Nút cảm biến không dây: Nghiên cứu, thiết kế tùy biến lịch trình truyền thông tiết kiệm năng lượng

SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 53

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ NÚT CẢM BIẾN KHÔNG DÂY TÙY BIẾN LỊCH TRÌNH TRUYỀN THÔNG NHẰM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

RESEARCH AND DESIGN OF WIRELESS SENSOR BUTTONS TO CUSTOMIZE COMMUNICATION SCHEDULES TO SAVE ENERGY Trần Ngọc Hiển1,*, Nguyễn Thu Hương1, Nguyễn Thị Thu1, Hà Văn Phương2 KÝ HIỆU W (Wh) Năng lượng tiêu thụ U (V) Điện áp sử dụng I (A) Dòng điện T (h) Thời gian trích mẫu Tm, Tc (OC) Nhiệt độ mới và cũ P(W) Công suất tiêu thụ 1. GIỚI THIỆU Hiện nay, mạng cảm biến không dây đang dần trở nên phổ biến trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống. Tuy nhiên, vấn đề năng lượng cung cấp cho nút hoạt động ổn định lâu dài hiện là vấn đề lớn của mạng cảm biến. Giải quyết được vấn đề này sẽ giúp mạng cảm biến có thể tự vận hành ổn định trong thời gian dài mà không cần tới sự can thiệp của con người. Mạng cảm biến được tạo thành bởi các thành phần cốt lõi là các nút cảm biến, vì vậy việc nghiên cứu phát triển sẽ bắt nguồn từ các nút. Trước vấn đề đó, nhóm tác giả nghiên cứu thiết kế một nút cảm biến không dây có khả năng tùy biến truyền thông, tùy biến về thu năng lượng từ môi trường cấp cho cảm biến và nút có các chế độ hoạt động linh hoạt nhằm tiết kiệm năng lượng tiêu thụ. Điều này sẽ giúp nâng cao tuổi thọ của từng nút và toàn mạng. Việc tiết kiệm năng lượng tiêu thụ của nút cảm biến phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như chế độ làm việc, thời gian ngủ của nút, tần suất truyền thông. Việc thu năng lượng của nút cũng phụ thuộc nhiếu yếu tố thời tiết, không gian, thời gian,… Nghiên cứu này tập trung giải quyết vấn đề làm thế nào để nút thu thập được năng lượng từ các nguồn trong môi trường một cách thường xuyên và hiệu quả. Điều này cần khả năng tùy biến trong việc thu năng lượng từ môi trường của nút cảm biến sao cho tối ưu, đồng thời đảm bảo chức năng của nút trong mạng với các chế độ hoạt động tiết kiệm năng lượng. TÓM TẮT Mạng cảm biến không dây được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vự

c như giám sát

môi trường, sức khỏe, nông nghiệp, công nghiệp, giao thông, an ninh… Mạng cảm biế

có chức năng chính là giám sát và thu thập thông tin với nhiều ưu điểm như không cầ

dây dẫn, độ tùy biến cao và kinh tế. Các nút cảm biến không dây là các tế bào nhỏ

hình

thành nên mạng cảm biến không dây. Việc phát triển nút cảm biến là rất quan trọ

ng trong

phát triển mạng cảm biến. Tuy nhiên, các nút cảm biến sử dụng nguồn năng lượ

ng chính

chủ yếu là pin nên rất hạn chế về năng lượng, đây là vấn đề lớn với nhiều thách thứ

c khi

ứng dụng mạng cảm biến không dây. Trước thực trạng đó, nhóm nghiên cứu đưa ra đềxuất phát triển nút cảm biến có khả năng tùy biến về thu năng lượng từ môi trườ

ng và

lịch trình làm việc nhằm giải quyết vấn đề năng lượng của mạng cảm biế

n không dây.

Nút được thiết kế với các cơ chế hoạt động tiết kiệm năng lượng và tích hợp tùy biế

n thu

năng lượng từ môi trường và có thể cài đặt được theo kịch bản làm việc bởi ngườ

i dùng.

