Monitorização de nível sem fios: LoRa, NB-IoT e 4G para tanques remotos

Monitorização de nível sem fios: LoRa, NB-IoT e 4G para tanques remotos

Um instrumento de nível num tanque isolado tem uma restrição dominante que um instrumento com cabos não enfrenta da mesma forma: a energia. Cada função, da frequência de medição à distância de transmissão e à autonomia, tem um custo para a bateria. Por isso, escolher a tecnologia de rádio não é um pormenor técnico; é a decisão que define todo o orçamento de energia. Uma escolha errada pode deixar o sensor sem bateria em seis meses, em vez de seis anos.

As três tecnologias de rádio e a aplicação de cada uma

LoRa / LoRaWAN. LoRa é uma tecnologia de modulação de rádio; LoRaWAN especifica o protocolo e a arquitetura de rede. Uma instalação LoRaWAN utiliza um concentrador de rede e um servidor de rede, que podem ser privados ou disponibilizados como serviço. É adequada para mensagens pequenas e envios com baixo consumo de energia, com capacidade e latência limitadas pela região, pelo tempo de ocupação do canal, pela carga da rede e pela classe do dispositivo.

NB-IoT. Esta tecnologia IoT celular pode suportar dispositivos de baixo consumo através das funções de poupança de energia disponíveis na rede. Confirme o operador, a banda, a cobertura real no local, o serviço SIM e a latência. Não está limitada a leituras de poucas em poucas horas; o envio de dados e a resposta de alarme possíveis dependem do módulo, da cobertura, das definições de suspensão e da aplicação.

LTE-M e outras categorias LTE. LTE-M é uma opção IoT celular de baixo consumo, não simplesmente um rádio de banda larga de elevada potência. Os dispositivos Cat-1, Cat-1 bis e de outras categorias LTE têm características diferentes de dados e de consumo. Compare a energia de ativação medida, o débito de dados, a latência, as necessidades de atualização do firmware e o suporte do operador, em vez de atribuir o mesmo consumo nominal a todos os modems LTE.

O orçamento de energia é a especificação decisiva

A autonomia da bateria depende da energia de medição, da ativação do rádio e do registo na rede, das retransmissões, do intervalo de envio, da corrente em suspensão e da capacidade utilizável da bateria. Aumentar o intervalo significa menos envios e normalmente maior autonomia; reduzi-lo costuma consumir mais energia. Obtenha medições para o sensor, a cobertura e a temperatura reais, em vez de aceitar uma alegação de autonomia fixa.

No radar sem contacto, que precisa de uma sequência de medição com consumo significativo de potência, o intervalo de envio é o parâmetro decisivo. Muitos projetos remotos utilizam um ciclo de ativação e medição: o sensor fica suspenso, ativa-se por temporizador, faz uma medição, transmite e volta à suspensão. O trabalho de engenharia consiste em reduzir o consumo dessa ativação.

Escolher para o local

Muitos tanques na mesma instalação → avaliar uma rede LoRaWAN privada ou pública, incluindo cobertura dos concentradores, ligação de retorno à rede, capacidade da rede, manutenção e custo de propriedade.

Tanques remotos dispersos → comparar os serviços NB-IoT e LTE-M disponíveis nos locais reais, utilizando o intervalo de envio exigido e o orçamento da bateria.

Necessidade de alarmes rápidos → estabelecer o atraso completo entre deteção e notificação e a disponibilidade, incluindo intervalo de medição, suspensão, registo na rede, retransmissões, servidor e destinatário. O nome da tecnologia de rádio não garante entrega imediata.

Outro aspeto é o que acontece quando uma leitura sai da gama. A utilidade de um sistema remoto de nível depende do percurso do alarme: decida se o dispositivo envia o alerta por iniciativa própria, se é a plataforma na nuvem que o gera e quem o recebe. Sem possibilidade de emitir alarmes, um tanque remoto continua a exigir deslocações ao local.

Perguntas dos engenheiros

P1. Qual será realmente a autonomia da bateria?

Depende do intervalo de envio, não é um número fixo. Obtenha do fabricante a curva de autonomia em função do intervalo e defina esse intervalo para a aplicação, não para corresponder ao número anunciado.

P2. O LoRa precisa de licença?

Muitas instalações utilizam espectro isento de licença, sujeito às condições nacionais de frequência, potência, acesso e aprovação dos equipamentos. Verifique as regras do país de destino e os parâmetros regionais LoRaWAN adequados. Um concentrador privado não elimina essas obrigações; uma rede pública pode acrescentar uma subscrição de serviço.

P3. Posso utilizar comunicação sem fios numa função de segurança?

A monitorização habitual de inventário sem fios não deve ser considerada um disparo de segurança independente sem projeto e validação específicos de segurança funcional. A tecnologia sem fios não está excluída por princípio, mas a função completa teria de demonstrar latência, disponibilidade, resposta à falha, integridade e independência. Mantenha o rádio de monitorização habitual fora de uma função creditada de segurança, salvo se a avaliação de segurança estabelecer o contrário.

P4. Qual é a diferença real de custo?

O módulo de rádio representa uma pequena parte; os custos acumulam-se nas deslocações para substituir baterias, na propriedade do concentrador e nos planos de dados ao longo dos anos. Compare o custo total de propriedade, não apenas o preço do sensor.

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Referências técnicas

• Parâmetros regionais LoRaWAN
• GSMA: guia de implementação de IoT móvel