebäudeverwaltungssysteme integriert werden.

Nächste Schritte