Ứng dụng công nghệ Lora để xây dựng hệ thống giám sát trên các toa tàu đường sắt Việt Nam

Tạp chí Khoa học và Công nghệ 141 (2020) 015-021 
15 
Ứng dụng công nghệ Lora để xây dựng hệ thống giám sát trên các toa 
tàu đường sắt Việt Nam 
Application of Lora Technology to Build a Monitoring System on Vietnamese Railway Cars 
Nguyễn Hoàng Dũng 1,*, Dương Thế Anh 2 
1 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội – Số 1, Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội 
2 Cao Đẳng Giao thông vận tải Trung Ương 1- Thụy An, Ba Vì, Hà Nội 
Đến Tòa soạn: 28-6-2019; chấp nhận đăng: 20-03-2020 
Tóm tắt 
Ngày nay việc giám sát các thông số môi trường rất cần thiết trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trồng trọt, 
thủy sản, chăn nuôi, chất thải khí công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác. Công nghiệp 4.0 với tâm điểm thế giới 
vạn vật (IoT – Internet of Things) sẽ giúp cho việc giám sát các thông số môi trường tại mọi lúc mọi nơi. Chỉ 
với một chiếc điện thoại thông minh (smartphone) giúp hiển thị các cảnh báo khi các thông số môi trường 
cần giám sát ở ngoài ngưỡng cho phép. Kết quả giám sát sẽ giúp cho bộ phận chức năng có biện pháp xử 
lý kịp thời nhằm giảm rủi ro và hạn chế các tác động từ môi trường đến đời sống con người. Trong khuôn 
khổ bài báo này, nhóm nghiên cứu đề xuất một mô hình ứng dụng công nghệ Lora để giám sát thu phát 
chính xác thông tin trên các toa tàu đường sắt Việt Nam nhằm nâng cao chất lượng phục vụ cũng như tạo 
cảm giác yên tâm, an toàn, thân thiện cho mỗi hành khách khi đi tàu. 
Từ khóa: IoT, LoRa, CCS, Node, Gateway 
Abstract 
Nowadays, monitoring of environmental parameters is very essential in many different fields such as 
cultivation, aquaculture, livestock, industrial gas waste and others. The Industry 4.0 with IoT (Internet of 
Things) as the center, will help us to monitor environmental parameters anytime, anywhere. Only a 
smartphone can display alerts when monitoring environment parameters exceed allowed thresholds. 
Monitoring results will help the functional department to make timely handling that reduce risks and limit 
environmental impacts on human life. In this study, the research team proposed a model of Lora technology 
application to monitor Vietnamese railroad carriages for improving service quality, as well as creating a 
reliant, safe and friendly feeling for every passenger. 
Keywords: IoT, LoRa, CCS, Node, Gateway 
1. Giới thiệu1 
LoRa là viết tắt của Long Range Radio được 
nghiên cứu và phát triển bởi Cycleo và sau này được 
mua lại bởi công ty Semtech năm 2012. Với công 
nghệ này, chúng ta có thể truyền dữ liệu với khoảng 
cách lên đến hàng kilomet (km) mà không cần các 
mạch khuếch đại công suất; từ đó giúp tiết kiệm năng 
lượng tiêu thụ khi truyền/nhận dữ liệu. Do đó, LoRa 
có thể được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng thu 
thập dữ liệu như mạng cảm biến (sensor network) 
trong đó các sensor node có thể gửi giá trị đo đạc về 
trung tâm cách xa hàng nghìn mét và có thể hoạt 
động với nguồn pin (battery) trong thời gian dài trước 
khi cần thay thế hoặc nạp lại. 
