Giải pháp

Đối với các nhà khoa học làm việc trong lĩnh vực này, theo dõi dữ liệu là không đủ — bạn phải lấy lại dữ liệu đó. Điều này tất nhiên là đúng, cho dù một giải pháp giám sát thời gian thực có phức tạp đến đâu. Thử nghiệm gần đây đối với mạng cảm biến môi trường lưới không dây tại Virginia Tech cho thấy một lựa chọn mới đầy hứa hẹn cho loại vấn đề này và điều tra viên chính của Công nghệ không dây đổi mới (IWT) Matthew Fisher đã nói chuyện với EM về thử nghiệm và mạng: Envōk .

Giải quyết khó khăn khi truyền dữ liệu không dây

Kể từ năm 1997, Công nghệ Không dây Sáng tạo đã và đang phát triển các sản phẩm không dây sử dụng radio 900 megahertz trong công nghệ mạng lưới.

Ông Fisher mô tả: “Chúng tôi có các giao thức và sản phẩm được xây dựng xung quanh dải tần này và một mạng lưới không dây rất mạnh mẽ. “Chúng tôi đã tạo ra bằng chứng giai đoạn một về hệ thống cảm biến chất lượng môi trường tích hợp (IEQS) với Virginia Tech, lý tưởng cho các nhà khoa học thực hiện nghiên cứu thủy sinh hóa. Nó hoạt động tốt và hiện chúng tôi đã phát triển toàn bộ dòng sản phẩm hợp tác với Virginia Tech và Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương . ”

Với việc chứng minh khái niệm được thực hiện trong giai đoạn đầu của dự án, nhóm đã đưa ra một đề xuất cho giai đoạn hai dựa trên nghiên cứu của họ về lĩnh vực mà các nhà khoa học cần và cách thiết kế một sản phẩm đáp ứng những nhu cầu đó.

Ông Fisher cho biết: “Giai đoạn thử nghiệm đánh giá đầu tiên là tại Virginia Tech, và họ đang đánh giá hệ thống khi chúng tôi thiết kế nó. “Họ đang tìm kiếm các vấn đề, cải tiến và đánh giá nó từ góc độ của một nhà khoa học. Họ đang cung cấp một số phản hồi đó ngay bây giờ khi chúng tôi đang cài đặt sản phẩm cuối cùng và vào tháng 3, chúng tôi sẽ triển khai một số thiết bị dọc theo sông Columbia tại địa điểm thử nghiệm Hanford . Chúng tôi sẽ giám sát mặt đất và nước sông để tìm nitrat, và một số thông số khác ”.

Vì Envōk loại bỏ nhiều nhu cầu hỗ trợ kỹ thuật và CNTT điển hình mà các nhà khoa học phải vật lộn hàng ngày, nên có rất nhiều người dùng cuối tiềm năng.

“'Làm cách nào để kết nối những thứ này với nhau? Điều gì xảy ra khi tôi đặt nó xuống đất? Làm cách nào để lấy dữ liệu? ' Đó là loại điều đó, ”ông Fisher nhận xét, giải thích các loại câu hỏi mà công nghệ loại bỏ cho người dùng. “Envōk loại bỏ rất nhiều rào cản kỹ thuật như cấu hình vô tuyến không dây, cấu hình máy chủ, trình ghi nhật ký và tập lệnh.”

Hệ thống cũng có khả năng mở rộng cao.

Ông Fisher nhận xét: “Sử dụng một điểm cổng dữ liệu duy nhất, nó mở rộng từ một vài nút đến hàng trăm nút. “Cổng có kết nối dữ liệu di động hoặc Ethernet an toàn với máy chủ Envōk và có thể triển khai tới một nghìn nút ở đó, mỗi nút có thể có nhiều hơn một cảm biến và rất nhiều dữ liệu đi qua cổng. Nhưng bạn không cần một kết nối di động duy nhất cho mỗi thiết bị miễn là chúng nằm trong phạm vi phủ sóng và phạm vi thông thường là một km — lên đến 20 dặm hoặc lâu hơn với ăng-ten và độ cao phù hợp. ”

Được thiết kế đặc biệt cho các môi trường từ xa, nơi các nhà nghiên cứu cần theo dõi và thu thập một số mẫu dữ liệu từ mỗi vị trí và lập mô hình dữ liệu đó sau đó, mạng lưới với một điểm giao tiếp dữ liệu duy nhất sẽ truyền trong thời gian thực trở lại máy chủ.

Ông Fisher nhận xét: “Các nhà khoa học có thể sử dụng giao diện phần mềm máy chủ để xem dữ liệu, hoặc họ có thể tải nó xuống theo chương trình từ máy chủ. “Nó đáp ứng tất cả các yêu cầu thông thường từ người dùng muốn truy cập dữ liệu và thích viết chương trình của riêng họ, cho những người muốn truy cập dữ liệu trong tệp CSV hoặc xem nó trong trình duyệt web hoặc trên điện thoại thông minh của họ.”

Cuối cùng, nhóm nghiên cứu hy vọng thiết bị sẽ giúp người dùng tiết kiệm thời gian, công sức, tiền bạc và thậm chí giữ cho họ an toàn hơn.

