Giới thiệu dự án

Theo thống kê từ Trung tâm Tiết kiệm Năng lượng TP.HCM (ECC HCMC), điện năng dành cho hệ thống chiếu sáng công cộng tại Việt Nam hiện chiếm khoảng 35% tổng điện năng tiêu thụ quốc gia, trong khi mức trung bình toàn cầu chỉ dao động quanh ngưỡng 17%. Tại nhiều đô thị lớn và các trường đại học, hệ thống chiếu sáng phần lớn vẫn sử dụng các loại đèn cao áp thủy ngân (chiếm 52% tại Hà Nội, 65% tại Bắc Giang, 60% tại Hội An) hoặc đèn Metal Halide với hiệu suất năng lượng thấp, tuổi thọ ngắn (6.000 – 15.000 giờ) và thời gian khởi động trễ từ 15–20 phút. Hơn nữa, việc vận hành hầu như phụ thuộc vào các tủ điều khiển động lực tập trung đóng cắt thủ công hoặc hẹn giờ cơ học cố định, dẫn đến lãng phí điện năng nghiêm trọng trong các khung giờ thấp điểm và gây khó khăn lớn cho công tác bảo trì, giám sát sự cố.

Nhằm giải quyết triệt để bài toán này, đề tài "Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiếu sáng sử dụng LoRa" (Mã số: 23) do nhóm tác giả tại Viện Kỹ thuật – Công nghệ, Trường Đại học Thủ Dầu Một thực hiện đã tập trung xây dựng một giải pháp chiếu sáng thông minh thế hệ mới. Đề tài ứng dụng công nghệ mạng không dây diện rộng công suất thấp LoRa (Long Range) kết hợp thuật toán điều khiển phản hồi vòng kín PID (Proportional-Integral-Derivative) và giao diện giám sát đám mây.

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                            KIẾN TRÚC TỔNG THỂ HỆ THỐNG                      |
|                                                                             |
|  [ Cloud Platform / Google Sheets ] <--- (WiFi/HTTP REST) ---> [ Gateway ]  |
|                                                                      |      |
|                                                               (LoRa 433MHz) |
|                                                                      |      |
|         +---------------------------+---------------------------+    |      |
|         |                           |                           |           |
|         v                           v                           v           |
|  [ Node Đèn 1 (50W) ]       [ Node Đèn 2 (50W) ]       [ Node Đèn n (50W) ] |
|  - STM32 + LoRa E32         - STM32 + LoRa E32         - STM32 + LoRa E32   |
|  - Cảm biến LDR + PID       - Cảm biến LDR + PID       - Cảm biến LDR + PID |
|  - Driver LED Dimming       - Driver LED Dimming       - Driver LED Dimming |
+-----------------------------------------------------------------------------+

Mục tiêu của dự án

  1. Thiết kế phần cứng Node cảm biến độc lập: Phát triển các bo mạch điều khiển gắn tại từng cột đèn sử dụng vi điều khiển STM32 và module truyền thông LoRa E32 (băng tần 433 MHz), tích hợp rơ-le đóng cắt, cảm biến quang trở (LDR - Light Dependent Resistor) và mạch điều chế độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation) để điều khiển driver đèn LED DC 50W/12VDC.
  2. Xây dựng trạm Gateway trung tâm hai chiều: Thiết kế Gateway thu phát dữ liệu tập trung, quản lý mạng hình sao (Star Topology), xử lý gói tin LoRa và chuyển tiếp trạng thái hệ thống lên nền tảng đám mây qua kết nối Internet/WiFi.
  3. Phát triển thuật toán điều khiển cường độ sáng tối ưu (PID): Tự động điều chỉnh độ rọi theo thời gian thực đạt chuẩn tiêu chuẩn chiếu sáng Việt Nam (TCVN) với độ rọi mục tiêu 500 lux, hạn chế hiện tượng chói lóa và tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ.
  4. Xây dựng hệ thống giao diện giám sát & quản lý từ xa: Tích hợp luồng dữ liệu hai chiều với Google Sheets API / Dashboard, hỗ trợ người vận hành bật/tắt từng trạm riêng biệt hoặc toàn bộ mạng lưới, tự động cảnh báo sự cố cháy hỏng bóng đèn với độ trễ dưới 2 giây.

Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

  • Phạm vi triển khai: Thử nghiệm thực tế tại khuôn viên Trường Đại học Thủ Dầu Một với mô hình mạng hình sao gồm 1 Gateway trung tâm và 4 Node điều khiển đèn LED công suất 50W.
  • Giới hạn kỹ thuật: Sử dụng băng tần không cấp phép ISM 433 MHz, tốc độ truyền dữ liệu tầm thấp (0.3 kbps – 30 kbps), tập trung tối ưu hóa bán kính phủ sóng và khả năng xuyên vật cản trong môi trường học đường.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Trước khi triển khai, các giải pháp truyền thông không dây phổ biến đã được đánh giá chi tiết để lựa chọn phương án tối ưu nhất cho bài toán chiếu sáng diện rộng:

Tiêu chí so sánh Bluetooth (v4.2/5.0) Zigbee (IEEE 802.15.4) Wi-Fi (802.11 b/g/n) LoRa (CSS - 433MHz)
Khoảng cách truyền 10 – 100 m 10 – 100 m 50 – 100 m 3 – 15 km
Dòng tiêu thụ (Tx/Rx) ~30 mA ~30 mA ~100 – 300 mA ~28 mA (E32-TTL-100)
Số lượng Node tối đa 8 – 255 thiết bị > 64.000 thiết bị Phụ thuộc IP subnet > 10.000 thiết bị
Kỹ thuật điều chế FHSS DSSS OFDM CSS (Chirp Spread Spectrum)
Băng tần hoạt động 2.4 GHz 868/915 MHz, 2.4 GHz 2.4 GHz / 5 GHz 433 MHz (ISM band)
Khả năng xuyên vật cản Thấp Trung bình Kém khi qua tường dày Rất cao (tần số Sub-GHz)
Chi phí hạ tầng Thấp Trung bình (cần Repeater) Cao (Access Point) Rất thấp (không mất cước)

Đánh giá yêu cầu theo mô hình MoSCoW:

  • Must have (Bắt buộc): Điều khiển đóng/cắt và điều chỉnh độ sáng (Dimming) độc lập từng đèn; truyền nhận tín hiệu ổn định ở cự ly > 1 km; phát hiện bóng đèn đứt/cháy qua cảm biến quang; Gateway kết nối dữ liệu đám mây.
  • Should have (Nên có): Tự động điều chỉnh độ rọi bằng thuật toán PID duy trì 500 lux; cấu hình địa chỉ mạng và kênh tần số riêng biệt để chống nhiễu; giao diện điều khiển Web/Google Sheets trực quan.
  • Could have (Có thể mở rộng): Tích hợp cảm biến chuyển động PIR để tự động giảm 80% công suất khi không có phương tiện qua lại sau 22h; ghi nhận nhật ký tiêu thụ điện năng kWh.
  • Won't have (Chưa thực hiện): Truyền tải hình ảnh/video từ camera giám sát giao thông (do giới hạn băng thông hẹp của LoRa).

Thiết kế hệ thống

Hệ thống hoạt động dựa trên cấu trúc mạng hình sao (Star Topology), nơi Gateway đóng vai trò Master điều phối và các Node đóng vai trò Slave chấp hành.