Việc này sẽ tạo ra một nút cảm biến linh hoạt với tuổi thọ cao, đồng thời có thể cài đặ

mạng hoạt động theo lịch trình được tối ưu hóa bởi người dùng cho ứng dụng cụ thể. Từ khóa: Mạng cảm biến không dây; thu năng lượng môi trường; cảm biến tiêu thụnăng lượng thấp; nút cảm biến không dây. ABSTRACT

Wireless sensor networks are commonly used in fields such as environmental

monitoring, health, agriculture, industry, traffic, security... Sensor networks have the

main function of monitoring and collecting information. with many advantages such as

no need

for wires, high customization and economy. Wireless sensor nodes are small cells

that form a wireless sensor network. Sensor node development is very important in

sensor network development. However, sensor nodes use the main power source, mainly

batterie

s, so their energy is very limited. This is a big problem with many challenges when

applying wireless sensor networks. Faced with that situation, the research team

proposed to develop a sensor node with the ability to customize energy harvesting from

the e

nvironment and work schedule to solve the energy problem of wireless sensor

networks. The node is designed with energy-

saving operating mechanisms and

integrates customization of energy harvesting from the environment and can be set

according to the workin

g scenario by the user. This creates a flexible sensor node with a

long lifespan, while making it possible to set the network to operate on a schedule

optimized by the user for the specific application. Keywords:

Wireless sensor network; environmental energy harvesting; low energy

consumption sensor; wireless sensor button. 1Lớp Điều khiển tự động 01 - K14, Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 2Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: hienhiende@gmail.com

CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023

KHOA H

ỌC

Nguồn năng lượng từ môi trường có thể kể đến là năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sóng RF, năng lượng từ dòng chảy, nhiệt, chất lỏng,… Đó là các nguồn năng lượng từ tự nhiên. Còn các nguồn năng lượng từ môi trường khác như năng lượng rung động, năng lượng lực căng, năng lượng chuyển động và năng lượng sinh học. Các nguồn năng lượng từ môi trường được thu thập và biến đổi thành năng lượng điện và được chuẩn hóa để cung cấp cho nút hoạt động hoặc lưu trữ vào pin. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả thực hiện thu năng lượng từ mặt trời và sóng RF. Nguồn mặt trời có mật độ năng lượng cao, công nghệ khá đơn giản nên hiện nay đang được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng và cảm biến không dây. Tuy nhiên, việc thu năng lượng từ nguồn mặt trời phụ thuộc không gian, thời gian, thời tiết nên không phải lúc nào cũng có thể thu được năng lượng này, chẳng hạn khi trời tối hoặc những ngày mây nhiều, mưa, bão,… thì ánh sáng mặt trời sẽ giảm sút và khi đó sẽ không thể sử dụng nguồn từ việc thu năng lượng mặt trời được. Trong khi đó, ở môi trường có những nguồn năng lượng tuy có mật độ năng lượng thấp nhưng luôn hiện hữu như năng lượng RF hoặc các nguồn năng lượng khác như năng lượng nhiệt, rung động,… Để việc thu thập năng lượng từ môi trường cho cảm biến được thường xuyên, nghiên cứu này chỉ ra một giải pháp nhằm tùy biến thu thập năng lượng từ môi trường, để thử nghiệm cho giải pháp này, nghiên cứu đã ứng dụng thêm việc thu năng lượng từ sóng RF. Khi nút không thể thu được năng lượng từ mặt trời sẽ chuyển sang thu thập năng lượng từ nguồn khác chẳng hạn như RF. Thu thập năng lượng qua sóng vô tuyến có nguyên lý khác đơn giản, mạch thu nhỏ gọn và chỉ cần một hay nhiều nguồn phát sóng RF như điện thoại, giàn ăng ten, đài radio,… Như vậy, với các chế độ làm việc linh hoạt trong truyền thông và việc điều phối thu năng lượng từ các nguồn trong môi trường như mặt trời, RF,… một cách hợp lý sẽ giúp cho nút cảm biến tiết kiệm năng lượng và thường xuyên thu được năng lượng từ môi trường. Từ đó, giải quyết được vấn đề về nguồn cung cấp cho nút cảm biến. Đây chính là cơ sở để nhóm tác giả nghiên cứu, ứng dụng nhiều nguồn thu năng lượng từ môi trường khác vào nút cảm biến với từng nút cụ thể. 2. THIẾT KẾ NÚT TÙY BIẾN CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG VÀ THU NĂNG LƯỢNG 2.1. Phân tích chức năng của nút a) Cấu trúc cơ bản của một nút cảm biến Một nút cảm biến thực tế được cấu tạo bởi các thành phần cơ bản như khối nguồn cung cấp, khối cảm biến, khối điều khiển và khối truyền thông [1]. Các nguồn năng lượng từ môi trường bên ngoài như năng lượng từ môi trường tự nhiên là: năng lượng mặt trời, năng lượng sóng RF, năng lượng nhiệt, dòng chảy, gió, chất lỏng,... Và nguồn năng lượng khác như: từ cơ học có năng lượng rung động, năng lượng từ lực căng, áp suất,... từ con người có năng lượng từ chuyển động, năng lượng sinh học,... Các nguồn năng lượng nói chung sau khi được thiết bị chuyển đổi năng lượng thu hồi và chuyển thành dạng năng lượng điện sẽ được đưa qua khối quản lý năng lượng. Khối quản lý năng lượng có nhiệm vụ quản lý toàn bộ nguồn năng lượng của hệ thống, dựa vào chương trình cài đặt mà quyết định lưu trữ năng lượng vào pin hoặc sử dụng trực tiếp cho hệ thống. Tuy nhiên, nguồn năng lượng thu từ môi trường thường không ổn định nên trước khi cấp trực tiếp cho hệ thống thường được đưa qua bộ ổn định nguồn. Khối lưu trữ năng lượng là sử dụng các phần tử có khả năng chức đựng được năng lượng thường sử dụng là pin. Khối bộ nhớ là nơi lưu trữ các chương trình của nút cảm biến, các chương trình về truyền thông, tính toán, đo lường,… Khối cảm biến là cảm biến đo lường như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, áp suất… Khối truyền thông sử dụng để truyền thông dữ liệu, giao tiếp nút với mạng theo hai chiều (truyền và nhận). Khối tác vụ là thực hiện một số chức năng khác tích hợp cho nút cảm biến như cảnh báo tại chỗ bằng loa, đèn,… Khối xử lý và điều khiển là vi xử lý, chịu trách nhiệm toàn bộ nút, nhận, xử lý tín hiệu và đưa ra các quyết định, ngoài ra còn điều phối các chế độ làm việc của nút và quản lý việc thu năng lượng từ môi trường [3]. Hình 1. Cấu trúc cơ bản thu năng lượng từ môi trường của nút cảm biến b) Các chế độ làm việc được thiết kế cho nút Dựa vào cấu trúc của nút cảm biến như trên một nút cảm biến thông thường có 4 chế độ làm việc như sau: + Chế độ ngủ: nút cảm biến tiêu tốn ít năng lượng nhất, các khối đo và truyền thông không được cấp nguồn, khối điều khiển ở trạng thái ngủ nên chỉ cần cấp một mức năng lượng rất nhỏ. + Chế độ chờ: khối điều khiển sẽ thoát khỏi chế độ ngủ và sẵn sàng làm việc khi có các tín hiệu yêu cầu, ở chế độ này nút cảm biến sẽ tiêu thụ nhiều hơn mức năng lượng ở trạng thái ngủ. + Chế độ đo lường: khối cảm biến và khối điều khiển được cấp nguồn, năng lượng tiêu thụ nhiều hơn 2 chế độ trên . + Chế độ truyền thông: khối điều khiển và khối truyền thông cùng làm việc nên nút cảm biến sẽ tiêu thụ năng lượng nhiều nhất. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sử dụng 3 chế độ làm việc cho nút cảm biến là ngủ, đo lường và truyền thông. 2.2. Năng lượng mặt trời và RF Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo được nghiên cứu và phát triển từ lâu. Năng

SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 55

lượng mặt trời sẵn có và mật độ năng lượng lớn. Vấn đề hiệu suất thu năng lượng được các nghiên cứu phát triển với nhiều phương pháp khác nhau dựa trên vật liệu nhạy ánh sáng và các kỹ thuật mạch điện tử. Nghiên cứu của Oscar López-Lapeña và cộng sự [5] đưa ra phương pháp thu năng lượng mặt trời công suất thấp cho các ứng dụng có công suất tiêu thụ nhỏ. Công suất đầu ra của tấm pin (Ps) trong khoảng thồ gian Tcharge bằng công suất vào của Cin được biểu diễn bằng biểu thức (1). P= vi= vC 

 (1) Công suất trung bình sẽ được biểu diễn như công thức (2). P

=

∫Pdt

 

=

 ∫vdv

( )

() (2) Trong đó: PS : công suất đầu ra của tấm pin (W) P

: công suất trung bình đầu ra của tấm pin (W) v: điện áp ra của tấm pin (V) i: dòng điện ra của tấm pin (A) Cin: điện dung tụ điện đầu vào mạch thu năng lượng (F) t: thời điểm mốc thời gian tùy ý (s) T: khoảng thời gian chu kỳ thực hiện nạp - phóng (s). Nguồn năng lượng RF đa dạng, luôn sẵn có trong môi trường, công suất thu năng lượng RF phụ thuộc cơ bản vào công suất nguồn phát, dải tần số và khoảng cách từ bộ thu đến nguồn phát RF. Tuy nhiên, năng lượng RF có mật độ nhỏ. Nguyên lý thu năng lượng RF không phức tạp và mạch thu nhỏ gọn. Công suất truyền tới tải Pav phụ thuộc vào Ae và S theo biểu thức (3), có nghĩa phụ thuộc vào cấu trúc và đặc tính của ăng ten. Do đó, tại cùng một giá trị Pav, Vs càng cao khi giá trị Rs càng cao. Điện áp sinh ra bởi ăng ten được biểu diễn theo biểu thức (4). P = S. A (3) V= 22RP = 22RSA (4) Công suất lan truyền đến tải với một cặp phát - thu trong không gian tự do được biểu diễn bằng biểu thức (5). P= P

() (5) Trong đó: PR: công suất thu (W) PT: công suất phát (W) GT: độ khuếch đại của ăng ten phát GR: độ khuếch đại của ăng ten thu λ: bước sóng được sử dụng (m) r: khoảng cách giữa bên truyền và nhận (m) 2.3. Chế tạo nút cảm biến đo nhiệt độ cho thực nghiệm Sơ đồ khối nút cảm biến đo nhiệt độ môi trường được thể hiện ở hình 2. Khối hiển thị sử dụng máy tính với mô đun thu phát Lora, hiển thị trên màn hình C# winform để theo dõi sự hoạt động của nút cảm biến. Hình 2. Sơ đồ khối của nút cảm biến.  Mô hình thực nghiệm Xây dựng, thiết kế phần cứng nút cảm biến trên Altium designer và triển khai hiệu chỉnh hoàn thiện nút như hình 3. Hình 3. Mô hình thực nghiệm nút cảm biến  Thuật toán làm việc của nút Hình 4. Thuật toán làm việc của nút Nút cảm biến đầu tiên sẽ thực hiện kiểm tra chế độ đang làm việc là gì. Nếu là chế độ Man là chế độ người dùng cài

CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023

KHOA H

ỌC

đặt bằng tay. Còn nếu là chế độ Auto thì tự động làm việc, điều chỉnh thời gian ngủ, tự động truyền bản tin có giá trị để lưu trữ. Sau khi thực hiện kiểm tra chế độ, nút sẽ thực hiện đo lường. Với công việc này nút sẽ thực hiện đo lường các thông số nhiệt độ, độ ẩm, điện áp của pin, dòng điện mà nút sử dụng, thời gian thực từ các cảm biến. Sau đó các thông số này được đóng gói thành một chuỗi với khung truyền được xây dựng sẵn. Kiểm tra biến temp - là biến quyết định việc có truyền thông hay không nó dựa vào sự thay đổi thông số nhiệt độ, độ ẩm trong chu kì trước và hiện tại. Nếu giá trị temp là 1 thì truyền thông, ngược lại nếu bằng không thì sẽ không truyền thông. Sau đó thực hiện chương trình quản lý nguồn-nó quyết định việc thu hay không thu năng lượng từ ngoài môi trường và nếu thu thì thu năng lượng mặt trời hay năng lượng sóng RF. Sau đó gán các thông số nhiệt độ, độ ẩm vào biến để lưu lại và tính toán cho chu kì làm việc tiếp theo. Nút sau khi thực hiện xong sẽ đi vào chế độ ngủ với thời gian sleep tương ứng với chế độ Man hoặc Auto. Khi kiểm tra chế độ, nút sẽ đọc công tắc chọn chế độ Man hay Auto trên nút. Nếu là chế độ Man thì sẽ tiếp tục kiểm tra tổ hợp phím cài đặt của người dùng. Có 8 chế độ với thời gian ngủ khác nhau thiết lập trong chương trình cho người dùng sử dụng (các chế độ này ứng với thời gian ngủ được ghi ở bảng bên dưới). Nếu là chế độ Auto thì thời gian cho chu kì đầu tiên là sleep=5. Đối với chương trình con nhiệt độ, độ ẩm là chương trình thiết kế thể hiện cho chế độ Auto, đồng thời cũng tối ưu để thông tin truyền đi có giá trị nhất mà vẫn đảm bảo tiết kiệm năng lượng cho nút. Giá trị biến temp ở đây sẽ quyết định tới việc truyền thông dữ liệu của nút. Đầu tiên, nút sẽ đọc dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ, độ ẩm. Sau đó kiểm tra xem chế độ làm việc hiện tại là gì, nếu là chế độ Man thì sẽ quay trở về chương trình chính, thực hiện tiếp các công việc tiếp theo. Nếu là chế độ Auto thì thực hiện so sánh nhiệt độ, độ ẩm cũ với nhiệt độ, độ ẩm mới. Nếu nhiệt độ, độ ẩm mới bằng nhiệt độ, độ ẩm cũ thì giá trị temp bằng 0, nếu không đúng thì kiểm tra tiếp nếu nhiệt độ, độ ẩm mới đo được trong khoảng sai lệnh không đáng kể là nhiệt độ trong khoảng 2 độ, độ ẩm trong khoảng 5% thì thực hiện kiểm tra thời gian ngủ hiện tại. Nếu sleep lớn hơn thời gian ngủ tối đa (ở đây là 10) là