Firmware ESP32 e IoT para telemetría de agua

Las RTU de las empresas de agua se instalan en arquetas inundadas, cámaras sin alimentación de red y depósitos al límite de la cobertura celular. Construimos unidades de telemetría basadas en ESP32 que sobreviven a ese entorno, hablan los protocolos analógicos y Modbus que ya emiten sus instrumentos existentes y almacenan los datos localmente para que un enlace caído nunca se convierta en un totalizador de caudal perdido o una alarma de turbidez no detectada.

Challenges specific to Water Utilities

• Los totalizadores de caudal se desvían tras cortes de comunicación

  Los caudalímetros de salida por pulsos siguen contando durante un corte, pero un uplink ingenuo solo reenvía la última lectura, por lo que el volumen facturado o captado pierde cada litro que circuló mientras el módem estuvo desconectado.

• Los lazos de presión 4-20mA leen ruido como alarmas

  Los picos de arranque de bombas y el golpe de ariete disparan la corriente del lazo, y sin antirrebote y limitación de pendiente por canal la RTU genera falsas alarmas de presión baja o alta que minan la confianza del operador en el sistema.

• Los depósitos carecen de red eléctrica y tienen señal débil

  Los sensores de nivel en depósitos remotos funcionan con energía solar y una batería pequeña al borde de la cobertura celular, por lo que un módem TCP siempre activo agota la batería y el sitio queda sin comunicación durante días.

• Los eventos de turbidez se pierden entre muestras

  Los intervalos de muestreo lentos elegidos para ahorrar energía hacen que un pico breve de turbidez por rotura de tubería o contralavado pase por completo entre dos muestras, y el incumplimiento regulatorio nunca queda registrado.

• Los instrumentos Modbus usan mapas de registros incompatibles

  Cada caudalímetro electromagnético, analizador y transmisor de presión expone un diseño de registros Modbus, escalado y orden de bytes distintos, por lo que una misma compilación de firmware rara vez encaja en un sitio brownfield mixto sin retrabajo.

How GizanTech solves them

1. Contabilidad de caudal exacta por pulsos. Contamos los pulsos del caudalímetro en una ISR de hardware con un totalizador no volátil de 64 bits en NVS, de modo que el volumen acumulado se reconstruye con exactitud tras cualquier reinicio o corte de comunicación y se concilia con el registro del medidor.
2. Adquisición acondicionada de 4-20mA. Cada lazo se lee a través de una resistencia de medición de precisión y se sobremuestrea, luego se filtra por mediana con pendiente y antirrebote configurables, de modo que los picos de bombas y los transitorios de golpe de ariete ya no disparan falsas alarmas de presión.
3. Ciclo de trabajo adaptado a la energía solar. En los depósitos el ESP32 entra en deep-sleep entre muestras y despierta la radio cellular/LoRaWAN solo para vaciar el buffer, manteniendo el consumo medio lo bastante bajo para operar indefinidamente en un nodo pequeño de solar más batería.
4. Captura de turbidez disparada por eventos. La turbidez se muestrea rápido y se compara localmente con umbrales absolutos y de tasa de cambio, de modo que un pico fuerza un uplink inmediato y una ráfaga de alta resolución en lugar de esperar al siguiente sondeo programado.
5. Perfiles Modbus por instrumento. Un maestro Modbus RTU controlado por JSON mapea los registros, el escalado y el orden de palabras de cada dispositivo en tiempo de configuración, de modo que una sola imagen de firmware sirve a flotas mixtas de caudalímetros, analizadores y transmisores sin recompilar.