LoRa sử dụng kỹ thuật điều chế Chirp Spread 
Spectrum (CSS). Có thể hiểu đơn giản về nguyên lý 
* Địa chỉ liên hệ: Tel.: (+84) 913.004.120 
Email: dung.nguyenhoang@hust.edu.vn 
này là dữ liệu sẽ được chia ra thành các xung cao tần 
để tạo ra tín hiệu có dãy tần số cao hơn tần số dữ liệu 
gốc (đây gọi là chipped). Sau đó tín hiệu cao tần này 
tiếp tục được mã hoá theo các chuỗi chirp signal (là 
các tín hiệu hình sin có tần số thay đổi theo thời gian; 
có 2 loại chirp signal là up-chirp có tần số tăng theo 
thời gian và down-chirp có tần số giảm theo thời 
gian; và việc mã hoá theo nguyên tắc bit 1 sẽ sử dụng 
up-chirp, và bit 0 sẽ sử dụng down-chirp) trước khi 
truyền ra anten để gửi đi. Theo Semtech công bố thì 
nguyên lý này giúp giảm độ phức tạp và độ chính xác 
cần thiết của mạch thu để có thể giải mã và điều chế 
lại dữ liệu. Hơn nữa công nghệ truyền dẫn không dây 
LoRa không cần công suất phát lớn mà vẫn có thể 
truyền và nhận tín hiệu ở khoảng cách xa ngay cả khi 
cường độ tín hiệu nhỏ hơn cả nhiễu môi trường xung 
quanh. 
Băng tần làm việc của LoRa từ 430MHz đến 
915MHz cho từng khu vực khác nhau trên thế giới: 
(1) 430MHz cho châu Á; (2) 780MHz cho Trung 
Quốc; (3) 433MHz hoặc 866MHz cho châu Âu; (4) 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 141 (2020) 015-021 
16 
915MHz cho nước Mỹ. Nhờ sử dụng chirp signal mà 
các tín hiệu LoRa với các chirp rate khác nhau có thể 
hoạt động trong cùng một khu vực mà không gây 
nhiễu cho nhau. Điều này cho phép nhiều thiết bị 
LoRa có thể trao đổi dữ liệu trên nhiều kênh đồng 
thời (mỗi kênh cho một chirprate) [1]. 
Bảng 1. So sánh các giao thức truyền thông không 
dây 
 Bluetooth ZigBee Wi-fi LoRa 
Thiết bị 
đầu cuối 
tối đa 
255 
Hơn 
64000 
Phụ 
thuộc 
vào số 
địa chỉ 
IP 
10000 
Dòng tiêu 
thụ đỉnh 
30mA 30mA 100mA 28mA 
Vùng phủ 
sóng 
10m 
10-
100m 
100m 3-5km 
Tốc độ bit 1 Mbps 
250 
Kbps 
11 và 55 
Mbps 
5.5 
Kbps 
Công 
nghệ điều 
chế 
FHSS DSSS OFDM CSS 
 Bảng 1 trình bày các thông tin cần so sánh để thấy 
rõ sự vượt trội của Lora so với các các giao thức 
truyền thông không dây khác [2]. 
Dựa trên các ưu điểm của Lora và qua sự khảo 
sát nhu cầu thực tiễn của hành khách về sự cần thiết 
của việc xác định các thông số môi trường, vị trí tàu 
trên tuyến đường sắt. Nhóm nghiên cứu đã đề xuất 
một mô hình thu thập thông số môi trường tại mỗi toa 
tàu, dữ liệu được xử lý sau đó hiển thị trực tiếp tại 
mỗi toa và được cảnh báo khi các thông số vượt 
ngưỡng cho phép. Dữ liệu cũng được truyền từ các 
toa tàu về toa tàu điều khiển để có biện pháp xử lý kịp 
thời, giảm rủi ro xấu tác động đến hành khách 
Hệ thống mà nhóm nghiên cứu thiết kế lựa chọn 
sử dụng công nghệ truyền thông không dây Lora để 
truyền nhận thông tin từ khoảng cách xa và tiêu thụ 
năng lượng thấp mà các công nghệ truyền thông 
không dây khác như Wifi, Bluetooth, Zigbee, v..v, 
không thể làm được. Phương pháp thiết kế, chế tạo và 
các kết quả đạt được của hệ thống sẽ được trình bày 
trong các phiên tiếp theo của bài báo này. 