       +-------------------------------------------------------------+
       |                  CẤU TRÚC GÓI TIN LORA (PAYLOAD)            |
       +-------------+-------------+------------+----------+---------+
       | Target Addr | Source Addr | Net Channel| Command  | Dimming |
       |   (2 Bytes) |   (2 Bytes) |  (1 Byte)  | (1 Byte) | (1 Byte)|
       +-------------+-------------+------------+----------+---------+
  1. Khối Node điều khiển:
    • Vi điều khiển: STM32F103C8T6 (32-bit ARM Cortex-M3, xung nhịp 72 MHz, 64KB Flash).
    • Module LoRa: Ebyte E32-TTL-100 (dựa trên chip Semtech SX1278, công suất phát 20 dBm / 100 mW, độ nhạy thu -138 dBm, hỗ trợ giao tiếp UART).
    • Cảm biến & Chấp hành: Cảm biến quang trở LDR kết hợp bộ chuyển đổi ADC 12-bit trên STM32; Rơ-le cách ly quang 10A; Driver LED hỗ trợ PWM 1 kHz điều khiển bóng LED 50W.
  2. Khối Trạm Gateway trung tâm:
    • Vi điều khiển STM32 kết hợp module truyền thông LoRa E32-TTL-1W (công suất phát 30 dBm cho tầm phủ cực đại) và chip chuyển tiếp WiFi (ESP8266) để thực hiện các yêu cầu HTTP REST POST/GET tới Google Apps Script API.
    • Màn hình LCD 16x2 hiển thị tức thời trạng thái các Node trong mạng.
  3. Bảo mật và an toàn dữ liệu:
    • Cấu hình địa chỉ mạng cá nhân (ADDH, ADDL) và Kênh tần số (Channel: 0x00 - 0x1F) khác với mặc định của nhà sản xuất nhằm ngăn ngừa xung đột dữ liệu và chống can thiệp trái phép.
    • Mã hóa gói tin đầu cuối AES-128 được thiết lập ở tầng ứng dụng.

Phương pháp luận phát triển (Methodology)

Dự án áp dụng quy trình phát triển lặp theo 5 giai đoạn chính:

  • Giai đoạn 1 (11/2021 – 01/2022): Nghiên cứu lý thuyết truyền thông CSS LoRa, tiêu chuẩn chiếu sáng TCVN và khảo sát hiện trạng tại Đại học Thủ Dầu Một.
  • Giai đoạn 2 (01/2022 – 03/2022): Thiết kế sơ đồ nguyên lý phần cứng, mô phỏng mạch trên Proteus và tính toán thông số thuật toán PID.
  • Giai đoạn 3 (03/2022 – 05/2022): Gia công mạch in (PCB), tích hợp module E32, chế tạo vỏ hộp bảo vệ chuẩn IP65 và lắp đặt cột đèn thử nghiệm.
  • Giai đoạn 4 (05/2022 – 07/2022): Lập trình firmware C/C++ nhúng cho STM32, cấu hình Gateway, kết nối API Google Sheets và chạy thử nghiệm truyền dẫn RF.
  • Giai đoạn 5 (07/2022 – 08/2022): Đo kiểm cường độ sáng thực tế bằng Lux kế chuyên dụng, đánh giá tỷ lệ suy hao gói tin (Packet Loss Rate) và lập báo cáo kỹ thuật.

Implementation và kết quả

Quy trình phát triển phần mềm và thuật toán

Firmware của hệ thống được lập trình bằng ngôn ngữ C/C++ trên nền tảng Keil MDK ARM và STM32CubeIDE. Dưới đây là cấu trúc thuật toán điều khiển vòng kín PID nhằm ổn định độ rọi thực tế của đèn LED theo điểm đặt $SetPoint = 500\text{ lux}$:

#include "stm32f10x.h"

typedef struct {
    float Kp;        // Hệ số tỉ lệ
    float Ki;        // Hệ số tích phân
    float Kd;        // Hệ số vi phân
    float prev_error;
    float integral;
} PID_Controller;

PID_Controller pid_light = { .Kp = 1.25f, .Ki = 0.05f, .Kd = 0.12f, .prev_error = 0.0f, .integral = 0.0f };

/**
 * @brief Tính toán giá trị PWM điều khiển độ sáng đèn LED
 * @param setpoint Độ rọi mục tiêu (lux)
 * @param measured_lux Giá trị độ rọi đo được từ cảm biến LDR
 * @param dt Thời gian lấy mẫu (giây)
 * @return Giá trị Duty Cycle ngõ ra (0 - 1000 tương ứng 0% - 100%)
 */
uint16_t PID_Compute(float setpoint, float measured_lux, float dt) {
    float error = setpoint - measured_lux;
    
    // Thành phần Tỉ lệ (P)
    float P_out = pid_light.Kp * error;
    
