IoT Gateway ESP32 – M-Bus – 4–20mA – LoRa Client Network (MEI GROUP)**

1. Kiến trúc phần cứng

1.1 Vi điều khiển trung tâm

• ESP32-WROOM (Dual-core Xtensa 240 MHz).

• RAM 520KB + Flash trong 4–16MB.

• Hỗ trợ WiFi 2.4GHz + Bluetooth BLE.

• Tích hợp chế độ ngủ sâu (Deep Sleep) tiêu thụ thấp.

1.2 Giao tiếp cảm biến & thiết bị

4–20mA Analog Input

• 2–4 kênh 4–20mA với mạch cách ly & chống nhiễu.

• Đo pH, Clo dư, áp lực, mức nước, độ đục, EC/TDS, DO…

• ADC 12–16 bit (tùy module ADC mở rộng ADS1115/ADS1220).

M-Bus / Modbus RTU RS485

• Đọc đồng hồ nước điện tử, đồng hồ siêu âm, cảm biến chất lượng nước công nghiệp.

• Hỗ trợ multi-drop, nhiều địa chỉ, timeout xử lý nâng cao.

• Giao thức: Modbus RTU 9600–19200 bps, parity 8N1 hoặc 8E1.

LoRa (RA-02 / SX1276)

• Là Gateway trung tâm trong mạng LoRa nội bộ.

• Thu nhận dữ liệu từ 10–50 client.

• Hỗ trợ cơ chế:

  • Polling theo ID (master hỏi – client trả lời)

  • Multi-hop / Relay (tuỳ cấu hình)

  • Kiểm tra CRC – retry nếu lỗi.

2. Tính năng IoT Gateway

2.1 Thu thập dữ liệu

• Đồng thời nhận dữ liệu từ:

  • Client LoRa

  • Cảm biến 4–20mA cục bộ

  • Đồng hồ M-Bus / RS485

• Đồng bộ timestamp (NTP) để chuẩn hoá dữ liệu.

2.2 Xử lý & lọc tín hiệu

• Lọc EMA/Kalman cho analog.

• Chống nhiễu đường dài cho M-Bus.

• Loại spike dữ liệu bất thường.

• Giám sát mất cảm biến – đứt dây – sai lệch dòng 4–20mA.

3. Kết nối với server & truyền thông

WiFi / Ethernet (tùy chọn module LAN8720/W5500)

• MQTT / MQTTS

• HTTP/HTTPS

• WebSocket

• Gửi báo cáo theo chu kỳ hoặc theo sự kiện (event-based).

Cơ chế dự phòng

• Lưu dữ liệu vào Flash hoặc SD Card (nếu có).

• Tự động re-sync khi mạng trở lại.

4. Hệ thống cảnh báo

• Cảnh báo khi:

  • Áp lực thấp/cao

  • Clo dư/pH vượt chuẩn

  • M-Bus ngừng phản hồi

  • Client LoRa mất kết nối

  • Mất WiFi

• Hình thức cảnh báo:

  • WebApp MEI ECO

  • Email/SMS (qua API Cloud)

  • Push Notification App

• Hỗ trợ ghi log sự kiện theo thời gian thực.

5. Quản lý client LoRa

• Bảng danh sách 10–50 node: trạng thái – pin – RSSI.

• Ping client định kỳ kiểm tra hoạt động.

• Hỗ trợ firmware update từ Gateway → Client (OTA LoRa – tùy cấu hình).

• Thuật toán ưu tiên kênh, giảm packet collision.

6. Chế độ hoạt động & tiết kiệm năng lượng

• Normal Mode: ESP32 chạy full 240 MHz, phục vụ LoRa + M-Bus + WiFi.

• Eco Mode: Giảm tần số xử lý, giảm chu kỳ đọc.

• Deep Sleep Mode: tiêu thụ 0.1–0.2mA, thức dậy theo chu kỳ hoặc sự kiện LoRa.

• Tối ưu cho gateway đặt ở khu vực nguồn hạn chế.

7. Ứng dụng

• Giám sát trạm bơm/trạm cấp nước.

• Giám sát chất lượng nước điểm cuối.

• Mạng LoRa nội bộ (xóm ấp/khu sản xuất).

• Hệ thống giám sát nông nghiệp – tưới tiêu – ao hồ.

• Hệ thống đo mực nước/áp suất – truyền về trung tâm.