2. Thiết kế hệ thống giám sát 
2.1. Kiến trúc hệ thống 
Hình 1 trình bày mô hình thiết kế hệ thống giám 
sát các thông số môi trường trên toa tàu của tuyến 
đường sắt Bắc Nam do nhóm nghiên cứu đề xuất. Hệ 
thống gồm ba thành phần chính: (1) Node (đặt tại các 
khoang tàu); (2) Gateway (đặt tại toa đầu tiên) và (3) 
Application server trên Cloud (Web, Database, GPS 
tracking, v..v). Việc thu nhập dữ liệu từ cảm biến: 
ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ không khí, v..v sẽ 
được thống kê liên tục trên mỗi toa tàu con – car. Dữ 
liệu sau khi thống kê sẽ được đóng gói mã hóa theo 
thuật toán AES-128 bit và gửi về Gateway thông qua 
Lora. Gateway sau khi nhận các bản tin – message 
gửi về từ phía node sẽ giải mã bản tin lấy dữ liệu và 
gửi lên cloud để lưu thông tin và hiển thị trên web. 
2.2. Thiết kế hệ thống 
Như đã trình bày ở phần 2.1, phần cứng của hệ 
thống gồm hai khối chính đó là khối Node (đặt tại các 
khoang tàu) và khối Gateway (đặt tại toa đầu tiên). 
Hình 1. Mô hình thiết kế hệ thống giám sát các thông số môi trường trên tàu khách Bắc Nam 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 141 (2020) 015-021 
17 
2.2.1. Thiết kế khối Node 
Hình 2 trình bày sơ đồ khối Node. Node bao 
gồm (1) khối xử lý; (2) khối cảm biến (cảm biến nhiệt 
độ độ ẩm, cảm biến chất lượng không khí); (3) khối 
cảnh báo và (4) khối truyền thông không dây lora. 
Toàn bộ các khối này đều được cấp nguồn cung cấp 
từ khối thứ (5) bao gồm nguồn điện DC và pin. 
Hình 3 và Bảng 2 lần lượt trình bày sơ đồ 
nguyên lý; khe cắm kết nối Raspberry Pi Zero và 
bảng các chức năng nhiệm vụ của từng thành phần 
Node. Khi cấu hình chân cho module Lora SX1278 
cần kích hoạt sử dung giao thức truyền thông SPI và 
các chân IO khác để nhận biết các tín hiệu ACK trả 
về khi tiến hành kết nối và truyền dữ liệu. Do chân 
Raspberry Pi Zero không có chân đọc giá trị tương tự 
nên sử dụng IC ADS1115 chuyên dụng cho việc đọc 
tín hiệu tương tự với nhiều dải điện áp đầu vào có thể 
cấu hình được định khi có nguồn điện 220V AC thì 
Node sẽ được và truyền dữ liệu về MCU thông qua 
giao thức I2C. Với bên Node, nguồn được sử dụng 
với hai tùy chọn là nguồn cấp chính từ điện áp AC 
220V qua nguồn xung và một nguồn dự phòng chạy 
bằng pin. Mặc cung cấp điện áp DC bởi đầu ra của 
nguồn xung còn khi xảy ra mất điện Node sẽ chuyển 
sang sử dụng nguồn dự phòng để hoạt động, đảm bảo 
theo dõi và cảnh báo cho người dùng nếu xảy ra sự 
cố, thu thập dữ liệu từ cảm biến và kiểm tra chất 
lượng môi trường hiện tại như thế nào. 
Trong quá trình đọc và phân tích dữ liệu nếu xảy 
ra lỗi thì lại chuyển module SX1278 về chế độ nhận 
và chờ các lượt tiếp theo. Ngược lại nếu quá trình 
thành công thì tiến hành chuyển module SX1278 sang 
chế độ truyền dữ liệu và gửi dữ liệu về phía Gateway. 
Trước khi gửi đi dữ liệu ở phía Node được nén lại 
dạng base64 và mã hóa với thuật toán mã hóa khóa 
đối xứng AES-128. 