    // Thành phần Tích phân (I) có giới hạn chống bão hòa (Anti-windup)
    pid_light.integral += error * dt;
    if (pid_light.integral > 500.0f) pid_light.integral = 500.0f;
    else if (pid_light.integral < -500.0f) pid_light.integral = -500.0f;
    float I_out = pid_light.Ki * pid_light.integral;
    
    // Thành phần Vi phân (D)
    float derivative = (error - pid_light.prev_error) / dt;
    float D_out = pid_light.Kd * derivative;
    
    // Tổng ngõ ra điều khiển
    float output = P_out + I_out + D_out;
    pid_light.prev_error = error;
    
    // Ràng buộc giá trị điều chế độ rộng xung PWM (0 - 1000)
    if (output > 1000.0f) output = 1000.0f;
    if (output < 0.0f) output = 0.0f;
    
    return (uint16_t)output;
}

Tại Gateway, dữ liệu từ các gói tin LoRa được giải mã và gửi lên Cloud thông qua tập lệnh AT của module WiFi:

void Process_Node_Packet(uint8_t *rx_buf, uint8_t length) {
    if (length >= 6) {
        uint16_t node_id = (rx_buf[0] << 8) | rx_buf[1];
        uint8_t status   = rx_buf[2]; // 0x01: Bình thường, 0xEE: Sự cố đứt bóng
        uint8_t lux_high = rx_buf[3];
        uint8_t lux_low  = rx_buf[4];
        uint16_t lux_val = (lux_high << 8) | lux_low;
        
        // Đóng gói JSON gửi qua Google Sheets API
        char http_payload[128];
        sprintf(http_payload, "{\"node\":%d,\"status\":\"%s\",\"lux\":%d}",
                node_id, (status == 0x01) ? "OK" : "FAULT", lux_val);
        ESP8266_SendHTTPS(http_payload);
    }
}

Thử nghiệm và đánh giá hiệu năng

Hệ thống được đưa vào kiểm thử thực tế tại khuôn viên Đại học Thủ Dầu Một với các kịch bản:

  1. Kiểm thử cự ly và suy hao tín hiệu LoRa E32:

    • Khoảng cách truyền nhận thực tế đạt 1.8 km trong môi trường có nhiều cây xanh, nhà cao tầng và vật cản phức tạp.
    • Tỷ lệ mất gói tin (Packet Loss Rate) đo được ở cự ly 1.2 km chỉ là 1.14% khi cấu hình Spreading Factor $SF = 10$, Bandwidth $BW = 125\text{ kHz}$, Coding Rate $CR = 4/5$.
    • Dòng điện tiêu thụ ở trạng thái chờ của Node là $14.2\text{ mA}$, khi phát tín hiệu LoRa là $28.5\text{ mA}$ (với module 100 mW).

  2. Kiểm tra độ chính xác điều khiển ánh sáng theo TCVN:

    • Sử dụng Lux kế chuyên dụng đặt dưới tâm chiếu sáng cột đèn (chiều cao 3.5m) để so sánh giữa hệ thống truyền thống và hệ thống điều khiển thông minh PID:
Thời điểm kiểm tra Môi trường bên ngoài (Lux) Đèn truyền thống (Lux) Đèn LED PID đề xuất (Lux) Mức PWM (%) Điện năng tiết kiệm (%)
18h30 (Chập tối) 85 680 502 65% 35.0%
20h00 (Tối hoàn toàn) 5 680 498 82% 18.0%
23h30 (Đêm vắng người) 0 680 210 (Chế độ Eco) 30% 70.0%
04h30 (Rạng sáng) 40 680 501 72% 28.0% 
  Độ rọi (Lux)
   700 |----------------------------------------  Đèn truyền thống (Cố định 680 Lux)
   600 |
   500 |========================================  Hệ thống PID Đề xuất (Mục tiêu 500 Lux)
   400 |
   300 |
   200 |                   .....................  Chế độ Eco sau 23h (210 Lux)
   100 |________________________________________
         18:30    20:00    22:00    23:30    04:30

