Thiết bị đo lường nước thông minh trên nền tảng đồng hồ cơ truyền thống, tích hợp quản lý tập trung IoT là giải pháp do nhóm chuyên gia Trường Đại học Bách khoa (ĐHQG TPHCM) thực hiện.

Số hóa đồng hồ cơ

TPHCM hiện có khoảng 1,4 - 1,5 triệu đơn vị đồng hồ nước được Tổng Công ty cấp nước Sài Gòn (SAWACO) quản lý, nhưng việc thống kê lượng nước tiêu thụ hằng tháng vẫn được thực hiện trực tiếp tại địa điểm gắn đồng hồ đo dẫn đến tình trạng số liệu chưa thực sự chính xác bởi lý do khách quan lẫn chủ quan.

Mỗi đồng hồ nước thông minh (nhập ngoại) có giá tham khảo từ 3 - 4 triệu đồng, trong khi đồng hồ nước dạng cơ truyền thống chỉ ở mức 700.000 - 850.000 đồng.

Theo ước tính, để thay mới toàn bộ bằng đồng hồ nước phiên bản điện tử, cần khoản đầu tư lên đến 250 - 300 triệu USD chưa kể chi phí lắp đặt. Vì thế, bài toán cấp bách đặt ra là cần một giải pháp công nghệ cải tiến đồng hồ nước dạng cơ truyền thống thành đồng hồ nước thông minh để giảm chi phí và phù hợp với điều kiện của TPHCM.

Các nhà khoa học thuộc Trường Đại học Bách khoa (ĐHQG TPHCM) đã đi tìm lời giải.

PGS.TS Lê Minh Phương, chủ nhiệm nhiệm vụ khoa học - công nghệ “Nghiên cứu phát triển công nghệ chế tạo Hệ thống đo lường nước thông minh”, cho biết, ngoài tính năng cơ bản là đo đếm thì mỗi đồng hồ (công tơ) nước dạng điện tử phải được tích hợp khả năng truyền dữ liệu không dây, giám sát áp lực và lưu lượng nước, đồng thời cung cấp cho khách hàng công cụ để cùng công ty cấp nước thuận tiện giám sát chất lượng điểm đo nhằm minh bạch hóa công tác đo đếm.

Đồng thời tích hợp các chức năng như cảnh báo cho đơn vị quản lý hệ thống khi có những hành động như tác động lên thiết bị đo lường bằng nam châm, tháo lắp, trộm nước.

Đội ngũ kỹ sư - chuyên gia tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu điện tử công suất thuộc Trường Đại học Bách khoa (ĐHQG TPHCM) đã phát triển loạt chức năng thông minh của đồng hồ nước ngay trên các đồng hồ cơ truyền thống, bằng cách bổ sung các mô-đun điện tử sử dụng công nghệ truyền dữ liệu hiện đại có khả năng đọc dữ liệu từ bộ phát xung được kết nối với đồng hồ cơ và truyền qua giao thức vô tuyến không dây Lorawan.

Sau khi phân tích các công nghệ trên thế giới và hiện trạng của hệ thống cung cấp nước trên địa bàn TPHCM, PGS.TS Lê Minh Phương và nhóm cộng sự đã đề xuất giải pháp công nghệ với đầy đủ các tính năng của một hệ thống đo lường hiện đại AMI trên nền tảng IoT bằng cách cải tiến công nghệ cho các đồng hồ cơ đo nước hiện hữu để có thể tương tác, giao tiếp với hệ thống IoT và cơ sở hạ tầng truyền dữ liệu hiện đại, cũng như cho phép giao tiếp hai chiều giữa khách hàng và đơn vị quản lý thông qua Apps “Smart Water Meter”.

Nhóm nghiên cứu cho biết, đồng hồ nước thông minh không chỉ có khả năng thu thập (đọc) dữ liệu từ xa, mà cũng cho phép người dùng nhận thông báo liên quan đến pin cũng như các sự cố tác động đến đồng hồ, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật đo lường Việt Nam.

Phát hiện rò rỉ và cảnh báo tự động

Công nghệ ứng dụng với đồng hồ đo nước mới này có thể giảm được giá thành của đồng hồ nước điện tử hiện ở mức từ 3 - 4 triệu đồng, xuống chỉ còn vào khoảng 700.000 đến 1 triệu đồng, và điều này giúp chúng ta có thể triển khai hệ thống một cách hoàn hảo và hiệu quả về kinh phí đầu tư.

Đồng hồ nước thông minh được cải tiến từ đồng hồ truyền thống giữ nhiệm vụ đo lường mức tiêu thụ nước của các khách hàng. Trong đó, đồng hồ nước cơ truyền thống được trang bị bộ dụng cụ đọc quang - mạch điện tử tích hợp mô-đun truyền dữ liệu.

Đồng hồ nước thông minh sau đó truyền mức tiêu thụ tích lũy (m3) được ghi lại trong một thời gian nhất định bằng giao thức không dây Lorawan về các Gateway của hệ thống.

Để “tận dụng” đồng hồ cơ truyền thống, hiện chủ yếu là hai mẫu KENT và Itron-Actaris, PGS.TS Lê Minh Phương và cộng sự chọn giải pháp thiết kế riêng bộ đầu đọc quang dựa trên công nghệ từ trường để gắn lên đồng hồ cơ, đi kèm với đó là cụm phát dữ liệu.

Tùy thiết kế của mẫu đồng hồ cơ mà cụm đầu đọc cho từng phiên bản có chút khác nhau, nhưng về cơ bản cả hai được phát triển trên cùng mẫu bo mạch, kiến trúc và giải thuật.

Hay nói cụ thể hơn, đồng hồ nước thông minh cải tiến là một mạch điện tử chứa bộ vi điều khiển sử dụng pin có chức năng đọc từ đồng hồ cơ và mô-đun phát sóng Lora để truyền không dây. Đồng hồ nước thông minh không chỉ đo lưu lượng nước, mà còn cho phép giám sát vị trí từ xa, bảo trì cơ sở hạ tầng thông qua phát hiện rò rỉ và cảnh báo tự động.

Các mẫu đồng hồ nước thông minh cải tiến từ đồng hồ nước truyền thống cũng đã được triển khai lắp đặt tại khắp khuôn viên Trường Đại học Bách khoa (17 cái với Lora Gateway đặt ở sân thượng tòa nhà B4), khu ký túc xá Đại học Bách khoa (60 cái, với Lora Gateway đặt ở sân thượng tầng 11) và một khu dân cư ở khu vực nông thôn (50 cái, với Lora Gateway đặt ở một trạm phát cao 10m).

Các thử nghiệm về độ ổn định của thu phát dữ liệu từ đồng hồ về các Lora Gateway ghi nhận sự ổn định, khoảng cách; và toàn bộ đồng hồ nước đều có tín hiệu kết nối tốt ngay cả ở các góc khuất, tầng xa nhất (đối với khuôn viên Đại học Bách khoa và khu ký túc xá), hay đồng hồ lắp xa nhất 800m trong khu dân cư nông thôn vẫn có tín hiệu tốt mặc dù xung quanh khu vực có rất nhiều tán cây che khuất.