Bảng 2. Chức năng nhiệm vụ từng thành phần Node 
Thành phần Node Chức năng, nhiệm vụ 
Raspberry pi Zero 
Khối xử lý sử dụng Raspberry Pi Zero 
là máy tính nhúng chỉ có một board 
mạch kích thước nhỏ gọn. Raspberry Pi 
Zero sử dụng broadcom BCM2835, 
ARMv7 single core 64-bit SoC @ 
1.4GHz, 512MB RAM, Mini HDMI, 
802.11 b/g/n wireless LAN, Bluetooth 
4.1, chân cắm GPIO 40 chân. Nguồn 
điện áp và dòng điện tương ứng là 
5V/160mA. Do kích thước Raspberry Pi 
Zero nhỏ gọn nên được lựa chọn làm 
khối xử lý của Node. Ngoài ra do 
Raspberry Pi Zero có tích hợp cổng 
HDMI nên tại từng toa tàu có thể hiển 
thị trực tiếp thông tin về chất lượng 
không khí và cảnh báo. 
Module Lora-Ra 02 
Khối truyền thông không dây được sử 
dụng là module Sx1278 hoạt động trên 
tần số 420 – 450 MHz, công suất phát 
20dBm – 100mW, giao tiếp SPI, tốc độ 
bit lập trình có thể đạt đến 300kbps, 
v..v. Module Lora-Ra 02 sẽ truyền dữ 
liệu môi trường từ các toa tàu về 
Gateway. 
Cảm biến MQ135 
(cảm biến không 
khí) 
Khối cảm biến chất lượng không khí: 
Module được sử dụng ở nghiên cứu này 
là MQ135. MQ135 sử dụng đơn vị ppm 
để tính toán nồng độ các khí. MQ135 
cung cấp các giá trị tương tự được ánh 
xạ với 1024 giá trị của bộ chuyển đổi 
ADC. Dựa vào biểu đồ mối liên quan 
giữa Rs/Ro và các khí, khi có được giá 
trị tương tự từ chân out của cảm biến sẽ 
lập các công thức để tính ngược lại các 
giá trị của các khí khác nhau. 
Cảm 
biến 
DHT 22 
(cảm 
biến 
nhiệt độ, 
độ ẩm) 
Khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm sử dụng 
module DHT22 để đo nhiệt độ và độ ẩm 
của từng toa tàu, phạm vi độ ẩm đo từ 0 
-99.99%RH, phạm vi phát hiện nhiệt độ 
từ -40 ~ 80 ºC, độ chính xác phát hiện 
độ ẩm là ± 2%RH, độ chính xác phát 
hiện nhiệt độ là ± 0.5 ºC. 
Buzzer 5V USP – 
250SA 
Khối cảnh báo sử dụng còi chip để báo 
cho hành khách biết khi nào thông số 
môi trường xấu vượt ngưỡng cho phép. 
Điện áp hoạt động từ 3.5 đến 5v, dòng 
tải nhỏ 25mA. Dải tần đáp ứng 2300 ± 
500 Hz. 
Hình 2. Sơ đồ khối Node 
Hình 3. Sơ đồ nguyên lý khối Node; khe cắm kết 
nối Raspberry Pi Zero 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 141 (2020) 015-021 
18 
Hình 4. Sơ đồ khối Gateway 
2.2.2. Thiết kế khối Gateway 
Sơ đồ khối Gateway được trình bày trong hình 
4. Gateway được thiết kế để thu thập thông tin từ các 
sensor bên phía Node đặt tại các toa tàu và định vị vị 
trí của tàu để hiển thị lên trang Web thông qua cơ sở 
dữ liệu mySQL của Google cloud. Bên cạnh đó các 
thông tin về môi trường cũng sẽ được hiển thị bằng 
ứng dụng do nhóm nghiên cứu tạo ra trên các máy 
điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android 
thông qua cơ sở dữ liệu firebase của google cloud. 