Kết quả đạt được so với mục tiêu ban đầu

  • Hoàn thành 100% phần cứng và firmware: Chế tạo thành công 4 Node điều khiển đèn LED 50W/12VDC và 1 trạm Gateway trung tâm hoạt động tin cậy.
  • Thời gian đáp ứng điều khiển cực nhanh: Lệnh bật/tắt toàn bộ mạng lưới hoặc từng trạm đơn lẻ từ giao diện Web được phản hồi trong vòng $180\text{ ms} \pm 20\text{ ms}$.
  • Chức năng chẩn đoán sự cố tự động: Khi tháo rời bóng LED hoặc xảy ra đứt mạch, cảm biến LDR ghi nhận giá trị độ rọi sụt giảm đột ngột dưới ngưỡng cảnh báo ($< 10\text{ lux}$ trong khi Relay đang đóng), Node lập tức gửi mã lỗi 0xEE về Gateway, hiển thị chính xác vị trí cột đèn hư hỏng trên bảng điều khiển chỉ sau $1.5\text{ giây}$.

Đổi mới và đóng góp

  1. Khắc phục hoàn toàn nhược điểm của mạng có dây và các chuẩn không dây tầm ngắn:
    • So với các giải pháp có dây truyền thống (chi phí kéo cáp RS-485 lên tới hàng trăm triệu đồng cho mỗi km và nguy cơ đứt cáp ngầm do thi công hạ tầng), mạng LoRa giúp triển khai nhanh chóng mà không cần đào đường đặt ống dẫn.
    • So với giải pháp Zigbee (phải sử dụng nhiều trạm chuyển tiếp Repeater do cự ly mỗi node chỉ từ 30–70m trong đô thị), LoRa Star Topology liên kết trực tiếp từ Node tới Gateway với bán kính hàng km, giảm thiểu điểm lỗi đơn (Single Point of Failure).
  2. Tối ưu hóa năng lượng động bằng thuật toán PID:
    • Thay vì phương pháp đóng cắt cơ học bậc thang (100% hoặc 0%), việc áp dụng bộ điều khiển PID kết hợp điều chế xung PWM giúp hệ thống thích ứng mượt mà với ánh sáng môi trường (ánh trăng, biển quảng cáo, thời tiết mưa mù), giảm hao phí năng lượng trung bình 42.7% trong điều kiện vận hành tiêu chuẩn và lên đến 70% trong chế độ tiết kiệm đêm muộn.
  3. Chi phí đầu tư phần cứng thấp, dễ tiếp cận:
    • Chi phí linh kiện cho một Node điều khiển LoRa-STM32 chỉ dao động quanh mức 250.000 – 350.000 VNĐ, giúp các trường đại học, khu công nghiệp và đô thị loại 2, loại 3 dễ dàng tiếp cận và mở rộng quy mô.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

  • Chiếu sáng khuôn viên trường đại học & bệnh viện: Quản lý tập trung hàng trăm bóng đèn chiếu sáng sân vườn, lối đi bộ, khu thể thao; tự động giảm độ sáng vào ban đêm khi sinh viên đã rời giảng đường.
  • Chiếu sáng đô thị thông minh và đường cao tốc: Giám sát tình trạng vận hành của các cụm đèn đường trải dài hàng chục km từ trung tâm điều hành thành phố mà không phải chi trả phí thuê SIM 4G viễn thông hàng tháng cho từng cột đèn.
  • Khu công nghiệp và cảng biển: Lắp đặt tại các vị trí địa hình phức tạp, nơi có nhiều bụi bẩn, rung lắc cơ học và vật cản kim loại lớn nhờ khả năng xuyên thấu vượt trội của sóng LoRa 433 MHz.

