acecook

Ứng dụng Cảm biến không dây Sub – Ghz trong Công nghiệp

Chuyển đổi số - chuyển đổi xanh
20/01/2020 13:57
Để kết nối và giao tiếp với các thiết bị có thể sử dụng giải pháp nối dây hoặc giải pháp wireless. Giao tiếp...
aa

Để kết nối và giao tiếp với các thiết bị có thể sử dụng giải pháp nối dây hoặc giải pháp wireless. Giao tiếp wireless là phương thức truyền dữ liệu trong không gian sử dụng sóng điện từ như sóng radio, sóng hồng ngoại,… Khi triển khai các ứng dụng IoT, công nghệ wireless 2.4 Ghz và wireless sub – Ghz được ứng dụng chủ yếu [1]. Công nghệ sub – Ghz hoạt động ở dải tần nhỏ hơn 1 Ghz. Các quốc gia trên thế giới chủ yếu sử dụng giải tần miễn phí cấp phép 433 Mhz. Tuy nhiên có một số dải tần khác được sử dụng ở một số khu vực: Bắc Mỹ và Úc là 915 Mhz, châu Âu là 868 Mhz, Trung Quốc là 470 Mhz và 779 Mhz, và Nhật Bản là 426 Mhz và 920 Mhz [2] (Hình 1).

ung dung cam bien khong day sub 8211 ghz trong cong nghiep
Hình 1: Băng tần ISM sub-Ghz miễn phí trên thế giới

Trong các ứng dụng IoT, công nghệ wireless sub-Ghz được sử dụng nhiều hơn wireless 2.4 Ghz vì các ưu điểm vượt trội về truyền xa tin cậy, tiêu thụ ít năng lượng và chống nhiễu tốt (Hình 2). Khoảng cách truyền của sub-Ghz gấp 1.5 đến 2 lần so với công nghệ wireless 2.4 Ghz, đạt đến vài km [3]. Sub-Ghz có tần số thấp, bước sóng dài nên dễ dàng lan truyền qua các vật cản như tường, cây cối, tòa nhà trong các đô thị và trong nhà máy. Bước sóng dài của sub-Ghz làm cho ít suy hao đường truyền nên truyền đi được xa hơn. Sub-Ghz sử dụng băng tần hẹp và tốc độ truyền thấp nên tiêu thụ ít năng lượng. Bên cạnh đó, do tính truyền xa nên các sensor node truyền trực tiếp về bộ nhận wireless theo mạng hình sao do đó cảm biến wireless có thể ở chế độ hoạt động hoặc chế độ chờ từ đó cũng góp phần hạn chế năng lượng sử dụng của các cảm biến [1]. Sub-Ghz cần tín hiệu năng lượng thấp từ bộ truyền cho cùng một tín hiệu ở bộ nhận nên sub-Ghz phù hợp cho các thiết bị cảm biến IoT dùng pin. Một viên pin có thể cấp năng lượng cho cảm biến sub-Ghz lên tới 10-20 năm [4]. Sub-Ghz hoạt động ở dải tần thấp hơn và có rất ít thiết bị wireless hoạt động ở dải tần này nên sẽ chống nhiễu tốt hơn [3].

ung dung cam bien khong day sub 8211 ghz trong cong nghiep
Hình 2: Bảng so sánh Sub-Ghz và 2.4 Ghz

Mạng cảm biến sub-Ghz là một ứng dụng tiêu biểu của công nghệ sub-Ghz. Kiến trúc mạng cảm biến bao gồm các cảm biến tích hợp bộ phát wireless và bộ thu wireless kết nối theo dạng hình sao (Hình 3). Mạng wireless dùng để kết nối các cảm biến wireless xung quanh đưa dữ liệu về bộ nhận wireless trung tâm.

ung dung cam bien khong day sub 8211 ghz trong cong nghiep
Hình 3: Kiến trúc mạng cảm biến wireless

Cảm biến wireless sub-Ghz bao gồm 2 phần chính: phần cảm biến và phần truyền wireless (Hình 4). Phần cảm biến có thể là module cảm biến hoặc các cảm biến hoàn chỉnh. Phần truyền wireless bao gồm mạch xử lý tín hiệu và ăng ten truyền. Phần truyền wireless thường sử dụng pin để cấp năng lượng cho phần truyền và cho cả phần cảm biến. Trong mạng cảm biến wireless, giao thức truyền nhận được thiết kế để tối ưu năng lượng sử dụng. Các cảm biến bình thường sẽ ở chế độ chờ và sẽ hoạt động định kỳ hoặc nhận lệnh từ bộ nhận nên sẽ tối ưu năng lượng sử dụng. Thời gian hoạt động của pin phụ thuộc vào tần suất truyền dữ liệu được cấu hình và thời gian hoạt động có thể lên tới 10 đến 20 năm.

ung dung cam bien khong day sub 8211 ghz trong cong nghiep
Hình 4: Các cảm biến wireless sub-Ghz