Hình 5 và Bảng 3 lần lượt trình bày sơ đồ 
nguyên lý; khe cắm kết nối Raspberry Pi 3+ và bảng 
các chức năng nhiệm vụ của từng thành phần 
Gateway. Khi cấu hình chân cho module Lora 
SX1278 cần kích hoạt sử dụng giao thức truyền thông 
SPI và các chân IO khác để nhận biết các tín hiệu 
ACK trả về khi tiến hành kết nối và truyền dữ liệu. 
Trong thiết kế khối Gateway, nguồn cung cấp đầu 
vào là điện áp 220V AC được hạ áp xuống nguồn DC 
trong dải từ 5V đến 24V thông qua nguồn xung điều 
khiển. Để mở rộng khả năng tương thích với các bo 
mạch nguồn khác nhau, một mạch BUCK được đặt 
giữa board nguồn xung và Raspberry Pi3 model B+ 
để làm ổn định nguồn đầu vào 5V – 24V với đầu ra là 
nguồn 5V cung cấp chính cho module xử lý 
Raspberry Pi3 model B+, module lora SX 1278 và 
module GPS NEO 6M. 
Bảng 3. Chức năng nhiệm vụ thành phần gateway 
Thành phần Gateway Chức năng nhiệm vụ 
Raspberry Pi3 model B+ Khối xử lý sử dụng 
Raspberry Pi3 model B+ 
cũng tương tự như Raspberry 
Pi Zero nhưng Raspberry Pi3 
B+ có tính năng và hiệu suất 
cao hơn. Module sử dụng 
Broadcom BCM2837B0, 
Cortex-A53 64-bit SoC @ 
1.4GHz, 1GB LPDDR2 
SDRAM, 2.4GHz và 5GHz 
IEEE 802.11.b/g/n/ac 
wireless LAN, Bluetooth 4.2, 
BLE, 4 cổng USB 2.0, 1 
cổng HDMI, 40 chân GPIO, 
v..v. Lora Gateway được kết 
nối với một màn hình tại toa 
tàu đầu tiên của tàu thông 
qua cổng HDMI. Nguồn điện 
sử dụng 5V/2.5A DC cổng 
micro USB, 5V DC trên chân 
GPIO, Power over Ethernet 
(PoE) (yêu cầu thêm PoE 
HAT). 
Module GPS NEO – 6M Module GPS NEO – 6M là 
module định vị toàn cầu sử 
dụng hệ thống vệ tinh GPS 
của Mỹ. Module cho tốc độ 
xác định vị trí nhanh và 
chính xác, có nhiều mnuwcs 
năng lượng hoạt động và phù 
hợp với các ứng dụng chạy 
nguồn pin. Do cấu trúc của 
module nên cần khoảng thời 
gian tối thiểu 28s để khởi 
động chip, thiết lập các thông 
số ban đầu. Nguồn điện sử 
dụng từ 3.3V – 5.5V. 
Module Lora-Ra 02 
Khối truyền thông không dây 
được sử dụng là module 
Sx1278 hoạt động trên tần số 
420 – 450 MHz, công suất 
phát 20dBm – 100mW, giao 
tiếp SPI, tốc độ bit lập trình 
có thể đạt đến 300kbps, v..v. 
Module Lora-Ra 02 sẽ truyền 
dữ liệu môi trường từ các toa 
tàu về Gateway. 
 3. Kết quả và thảo luận 
3.1. Phần cứng 
Hình 6a và 6b lần lượt biểu diễn hình ảnh layout 
mạch in giao diện cho khối Gateway và Node. Mặc 
dù khối xử lý của Gateway và Node đều sử dụng các 
module Raspberry Pi3 và Zero nhưng các khối này 
vẫn cần các mạch giao diện ghép nối các module xử 
lý với các module Lora SX1278, các module cảm 
biến, module GPS v..v. 