Phân tích chi phí và hiệu quả đầu tư (ROI)

Giả định triển khai hệ thống cho tuyến đường dài 5 km gồm 200 bộ đèn đường công suất 150W:

  • Hệ thống cũ (Đèn cao áp thủy ngân 250W - Bật 12h/ngày):
    • Điện năng tiêu thụ: $200 \times 0.25\text{ kW} \times 12\text{h} \times 365\text{ ngày} = 219.000\text{ kWh/năm}$.
    • Tiền điện tạm tính (2.000 VNĐ/kWh): $438.000.000\text{ VNĐ/năm}$.
  • Hệ thống mới (Đèn LED 100W + Node LoRa PID - Tiết kiệm trung bình 50% nhờ Dimming):
    • Điện năng tiêu thụ: $200 \times 0.10\text{ kW} \times (6\text{h} \times 100% + 6\text{h} \times 30%) \times 365 = 56.940\text{ kWh/năm}$.
    • Tiền điện tạm tính: $113.880.000\text{ VNĐ/năm}$.
    • Tiền điện tiết kiệm mỗi năm: $\approx 324.120.000\text{ VNĐ/năm}$ (Giảm ~74% tổng chi phí điện).
    • Chi phí lắp đặt 200 Node LoRa + 2 Gateway: $\approx 90.000.000\text{ VNĐ}$.
    • Thời gian thu hồi vốn đầu tư (ROI): Chỉ sau 3.5 – 4 tháng vận hành thực tế.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Giới hạn băng thông: Chuẩn LoRa băng hẹp không thể truyền tải lượng dữ liệu lớn như hình ảnh hoặc video phục vụ phân tích mật độ giao thông bằng AI.
  • Hiện tượng xung đột gói tin (Collision): Khi số lượng Node trong mạng hình sao tăng lên hàng nghìn thiết bị và gửi dữ liệu đồng thời, xác suất va chạm sóng RF sẽ gia tăng nếu không có cơ chế lập lịch truy cập kênh (TDMA - Time Division Multiple Access) chặt chẽ.
  • Bám bụi cảm biến: Cảm biến LDR lắp ngoài trời sau thời gian dài có thể bị bám bụi bẩn làm giảm độ nhạy đo lường quang học.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Nâng cấp giao thức truyền thông lên chuẩn LoRaWAN Class C với các Gateway công nghiệp chuyên dụng để tương thích hoàn toàn với hạ tầng Smart City quốc tế.
  • Tích hợp thêm cảm biến đo điện năng chuyên dụng (như PZEM-004T) để đo chính xác điện áp, dòng điện, hệ số công suất $\cos\varphi$ và điện năng tiêu thụ kWh của từng bóng đèn.
  • Phát triển ứng dụng di động Flutter/React Native kết hợp bản đồ số GIS để hỗ trợ nhân viên kỹ thuật định vị chính xác vị trí cột đèn bị sự cố trên bản đồ thời gian thực.
  • Nghiên cứu kết hợp nguồn năng lượng tái tạo (Pin năng lượng mặt trời + Pin Lithium LiFePO4) biến mỗi cột đèn thành một trạm năng lượng xanh độc lập hoàn toàn với lưới điện.

Đối tượng hưởng lợi

Nhóm đối tượng Giá trị và lợi ích cụ thể
Sinh viên & Học viên kỹ thuật Tài liệu tham khảo toàn diện về thiết kế phần cứng nhúng STM32, lập trình truyền thông LoRa không dây, thuật toán PID và giao tiếp IoT đám mây.
Kỹ sư & Nhà phát triển nhúng Bộ khung mã nguồn (Source Code Framework), định dạng bản tin RF chuẩn hóa, giải pháp chống bão hòa tích phân PID và kỹ thuật phân kênh RF chống nhiễu.
Doanh nghiệp & Ban quản lý đô thị Giải pháp chiếu sáng xanh giảm hơn 40% chi phí điện năng, giảm 80% công sức tuần tra sự cố thủ công, thời gian hoàn vốn đầu tư nhanh dưới 6 tháng.
Nhà nghiên cứu khoa học Số liệu thực nghiệm đối sánh giữa các công nghệ truyền thông vô tuyến Sub-GHz trong môi trường đô thị nhiệt đới ẩm tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu phần cứng và hạ tầng kỹ thuật tối thiểu để triển khai hệ thống là gì?

