Giám sát mức không dây: LoRa, NB-IoT và 4G cho bồn ở xa

Giám sát mức không dây: LoRa, NB-IoT và 4G cho bồn ở xa

Thiết bị đo mức trên bồn ở nơi xa xôi có một ràng buộc chi phối mà thiết bị có dây không gặp: năng lượng. Mọi tính năng, từ tần suất đo, khoảng truyền đến tuổi thọ, đều đánh đổi với pin. Vì vậy chọn công nghệ vô tuyến không phải câu hỏi kỹ thuật vụn vặt mà là quyết định toàn bộ công suất khả dụng; chọn sai có thể khiến cảm biến hết pin sau sáu tháng thay vì sáu năm.

Ba lựa chọn vô tuyến và công dụng

LoRa / LoRaWAN. LoRa là công nghệ điều chế vô tuyến; LoRaWAN quy định giao thức và kiến trúc mạng. Hệ LoRaWAN dùng cổng kết nối và máy chủ mạng, có thể là mạng riêng hoặc dịch vụ cung cấp sẵn. Công nghệ phù hợp bản tin nhỏ và báo cáo tiết kiệm năng lượng; dung lượng, độ trễ chịu giới hạn bởi khu vực, thời gian chiếm sóng, tải mạng và lớp thiết bị.

NB-IoT. Công nghệ IoT di động này có thể hỗ trợ thiết bị tiêu thụ ít năng lượng thông qua tính năng tiết kiệm điện mà mạng hỗ trợ. Xác nhận nhà mạng, băng tần, vùng phủ thực tại chỗ, dịch vụ SIM và độ trễ. Công nghệ không bị giới hạn ở việc đọc vài giờ một lần; khả năng báo cáo và đáp ứng báo động phụ thuộc mô-đun, vùng phủ, cài đặt ngủ và ứng dụng.

LTE-M và các nhóm LTE khác. LTE-M là lựa chọn IoT di động công suất thấp, không đơn thuần là vô tuyến băng rộng công suất cao. Cat-1, Cat-1 bis và các thiết bị LTE khác có đặc tính dữ liệu, công suất khác nhau. So sánh năng lượng đánh thức đo được, thông lượng, độ trễ, nhu cầu cập nhật phần mềm nhúng và hỗ trợ nhà mạng, thay vì gộp mọi modem LTE vào cùng một định mức công suất.

Công suất khả dụng mới là thông số cốt lõi

Tuổi thọ pin phụ thuộc năng lượng đo, đánh thức vô tuyến và đăng ký mạng, truyền lại, chu kỳ báo cáo, dòng ngủ và dung lượng pin dùng được. Kéo dài chu kỳ nghĩa là ít báo cáo hơn và thường tăng tuổi thọ; rút ngắn chu kỳ thường tiêu tốn năng lượng hơn. Lấy số đo cho cảm biến, vùng phủ và nhiệt độ thực thay vì chấp nhận tuổi thọ cố định được tuyên bố.

Radar không tiếp xúc cần một đợt đo tiêu tốn năng lượng đáng kể, nên chu kỳ báo cáo là yếu tố điều chỉnh chính. Nhiều thiết kế từ xa dùng chu trình đánh thức-đo: cảm biến ngủ, thức theo bộ hẹn giờ, đo một lần, truyền rồi ngủ lại. Bài toán kỹ thuật là giảm năng lượng cho lần thức đó.

Chọn theo cơ sở

Nhiều bồn trong một cơ sở → đánh giá hệ LoRaWAN riêng hoặc công cộng, gồm vùng phủ cổng kết nối, đường truyền về mạng, dung lượng mạng, bảo trì và chi phí sở hữu.

Bồn xa phân tán → so sánh dịch vụ NB-IoT và LTE-M được hỗ trợ tại từng nơi thực tế, theo chu kỳ báo cáo và năng lượng pin yêu cầu.

Cần báo động kịp thời → xác lập tổng độ trễ và độ sẵn sàng từ phát hiện đến thông báo, gồm chu kỳ đo, ngủ, đăng ký mạng, truyền lại, máy chủ và người nhận. Không tên công nghệ vô tuyến nào bảo đảm gửi đến tức thời.

Khía cạnh còn lại là khi số đọc ra ngoài dải thì điều gì xảy ra. Hệ mức từ xa chỉ hữu ích khi đường báo động hữu ích: xác định thiết bị tự gửi cảnh báo hay nền tảng đám mây phát cảnh báo, và ai nhận. Bởi nếu không nhận được báo động từ bồn xa, vẫn phải lái xe đến kiểm tra.

Câu hỏi của kỹ sư

Câu1. Pin thực sự dùng được bao lâu?

Tuổi thọ phụ thuộc chu kỳ báo cáo, không phải con số cố định. Lấy đường cong tuổi thọ pin theo chu kỳ từ nhà sản xuất, rồi chọn chu kỳ theo ứng dụng thay vì số quảng cáo.

Câu2. LoRa có cần giấy phép không?

Nhiều hệ dùng phổ tần miễn giấy phép nhưng vẫn chịu điều kiện quốc gia về tần số, công suất, truy nhập và phê duyệt thiết bị. Kiểm tra quy định nơi triển khai và tham số khu vực LoRaWAN phù hợp. Cổng kết nối riêng không loại bỏ nghĩa vụ này; mạng công cộng có thể cần thuê bao dịch vụ.

Câu3. Có thể dùng không dây cho chức năng an toàn không?

Không được tính giám sát lượng tồn không dây thông thường là tác động ngắt an toàn độc lập nếu chưa có thiết kế và xác nhận an toàn chức năng cụ thể. Công nghệ không dây không bị loại bỏ hoàn toàn, nhưng toàn bộ chức năng phải chứng minh độ trễ, độ sẵn sàng, ứng xử khi hỏng, tính toàn vẹn và độc lập. Giữ vô tuyến giám sát thường lệ ngoài chức năng được tính đến trong đánh giá an toàn, trừ khi đánh giá xác lập khác đi.

Câu4. Chênh lệch chi phí thực là gì?

Mô-đun vô tuyến chỉ là phần nhỏ; chi phí nằm ở các chuyến thay pin, sở hữu cổng kết nối và gói dữ liệu qua nhiều năm. So sánh tổng chi phí sở hữu, không chỉ giá cảm biến.

Hướng dẫn kỹ thuật liên quan

• Tín hiệu đầu ra bộ truyền mức radar: Chọn loại phù hợp
• Cách lập yêu cầu cho bộ truyền mức radar: 14 mục quyết định báo giá

Trao đổi ứng dụng đo lường của bạn với METRAVON

Tài liệu kỹ thuật tham khảo

• Tham số khu vực LoRaWAN
• GSMA: Hướng dẫn triển khai IoT di động