Hình 5. Sơ đồ nguyên lý khối Gateway; khe cắm 
kết nối Raspberry Pi 3+ 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 141 (2020) 015-021 
19 
Hình 7a và hình 7b lần lượt biểu diễn các khối 
Gateway và Node sau khi nhóm nghiên cứu đã hàn 
dán linh kiện và thiết kế các hộp để đóng gói sản 
phẩm. Qua hình 7 ta thấy khối Gateway do đặc thù 
làm việc đã được thiết kế thêm cả quạt tản nhiệt giúp 
làm mát nhanh chóng linh kiện điện tử bên trong sau 
khi đóng kín hộp. 
3.2. Giao diện người dùng 
3.2.1. Tính toán các thông số khí từ cảm biến MQ135 
MQ135 cung cấp các giá trị tương tự được ánh 
xạ với 1024 giá trị của bộ chuyển đổi ADC. Dựa vào 
biểu đồ trong hình 8 về mối liên quan giữa Rs/Ro và 
các khí cho nên khi có được giá trị tương tự từ chân 
out của cảm biến sẽ lập các công thức để tính ngược 
lại các giá trị của các khí khác nhau [3]. 
Hình 10 cung cấp những đồ thị của các khí khác 
nhau, trục X biểu thị giải đo các khí từ 10 đến 1000 
ppm, trục Y biểu thị điện trở tương tự đầu ra Rs trên 
điện trở Ro từ 0.1 đến 10. Từ hình trên sẽ tính toán lại 
các hàm của mỗi khí ga dựa vào phần mềm matlab 
hoặc webplotgitizer [4]. 
Các điểm mốc theo biểu đồ là: 
- AIR (10, 3.58),(200, 3.58) 
- CO (10, 2.8351) ,(200,1.3464) 
- CO2 (10, 2.3),(200,0.8) 
- ETHANOL (10, 1.90),(200,0.73) 
- NH4 (10,2.55),(200,0.765) 
- TOLUENE (10, 1.54),(200, 0.64) 
- ACETONE (10, 1.44), (200,0.583) 
Dựa vào luật logarit tính giá trị: 
m = (log (y2/y1)/log(x2/x1)); (1) 
f(x) = (y1/x1m) * xm ; (2) 
Trong đó f(x) = y = Rs/Ro; x = giá trị ppm 
Nhóm nghiên cứu trình bày cách tính giá trị 
ppm của khí CO2 như sau: 
Hình 8. Biểu đồ quan hệ giữa Rs/Ro và ppm 
của các khí khác nhau 
(a) 
(b) 
Hình 7. Hàn dán linh kiện lắp ráp đóng hộp hoàn 
chỉnh cho (a) Gateway và (b) Node 
(a) 
(b) 
Hình 6. Sơ đồ layout mạch in giao diện 
(a) Gateway và (b) Node 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 141 (2020) 015-021 
20 
- Tọa độ lần lượt: x1 = 10; x2 = 200; y1 = 2.3; y2 = 
0.8 
f(x) = (2.3/〖10〗^(-0.3525)) * x^(-0.3525); (3) 
- Từ phương trình 3, với y = Rs/Ro, rút x ra và tính 
toán theo y được phương trình: 
y = (2.3*〖10〗^0.3525) / x^0.3525; (4) 
⇔ x^0.3525 = 5.178784458512621 / y 
⇔ x = √(0.3525&5.178784458512621 / ((Rs/Ro))). 
⇔ x = 106.2161*1/√(0.3525&Rs/Ro). 
 (ppm) = 106.2161*〖(Rs/Ro)〗^(-2.83688); (5) 
Tương tự có thể tính được các khí khác. 
- CO2: ppm = 106.2161* (Rs/Ro)
-2.83688 
- CO ppm = 662.9382 * (Rs/Ro)-4.0241 
- Ethanol ppm = 75.3103 * (Rs/Ro)-3.1456 
- NH4 ppm = 102.694 * (Rs/Ro)
-2.48818 
3.2.2. Giao diện người dùng 
Giao diện Web của hệ thống được nhóm nghiên 
cứu viết bằng ngôn ngữ Java Servlet, HTML, CSS, 
Bootstrap, jQuery và sử dụng cơ sở dữ liệu MySQL. 