Bộ thu wireless sub-Ghz gồm ăng ten thu, bộ xử lý tín hiệu và cổng xuất dữ liệu (Hình 5). Mỗi bộ thu wirless có thể kết nối dạng sao với nhiều bộ cảm biến wireless trong vùng phủ sóng của bộ thu. Vùng phủ sóng của bộ thu có thể lên tới vài km khi 2 ăng ten thu và phát nhìn thấy nhau. Khoảng cách truyền sẽ nhỏ hơn nếu có vật cản giữa cảm biến phát và bộ thu wireless. Dữ liệu từ bộ thu wireless có thể kết nối có dây đến PLC, HMI, SCADA, IoT gateway để phục vụ cho việc giám sát, phân tích dữ liệu và lập báo cáo.

ung dung cam bien khong day sub 8211 ghz trong cong nghiep
Hình 5: Bộ thu wireless sub-Ghz

Công nghệ sub-Ghz giúp triển khai mạng cảm biến wireless một cách nhanh chóng và đơn giản. Cảm biến wireless đã được cấp nguồn bằng pin và kết nối wirless nên không cần đi cáp tín hiệu hay cấp nguồn gì. Việc triển khai mạng wireless sub-Ghz mang lại ưu điểm vượt trội với các nhà máy, tòa nhà, và cơ sở vật chất đang hoạt động vì không cần phải cắt điện phục vụ thi công kéo cáp tín hiệu và cáp nguồn nên không làm gián đoạn hoạt động của các nhà máy, tòa nhà và cơ sở vật chất. Bên cạnh đó, công nghệ sub-Ghz giúp cho việc vận hành, bảo trì mạng wireless rất dễ dàng và thuận tiện. Do mỗi cảm biến wireless có một ID riêng biệt, có thông số về pin và cường độ sóng đều đưa về trung tâm nên việc chẩn đoán và xử lý cảm biến lỗi rất dễ dàng và thuận tiện.

Các ngành năng lượng, nông nghiệp, y tế, sản xuất và các ngành công nghiệp khác sử dụng mạng cảm biến sub-Ghz như là giải pháp kết nối để gửi dữ liệu định kỳ và khối lượng dữ liệu nhỏ. Mạng cảm biến sub-Ghz phù hợp cho ứng dụng công nghiệp quá trình, tòa nhà, thành phố thông minh (chiếu sáng, đỗ xe, điều khiển giao thông, đọc công tơ năng lượng). Các ứng dung cụ thể bao gồm: mạng năng lượng thông minh, tòa nhà thông minh, giám sát cơ sở vật chất, đồng hồ đo thông minh, đo lường tự động hóa từ xa nhà máy, nông nghiệp thông minh và ngành ngư nghiệp, giám sát tội phạm và thiên tai, nhà thông minh, giám sát người già, trẻ em và người bệnh [5]. Trong ngành nông nghiệp, mạng cảm biến sub-Ghz sử dụng để kết nối các cảm biến về điều kiện không khí, chất lượng nước, thời tiết. Mạng mạng cảm biến sub-Ghz kết nối các cảm biến khói, chuyển động, cảm biến cửa, phát hiện xâm nhập, điều khiển chiếu sáng và điều hòa không khí trong tòa nhà. Ngoài ra, mạng sub-Ghz ứng dụng để giám sát các đồng hồ nước, đồng hồ gas, đồng hồ điện và đồng hồ nhiệt lượng trong ứng dụng giám sát năng lượng.

Tài liệu tham khảo
1. Behrtech (2019), Sub-GHz vs 2.4 GHz ISM Band: 5 Implications for Your IoT Deployment. https://behrtech.com/blog/sub-ghz-vs-2-4-ghz-5-implications-for-iot-deployment/
2. Texas Instrument (2019), Sub-1GHz: Robustness & Long Range. http://www.ti.com/download/trng/multimedia/dsp/OLT/OLT313007_p0.pdf
3. Plugintoiot (2016), What is Sub 1Ghz RF, its range & the importance of Sub 1Ghz for wireless IOT applications. https://www.plugintoiot.com/sub-1-ghz/
4. Electronic Design (2018), Blog: Designing a building security system with the Sub-1 GHz sensor-to-cloud reference design. https://www.electronicdesign.com/embedded-revolution/blog-designing-building-security-system-sub-1-ghz-sensor-cloud-reference-design
5. Renesas Electronics (2019), Sub-GHz Wireless Communication Solutions. https://www.renesas.com/br/en/solutions/proposal/subghz.html

Nguyễn Vĩnh Lộc – Phan Văn Lực

Daviteq Co., Ltd/ vinhloc.nguyen@daviteq.com

mca
Tin bài khác
Bước ngoặt mới trong bảo mật OT quy mô lớn

Bước ngoặt mới trong bảo mật OT quy mô lớn

Trong thế giới vận hành công nghiệp hiện đại từ sản xuất, dầu khí đến tự động hóa tòa nhà thì bảo mật hệ thống vận hành (OT) không còn là vấn đề của riêng bộ phận CNTT. Nhưng nghịch lý đang diễn ra: ngành bảo mật OT càng phát triển, hệ thống càng trở nên phức tạp và chính sự phức tạp đó lại khiến các hoạt động kém an toàn hơn.
Unitree ra mắt robot hình người mới