Một ví dụ về nút cảm biến. (Nguồn ảnh: CSIRO [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)])

“Trong DOE, các nhóm giám sát các địa điểm siêu huy động vốn cần các công nghệ có thể giám sát các địa điểm từ xa trong một thời gian dài. Những người khác cần giám sát nhiều vị trí tại nhà máy xử lý nước thải hoặc hồ chứa, và việc triển khai các thiết bị chạy bằng pin dễ dàng hơn là chạy điện cho tất cả chúng. Thực sự, Envōk có thể được sử dụng trong bất kỳ tình huống nào mà việc lấy dữ liệu từ máy ghi dữ liệu là tốn nhiều công sức. "

Ông Fisher cho biết thêm: “Cần có thời gian và vấn đề an toàn cho mọi người khi đi trên đường, ra ngoài lấy dữ liệu và đem về phân tích. “Đôi khi bạn phát hiện ra rằng có điều gì đó đã xảy ra với trình ghi nhật ký của bạn vài tháng trước và dữ liệu bạn nhận được đã bị hỏng kể từ đó. Nhiều nhà khoa học thực hiện các nghiên cứu muốn lập mô hình dữ liệu trong thời gian thực và muốn có nhiều dữ liệu từ khi môi trường trông theo một cách cụ thể. Họ có thể sử dụng một hệ thống như thế này để tránh phải trả nhiều chi phí vận chuyển dữ liệu di động để lấy lại dữ liệu của họ ”.

Đẩy phong bì giám sát

Để đảm bảo thiết bị hoạt động cho nhiều người dùng hơn, nhóm đã thiết kế thiết bị để đáp ứng nhu cầu của người dùng.

Ông Fisher giải thích: “Có các lịch trình đo lường trong hệ thống dựa trên cấu hình của người dùng. “Ví dụ, giả sử có một cảm biến công suất lớn, bạn chỉ muốn chạy vài lần trong ngày trừ khi mực nước đạt đến một độ cao nhất định và sau đó bạn muốn bắt đầu lấy mẫu cứ sau 10 phút. Nút sẽ quản lý các nguồn điện và lấy mẫu dựa trên cấu hình của bạn, do đó, nó phản ứng với các điều kiện môi trường theo nghĩa đó. "

Thiết bị cũng gửi thông báo khi các ngưỡng vượt qua hoặc các điều kiện nhất định — được gọi là quy tắc trang web mà người dùng xây dựng — được đáp ứng.

Ông Fisher cho biết: “Vấn đề điện năng là một trong những vấn đề chính mà chúng tôi đã xem xét, và chúng tôi có một thiết bị công suất thấp. “Trên mạng lưới, một trình ghi nhật ký được gọi là một nút. Nút này có bốn cổng SDI-12 biệt lập trên đó, vì vậy nếu một cảm biến trên một cổng bị lỗi, nó sẽ không làm hỏng dữ liệu nghiêm trọng cho các cổng khác. Nó có nhiều giao diện khác, như đầu vào tương tự 12 bit, đầu vào tương tự 24 bit, bộ đếm, Modbus, RS-232 và GPS, trên một thiết bị này. Vì vậy, bạn có thể kết nối và quản lý, chẳng hạn như bảy cảm biến khác nhau và với SDI-12, thậm chí bao gồm nhiều cảm biến trên mỗi cổng và nó sẽ quản lý tất cả những cảm biến đó dựa trên cấu hình của người dùng. "

Một tính năng dữ liệu thú vị cuối cùng là khả năng của hệ thống để tạo ra các kết quả dữ liệu được tính toán.

“Ví dụ, nếu bạn có cảm biến độ ẩm và cảm biến nhiệt độ ở đâu đó trên thực địa, bạn có thể muốn tạo ra một phần dữ liệu điểm sương và bạn có thể định cấu hình nó để tạo ra dữ liệu đó khi lấy mẫu,” ông Fisher nhận xét. . “Tôi nghĩ đây là một sản phẩm mới lạ vì nó phản ứng với môi trường. Nếu bạn biết rằng bạn đang tìm kiếm các điều kiện kích hoạt nhất định cho các thiết bị khác hoặc thời gian lấy mẫu, hệ thống này sẽ cung cấp khả năng đó ”.

IWT hy vọng rằng tính dễ sử dụng của sản phẩm sẽ là một điều làm nên sự khác biệt của nó, ngay cả đối với những người dùng kỹ thuật.

Ông Fisher cho biết thêm: “Đây cũng là một sản phẩm không dây hạng nhất, không phải là một mô-đun bổ sung với các vấn đề về cấu hình và các vấn đề khó khăn khác đi kèm với đó. “Những mạng lưới không dây này, bạn bật nút theo đúng nghĩa đen và nếu nó nằm trong phạm vi của một trong những nút khác, nó sẽ tự động hoạt động và bạn biết cách làm. Bạn không phải lập kế hoạch trước; nếu bạn bật nó trong phạm vi các nút khác, mạng lưới sẽ tự hình thành. Nó thực sự giúp việc triển khai dễ dàng đối với rất nhiều người ”.