Giao diện Web của hệ thống được thể hiện ở 
hình 9. 
Giao diện gồm có phần hiển thị vị trí tàu, hiện 
thị thông số môi trường và thay đổi các ngưỡng chất 
lượng không khí thông qua màu sắc, v..v. Dữ liệu 
cũng được lưu trữ và thống kê lựa chọn theo thời 
gian. giao diện ứng dụng trên điện thoại thông minh 
sử dụng hệ điều hành Android được viết bằng Java 
Android và sử dụng cơ sở dữ liệu firebase. 
Giao diện ứng dụng trên điện thoại được lần 
lượt thể hiện trong hình 10a hiển thị menu ứng dụng, 
hình 10b hiển thị nhiệt độ độ ẩm, hình 10c hiển thị vị 
trí tầu và hình 10d hiển thị chất lượng không khí. 
Giao diện gồm có vị trí tàu, nhiệt độ, độ ẩm và chất 
lượng không khí, thay đổi ngôn ngữ, v..v. 
Bảng 4. Số liệu đo công suất 
tiêu thụ 
Khoảng 
cách 
(m) 
Năng lượng tiêu thụ 
(mw) 
Node Gateway 
1 2143.35 3008.94 
10 2104.38 2972.75 
50 2162.84 2957.24 
100 2096.59 2983.09 
200 2174.53 2915.88 
500 2123.87 2936.56 
Bảng 5. Số liệu đo cường độ tín 
hiệu bên Gateway 
Khoảng 
cách 
(m) 
Cường độ tín hiệu 
(dbm) 
Gateway 
1 -35 
10 -37 
50 -43 
100 -52 
200 -68 
500 -112 
Bảng 6. Số liệu đo thời gian trễ 
tín hiệu thu/nhận từ gateway 
Khoảng 
cách 
(m) 
Thời gian trễ 
(ms) 
Gateway 
1 3608 
10 3631 
50 3679 
100 3758 
200 3871 
500 4172 
Hình 9. Giao diện Web của hệ thống 
(a) (b) 
(c) (d) 
Hình 10. Giao diện trên ứng dụng android của hệ 
thống: (a). Hiển thị menu ứng dụng; (b). Hiển thị 
nhiệt độ, độ ẩm; (c). Hiển thị vị trí tàu; (d). Hiển 
thị chất lượng khí 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 141 (2020) 015-021 
21 
Hình 11. Công suất tiêu thụ trung 
bình của Node và Gateway 
Hình 12. Mối quan hệ cường độ tín 
hiệu với khoảng cách 
Hình 13. Mối quan hệ giữa thời 
gian trễ khi bắt đầu gửi dữ liệu đến 
khi nhận dữ liệu tại Gateway với 
khoảng cách 
3.3. So sánh kết quả đo lường 
Trong phần này nhóm nghiên cứu trình bày kết 
quả đo công suất tiêu thụ nguồn điện, cường độ tín 
hiệu, độ trễ thời gian khi nhận tín hiệu và so sánh tại 
các khoảng cách khác nhau v..v. 
3.3.1. Đo công suất tiêu thụ 
Bảng 4 và hình 11 lần lượt trình bày về số liệu 
đo công suất tiêu thụ trung bình của Node và 
Gateway. Nhóm nghiên cứu đã làm thí nghiệm với 
các khoảng cách khác nhau từ 1 đến 500 mét. Trên đồ 
thị có thể nhận thấy công suất tiêu thụ của Node và 
Gateway không bị ảnh hưởng bởi khoảng cách cho 
phép. Tuy nhiên về phía Gateway công suất tiêu thụ 
xấp xỉ gấp 1.5 lần so với về phía Node. Nguyên nhân 
chính là do phía Gateway sau khi phát tín hiệu yêu 
cầu và nhận các tín hiệu dữ liệu về sẽ xử lý và đẩy lên 
cloud nên quá trình làm việc và tiêu hao năng lượng 
rõ ràng sẽ nhiều hơn về phía Node. 