Unitree ra mắt robot hình người mới

Công ty robot Trung Quốc Unitree đã giới thiệu robot hình người mới nhất của mình - H2, được mô tả là “sự tái sinh duyên dáng” của thiết kế công nghiệp và điều khiển chuyển động.
Nhận định phiên giao dịch ngày 24/10: Ưu tiên nắm giữ các vị thế có giá vốn an toàn

Nhận định phiên giao dịch ngày 24/10: Ưu tiên nắm giữ các vị thế có giá vốn an toàn

Thị trường chứng khoán trong nước tiếp tục duy trì đà tăng nhẹ trong phiên 23/10, song thanh khoản sụt giảm cho thấy dòng tiền đang thận trọng khi VN-Index tiến gần mốc 1.700 điểm. Giới phân tích nhận định xu hướng hồi phục có thể tiếp diễn nhưng sẽ kèm rung lắc, do đó nhà đầu tư nên ưu tiên nắm giữ các vị thế có giá vốn an toàn và chọn lọc cổ phiếu có nền tảng tốt.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/10/2025: Tuổi Mão trở nên sĩ diện, tuổi Dậu gặp điều thuận lợi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/10/2025: Tuổi Mão trở nên sĩ diện, tuổi Dậu gặp điều thuận lợi

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 24/10/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 23/10: VIC kéo VN Index lên vùng 1.700 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 23/10: VIC kéo VN Index lên vùng 1.700 điểm

Dù được nâng đỡ bởi nhóm cổ phiếu Vingroup, đặc biệt là VIC, VN Index vẫn “hụt hơi” trước mốc 1.700 điểm. Thanh khoản xuống thấp, khối ngoại bán ròng mạnh khiến thị trường “đuối sức” cho thấy tâm lý nhà đầu tư chưa tích cực.
Samsung có thể trang bị chip Exynos 2600 cho toàn bộ dòng Galaxy S26

Samsung có thể trang bị chip Exynos 2600 cho toàn bộ dòng Galaxy S26

Samsung được cho là sẽ tạo cú hích lớn trong dòng smartphone cao cấp năm tới khi dự định trang bị bộ vi xử lý Exynos 2600 tự phát triển cho toàn bộ dòng Galaxy S26, thay vì chia tách giữa chip Exynos và Snapdragon như trước đây.
VRA ký kết hợp tác chiến lược với SHTPLabs, thúc đẩy phát triển Robot và Tự động hóa Việt Nam

VRA ký kết hợp tác chiến lược với SHTPLabs, thúc đẩy phát triển Robot và Tự động hóa Việt Nam

Một bước tiến mới cho lĩnh vực Robot và Tự động hóa Việt Nam: Trung tâm SHTPLabs (Khu Công nghệ cao TP.HCM) vừa ra mắt tòa nhà nghiên cứu hiện đại và ký kết hợp tác chiến lược cùng Chi hội Robot Việt Nam (VRA), mở ra hướng phát triển toàn diện từ nghiên cứu, đào tạo đến chuyển giao công nghệ.
Nữ doanh nhân Việt Nam: Tiên phong trong chuyển đổi số và phát triển bền vững

Nữ doanh nhân Việt Nam: Tiên phong trong chuyển đổi số và phát triển bền vững

Trong bối cảnh đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số bùng nổ, các nữ doanh nhân Việt Nam đã khẳng định vị thế ngày càng lớn. Phụ nữ Việt Nam đang chứng minh họ không chỉ là hậu phương vững chắc, mà là lực lượng tiên phong đưa kinh tế Việt Nam vươn tầm trong kỷ nguyên mới.
Cảm biến hình ảnh mới cho tự động hóa công nghiệp

Cảm biến hình ảnh mới cho tự động hóa công nghiệp

Tập đoàn STMicroelectronics (ST) vừa giới thiệu dòng cảm biến hình ảnh CMOS 5MP mới, gồm các mẫu VD1943, VB1943, VD5943 và VB5943.
VNPT hợp tác với Phần Lan thúc đẩy phát triển hạ tầng số và xây dựng môi trường số an toàn

VNPT hợp tác với Phần Lan thúc đẩy phát triển hạ tầng số và xây dựng môi trường số an toàn

VNPT tiếp tục khẳng định vai trò tiên phong trong chuyển đổi số quốc gia khi ký kết các thỏa thuận hợp tác với hai tập đoàn công nghệ lớn của Phần Lan - Nokia và F-Secure, hướng tới phát triển hạ tầng viễn thông hiện đại và xây dựng không gian mạng an toàn, tin cậy cho người dân Việt Nam.
song-gia-tri