sai thì thời gian ngủ sẽ tăng lên (sleep tăng thêm 2), còn nếu sleep lớn hơn thời gian ngủ tối đã là đúng, thì giữ nguyên thời gian ngủ, sau đó thực hiện tiếp chương trình. Nếu nhiệt độ, độ ẩm mới mà có độ sai lệch lớn so với nhiệt độ, độ ẩm cũ, nghĩ là nhiệt độ trong khoảng lớn 4 độ và độ ẩm sai lệnh lớn hơn 10% thì lúc này thời gian ngủ của nút sẽ giảm đi. Nếu sleep lớn hơn thời gian ngủ tối thiểu (ở đâu là 2) thì sẽ thực hiện giảm thời gian ngủ (sleep trừ đi 2) nếu sleep là thời gian ngủ tối thiểu thì thực hiện tiếp chương trình. Còn nếu nhiệt độ mới so với nhiệt độ cũ nằm trong khoảng từ 2-4 độ và độ ẩm từ 5-10% thì giữ nguyên thời gian ngủ. Sau khi tính toán đưa ra giá trị ngủ của nút, thì biến temp gán giá trị 1, nhiệt độ, độ ẩm cũ sẽ được thay thế giá trị bằng nhiệt độ, độ ẩm mới, sau đó quay lại chương trình chính. Với chương trình quản lý nguồn, sẽ so sánh mức điện áp pin với điện áp Vmin, nếu nhỏ hơn thì thực hiện cấp tính hiện kích mở cho mạch nạp, nút thu năng lượng từ ngoài môi trường. Việc thu nguồn năng lượng nào phụ thuộc vào thời gian. Nếu trong khoảng ban ngày từ 7 giờ tới 17 giờ thì sẽ thu năng lượng mặt trời, thời gian còn lại thu năng lượng RF. Phần cứng đã được trang bị mạch nạp ngắt khi pin đầy, tuy vậy nhưng phần mềm vẫn có chức năng này. Khi điện áp pin lớn hơn điện áp Vmin thì ngắt tín hiện mạch nạp dừng nạp vào pin. Ở chế độ người dung cài đặt, kiểm tra tổ hợp switch để chọn chế độ sử dụng. Thời gian ngủ khác nhau sau đó thực hiện đo nhiệt độ truyền thông dữ liệu nhiệt độ và thời gian ngủ gán giá trị nhiệt độ đi vào chế độ ngủ với thời gian lựa chọn. Sau thời gian ngủ, chương trình sẽ tiếp tục hoạt động. Các chế độ cài đặt bằng tay được thể hiện ở hình 5. Hình 5. Các chế độ cài đặt bởi người dùng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Từ mô hình thực nghiệm, thông qua quá trình giám sát các kết quả mà nghiên cứu thu được như sau: 3.1. Kết quả về khả năng tùy biến lịch trình hoạt động của nút Hai chế độ khác nhau thể hiện chức năng khác nhau, ở chế độ tự động là kiểm tra độ chênh lệnh nhiệt độ lớn hay nhỏ để tự động điều chỉnh thời gian ngủ sao cho tiết kiện năng lượng và thông tin nút cảm biến cung cấp được đảm bảo. Còn với chế độ người dùng cài đặt thì tùy thuộc vào nhiệm vụ cụ thể mà nút đảm nhiễm, người dùng lựa chọn chế độ có thời gian ngủ phù hợp. Các kết quả của từng chế độ làm việc được chỉ ra trên hình 6. Hình 6. Kết quả ở hai chế độ

SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 57

Ở chế độ tự động, ta thấy kết quả ở vị trí (1) là 63.06-5, 28.22-3, 1.61-1,… là các cặp giá trị nhiệt độ hiện tại và thời gian ngủ. Nhiệt độ lần đo trước là 63,060C ngủ trong 5 phút, khi nhiệt độ thay đổi với độ chênh lệch lớn (Tm = Tc ± 40C) là 28,220C thì thời gian ngủ sẽ giảm đi 2 phút, nút cảm biến ở ngủ trong 3 phút, tương tự với quá trình tiếp theo. Vì thời gian ngủ tối thiểu là 1 phút nên khi thời gian ngủ đã nhỏ hơn 2 thì thời gian ngủ của nút sẽ là 1 phút. Ta thấy kết quả ở vị trí (3) là 42.48-1 và -3, đây là nhiệt độ hiện tại đo được bằng nhiệt độ trước đó, nên thời gian ngủ sẽ tăng lên 2 phút, đồng thời không thực hiện truyền thông giá trị nhiệt độ, để tiết kiệm năng lượng và giảm lượng thông tin không có giá trị. Với kết quả ở vị trí (2) là 36.90-3, 34.99-5, -7,.... Nhiệt độ lần đo trước là 36,900C ngủ trong 3 phút khi nhiệt độ chênh lệch ít (Tm = Tc ± 20C) là 34,99 thì thời gian ngủ tăng lên 2 phút, nút cảm biến ngủ trong 5 phút. Ở lần đo tiếp theo, nhiệt độ không đổi, nên thời gian ngủ tăng lên 2 phút, không thực hiện truyền thông, như vậy đảm bảo tùy biến truyền thông theo giá trị thông số giám sát để tiết kiện năng lương cho nút. Đơn vị thời gian sử dụng là phút. Ở chế động bằng tay ta gạt công tắc chọn tổ hợp logic để lựa chọn thời gian ngủ với ý muốn của người sử dụng. ta thấy ở chế độ mode man1 thì 13.08-4 là nhiệt độ hiện tại là 13,080C ngủ 4 phút. Ở chế độ mode man3 thì 94.96-30 là nhiệt độ hiện tại là 94,960C ngủ 30 phút. Ở chế độ mode man5 thì 141.27-90 là nhiệt độ hiện tại là 141,270C ngủ 90 phút. Hình 7. Thông số các nút hiển thị lên giao diện giám sát Năng lượng tiêu thụ của nút cảm biến ở các chế độ làm việc khác nhau được thử nghiệm như hình 7, thực nghiệm thực hiện đo dòng điện tiêu thụ và điện áp làm việc ở từng chế độ, từ đó tính toán công suất tiêu thụ của nút cảm biến bằng sử dụng công thức (6). t2t1

Wu.i.dt(Wh)

 (6) Trong đó: W: năng lượng tiêu thụ (Wh) u: điện áp nút cảm biến sử dụng (V) t1-t2: thời gian tiêu thụ năng lượng (h) i: dòng điện tiêu thụ của nút (A) Bảng 1. Đo năng lượng tiêu thụ các chế độ làm việc của nút Chế độ làm việc Dòng điện tiêu thụ (mA) Đo lường 9,8 Ngủ 7,0 Truyền thông 19,6 Các chế độ làm việc khác nhau sẽ có mức tiêu thụ năng lượng khác nhau. Công suất tiêu thụ của nút cảm biến ở trạng thái ngủ (a): điện áp trung bình là 5V, với dòng điện là 7,0mA. Khi đó năng lượng tiêu thụ trong 1giờ ngủ sẽ là : W = 35 (mWh). Công suất tiêu thụ của nút cảm biến ở trạng thái truyền thông (c): P = 98 (mW), với dòng điện là 19,6 mA, trạng thái truyền thông được thực hiện rất ngắn và nhanh nên coi như không tính đến năng lượng tiêu thụ. Kết quả trên được tính toán với số lần trích mẫu là 5 mỗi lần cách nhau 5 phút sử dụng đồng hồ đa năng để đo, sau đó lấy giá trị trung bình để tính toán. Kết quả thực nghiệm này sẽ góp phần trong việc so sánh được khả năng tiêu thụ năng lượng của một nút cảm biến từ đó thấy rõ được ý nghĩa của việc thay đổi linh hoạt cơ chế làm việc sẽ giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong nút. 3.2. Kết quả thu năng lượng mặt trời và năng lượng RF, tùy biến việc thu năng lượng Sử dụng tấm Pin năng lượng mặt trời Epoxy 6V 100mA 0,6W. Thực nghiệm đo được giá trị dòng thu là 0,13mA và điện áp đầu ra của mạch thu năng lượng mặt trời là khoảng 4,14V cấp vào cho pin. Năng lượng RF có công suất thu rất nhỏ ta thấy khi thu năng lượng RF cho điện áp đầu ra rất nhỏ, kết quả thu được là 98.2mV. Kết quả này được thể hiện như trên hình 8. Kết quả giám sát việc điều phối thu năng lượng theo thời gian thực thể hiện trên hình 9. Hình 8. Năng lượng thu được từ hai nguồn bên ngoài Hình 9. Kết quả điều phối thu năng lượng từ hai nguồn bên ngoài