3.3.2. Đo cường độ tín hiệu 
Bảng 5 và hình 12 lần lượt trình bày về số liệu 
và biểu diễn mối quan hệ giữa cường độ tín hiệu bên 
Gateway nhận được từ Node so với từng khoảng cách 
cụ thể. Nhìn vào đồ thị nhận thấy khoảng cách càng 
xa thì cường độ tín hiệu càng giảm tuyến tính. Theo 
như datasheet của module lora SX1278 thì cường độ 
tín hiệu của ngưỡng thu phát nhận biết được lớn hơn 
hoặc bằng -139dbm [5]. 
3.3.3 Đo thời gian trễ nhận tín hiệu 
Bảng 6 và hình 13 lần lượt trình bày về số liệu 
và biểu diễn mối quan hệ so sánh giữa thời gian trễ 
khi Gateway bắt đầu gửi một yêu cầu đọc dữ liệu cho 
đến khi Gateway nhận được lại dữ liệu hợp lệ và bắt 
đầu phân tích dữ liệu. Nhìn vào đồ thị nhận thấy với 
khoảng cách càng xa thì độ trễ tăng dần tuyến tính. 
Kết quả này rất phù hợp với số liệu đo đạc được về 
mức cường độ tín hiệu. 
4. Kết luận và hướng phát triển 
Bài báo này trình bày việc ứng dụng công nghệ 
Lora để xây dựng hệ thống giám sát trên các toa tàu 
đường sắt Việt Nam. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo 
thành công hệ thống. Hệ thống hoạt động ổn định, 
hiển thị được các giá trị đo về nhiệt độ độ ẩm, GPS, 
chất lượng khí CO, CO2, NH4 v..v. Nhóm nghiên 
cứu cũng đã tiến hành thử nghiệm hệ thống tại các địa 
hình, vị trí khoảng cách khác nhau để tính toán công 
suất tiêu hao về phía Gateway cũng như về phía Note. 
Bên cạnh đó các kết quả thử nghiệm về đánh giá 
cường độ tín hiệu so với khoảng cách cũng khả quan. 
Nhóm nghiên cứu đã đặt hệ thống chạy liên tục trong 
72 giờ để kiểm tra tính ổn định của hệ thống cũng 
như mức năng lượng tiêu hao cần thiết. Tuy nhiên để 
đạt kết quả thực tế trong thực nghiệm, nhóm nghiên 
cứu sẽ tiến hành kiểm tra hệ thống trên các toa tàu 
thực tế bên cạnh việc đánh giá đo đạc và so sánh với 
các thiết bị chuẩn có mặt trên thị trường để tăng độ 
tin cậy chính xác cho các thông số của hệ thống mà 
bài báo đã đề cập. 
Tài liệu tham khảo 
[1] Eyuel D. Ayele, Chiel Hakkenberg, Jan Pieter Meijers, 
Kyle Zhang, Nỉvana Meratnia, Paul J. M. Havinga, 
Performance Analysis of Lora Radio for an Indoor IoT 
Application, 2017 International Conference on Internet 
of Things for the Global Community (IoTGc), 10-13 
July 2017. 
[2] Noreen, U., Bounceur, A., & Clavier, L. (2017). A 
study of LoRa low power and wide area network 
technology. 2017 International Conference on 
Advanced Technologies for Signal and Image 
Processing (ATSIP). doi: 10.1109/atsip. 2017.8075570. 
[3] 
135/index.php, truy cập lần cuối lúc 10h43 ngày 17 
tháng 5 năm 2019 
[4] https://automeris.io/WebPlotDigitizer/, truy cập lần 
cuối lúc 10h43 ngày 17 tháng 5 năm 2019 
[5] https://www.semtech.com/products/wireless-rf/lora-
transceivers/sx1278, truy cập lần cuối lúc 10h43 ngày 
17 tháng 5 năm 2019