Hệ thống yêu cầu nguồn cấp cho Gateway (Adapter 5V/2A hoặc 12VDC) có kết nối mạng Internet (WiFi hoặc Ethernet/4G). Tại mỗi cột đèn cần cung cấp nguồn điện phù hợp với loại bóng (220VAC hoặc 12V/24VDC), một bo mạch Node LoRa STM32 tích hợp cảm biến quang trở LDR và mạch công suất đóng ngắt Rơ-le/Driver PWM.

2. Khi số lượng cột đèn tăng lên hàng nghìn điểm, hệ thống có bị nghẽn mạng LoRa không?

Với kiến trúc mạng hình sao thuần túy, việc hàng nghìn Node phát đồng thời có thể gây nghẽn. Giải pháp khắc phục là phân chia mạng thành các cụm nhỏ theo Kênh tần số (Channel Frequency: 410–441 MHz) và Mã mạng (NetID), kết hợp thuật toán hỏi vòng (Polling) từ Gateway hoặc cấu hình khoảng thời gian gửi định kỳ lệch pha nhau giữa các Node (Time-Slotted).

3. Hệ thống có thể tích hợp với các bóng đèn cao áp 220VAC công suất lớn hiện hữu không?

Hoàn toàn có thể. Đối với bóng đèn 220VAC không hỗ trợ Dimming, Node sẽ sử dụng tiếp điểm Rơ-le để điều khiển đóng/ngắt tự động theo cảm biến hoặc theo lịch trình. Đối với các dòng đèn LED đường 220VAC hiện đại có hỗ trợ cổng Dimming 0–10V hoặc PWM, bo mạch Node có thể xuất trực tiếp tín hiệu điều khiển độ sáng tương ứng.

4. Nếu trạm Gateway bị mất kết nối Internet hoặc mất điện, hệ thống đèn có hoạt động được không?

Các Node điều khiển được lập trình độc lập với cơ chế tự vận hành (Standalone Fallback Mode). Khi mất liên lạc với Gateway quá 5 phút, Node sẽ tự động chuyển sang chế độ cảm biến quang tại chỗ: tự động bật sáng khi trời tối (LDR ghi nhận dưới 50 lux) và tự động tắt khi trời sáng, đảm bảo không làm gián đoạn an toàn giao thông.

5. Chi phí đầu tư ban đầu và độ bền của thiết bị trong điều kiện thời tiết ngoài trời như thế nào?

Chi phí sản xuất bo mạch Node ở quy mô công nghiệp chỉ khoảng 250.000 – 300.000 VNĐ/bộ. Toàn bộ mạch điện tử được đóng gói trong hộp bảo vệ tiêu chuẩn chống nước, chống bụi IP65/IP66, cho phép thiết bị vận hành bền bỉ ngoài trời với dải nhiệt độ hoạt động từ -20°C đến +70°C và độ ẩm lên tới 95%.

Kết luận

Đề tài "Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiếu sáng sử dụng LoRa" của nhóm nghiên cứu Trường Đại học Thủ Dầu Một đã chứng minh tính khả thi, độ tin cậy và hiệu quả kinh tế vượt trội của việc ứng dụng công nghệ mạng không dây tầm xa LoRa vào bài toán hiện đại hóa hạ tầng đô thị. Bằng việc kết hợp thành công giữa nền tảng phần cứng vi điều khiển 32-bit ARM STM32, công nghệ điều chế xung LoRa CSS và thuật toán điều khiển phản hồi vòng kín PID, hệ thống không chỉ giải quyết triệt để bài toán tiết kiệm từ 35% đến 70% điện năng tiêu thụ mà còn tự động hóa 100% quy trình giám sát, phát hiện sự cố theo thời gian thực.

Kết quả nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng lớn cho các đô thị thông minh, khuôn viên đại học, khu công nghiệp và hệ thống giao thông tại Việt Nam, đóng góp thiết thực vào mục tiêu chuyển đổi số và phát triển bền vững quốc gia. Các tổ chức, nhà trường và doanh nghiệp quan tâm có thể tiếp cận, chuyển giao công nghệ hoặc phát triển mở rộng mô hình lên quy mô cấp thành phố ngay hôm nay.